990x.top
Простой компьютерный блог для души)
Как оперативная память влияет на процессор?
Приветствую. В данной статье я постараюсь рассказать как оперативная память может влиять на процессор. Постараюсь написать все простыми словами, чтобы было понятно даже начинающему пользователю.
Что делает процессор и оперативная память?
Сперва необходимо разобраться как работает процессор и оперативная память. Зачем нужны вообще эти устройства, что они делают?
- Процессор или CPU (Central Processing Unit) — устройство которое обрабатывает данные, можно сказать что занимается вычислениями (выполняет машинные инструкции).
- Оперативная память или RAM (Random Access Memory) — место, где хранятся данные, которые обрабатываются процессором. Также в этой памяти хранятся данные, которые потребуются в будущем. Неиспользуемая память может использоваться под кэш, чтобы повторный запуск приложений и работа некоторых функций — была быстрее.
Также вы еще можете встретить термин GPU — это значит видеокарта, а iGPU — встроенное графическое ядро в процессоре.
Процессор и оперативная память — два важных устройствах, от которых собственно и зависит производительность устройства, неважно, ноутбук это, компьютер или смартфон. Везде присутствует оперативка и процессор. Да, если устройство для игр — то также еще важен графический адаптер.
Информация, которая может быть полезной. 
В серверах используется много оперативной памяти. Сервер — это постоянно запущенное огромное количество программ, которые в свою очередь разделены на условные группы. Сервер может иметь два процессора (возможно и больше). Чтобы огромное количество запущенных приложений корректно функционировало — нужно также огромное количество оперативной памяти.
Как оперативная память влияет на процессор?
Поэтому отвечая на вопрос как влияет оперативная память на процессор, можно сказать так: от ее количества зависит сможет ли процессор постоянно обрабатывать новые данные, а не ждать, пока появятся новые данные в памяти.
Дело в том, что процессор данные обрабатывает относительно быстро. Но если памяти не хватает — то чтобы освободить память для новой программы, нужно часть содержимого оперативки сбросить на диск. Этот процесс небыстрый и называется своппинг. Потом, когда данные, которые были сброшены на диск — опять понадобятся, они будут прочтены с диска и записаны в память. Но проблема в том, что запись на диск (write) и чтение (read) — процесс медленный относительно скорости оперативки.
Поэтому когда мало оперативки — присутствуют тормоза, которые вызывает диск, но процессор при этом может быть нагружен слабо, он просто ждет пока данные будут загружены в оперативку, чтобы он их смог обработать. А чтобы они были загружены — нужно освободить место в памяти. Когда оперативки достаточно — данные запущенных программ не сбрасываются на диск и процессор всегда имеет к ним быстрый доступ. Уже можно сделать вывод — чем больше оперативки, тем больше может быть запущенно приложений и это абсолютно верно.
Больше оперативки или мощный процессор?
Здесь тоже все спорно:
- Если процессор слабый, то сколько не добавляйте оперативки — ситуацию это не изменит. Процессор все равно медленно обрабатывает данные, поэтому вы будете ждать дольше.
- Если процессор быстрый, а оперативки не хватает — процессор обработает данные и будет ждать новых. Ждать будет потому что оперативки мало и чтобы появилось место — нужно сбросить часть данных на диск, а на это нужно время.
Вывод: мощность процессора и обьем оперативки — должно гармонично сочетаться. Чего-то одного много или мощного — будет недостаточно. Если не хватает оперативы, то какой бы вы мощный проц не поставили — это ничего не изменит.
А что может помочь? Улучшит ситуацию твердотельный диск SSD — его скорость считывания/записи намного выше, чем у обычного жесткого диска HDD.
Заключение
- Оперативная память хранит данные, которые используются процессом в данный момент или будут использоваться в ближайшем времени. Поэтому если оперативки не хватает — процессор будет ждать новых данных, для которых система будет освобождать место в памяти, сбрасывая неиспользуемые данные на диск (процесс вызывает подвисания).
Как влияет оперативка на процессор
Будь в курсе последних новостей из мира гаджетов и технологий
Почему оперативная память — такой же важный компонент компьютера, как и процессор
Для большинства пользователей ПК критерий выбора оперативной памяти схож с выбором накопителя — чем больше, тем лучше. И с этим, конечно же, не поспоришь — как говорится, памяти много не бывает. Но почему-то многие забывают про скоростные характеристики памяти, считая, что они слабо влияют на производительность.
