Operatīvā atmiņa

Ievads

Atmiņas elementi ir jebkura datora iekšējās darbības pamats. Lai procesors varētu izpildīt programmas, tām ir jābūt ielādētām brīvpiekļuves darba atmiņā. Brīvpiekļuves atmiņa, jeb operatīvā atmiņa "RAM" (Random Acces Momory) ir īslaicīgā datora atmiņa, ar kuras palīdzību dati tiek tieši pārraidīti procesoram ar zibenīgu ātrumu. Pateicoties šai tiešajai piekļuvei, centrālais procesors var izpildīt atmiņā esošās programmas un apstrādāt atmiņā esošos datus.

Līdzīgi kā mātesplate, operatīvā atmiņa ir veidota no vairākām PCB (Printed Circuit Board) iespiedshēmas platēm, kuras pamatmateriāls ir silīcijs. Uz paša atmiņas moduļa ir stratēģiski novietoti, jeb integrēti vairāki mikročipi, kuri ir saslēgti ķēdē. Katrs no mikročipiem ir veidots no miljoniem mikroskopiskiem tranzistoriem un kondensatoriem. Digitālajā elektronikā, tai skaitā stacionārajos datoros izmantotā un pielietotā operatīvā atmiņa pieder pie dinamisko, nejaušās piekļuves atmiņu kategorijas "DRAM" (Dynamic Random Access Memory). "DRAM" ir visizplatītākais "RAM"(Random Access Memory) veids, jo to lieto kā galveno datora atmiņu.

"DRAM" atmiņa ir ne tikai ātra, bet arī dinamiska un nejauša. Tas nozīmē, ka darbības laikā ik pa noteiktam laika sprīdim tās saturs ir jāatjauno. Dinamiskās atmiņas pamatelements ir kondensators, kurš var atrasties uzlādētā vai neuzlādētā stāvoklī. Ja kondensators ir uzlādēts, tad elementā ierakstītā vērtība ir – 1, ja izlādēts – 0. Ideālā kondensatorā lādiņš var saglabāties bezgalīgi ilgi, taču reālajā kondensatorā pastāv strāvas noplūdes, tādēļ dinamiskās atmiņas elementā ierakstītā informācija var pazust. Dinamiskās atmiņas trūkums ir tas, ka informācija tajā glabāja tikai tik ilgi, kamēr tai ir nodrošināta barošana.

Katrs baits dinamiskajā atmiņā glabājas konkrētā adresē, kur to pēc vajadzības var atrast centrālais procesors. Procesors raksta informāciju operatīvajā atmiņā, izmantojot tā saukto – kooperatīvo vairākuzdevumu režīmu. Tas ļauj dinamisko nejaušās piekļuves atmiņu "DRAM" izmantot vairākām aplikācijām vienlaicīgi, piešķirot katrai programmai daļu no atmiņas.

Dinamiskā nejaušās piekļuves atmiņa tiek iedalīta pēc interfeisa specifikācijas. Piederību kādai no dinamiskās atmiņas moduļu grupām nosaka, jeb raksturo 3 elementi:

• pielietotās atmiņas paaudzes tehnoloģija;
• kontaktu skaits;
• atmiņas čipu un kontaktu izvietojums.

Visiem atmiņas moduļiem, neraugoties uz to piederību kādai grupai, ir kopīga viena būtiska iezīme – visiem operatīvās atmiņas moduļiem ir apzeltīti konektori. Uz konektoriem uzklātais dārgmetāls, tai skaitā arī zelts, palīdz izvairīties no potenciālas korozijas vai oksidēšanās veidošanās, kuras rezultātā savienojums varētu tikt nelabvēlīgi ietekmēts vai pat bojāts.

Šobrīd patērētājiem pieejamo operatīvo atmiņu klāsts, jeb sortiments ir milzīgs. Lai neapmaldītos starp simtiem piedāvajumu un labāk orientētos starp tiem, darba autors nolēma aprakstīt vairākas būtiskākās lietas, jeb parametrus, kuriem jāpievērš būtiska nozīme.

