Arvuti mälu ja salvestusruumi eri tüübid

Esimene iPhone toodi turule 2007. aastal ja sellel oli 4–8 GB salvestusruumi, kus hoiti kõiki faile, nagu fotod ja muusika. Tänapäeval saate osta Android-nutitelefoni, millel on 512 GB salvestusruumi, mis on 64 korda suurem kui algsel iPhone'il.

Tehnikas on 16 aastat sajandeid. Kuid see pole veel kogu lugu. Näiteks mälu ja salvestusruum täidavad sarnaseid funktsioone – bittide ja baitide varjamist –, kuid töötavad erinevalt.

Mis vahe on mälul, salvestusruumil ja vahemällul?

Inimesed kasutavad sünonüümidena "mälu" ja "salvestusruum". See on mõistlik, kuid siiski vale. Sarnasus on selge; mõlemad hoiavad andmeid ja neid mõõdetakse baitides, kuid kasutus on erinev.

Säilitamine on keskendunud pikaajalisele, hästi... Säilitamine. Toimikuid hoitakse seal segamatult, kuni neid vajatakse. Samas kui mälu (muutmälu – RAM) on seotud andmetega, millele arvutid peavad kiiresti juurde pääsema. Näiteks kasutatavad failid, avatud rakendustega seotud andmed ja olulised operatsioonisüsteemi failid hoitakse süsteemimälus. Seda seetõttu, et mälu on kiirem kui salvestusruum. Kahjuks on see ka kallim, nii et RAM-i mahud on väiksemad kui salvestusruumid.

Aga me jõuame endast ette. Selgitame igaüks neist üksikasjalikult.

CPU vahemälu

RAM tähistab muutmälu. Nagu eespool selgitatud, salvestatakse siin andmed hõlpsasti juurdepääsetavaks.

Vahemälu loodi aga 1980. aastatel, kuna toona polnud mälu piisavalt kiire. Vahemälu töötab sarnaselt RAM-iga, kuid kiiremini. See asub kiirustabelite tipus ja on otse integreeritud keskseadmesse (CPU), mille ümber teie arvuti on ehitatud.

Vahemälu on ülikiire, kuid maksab isegi rohkem kui RAM. Selle väikesed võimsused näitavad seda. Näiteks enamikul arvutitel on tänapäeval 8-32 GB muutmälu. Seevastu kiireim vahemälu L1 sisaldab tavaliselt kilobaite salvestusruumi, samal ajal kui L3 vahemälu (suurim) on kümmekond megabaiti (kuigi mõnel CPU-l on nüüd L3 vahemälu sadades megabaitides).

Muutmälu (RAM)

Salvestatud fail kopeeritakse avamisel RAM-i. Seal hoitakse ka praegu töötavad rakendused ja mõned operatsioonisüsteemi osad. RAM loodi umbes 1940. aastate lõpus, võimaldades andmeid salvestada ja hankida mis tahes järjekorras – sellest ka "juhuslik" nimi. RAM on "lenduv salvestusruum". Selle sisu kustutatakse seadme väljalülitamisel ja vool lakkab voolamast.

RAM-i on ka mitut tüüpi.

SDRAM

Arvutid on alates 1990. aastatest kasutanud sünkroonset dünaamilist RAM-i (SDRAM). Seda peab keegi silmas, öeldes: "sellel arvutil on 16 GB muutmälu".

Palju seadmed kasutavad nüüd DDR5 RAM-i (Double Data Rate 5th Generation mälu – uusim versioon kirjutamise ajal) SDRAM-ina. Kuid see on endiselt kallis, nii et DDR4 jääb peavooluks. Vanemad DDR3 moodulid leiate isegi vanematest arvutitest ja telefonidest.

Mälumoodulid on saadaval kahes suuruses: DIMM lauaarvutitele ja SODIMM sülearvutitele ja väikestele arvutitele. Hiljuti on sülearvutite jaoks välja pakutud uus vormitegur CAMM. CAMM-il on SODIMM-i ees eeliseid kuid pole veel laialt levinud standard.

Nüüd on tavaliselt kahte tüüpi SDRAM-i: moodulid või joodetud. Vormitegurid erinevad, kuid toimivad samamoodi.