Однако на практике получается интересная картина — так, при разгоне памяти. растет производительность центрального процессора, причем зачастую это не какие-то доли или единицы процентов, заметные только в бенчмарках — нет, это вполне ощутимые и при обычной работе десятки процентов. Казалось бы — это какая-то магия, разгоняешь один компонент, а увеличивается производительность другого, но это перестает казаться странным, если вспомнить, что компьютер — это совокупность завязанных друг на друга компонентов, которые не могут работать по отдельности. Ведь, к примеру, уже никого не удивляет, что система на SSD грузится и работает существенно быстрее, чем на HDD, хотя все остальные компоненты при этом могут быть точно такими же.
Но если с накопителями все понятно — чем быстрее их скорости чтения и записи, тем быстрее будут читаться файлы, и тем быстрее будет происходить с ними работа, то вот в случае с ОЗУ и процессором все остается туманным, и в этой статье мы попытаемся развеять этот туман.
Как происходит обсчет данных на процессоре
Начнем с того, как именно процессор работает с данными. По сути перед ним стоит задача: у него есть неструктурированная информация, с которой он должен что-то делать. Сама информация хранится в кэше процессора — это небольшой объем быстрой памяти, которая обычно расположена на одном кристалле с CPU для быстрого доступа к ней.
Что делать процессору с неструктурированной информацией? Вполне логично, что он должен ее структурировать — и для этого создается так называемая очередь инструкций вместе с кэшем инструкций: это место, где хранятся так сказать «полуфабрикаты» — процессор уже знает, как именно работать с этой информацией, но пока с ней не работает.
Каждый процессор имеет множество вычислительных блоков — ALU или FPU — которые и предназначены для работы с арифметическими и логическими данными. И каждый такт процессор выбирает из очереди именно те микрооперации, которые могут занять как можно больше вычислительных блоков, и если так получается, что мы нагружаем все доступные блоки, то мы достигаем максимальной загрузки и, значит, и производительности процессора.
На практике же, разумеется, всегда встречаются простои. Рассмотрим это на простом примере: допустим, нам нужно сложить X и Y. Казалось бы, плевая задача — но только при условии того, что мы эти X и Y знаем. Но зачастую X — это результат сложения A и B, а Y — результат, допустим, разности C и D. Поэтому процессору сначала нужно посчитать A+B и C-D, и лишь потом он сможет вычислить X+Y. В итоге вычисление X+Y откладывается как минимум на один такт, что приводит к появлению пустого места в конвейере на текущем такте.
Однако все может быть много хуже — у процессора может банально не быть данных ни для каких вычислений. Конечно, тут все сильно зависит от выполняемой задачи и «ровнорукости» программиста, писавшего сию программу — последний должен хорошо себе представлять, как процессор будет «понимать» его код, преобразованный декодером команд процессора. Так что в идеальном случае, если программист написал код, который способен хорошо и на некоторое время вперед загрузить CPU вычислениями, то тут влияния на производительность от разгона памяти практически нет — даже если данные подгружаться медленно, процессору все равно есть, что считать.
Увы, но на практике таких программистов маловато, и поэтому процессоры постоянно дорабатывают так, чтобы они могли быть заняты даже при недостатке данных. Для этого используется так называемый предсказатель переходов (или ветвлений), который по особому алгоритму может «додумать», что ему делать дальше, когда данных недостаточно.
И тут есть два дальнейших сценария — или процессор не ошибся и все посчитал верно, тем самым ускорив вычисления, или же он ошибся, и нужно полностью перезапускать весь вычислительный конвейер, что приводит к резкому падению производительности. И, к слову, именно улучшения в предсказателе ветвлений в последнее время и дают наибольший вклад в рост производительности — его дорабатывают так, чтобы он как можно меньше ошибался.