Primārais noteikti būtu noteikt, kāda tipa, jeb tehnoloģijas paaudzes operatīvo atmiņu atbalsta jau esošā vai izvēlētā mātesplate. Jāņem vērā, ka mātesplate nosaka, kādas tehnoloģijas paaudzes operatīvo atmiņu tā atbalsta. Izvēloties nepiemērotas paaudzes tehnoloģijas atmiņu, mēs to fiziski nevarēsim savienot ar mātesplati, jo konektoru skaits un izvietojums to vienkārši neļaus mums izdarīt.

Pašreiz stacionārajos datoros visplašāk izmantotā ir trešās paaudzes tipa operatīvā atmiņa ar apzīmējumu "DDR3 240 PIN DIMM". Visjaunākā un vismodernākā ir ceturtās paaudzes tipa operatīvā atmiņa ar apzīmējumu "DDR4 288 PIN DIMM". "DDR" (Double Data Rate), tulkojās, kā – divkārša datu plūsma, bet cipars aiz tās apzīmē versijas paaudzi. "PIN" apzīmē kopējo apzeltīto konektoru skaitu uz atmiņas moduļa. Turpretī "DIMM" (Dual In-line Memory Module), tulkojās kā – divu līniju jeb kanālu atmiņas modulis. "DIMM" tehnoloģijas tipa atmiņa ir paredzēta lietošanai mūsdienu –21. gadsimta stacionārajos datoros, darbastacijās un serveros un tā jau aptuveni 20 gadus aizvieto antīko "SIMM" (Single In-line Momory Module), jeb vienas līnijas kanālu atmiņas moduli, kurš tika izsmelts un savu attīstības ēru beidza deviņdesmito gadu beigās.

Jāpiebilst, ka atšķirība starp patreiz populārajiem un aktuālajiem – trešās paaudzes ("DDR3") un ceturtās paaudzes ("DDR4") operatīvās atmiņas moduļiem ir ievērojama. Gandrīz visi tehniskie parametri un raksturlielumi ir atšķirīgi. Taču atšķirības nav ne tuvu tik radikālas, kā starp agrākās ģenerācijas "SIMM" un "DIMM" atmiņas tipiem.

Tad, kad nepieciešamā tipa, jeb tehnoloģijas paaudzes operatīvā atmiņa ir noskaidrota, nepieciešams zināt, cik liels operatīvās atmiņas apjoms mums ir nepieciešams. Lielākoties, operatīvas atmiņas apjomu mēra gigabaitos un to apzīmē ar burtiem-"GB" (Gigabyte). Šobrīd stacionārajiem datoriem paredzētā trešās paaudzes "DDR3" operatīvā atmiņa, patērētājiem tiek piedāvāta trijos dažādos apjomos: 2GB, 4GB un 8GB moduļu variantos, turpretī ceturtās paaudzes "DDR4" operatīvā atmiņa patērētājiem tiek piedāvāta 4GB, 8GB un 16GB moduļu variantos.

Atkarībā no tā, kādam nolūkam tiek vai tiks izmantots dators, optimālais operatīvās atmiņas apjoms var kardināli atšķirties. Lielākoties gadījumu, ja dators ir paredzēts vienkāršu, ikdienišķu pamatdarbību veikšanai, jeb vieglu lietojumprogrammu un utilītprogrammu atvēršanai un darbināšanai, tad pilnīgi pietiek ar vienu 4GB atmiņas moduli. Ja dators tiks noslogots ar daudz prasīgākām un smagākām programmām un servisiem, tai skaitā apstrādes programmām un nopietnām spēlēm, tad ļoti vēlams būtu, lai dators būtu aprīkots, kā minimums ar 8GB operatīvo atmiņu. Protams jāņem vērā arī to, kādu operētājsistēmu un tās versiju patērētājs izmantos. Katrai no tām ir savs darbībai nepieciešamais operatīvās atmiņas daudzumus, lai tā veiksmīgi varētu startēties un pilnvērtīgi funkcionēt.