Joodetud RAM-i kasutatakse nutitelefonides, tahvelarvutites ja mõnes sülearvutis. Kasutavad ka tänapäevased Apple’i arvutid joodetud RAM, sest see võib jõudlust parandada. Joodetud RAM-iga sülearvutitel võib olla üks või mitu mälupesa edaspidiseks laiendamiseks, kuid sageli see nii ei ole. Arvuteid, mis kasutavad ainult joodetud RAM-i, ei saa uuendada. Tavaliselt saab neid ostmise ajal kohandada, kuid hiljem ei saa neid laiendada.

Video RAM (VRAM)

Mõnikord vajavad andmed suuremat kiirust kui SDRAM, kuid vahemälu mahutavuse asemel on see midagi enamat. Kõige tavalisem näide on graafikamahukad ülesanded – rasked mängud, videotöötlus või 3D-modelleerimine.

Need vajavad sobiva nimega video-RAM-i (VRAM). GDDR6X, hetkel kiireim tüüp, ületab DDR5 kiirusi 20 korda. Samuti on see joodetud GPU-sse, tagades väiksema latentsusaja. Kahjuks ei saa te lihtsalt juurde joodetud VRAM-i osta diskreetsed graafikakaardid, ei müüda moodulitena.

Levinud on ka integreeritud GPU-d (iGPU-d).. Need on integreeritud protsessorisse ja neil on väike kogus spetsiaalset VRAM-i (megabaite versus gigabaidid spetsiaalse GPU jaoks). Integreeritud GPU-d kasutavad ühtset mälu, mis on protsessori ja iGPU vahel jagatud SDRAM. CPU määrab, kui palju RAM-i on graafika jaoks saadaval, võttes vajaduse korral osa tagasi. Ühtse mälu puudusteks on väiksem ribalaius ja võimsus.

Mittelenduv RAM (NVRAM)

Me ütlesime, et RAM on muutlik, eks? Kuid on vale nimetus: mittelenduv RAM (NVRAM). 1960. aastatel loodud sellel on võrreldes volatiilse RAM-iga miinuseid, mistõttu on viimane populaarsem.

Hiljutine "edukas" NVRAM oli Inteli ja Microni Optane. Näeb välja nagu kiirem PCIe SSD ja töötab mõnikord ka sellena, toimis Optane RAM-ina koos konkreetsete Inteli protsessoritega. See ei olnud nii kiire kui SDRAM, hinnakujundus ja võimsus ka vahepeal. Tootjad lõpetasid Optane'i tootmise 2021. aastal.

Laialdaselt kasutatakse kahte – võib-olla poolteist – väga spetsiifilist tüüpi NVRAM-i. Esimest kasutatakse koos UEFI kaasaegsetes emaplaatides (UEFI asendab vanema BIOS-i). UEFI sätteid hoitakse NVRAM-is, kuna see laaditakse enne, kui salvestusruum on saadaval. UEFI ise on salvestatud ROM-kiibile – sellest peagi lähemalt.

"Pool" tüüp on muutlik RAM, mis kasutab akusid, et seade oleks välja lülitatud. Seda kasutatakse väikeste andmemahtude säilitamiseks, mida on vaja lihtsamate toimingute jaoks. Emaplaadid, mis kasutavad endiselt vanemat BIOS-i, kasutavad seda. Vanemad mängukonsoolid, mis kasutasid kassette ja/või mälukaarte, salvestavad salvestusfaile, kasutades lenduvat RAM-i ja akut.

Kirjutuskaitstud mälu (ROM)

Need mängukassetid on salvestatud ROM-kiipidele, nagu ka UEFI ja BIOS. Iga mitteümberkirjutatav optiline ketas, näiteks Blu-ray, on samuti teatud tüüpi ROM.

Kuid siin-seal avaldavad tootjad UEFI värskendusi. Niisiis, kuidas need on "kirjutuskaitstud", kui neid saab kirjutada?

Need on elektriliselt kustutatav ROM (EEPROM). EEPROM-i värskendamine toimub väga aeglaste ja ettevaatlike protsesside kaudu. Selle põhjuseks on asjaolu, et valesti läinud UEFI või BIOS-i värskendus võib teie emaplaati kahjustada.

