Brīvpiekļuves atmiņa

Brīvpiekļuves atmiņa jeb operatīvā atmiņa (angļu: random-access memory — RAM) ir datoru atmiņa, kurai centrālais procesors spēj piekļūt tieši, tas ir, izpildīt tur esošās programmas vai apstrādāt tur esošos datus. Procesors tieši spēj piekļūt tikai operatīvajai atmiņai un lasāmatmiņai, tāpēc pirms apstrādes vai izpildes citu veidu atmiņu saturs vispirms jāielādē operatīvajā atmiņā. Brīvpiekļuves atmiņai parasti raksturīga labāka ātrdarbība nekā diskiem, taču tās saturs pēc elektrības atslēgšanas izzūd.

512 MB DDR 200 MHz(400MT/s) čips.

1 Megabita čips

Watford Electronics A3000 1MB operatīvā atmiņa

Operatīvā atmiņa veic īslaicīgu datu glabāšanu un no tās apjoma ir atkarīga datora ātrdarbība. Jo lielāks ir operatīvās atmiņas apjoms, jo vienmērīgāk darbosies operētājsistēma un ātrāk ielādēsies programmas. Mājas vajadzībām pietiks ar apjomu no 4GB līdz 8GB, savukārt spēļu datoriem un resursietilpīgu programmu lietošanai būs vajadzīgi 8 līdz 32 GB atmiņas. Ātrums tiek mērīts MHz, vissvarīgākais ir tas, ka operatīvajai atmiņai jābūt savietojamai ar pamatplati. Populārākie RAM atmiņas tipi ir DDR, DDR2, DDR3 vai arī DDR4. Brīvpiekļuves atmiņa uzglabā programmas un datus to apstrādes laikā. Operatīvo atmiņu, tāpat kā procesoru, izgatavo no elektroniskiem elementiem, un tajā notiek ātra informācijas ierakstīšana un nolasīšana. Tas nodrošina efektīvu mijiedarbību ar centrālo procesoru, izmantojot ātrdarbīgo sistēmas kopni. Taču operatīvajai atmiņai piemīt būtisks trūkums. Tā ir energoatkarīga, t.i., izslēdzot datoru, informācija operatīvajā atmiņā zūd. Tāpēc pirms darba beigām iegūtie rezultāti noteikti jāieraksta palīgatmiņā.

Dažreiz, attiecībā uz vecākām skaitļošanas sistēmām, lieto jēdzienu brīvpieejas atmiņa, kā pretstatu virknes pieejas atmiņai, jo tai ir iespējams piekļūt jebkādā secībā (virknes pieejas atmiņa būtu magnētiskā lente, kur lai nolasītu datus, kas atrodas lentes otrā galā būtu vispirms jāpārtin visa lente).

Mūsdienu tehnoloģijās brīvpiekļuves atmiņa izpaužas kā integrālās ķēdes mikroshēmas ar MOS (metāla-oksīda-pusvadītāju) atmiņas šūnām. Operatīvā atmiņa parasti ir saistīta ar nestabiliem atmiņas veidiem (piemēram, dinamiskās brīvpiekļuves atmiņas (DRAM) moduļiem), kur saglabātā informācija tiek zaudēta, ja tiek pārtraukta strāvas padeve, lai gan ir izstrādāta arī negaistošā operatīvā atmiņa. Pastāv citi patstāvīgi atmiņu veidi, kas nodrošina brīvpiekļuves piekļuvi lasīšanas darbībām, bet tie vai nu neatļauj rakstīšanas operācijas, vai tiem ir cita veida ierobežojumi. Tie ietver lielāko daļu ROM tipu un zibatmiņas tipu, ko sauc par NOR-Flash.

Datoros lietotā operatīvā atmiņa pamatā ir veidota no silīcija mikroshēmām. Ir divi galvenie atmiņas veidi:

• statiskā atmiņa (SRAM, static RAM) (informācija tiek saglabāta trigeros), tai ir mazāka ietilpība, lielākas izmaksas, bet labāka ātrdarbība, to lieto par CPU kešu (cache).
• dinamiskā atmiņa (DRAM, dynamic RAM) (informācija tiek saglabāta kondensatorā), tai ir lielāka ietilpība, jo lai saglabātu vienu bitu informācijas, pietiek ar vienu tranzistoru (SRAM vajadzēja 6), tāpēc tai ir mazākas izmaksas, taču tā ir lēnāka un tajai ir nepieciešamas speciāla atmiņas atjaunošana (refresh). DRAM lieto kā galveno datora atmiņu.

Datoru galvenā atmiņa parasti sastāv no mikroshēmām, kas atrodas uz nelielām, šaurām, garām platēm (atmiņas moduļiem). Tie iedalās pēc interfeisa specifikācijas (kontaktu skaits un izvietojums) un pēc lietotās atmiņas tehnoloģijas (visos gadījumos tā ir dinamiskā atmiņa). Vēsturiski ir bijuši sastopami dažādu veidu atmiņas moduļi. Mūsdienās (2008) izplatītākie ir DIMM moduļi parastajiem datoriem un SODIMM moduļi portatīvajiem datoriem. Vēsturiski vēl ir bijuši lietoti SIMM moduļi (līdzīgi DIMM, tikai divreiz šaurāka datu maģistrāle) un RIMM (rambus) bija dārgi un netika plaši lietoti.

Mūsdienās visplašāk tiek pielieta dubultas datu pārraides jeb DDR (Double Data Rate) tipa atmiņa, tās ātrums tiek mērīts GB/s, MHz un MT/s (Mega Transfers per second), piemēram, DDR4-3200 darbojās 3200MT/s jeb 1600 MHz frekvencē uz I/O kopni jeb 400 MHz frekvencē uz pašiem atmiņas čipiem ar teorētisko datu pārraides ātrumu ~25,6 GB/s.

