Datora atmiņa: definīcija, bīti, baiti un atmiņas tipi (RAM, ROM)
Uzzini datora atmiņas definīciju, bitu un baitu nozīmi, atšķirības un atmiņas tipus (RAM, ROM) — skaidri, vienkārši un saprotami.
Datora atmiņa ir pagaidu glabāšanas vieta, kurā tiek turēti dati un instrukcijas, kas nepieciešamas centrālajai procesora vienībai (CPU). Pirms programmas darbības tā parasti tiek ielādēta no pastāvīgās atmiņas (piemēram, cietā diska vai SSD) operatīvajā atmiņā. Tas ļauj centrālajam procesoram ātri un tieši piekļūt programmas kodam un datiem — atmiņa ir nepieciešama ikvienā datorā.
Bits, baiti un to izcelsme
Dators parasti ir bināra ciparu elektronikas ierīce. Binārais režīms nozīmē, ka katrs elements var atrasties vienā no diviem stāvokļiem — ieslēgts vai izslēgts, 1 vai 0. Šos stāvokļus ierīces realizē ar tranzistorus. Datora atmiņu veido miljoniem vai pat miljardiem tranzistoru, kas katrs var saturēt bitu informācijas.
Katra atmiņas vienība, kas glabā vienu bināru vērtību, saucas bits jeb bits. Astoņu bitu grupa veido vienu baitu (1 B = 8 b). Baitu bieži sadala divās daļās — pa četriem biti — ko angliski sauc par nibble (latviski dažreiz raksta nibls).
Vārds bit ir saīsinājums no "bi(nārais) cipar(s)". Vārds byte radās kā viegli izrunājama forma, kas apzīmē vairākus bitus kopā. Tāpat datortehnoloģijā ir radītas vienkāršas un humoristiskas nosaukumu formas, piemēram, nibble (puse baita).
Atmiņas lieluma vienības
- 1 baits (B) = 8 biti (b).
- 1 kilobaits (KB) tradicionāli tiek uzskatīts par 1024 baitiem; precīzāk izmanto 1 kibibaits (KiB) = 1024 B. Līdzekļu ražotāji reizēm lieto 1 KB = 1000 B.
- 1 MB (megabaits) ≈ 1 000 000 B (vai 1 MiB = 1 048 576 B).
- 1 GB (gigabaits) ≈ 1 000 000 000 B (vai 1 GiB = 1 073 741 824 B).
Praktiski piemēri: īss teksta dokuments var aizņemt dažus kilobaitus, augstas izšķirtspējas fotogrāfija — daudzas megabaitas, bet filma vai spēle — vairāku gigabaitu apjomā.
Atmiņas tipi: RAM un ROM
Galvenās datora atmiņas kategorijas pēc uzvedības un pielietojuma ir:
- Operatīvā atmiņa (RAM) — parasti tā ir volatile (t.i., izzūd, kad izslēdz datoru). RAM glabā īslaicīgu informāciju, ko izmanto darbināmās programmas un aktīvie dati. RAM iedalās tehnoloģijās, piemēram, DRAM (dinamiskā RAM — lēnāka, lētāka, jāatjauno periodiski) un SRAM (statiskā RAM — ātrāka, dārgāka; izmanto pārvaldē un kešatmiņās).
- Pastāvīgā atmiņa (ROM, Flash) — non-volatile, saglabā informāciju arī bez barošanas. ROM var saturēt ierīces programmaparatūru (firmware), piemēram, BIOS/UEFI. Mūsdienās plaši izmanto flash atmiņas (SSD un USB atmiņas), kas ļauj vairākas lasīšanas/ieraksta operācijas.
Atmiņas hierarhija un ātruma nozīme
Datorā pastāv hierarhija: reģistri (procesora iekšējā, visātrākā atmiņa) → kešatmiņas (cache, parasti SRAM, ļoti ātras) → RAM (operatīvā atmiņa) → pastāvīgā atmiņa (SSD/HDD). Ātrākā atmiņa ir dārgāka uz baitu, lēnākā — lētāka un ietilpīgāka. Programmu veiktspēja lielā mērā ir atkarīga no tā, cik efektīvi tiek izmantota ātrā atmiņa un kešsistēmas.
Adresēšana un virtualizācija
Katram baitam operatīvajā atmiņā parasti ir sava adrese. CPU izmanto adreses, lai lasītu vai rakstītu datus. Mūsdienu operētājsistēmas izmanto arī virtuālo atmiņu — diska vietu, kas pagaidu kā paplašinājums RAM (swap), ļaujot darbināt lielākas programmas, bet tas ir daudz lēnāk nekā reāla RAM piekļuve.