Lielākoties patērētajiem piedāvātie vai īpašumā, jeb rīcībā esošie stacionārie datori ir aprīkoti ar 4GB vai 8GB atmiņas moduli (vai moduļiem). Jādzīst gan, ka populārāki un plašāk izmantoti vienmēr ir bijuši 4GB atmiņas moduļi. Arī sistēmās, kurās kopējais operatīvās atmiņas apjoms ir 8GB (gigabaiti), bieži vien tiek izmantota divu 4GB atmiņas moduļu konfigurācija.

Tam ir savs pamatojums. Divu 4GB atmiņas moduļu konfigurācija vienmēr būs ātrāka par viena 8GB atmiņas moduļa konfigurāciju. Ātruma priekšrocības tiek gūtas, pateicoties duālajai/daudzkanālu atmiņas arhitektūrai. Ar daudzkanālu atmiņas arhitektūru pārsvarā ir aprīkotas gandrīz visas mūsdienu mātesplates. Lielākoties tas ir tāpēc, ka šī arhitektūrai spēj nodrošināt divkāršu datu plūsmas ātrumu, pie nosacījuma, ja tiek izmantota divu vai vairāku atmiņas moduļu konfigurācija. Realitātē starpība nav tik liela, bet tomēr, tie ir vidēji kādi 3-5%. Atsevišķos gadījumos, kad tiek izmantots un noslogots uz mātesplates integrētais grafiskais procesors "IGPU" (Integrated Graphics Processing Unit) – šī starpība var palielināties vidēji par 10-30%. Taču, izmantojot speciālas utilītprogrammas, ar kuru palīdzību var mākslīgi noslogot datoru, cenšoties noteikt tā veiktspēju, šie rādītāji var pat trīskāršoties.

Nemazāk nozīmīgs parametrs ir atmiņas efektīvā takts frekvence, kuru mēra un norāda megahercos un to apzīmē ar burtiem "MHz". Atmiņas efektīvā takts frekvence apzīmē un nosaka, cik daudz bitu tā spēj pārsūtīt sekundes laikā uz vienu datu maģestrāli, jeb vienkāršāk – nosaka operatīvās atmiņas ātrumu. Jo ar augstāku takts frekvenci spēs darboties operatīvās atmiņas modulis, jo ātrāk tas darbosies. Jāņem vēra, ka lielākā daļa operatīvās atmiņas moduļu, spēj efektīvi darboties dažādās takts frekvencēs, taču ne visas mātesplates, pilnvērtīgi spēj atbalstīt dažādu, ātrdarbīgāku, jeb augstāku takts frekvenču operatīvās atmiņas moduļus. Limitējošais, jeb noteicošais faktors ir atmiņas kopne, kuru limitē un nosaka mātesplates čipsets. Čipsets nosaka, ar kādas takts frekvences atmiņas moduļiem tas ir pilnvērtīgi savienojams. Par piemēru- šobrīd aktuālākā un populārākā "Intel" platforma "LGA1151" ar čipsetu "B250", pilnvērtīgi atbalsta "DDR4 DIMM" tipa operatīvo atmiņu, kuras efektīvā takts frekvence nav lielāka par 2400MHz. Vēl augstākas frekvences operatīvā atmiņa, fiziski būs savienojama ar mātesplati, bet pats čipsets to limitēs līdz noteiktiem ātrumiem, neļaujot izmantot maksimālo iespējamo atmiņas moduļa takts frekvenci. Respektīvi – šī atmina labākajā gadījumā darbosies ar čipseta noteikto limitējošo ātrumu.

