#5 – Как работает память компьютера?

Как хранится информация?

В компьютере вся информация сохраняется исключительно в виде бинарного кода, что состоит из нулей и единиц. Любая программа, изображение, игра, звук, видео и прочее – всегда описывается последовательностью нулей и единиц. Чем больше файл по размеру, тем большая последовательность нулей и единиц необходима для его описания.

Вся информация относительно этой последовательности хранится в памяти компьютера. Под каждый такой файл есть своя ячейка в памяти. Чем больше бинарный код, тем больше ячейка занимает памяти.

Все ячейки хранятся на жестком диске вашего компьютера. Также их можно хранить на накопителях по типу флешки, съёмного жесткого диска и так далее.

Как все работает?

Мы понимаем что вся информация хранится внутри жесткого диска. Но как позже она обрабатывается? Каким образом компьютер достает информацию и запускает ее? Давайте это выясним.

В любом компьютере все операции выполняются за счет процессора. Когда вы запускаете программу, открываете видео или слушаете музыку – все эти вещи обрабатываются процессором и выдаются вам в качестве готового результата.

Но процессор вовсе не единственная технология, что обеспечивает нас возможностью работы с компьютером. Процессор лишь обрабатывает переданные в него данные, а сами данные сохраняются отдельно.

Упрощено схему работы ПК можно представить в трех пунктах: 

• жесткий диск
• оперативная память
• процессор

В этой схеме жесткий диск является местом для хранения всей информации что есть у вас на ПК: программы, игры, фото, музыка и так далее. При запуске чего-либо на компьютере данные выбираются из жёсткого диска и перемещаются в оперативную память. Она выполняет роль буфера обмена между накопителем и процессором. То есть данные сперва считываются с жесткого диска (или другого накопителя) в оперативную память и уже затем обрабатываются центральным процессором.

Такая схема применяется, потому что процессор - очень быстрое устройство и ему требуется быстро получать доступ к нужным данным и командам, иначе он будет простаивать и производительность системы уменьшится.

Оперативная память

Из всей этой схемы нас более всего будет интересовать оперативная память. Именно с ней нам как программистам придется работать. В современных языках программирования работа с оперативной памятью поставлена на автомат. Вы практически не задумываетесь о ней при разработке, но при этом всем важно понимать что это такое, как оно работает и каким образом вы можете его перевыполнить.

Раньше когда программирование было более низкоуровневым, то есть когда вы практически сразу писали бинарный код, то работа с памятью была основной задачей.

Оперативная память, как и любая память, имеет свои ограничения. К примеру, если в оперативной памяти вы можете хранить 1КБ информации, а вы передаете туда 2КБ информации, то память переполняется и получается так что программа останавливается, выбивает ошибку и прекращает свою работу.

Чтобы такого не произошло нужно следить за оперативной памятью, а также вовремя ее очищать в случае когда информация что хранится в ней вам больше не нужна.

Формат хранения информации

Для хранения одной ячейки информации используется бит. Он может иметь значение 1 или 0. 1 будет означать передачу тока в транзистор, а 0 – нет.

Компьютер не может обратиться к одной такой ячейке напрямую. Он всегда обращается к байту, то есть набору из 8 таких ячеек. Нумерация ячеек идет от 7 до 0 включительно.

Поэтому наименьший тип данных для компьютера считается именно байт, так как к нему компьютер может получить доступ. Один байт всегда состоит из 8 битов.

У каждого байта есть свой байтовый адрес. Это такой адрес, по которому компьютер может найти нужную ячейку с информацией и прочитать ее. Каждый адрес уникален и каждый хранит свое определенное значение.

Как храниться текст?

В программировании для символов существуют специальные таблицы кодирования. Одна из наиболее популярных таблиц называется ASCII. Суть в том, что под каждый символ в этой таблице есть свое числовое значение. К примеру, символ D равен числу 104. Такие же кодировки есть и для всех прочих символов из алфавита.

Когда вы пытаетесь сохранить слово или предложение, то под каждый символ создается отдельный байт. В этом байте описывается кодировка символа согласно ASCII.

Получается, что для описания слова состоящего из 5 символов будет создано 5 байтовых ячеек или 40 битов информации. Размер занимаемого места в памяти компьютера будет равен 5 байтам. Если вы опишите 1000 символов, то это будет 1000 байт или же 1 КБ. По такой же логике вы можете описывать более длинные текста, что по итогу могут занимать 1000 КБ или 1 МБ.

Какие есть типы хранения информации?

Для хранения разного типа информации в компьютере предусмотрены разные типы данных. Наиболее простой тип данных – байт. Он может хранить в себе значения от -128 до 127. Большее число он хранить не сможет, ведь не хватит битов для описания такого числа при помощи бинарного кода.

Далее идет тип short, что занимает уже 2 байта и может хранить большие числа: от -32768 до 32767. Если в такой тип вы сохраните число 7, то все обработается, но в памяти компьютера будет задействовано на 1 байт больше чем требуется. Этот байт будет пустым, но все же занятым.

Существуют и другие типы как int, что занимает 4 байта или же long, что занимает 8 байтов. Более детально мы эти типы рассмотрим в уроке по изучению переменных.