Par drošību un uzticamību
Atmiņas ierīču darbības kļūdas var rasties no aparatūras defektiem, elektromagnētiskā kairinājuma vai barošanas traucējumiem. Kritiskos risinājumos tiek izmantotas korekcijas koda atmiņas (ECC RAM), kuras spēj atklāt un dažkārt labot bitu kļūdas.
Kopsavilkums
Datora atmiņa ir būtisks komponents, kas nodrošina, ka CPU var ātri piekļūt nepieciešamajiem datiem un instrukcijām. Sapratne par bitu un baitu lielumiem, atmiņas tehnoloģijām (RAM, ROM, flash) un atmiņas hierarhiju palīdz izvēlēties piemērotu iekārtu un optimizēt datora darbību. Ja nepieciešams, apskatiet konkrētas atmiņas tehnoloģijas (piem., DDR tipa RAM, NVMe SSD) — tās atšķiras pēc ātruma, uzticamības un cenas.
Rakstzīmes atmiņā
Atmiņas baits tiek izmantots, lai saglabātu kodu, kas apzīmē rakstzīmi, piemēram, skaitli, burtu vai simbolu. Astoņos bitos var saglabāt 256 dažādus kodus. Tas tika uzskatīts par pietiekamu, un baits tika noteikts astoņu bitu apjomā. Tas ļauj saglabāt desmit decimālciparu ciparus, 26 mazos burtus, 26 lielos burtus un daudzus simbolus. Agrīnie datori izmantoja sešus bitus baitā. Tas deva 64 dažādus kodus. Šajos datoros nebija mazo burtu.
Datorzinātniekiem bija jāvienojas par to, kurš kods atveidos katru rakstzīmi. Lielākā daļa mūsdienu datoru izmanto ASCII (American Standard Code for Information Interchange). ASCII katrs kods ir astoņi biti - jebkura 0 un 1 kombinācija - un veido vienu rakstzīmi. Burtu A apzīmē ar kodu 01000001.
Mūsdienu datoriem ir nepieciešami vairāk nekā 256 dažādi burti visās pasaules valodās, lai iekļautu visas pasaules valodu rakstzīmes. Cita kodu sistēma, ko sauc par Unicode, ļauj izmantot 1 112 064 dažādas rakstzīmes, katrai rakstzīmei izmantojot no viena līdz četriem baitiem.
Atmiņas adrese
Datora procesors var piekļūt katram atsevišķam baitam. Katram baitam tas izmanto adresi. Datora atmiņas adreses sākas no nulles un palielinās līdz lielākajam skaitlim, ko dators var izmantot. Vecāki datori bija ierobežoti attiecībā uz to, cik lielu atmiņas daļu tie varēja adresēt. 32 bitu datori var adresēt līdz 4 GB atmiņas. Mūsdienu datori izmanto 64 bitus un var adresēt līdz 18 446 744 744 073 709 551 616 baitiem = 16 eksabaitiem atmiņas.
Datoros izmantotie skaitļi var būt ļoti lieli. Lai to atvieglotu, var izmantot vienību K (kilobaits) vai Ki (kibibits). Datoru atmiņā skaitļi ir divu pakāpju lielumi. Viens kibibibaits ir divi pēc 10 lieluma, t. i., 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2, un tas tiek rakstīts kā 210 = 1024 baiti. Piemēram, 64 kibibaiti, kas rakstīti kā 64KiB vai 64KB, ir tas pats, kas 65 536 baiti (1 024 × 64 = 65 536). Lielākam atmiņas apjomam izmanto megabaitu (MB) vai mebibaitu (MiB) un gigabaitu (GB) vai gibibaitu (GiB) vienības. Viens datoratmiņas megabaits ir 2 20baiti jeb 1024KB, kas ir 1 048 576 baiti. Viens gibibaits ir 2 30baiti jeb 1024 MB.