Нужно больше золота памяти
Очевидно, что проблем с недостатком данных не было бы в принципе, если процессор хранил все нужные данные у себя. Однако на практике это слишком дорого, поэтому кэш рос медленно — в 90-ые годы это были десятки килобайт кэша первого уровня (L1). На рубеже тысячелетий этого стало катастрофически мало, и добавили кэш второго уровня, L2, объемом в сотни килобайт. В конце нулевых появился кэш L3, позволяющий хранить несколько мегабайт информации, ну и совсем недавно, в 2015 году, появились процессоры с кэшем четвертого уровня, L4, объем которого мог быть до 128 МБ.
Смысл в увеличении объема кэша был прост — обеспечить процессор как можно большим количеством данных, получить доступ к которым он может с наименьшими задержками, что, в свою очередь, уменьшает количество простоев. Но, разумеется, все данные в кэш поместить не получится, поэтому часть их хранится в ОЗУ, которая имеет задержки доступа зачастую на порядок больше, чем кэш L1, и в разы больше, чем L3. Плюс пропускная способность памяти кажется просто смешной, если сравнивать ее с теми гигантскими объемами информации, с которыми процессор может оперировать ежесекундно.
Поэтому, если нам нужно обсчитать большой объем информации, который не помещается в кэш, то задержки при работе с ОЗУ и ее относительно низкая пропускная способность прямым образом влияют на загрузку процессора — то есть на то, будут ли у него данные для вычислений, или нет — а это, в свою очередь, напрямую влияет на его производительность.
Каким именно образом память влияет на производительность
Теперь, когда с теорией немного разобрались, пора бы уже объяснить, как именно влияет память на производительность CPU. Представим себе задачу, при работе с которой процессор 50% времени простаивает. Казалось бы — по мониторингу нагрузка на него должна быть 50%, но на практике тот же диспетчер задач будет говорить, что CPU занят на 100%. Врет ли он? Да в общем-то нет — перед процессором стоит задача, и он ее из всех сил выполняет. Ну а то, что при этом конвейер занят на 50% — ну вот такая «кривая» задача, процессор все равно не может выполнить ее быстрее.
Теперь представим, что у нас есть идеальная память, частоту которой можно увеличить вдвое. Что произойдет? Во-первых, вдвое увеличится пропускная способность. Во-вторых, вдвое уменьшатся задержки — потому что они изначально измеряются не в наносекундах, а в тактах контроллера памяти, которые обратно пропорциональны частоте. Соответственно рост частоты вдвое во столько же раз уменьшает задержки.
Конечно, на практике это ни разу не так — есть еще собственная задержка контроллера памяти, да и вдвое увеличить частоту и не увеличить при этом тайминги — фантастика. Но, раз мы представили идеальную картину, то пусть будет так. В итоге мы уменьшили задержки вдвое, и теперь процессор простаивает лишь 25% времени.
Зеленое — нагрузка на процессор, красное — простой, желтое — аппроксимирующая линия, по которой явно видно, что с ростом частоты до бесконечности время простоя уменьшается до нуля.
Еще увеличиваем частоту вдвое, еще вдвое уменьшаются задержки, а, значит, и простаивать процессор теперь будет «всего» 12.5%. Увеличение частоты еще в два раза «добавит» процессору еще 6.25% производительности, и так далее. Отсюда же, кстати, хорошо видно, что «бесконечный» разгон памяти не эффективен — уже после трех удвоений частоты мы будем «отыгрывать» лишь единицы процентов производительности — и это в том случае, если у нас задача изначально нагружала процессор всего на 50%. На практике этот уровень выше, поэтому и увеличение частоты выше определенного уровня перестает существенно увеличивать производительность.
Поэтому память и процессоры всегда развивались параллельно — так, с бурным ростом производительности CPU в 90-ые годы, когда новые процессоры всего через пару лет были вдвое мощнее предыдущих, ОЗУ тоже совершила качественный скачок от SDRAM до DDR, когда «внешняя» частота памяти стала вдвое выше «внутренней». Также хорошо видно, что сейчас в сегменте высокопроизводительных CPU, где количество ядер уже превышает пару десятков, начинается переход от 4-канальной памяти к 6-канальной.