Patērētājiem šobrīd plaši tiek piedāvāta "DDR3" tipa operatīvā atmiņa ar takts frekvences ātrumiem no 1333Mhz līdz 2666MHz, bet "DDR4" tipa operatīvā atmiņa ar takts frekvencēm no 2133MHz līdz 4266MHz. Līdz ar to, var pavisam droši apgalvot, ka izvēloties starp daudziem, dažādiem operatīvās atmiņas takts fekvenču moduļiem, liela loma jāpievērš mātesplates čipsetam, kurš noteiks – kādas operatīvās atmiņas takts frekvenču atmiņas moduļus tas pilnvērtīgi spēs atbalstīt un izmantot.

Faktiskais operatīvās atmiņas aizkaves laiks (Latency) ir parametrs, kuram arī jāpievērš pastiprināta uzmanība. Aizkaves laiku apzīmē ciklos (CL) un mēra nanosekundēs (ns). Jo mazāka būs tehniskajos parametros norādītā (CL) vērtība, jo ātrāk darbosies atmiņa. Tehniskajos parametros norādītais ciklu skaits (CL), nosaka un ietekmē aizkaves laika periodu, starp etapu, kad tiek ievadīta un izpildīta komanda. Kad atmiņas kontrolieris sniedz signālu operatīvajai atmiņai "RAM", lai tā piekļūtu konkrētam atmiņas apgabalam, datiem jāiziet cauri vairākiem cikliem, lai nonāktu vēlamajā apgabalā un pabeigtu komandu.

Operatīvās atmiņas ātrdarbību, lielā mērā nosaka tieši šie divi – augstāk aprakstītie mainīgie raksturlielumi, jeb parametri. Līdz ar to pavisam droši var apgalvot, ka atmiņas ciklu skaitam ir gandrīz tikpat liela nozīmē kā atmiņas takts frekvencei. Pie kam, lietderīgi zināt to, ka visātrākā operatīvā atmiņa būs tā, kura spēs funkcionēt ar iespējami augstu takts frekvenci un iespējami mazu aizkaves ciklu skaitu.

Parametrs, kuram ir jāpievērš salīdzinoši neliela uzmanība, bet noteikti būs lietderīgi to zināt, ir operatīvās atmiņas moduļa, stabilai darbībai nepieciešamais spriegums. Par darbībai nepieciešamā sprieguma nodrošināšanu un apgādi, atbildīga ir pati mātesplate. Spriegumu mēra, jeb norāda voltos un apzīmē ar burtu (V). Šī tehniskā informācija var nebūt norādīta uz produkta etiķetes. Taču tā vienmēr būs norādīta produkta tehniskajā specifikācijā vai dokumentācijā.

Katras nākamās paaudzes, jeb tipa operatīvās atmiņas moduļi, kļūst ne tikai ātrāki, bet arī arvien energoefektīvāki. Par piemēru, šobrīd modernākajai un aktuālākajai "DDR4" tipa tehnoloģijas operatīvajai atmiņai, lai tā spētu korekti funkcionēt, nepieciešams stabils strāvas padeves spriegums no 1.2V līdz 1.35V voltiem. Turpretī iepriekšējās paaudzes "DDR3" tipa tehnoloģijas operatīvajai atmiņai, lielākoties gadījumu, nepieciešams stabils strāvas spriegums no 1.5V līdz 1.65V voltiem. Pēc ekspertu viedokļiem "DDR4" tipa tehnoloģijas operatīvā atmiņa ne tikai spēj nodrošināt līdz pat 50% lielāku datu plūsmu, bet arī tās energoefektivitātes lietderības koeficients ir vidēji par 40% labāks, nekā "DDR3" tipa operatīvai atmiņai.

Entuziastu līmenī par būtisku papildus ekstru tiek uzskatīta arī atmiņas modulī ierakstīto gatavo "XMP" (Extreme Momory Profile) – ekstrēmo atmiņas profilu esamība un atbalsts. Šie gatavie "XMP" profili ir pieejami un aktivizējami "BIOS" sistēmā, ar nosacījumu, ka gan mātesplate, gan procesors, gan arī pati operatīvā atmiņa atbalsta "XMP" funkciju. Ekstrēmie atmiņas profili "XMP" sniedz iespēju daudz ātrāk un vieglāk, automatizēti virstaktēt operatīvās atmiņas moduļus, izvēloties un aktivizējot kādu no piedāvātajiem darbam gatavajiem individuālajiem profiliem.