Nosaukums	Atmiņas frekvence	I/O bus frekvence	Pārraides ātrums	Teorētiskais datu pārraides ātrums
DDR-200, PC-1600	100 MHz	100 MHz	200 MT/s	1.6 GB/s
DDR-400, PC-3200	200 MHz	200 MHz	400 MT/s	3.2 GB/s
DDR2-800, PC2-6400	200 MHz	400 MHz	800 MT/s	6.4 GB/s
DDR3-1600, PC3-12800	200 MHz	800 MHz	1600 MT/s	12.8 GB/s
DDR4-2400, PC4-19200	300 MHz	1200 MHz	2400 MT/s	19.2 GB/s
DDR4-3200, PC4-25600	400 MHz	1600 MHz	3200 MT/s	25.6 GB/s

Kā darbojas operatīvā atmiņa?

Termins “operatīvs”, ko piemēro operatīvajā atmiņā, izriet no tā, ka jebkurai glabāšanas vietai, ko sauc arī par jebkuru atmiņas adresi, var piekļūt tieši. Sākotnēji termins Operatīvā atmiņa tika lietots, lai atšķirtu parasto pamata atmiņu no bezsaistes atmiņas.

Bezsaistes atmiņa parasti attiecas uz magnētisko lenti, kurai var piekļūt tikai konkrētu datu daļu, lokalizējot adresi secīgi, sākot no lentes sākuma. Operatīvā atmiņa ir sakārtota un kontrolēta tādā veidā, kas ļauj saglabāt un izgūt datus tieši uz un no noteiktām vietām.

Citiem atmiņas tipiem, piemēram, cietajam diskam un CD-ROM, var piekļūt arī tieši vai nejauši, bet termins “operatīvs” netiek izmantots, lai aprakstītu šos atmiņas veidus.

Operatīvās atmiņas jēdziens ir līdzīgs kastītēm, kurā katra kastīte var saturēt 0 vai 1. Katrai kastītei ir unikāla adrese, kas tiek atrasta, saskaitot visas kolonnas un rindas uz leju. Operatīvās atmiņas kastīšu kopu sauc par masīvu, un katru kastīti sauc par šūnu.

Lai atrastu noteiktu šūnu, operatīvās atmiņas kontrolleris nosūta kolonnas un rindas adresi uz plānu elektrības līniju, kas iegravēta mikroshēmā. Katrai operatīvās atmiņas masīva rindai un kolonnai ir sava adreses rinda. Visi dati, kas tiek nolasīti, ceļo atpakaļ atsevišķā datu līnijā.

Operatīvā atmiņa ir fiziski maza un tiek glabāta mikročipos. Tas ir arī mazs datu apjoma ziņā. Tipiskam klēpjdatoram var būt 8 gigabaiti operatīvās atmiņas, bet cietajam diskam var būt 10 terabaiti.

Savukārt cietais disks saglabā datus uz magnetizētās virsmas par to, kas izskatās pēc vinila ieraksta. Vai arī SSD saglabā datus atmiņas mikroshēmās, kas atšķirībā no operatīvās atmiņas nav gaistošas. Tie nav atkarīgi no pastāvīgas enerģijas un nezaudē datus, kad ir izslēgta strāva. Operatīvās atmiņas mikročipi ir apkopoti atmiņu moduļos. Tās tiek savienotas ar datora mātesplati.

Lielākā daļa datoru ļauj lietotājiem pievienot operatīvās atmiņas moduļus līdz noteiktam ierobežojumam. Jo datorā ir vairāk operatīvās atmiņas, jo tas samazina to reižu skaitu, kad procesoram jālasa dati no cietā diska, un šī darbība aizņem vairāk laika nekā datu lasīšana no operatīvās atmiņas. Piekļuves laiks operatīvajai atmiņai ir nanosekundes, bet citu atmiņu piekļuves laiks ir milisekundes.

Datora aktīvās lietošanas laikā sistēmas daļas un draiveri tiek ielādēti atmiņā, kas ļauj CPU ātrāk apstrādāt instrukcijas un paātrināt darbības procesu. Kad operētājsistēma ir ielādēta, tiek ielādētas arī programmas, kuras atveras tāpat kā pārlūks, ko izmanto lapas skatīšanai. Ja ir atvērts pārāk daudz programmu, dators maina atmiņā esošos datus starp operatīvo atmiņu un cieto disku.

Datora veiktspēja lielā mērā ir attiecināma uz tajā esošo atmiņas apjomu. Ja datoram nav ieteicamās atmiņas operētājsistēmas un tās programmu palaišanai, tā veiktspēja ir lēnāka. Jo vairāk atmiņas ir datoram, jo vairāk informācijas un programmatūras var ātri ielādēt un apstrādāt.

Cik daudz operatīvās atmiņas ir nepieciešams?

Nepieciešamais operatīvās atmiņas apjoms ir atkarīgs no tā, ko lietotājs dara. Piemēram, ja notiek video rediģēšana, ir ieteicams, lai sistēmai būtu vismaz 16 GB operatīvās atmiņas, lai gan ir vēlams vairāk. Fotoattēlu rediģēšanai, izmantojot Adobe Photoshop, iesaka sistēmai nodrošināt vismaz 3 GB operatīvās atmiņas, lai Photoshop CC varētu palaist Apple datorā. Taču, ja lietotājs vienlaikus strādā ar citām lietojumprogrammām, pat 8 GB operatīvās atmiņas var visu palēnināt.