Skaitļi ir divu reizinātāji. Tāpēc atmiņas kilobaits ir 1024 baiti, nevis 1000, kā tas būtu kilogramu gadījumā. Lai izvairītos no šīs neskaidrības, Starptautiskā Elektrotehniskā komisija (IEC) izmanto nosaukumus kibibits, mebiits un gibibits binārajiem lielumiem. Ar kilobaita, megabaita un gigabaita apzīmējumiem apzīmē 10 lielumus. Apvienotā elektronisko ierīču inženieru padome (JEDEC) ir saglabājusi vecākos nosaukumus. Vēl sliktāk ir tas, ka datoru datu glabāšanas ierīču, piemēram, cieto disku (HDD), izmēri tiek mērīti desmit pakāpēs. Tātad 500 GB disks ir 500 x 1000 x 1000 x 1000 x 1000 baitu. Tas ir daudz mazāk nekā 500 GB atmiņas, kas ir 500 x 1024 x 1024 x 1024 x1024. Lielākā daļa datorzinātnieku joprojām izmanto vecos nosaukumus, un, runājot par atmiņu un atmiņas ierīcēm, viņiem jāatceras, ka vienības ir atšķirīgas.
Tikai nolasāma atmiņa
Ir dažas programmas un instrukcijas, kas datoram vienmēr būs nepieciešamas. Tikai nolasāmā atmiņa (ROM) ir pastāvīgā atmiņa, kas tiek izmantota, lai saglabātu šīs svarīgās vadības programmas un sistēmas programmatūru, lai veiktu tādas funkcijas kā programmu palaišana vai palaišana. ROM nav gaistoša. Tas nozīmē, ka atmiņas saturs netiek zaudēts, kad tiek izslēgts strāvas padeves avots. Tās saturs tiek ierakstīts, kad dators ir uzbūvēts, bet mūsdienu datoros lietotājs var mainīt saturu, izmantojot īpašu programmatūru.
Atmiņa ar nejaušu piekļuvi
Atmiņu (RAM) izmanto kā datorsistēmas operatīvo atmiņu. Tajā uz laiku tiek glabāti ievades dati, starprezultāti, programmas un cita informācija. To var lasīt un/vai rakstīt. Parasti tā ir gaistoša, kas nozīmē, ka visi dati tiek zaudēti, kad tiek izslēgta strāvas padeve. Vairumā gadījumu to atkal ielādē no cietā diska, kas tiek izmantots kā datu krātuve.
Negaistošā atmiņa
Negaistošā atmiņa ir datora atmiņa, kas saglabā saglabāto informāciju, kad nav barošanas avota.
Negaistošās atmiņas piemēri ir šādi:
- tikai lasāmā atmiņa
- zibatmiņa
Dažkārt tas var attiekties uz datora krātuvi. Tās vienmēr ir neilatilas.
Piemēri, piemēram:
- Cietvielu ierīces, kurās izmanto zibatmiņu, piemēram, cietvielu diskus (SSD) un USB zibatmiņas diskus.
- Magnētiskās datoru atmiņas ierīces, piemēram, cietie diski (HDD), disketes un magnētiskās lentes.
- optiskos diskus, piemēram, CD-ROM, DVD-ROM un Blu-ray.
- papīra uzglabāšana, piemēram, papīra lentes un perforētas kartes.
Cietvielu diski ir viens no gaistošās atmiņas piemēriem.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir datoru atmiņa?
A: Datora atmiņa ir pagaidu glabāšanas zona, kurā tiek glabāti dati un instrukcijas, lai centrālais procesors (CPU) varētu tiem piekļūt.
Q: Kā darbojas programma?
A: Pirms programma var darboties, tā ir jāielādē no atmiņas atmiņā, lai centrālajam procesoram būtu tieša piekļuve tai.
J: Kas ir bināra ciparu elektronika?
A: Bināra ciparu elektronika ir tad, kad datorā elektrības ieslēgšanai un izslēgšanai izmanto tranzistorus, radot divus stāvokļus - ieslēgts vai izslēgts, nulle vai vienāds.
J: Kas ir biti un baiti?
A: Atsevišķu ieslēgšanas/izslēgšanas iestatījumu datora atmiņā sauc par bināro ciparu jeb bitu. Astoņu bitu grupu sauc par baitu.
J: No kurienes radās vārdi "bits" un "baits"?
A: Vārdus "bit" un "baits" izdomāja datorspeciālisti - "bit" radies, apvienojot "bi" no bināra un "t" no cipara, bet "baits" tika mainīts no "bite", lai izvairītos no pārpratumiem.
Jautājums: Kas ir "nibble"?
A: Nibble ir puse no baita, kas sastāv no četriem bitiem. To tā nosauca tāpēc, ka to uzskatīja par pusi no bita.
J: Kas izdomāja vārdu nibble?
A: Vārdu "nibble" radīja datorzinātnieki, kad viņiem bija nepieciešams atbilstošs termins pusei baita.
Meklēt