И тут становится ясно, что ОЗУ в общем-то не увеличивает производительность процессора — она лишь уменьшает время его простоя, приближая его к той производительности, которую он мог бы выдавать в идеальном мире. Поэтому не надейтесь на то, что, купив какой-нибудь Intel Celeron и DDR4-5000, вы получите производительность Core i7 — нет, такого не будет и близко. Но все еще, имея высокопроизводительный процессор, можно заставить его выдавать больше производительности, разогнав память. А вот оптимальный уровень частоты ОЗУ и ее задержек для каждого процессора свой — но это уже практическая область, которую мы в этой статье касаться не будем.
На что влияет оперативная память на компьютере и в играх? [#2022]
Повсеместная компьютеризация привела к тому, что некоторые, ранее специфические, термины стали общеизвестны. Так, все знают, что в настольных компьютерах, ноутбуках, планшетах и даже смартфонах имеется оперативная память и что ее объем прямо пропорционален скорости работы устройства.
Это вполне соответствует действительности, но пользователю неплохо бы знать и понимать, как работает «оперативка», какие ее разновидности существуют. Особенно подобные знания важны для геймеров, ведь в компьютерных играх оперативная память влияет на множество параметров игрового процесса.
Что это такое?
ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) или RAM — часть системы компонентов компьютера, предназначенная для временного (в отличие от ПЗУ – постоянного запоминающего устройства) хранения разного рода данных.
Оперативная память энергозависима. Это означает, что после прекращения питания (отключения устройства от электросети) вся информация из ОЗУ исчезает. Оперативная память используется центральным процессором компьютера для обработки входящих, исходящих и промежуточных данных.
Проще говоря, все программы (в том числе системные), что работают на ПК (ноутбуке, планшете) в данный момент времени тем или иным образом задействуют оперативную память.
ОЗУ позволяет значительно увеличить скорость работы компьютера за счет возможности выгрузки части данных в кэш. То есть, та или иная программа работает с информацией, которая храниться на жестком диске (постоянная энергонезависимая память), процесс считывания данных с механического устройства довольно медленный, поэтому данные выгружаются в «оперативку».
Внешне оперативная память представляет собой небольшую плоскую планочку, которая устанавливается в специальные слоты на материнской плате компьютера.
Виды ОЗУ
Все известные ОЗУ можно разделить на:
- Статические SDRAM (DDR, DDR2, DDR3, DDR4)
- Динамические DRAM
Различные виды оперативно запоминающих устройств так же имеют и различия в конструкции. Это значит, что для разных видов существуют свои разъемы и поменять память одного типа на другой не выйдет.
Разница между ОЗУ и ПЗУ
Жесткий диск (ПЗУ) это постоянное хранилище данных, но скорости управления этими данными мало для нормальной работы машины. Представьте себя поваром, который готовит определённое блюдо. У вас есть огромный склад с различными продуктами. Но чтобы не бегать далеко и не искать во всей этой куче нужные продукты, вы отобрали их и положили на свой стол. Получается стол – это ваша оперативка, а склад – жесткий диск.
По этому подобию строится работа компьютера. Процессор загружает всё необходимое во временную память ОЗУ, которая гораздо быстрее, чем HDD. За счёт этого работоспособность компьютера увеличивается.
Основные характеристики оперативной памяти
С точки зрения пользователя, при покупке «оперативки» необходимо ориентироваться на ее объем, цену и производителя. Но для понимания назначения ОЗУ в работе компьютера вообще и в играх в частности, стоит разобраться и во всех остальных параметрах.
Объем
Так как в «оперативке» в каждый момент времени находится множество информации (данные с жесткого диска, кэш разнообразных программ, входные и выходные данные), то рано или поздно наступает момент, когда вся эта информация перестает умещаться в ОЗУ.
Здесь и начинается торможение системы, подвисание и непредвиденные сбои.
Для таких случаев существует файл подкачки на жестком диске, который можно настроить на разный объем информации, но и он не решает проблемы, так как для обращения к жесткому диску требуется значительно больше времени, чем для обращения к ОЗУ.
Для геймера подобные задержки в сотые доли секунды способны привести к фатальным последствиям, особенно в онлайн шутерах и других динамичных играх. Игроку приходится ждать загрузки локации, он не успевает ни выстрелить, ни увернуться от удара. Поэтому в игровом ПК объем оперативной памяти особенно важен.