Tavaline ROM tuleb ka kirjutada. Jällegi, üksikasjad sõltuvad meediast. Näiteks saab optilisi ROM-e kirjutada üks kord, samas kui ROM-kiibid vajavad tööstuslikke masinaid ja muutuvad seejärel kirjutuskaitstuks. Programmeeritav ROM (PROM) on kirjutatav odavamate seadmetega, mis on harrastajate seas levinud.

Arvuti salvestusruum: kartongist pilveni

Nagu eelnevalt selgitatud, säilitab salvestus andmed pikaajaliselt. Esimesed arvutid kasutasid selleks perforeeritud pappi. Need sisaldasid arvutiprogramme ja neid tuli hoolikalt läbistada masinaga loetava kahendkoodiga – kindlasti mitte kasutajasõbralik.

Magnethoidla

Esimene tohutu areng arvutisalvestuse vallas toimus 1950. aastatel, kui suuremate andmemahtude hoidmiseks kasutati magnetlinte.

Magnetsalvestus oli suurepärane idee, nii et kõvakettad ehitati selle peale. Kõvakettadraivid (HDD) on 1960. aastatest tänapäevani olnud arvutite põhiline salvestusruum. Kuid isegi parimad kõvakettad vajavad liikuvaid osi, mis muudavad seadmed kahjustuste ja löögikiiruse suhtes haavatavaks.

Välkmälu, nt pooljuhtkettad (SSD), lahendab mõlemad probleemid. Seda tüüpi salvestusruum, mis on valmistatud ränikiipidest, nagu RAM, loeb ja kirjutab andmeid elektriliselt.

Väline salvestusruum: andmed liikvel olles

Kogu seda meediat nimetatakse sisemäluks: arvuti sees hoitav ja ainult seal kasutatav kraam. Aga eks igaüks peab aeg-ajalt kuskilt andmeid viima.

Välismälu on tegelikult sama vana kui arvutid ise. Perforeeritud kaardid sisestati pessa, seega tehniliselt eemaldatav panipaik. Lindid suutsid salvestada püsivaid andmeid, kuid kõvakettad tulid varsti pärast seda ja olid tunduvalt paremad. Lint oli odavam teha ja väiksem sai populaarseks väliskandjana.

Esiteks asendati see diskettidega. Optilised draivid oleksid pidanud olema järgmine samm, kuid ümberkirjutatavad versioonid olid liiga kallid.

Seega kolisid kliendid kiiresti välkmälule. Pöialdraivid ja välised kõvakettad või SSD-d – samad, mis nende sisemised analoogid, kuid USB-ga.

Pilvesalvestus asendab välgu välise andmekandjana. Kuna see aga vajab pidevat Interneti-ühendust, ei asenda see täielikult kaasaskantavat välismälu.

Varundussalvestus

Lõpuks on varusalvestusruum. See töötab nagu iga teine ​​salvestustüüp – kandjad on samad. Erinevus on kavatsus: varundamine on tõrkekindel.

Sisemine varukoopia – kui sisemälu koosneb kahest või enamast kettast, mida reaalajas kopeeritakse – ei kasuta enamik inimesi laialdaselt, kuid see on ettevõtete jaoks ülioluline. Levinud on välised varukoopiad, nagu USB-kõvakettad või SSD-d, võrguga ühendatud salvestusruum (NAS) ja isegi pilvelahendused.

Ettevõtted, mis vajavad tohutul hulgal varukoopiate koondamist, kasutavad sageli "külma varukoopiat". Seda juhtub harvemini ja salvestusruum ühendatakse arvutiga lahti, kui seda ei kasutata. Kummalisel kombel on "katastroofi taastamises" kasutatav magnetlint tänapäevalgi levinud.

Vahemälu, salvestusruum ja mälu mängivad erinevaid rolle

Vahemälu, mälu ja salvestusruum mängivad arvuti töös hoidmisel erinevat, kuid olulist rolli. Tulevikus näeme tõenäoliselt kõigi nende mälutüüpide võimsuse suurenemist ja selle uurimine on konkurentsivõimeline valdkond.