Atliek vien piebilst, ka entuziasti lielu uzmanību pievērš ne tikai tehniskajiem parametriem un raksturlielumiem, bet tie arī lielu lomu pievērš atmiņas konstrukcijai un vizuālajam tēlam, jeb ārējam izskatam. Pēdējos gados ne tikai mātesplates, bet arī operatīvās atmiņasmoduļi ir kļuvuši arvien spilgtāki un krāsaināki. Tas lielā mērā ir pateicoties iepriekš darbā aprakstītajai "LED/RGB" apgaismojuma sistēmai, kura izgaismo šīs komponentes ar daudzveidīgām un dažādām krāsu spektru kombinācijām.

Operatīvās atmiņas izvēle

Patreiz patērētajiem tiek plaši piedāvāti vairāk, nekā 10 dažādu ražotāju izstrādātie un izgatavotie, stacionārajiem datoriem paredzētie operatīvas atmiņas moduļi. Lielākoties patērētājiem ir atpazīstamas, vai pa ausu galiem dzirdētas tādas atmiņas moduļu ražotāju kompānijas, kā: "Corsair, "G.Skill", "Kingston", "Crucial", "OCZ", "Patriot" vai "A-Data", kuras savu labo slavu un reputāciju ir guvošas pateicoties veiksmīgiem, ilgadējiem attīstības gadiem.

Šobrīd, 2017. gadā, savā starpā aktīvi konkurē un tirgū dominē 3 vadošie operatīvo atmiņu ražotāji:

• "Corsair",
• "G.Skill",
• "Kingston".

Savu atzinību, nopelnus, slavu un popularitāti tās guvušas ne tikai pateicoties augstiem ražošanas standartiem, produktu kvalitātei, lieliskam tehniskajam atbalstam un ilggadējam kalpošanas mūžam, bet arī inovācijām. Lai izceltos un izdabātu visām patērētāju vēlmēm, katra no šīm kompānijām ir izlaidusi vairākas, vizuāli un tehniski dažādas atmiņas modeļu sērijas. Katrai no noteikta ražotāja piedāvātajām, pārdošanā nonākušajām atmiņas moduļu sērijām ir raksturīgas vienādas vizuālās un tehniskās iezīmes, kā arī līdzīgi raksturojošie darbības parametri.

Šobrīd populārāki un pirktākie ir operatīvās atmiņas moduļi, kuri ir aprīkoti un apgādāti ar tādu papildus ekstru, kā siltuma izkliedēšanas/dzesēšanas sistēmu, kura ne tikai nodrošina nedaudz zemāku operatīvo darbības temperatūru, bet arī eleganti nosedz uz moduļa stratēģiski izvietotos mikročipus. Šādas konstrukcijas tipa moduļi ir tikai nedaudz dārgāki. Turpretī tie ir krietni vien pievilcīgāki, tādejādi noteikti vairāk uzrunājot potenciālos patērētājus, jeb pircējus.

Darba autors, ļoti labi apzinās,ka gala izvēli noteicošie pamatkritēriji ir tehniskie parametri un cena, nevis zīmols, vizuālais izskats vai papildus elementi, kuri var krietni sadārdzināt atmiņas moduļa cenu. Tomēr, darba autors rekomendē nežēlot naudu operatīvajai atmiņai un iegādāties vadošo kompāniju izstrādājumus, kuriem lielākoties gadījumu būs nodrošināta un garantēta mūža garantija. Mūža garantija, tiek piešķirta noteiktas sērijas modeļiem un tā izpaužas, kā laika posms kamēr šī atmiņa ir plaši un brīvi pieejama iegādei, kas vidēji ir 5 līdz 10 gadi, atkarībā no ražotāja un piederības kādai no sērijas moduļu grupām.