Измеряется он в Мб (мегабайтах) и Гб (гигабайтах). Для комфортной игры в современные компьютерные игры рекомендуется иметь не менее (лучше более) 4 Гб оперативной памяти.
Задержка памяти
Тайминг — показатель количества тактовых циклов, происходящих за время возврата данных по запросу ЦП или проще: за какое время считываются данные из ячеек памяти.
Величина тайминга указывается на плате памяти в следующем виде:
Главный показатель — первая цифра в строке, иногда даже указывают только ее одну. Чем меньше тайминг — тем быстрее работает память!
Этот показатель нередко не учитывается не слишком опытными пользователями при покупке ОЗУ, однако для игр он критически важен: при равных прочих показателях (объем, частота) нужно выбирать память с меньшим таймингом.
Частота
Частота оперативной памяти выражается в МГц и обозначает количество циклов записи и чтения данных в секунду. Понятно, что чем выше этот показатель — тем быстрее будет работать память и компьютер.
Следует помнить о том, что бессмысленно приобретать ОЗУ с тактовой частотой 3200 МГц если материнская плата поддерживает лишь частоту 1060 МГц. Невозможно и рассматривать каждый из трех показателей производительности ОЗУ в отдельности: значение имеет их совокупность. Особенно это касается игровых компьютеров.
На что она влияет ОЗУ в играх?
Если брать во внимание игры, то оперативной памяти должно быть много. Когда загружается игрушка, все данные о локации, карте и остальные декорации попадают с HDD в оперативку, а затем видеокарта преобразует данные и транслирует на экран мониторов. Если не хватит объёма временной памяти, игра попросту будет притормаживать, а-то и зависать на несколько секунд. Конечно, всё это омрачит впечатление об игре, поэтому машины для игр оснащают большим объёмом оперативной памяти.
Влияние объёма
Ответ на вопрос: “На что влияет количество оперативной памяти?” – предельно прост. Объём ОЗУ напрямую влияет на количество информации, которую будет обрабатывать процессор, а значит и увеличивает скорость выполнения всех задач в целом.
Влияние частоты
Частота ОЗУ это скорость, с которой оперативка обменивается файлами с процессором. А уж на что влияет скорость оперативной памяти и так понятно. Выше скорость – быстрее обрабатывается информация.
На что влияет тип
Каждое последующее поколение ОЗУ отличается своими характеристиками: увеличивается частота, объем и уменьшается напряжение, благодаря чему плата меньше нагревается.
Как определить тип оперативки в компьютере?
Если вас интересуют характеристики оперативной памяти установленной на вашей машине, то нужно внимательно посмотреть маркировку на самих платах, там указаны все необходимые сведения. Либо найти информацию в документации.
Как выбрать ОЗУ для компьютера?
- Во-первых, нужно подумать о целесообразности. Соотнесите с целями, для которых используете ПК. Работа в текстовых редакторах и просмотр фильмов не требуют больших объёмов и, вам, вполне хватит 2Гб ОП, а вот для игр этого будет не достаточно.
- Для наилучших результатов возьмите планки одного производителя, с совпадающими параметрами.
- Важно, чтобы у планок была одинаковая частота работы и тайминги.
- Так же вы должны учитывать разрядность вашей ОС. Например, на 32 разрядный Windows не получится установить более 4 Гб оперативки, он её просто не увидит.
Как понять, что оперативной памяти не достаточно?
Это наглядно можно увидеть на всем известных приложениях типа фоторедактор Adobe Photoshop и любом браузере. Просто начните работать в редакторе с несколькими слоями или кликните несколько вкладок. Компьютер начнёт тормозить.
Чтобы проверить то, как работает оперативная память – вызываем Диспетчер Задач (Ctirl + Alt +Del). Кликаем вкладку «Производительность» и смотрим загрузку ОЗУ. Далее определяем, куда конкретно тратится память, нажав «Процессы». При необходимости отключаем не задействованные программы.
Теперь мы можем сделать выводы: на что влияет оперативная память в компьютере?
Скоростные характеристики машины прямо пропорционально зависят от оперативной памяти. Памяти мало — процессор работает медленнее. Но её нужно выбирать с умом, относительно других компонентов компьютера, чтобы извлечь больше пользы.