Компьютерлік жад
Телефоныңда бірнеше қосымша бір уақытта жұмыс істейді — Instagram, YouTube, WhatsApp. Ал компьютерді өшіріп қайта қосқанда файлдарың, суреттерің, бейнелерің жоғалмайды. Бірақ бұл екі нәрсе мүлдем әртүрлі жад арқылы жұмыс істейді. Осы сабақта RAM, ROM, кэш, HDD және флеш-жадты бөлшектеп зерттейміз.
Елестетіп көр: сабаққа келдің, парта үстіне дәптерлеріңді, оқулықтарыңды, қалам-сызғышыңды қойдың. Бәрі қолыңда, бәрі дайын — тез алуға болады. Сабақ біткен соң не болады? Бәрін сөмкеңе салып кетесің. Парта бос қалады.
Компьютер де дәл солай жұмыс істейді. Кез келген программа іске қосылғанда — мысалы, браузер немесе ойын — ол алдымен сол программаны өзіне «жақын» жерге алып келеді: жедел жадқа жүктейді. Неліктен? Себебі жедел жад өте жылдам — деректерді оқу бір секундтың миллиардтан бір бөлігін алады. Ал компьютерді өшірген кезде жедел жад дереу тазаланады. Сондықтан оны жедел жад дейміз — жылдам, бірақ уақытша.
RAM (Random Access Memory — кездейсоқ қолжетімді жад) — жедел есте сақтау құрылғысы (ЖЕСҚ). Компьютердің ішкі жады болып табылады және деректер мен программаларды жұмыс барысында уақытша сақтау үшін қолданылады. Компьютер өшірілгенде RAM-дағы барлық ақпарат жоғалады.
«Random Access» — «кездейсоқ қолжетімді» деген мағынаны береді. Бұл RAM-дағы кез келген ұяшыққа бір мезетте қол жеткізуге болады дегенді білдіреді — кезек күтудің қажеті жоқ. Неге RAM соншалықты маңызды? Процессор деректерді тікелей қатқыл дискіден оқитын болса, жұмыс өте баяу жүрер еді. RAM жылдамдығы HDD-ден мыңдаған есе артық. Сондықтан процессор жұмыс барысында барлық деректерді алдымен RAM-ға жүктеп алады.
Қазіргі программалардың көбіне кем дегенде 4 Гб жедел жад қажет. Егер RAM аз болса, компьютер баяулайды — ол деректерді дискке ауыстыра бастайды, ал бұл одан да баяу процесс.
Енді бір проблема туралы ойланып көрейік. RAM жылдам — бұл дұрыс. Бірақ процессор одан да жылдам. Процессор деректерді оқуға дайын тұрғанда, RAM оларды үлгеріп жеткізе алмауы мүмкін.
Кітапхананы елестет: сенде үлкен кітапхана бар (RAM), бірақ кітапты іздеп барып алу уақыт алады. Сондықтан ең жиі пайдаланатын кітаптарыңды өзіңнің жұмыс үстеліңе қойып қоясың — тез алу үшін. Компьютерде де дәл осы идея жүзеге асырылған: процессор ең жиі қолданылатын деректерді шағын, бірақ аса жылдам арнайы жадқа — кэшке — сақтайды.
Кэш (ағыл. cache — қойма) — процессор жиі қолданатын деректерді уақытша сақтауға арналған шағын, бірақ аса жылдам жад. Процессор мен RAM арасындағы жылдамдық айырмашылығын теңестіру үшін қолданылады.
Кэш бір деңгейден тұрмайды — ол үш деңгейге бөлінеді: L1, L2, L3. Неге? Себебі жад неғұрлым жылдам болса, соғұрлым қымбат тұрады және оның көлемі аз болады. Сол себепті инженерлер бірнеше деңгейлі жүйе ойлап тапты: ең жылдам және ең кіші — L1, одан үлкенірек бірақ сәл баяулау — L2, одан да үлкен — L3.
Процессор ішінде
Жанында
Ортақ
Кітапхана мысалын жалғастырайық: жұмыс үстеліңде (L1) — тек қазір оқып отырған кітабың. Жанындағы сөреде (L2) — бүгін керек болуы мүмкін кітаптар. Бұрыштағы шкафта (L3) — осы апта керек болуы мүмкін кітаптар. Деңгей өскен сайын орын көбейеді, бірақ алу сәл баяулай түседі.
Ойланып көр: компьютерді қосқанда ол қалай «оянады»? Пернетақта тілі, монитор жарықтығы, барлық бөліктер арасындағы байланыс — мұның бәрі компьютер іске қосылған бірінші секундтан жұмыс істеп тұрады. RAM-дағы барлық ақпарат өшеді, бірақ компьютердің кейбір маңызды нұсқаулықтары ешқашан жоғалмауы тиіс. Міне, дәл осы мақсат үшін ROM бар.
ROM (Read Only Memory — тек оқуға арналған жад) — тұрақты жад құрылғысы (ТЖҚ). Ондағы ақпарат зауытта бір рет жазылады және компьютер өшірілгенде де сақталып қалады. Пайдаланушы оны өзгерте алмайды.
қосылады
іске қосылады
тексереді
жүктеледі
ROM-ның маңызды ерекшелігі — ондағы ақпарат тұрақты. Электр тогы болмаса да, компьютер жылдар бойы сөреде жатса да — ROM-дағы деректер өзгермейді. ROM-да не сақталады? Компьютерді қосу программасы, пернетақта мен дисплейді басқару нұсқаулықтары, барлық құрылғыларды тестілеу программасы.
Осы ROM-да орналасқан ең маңызды программалар жиынтығын BIOS деп атаймыз.
BIOS (Basic Input Output System — енгізу-шығарудың базалық жүйесі) — компьютер іске қосылғанда бірінші жүктелетін, барлық құрылғылардың (пернетақта, дисплей, диск және т.б.) арасындағы өзара әрекетті ұйымдастыратын программалар жиынтығы. ROM-да сақталады.
BIOS-тың жұмысын жолға шығар алдындағы дайындықпен салыстыруға болады: алдымен жан-жағыңа қарайсың, бәрі дұрыс па деп тексересің, содан кейін ғана жолға шығасың. BIOS да дәл солай — компьютер іске қосылғанда ең бірінші барлық бөліктерді тексереді: пернетақта бар ма, диск бар ма, RAM жұмыс істей ме? Бәрі дұрыс болса ғана операциялық жүйені жүктейді.
Телефоныңда 128 Гб немесе 256 Гб жад бар деп жазылған — есіңде ме? Немесе компьютерде «Диск С: 500 Гб» деген жазу көрген шығарсың. Бұл — RAM емес. RAM-да мұндай сан болуы мүмкін емес (ол бар болғаны 4–32 Гб шамасында болады). Бұл — сыртқы жад, яғни файлдарың, суреттерің, бейнелерің, құжаттарың тұрақты сақталатын орын.
HDD (Hard Disk Drive — қатқыл диск жетегі) — ақпаратты магниттік қабатта тұрақты сақтайтын, сыйымдылығы үлкен жинақтаушы құрылғы. Компьютердің негізгі есте сақтау құрылғысы деп те аталады. Компьютер өшірілгенде де ақпарат сақталып қалады.
HDD қалай жұмыс істейді? Ішінде бірнеше металл немесе шыны дискілер бар, олар жоғары жылдамдықта айналады. Дискілердің үстінде магниттік қабат бар — деректер сол қабатқа жазылады. Арнайы «оқу басы» дискінің үстінде жылжып, деректерді оқиды немесе жазады. Мұны ескі виниль пластинкамен салыстыруға болады: пластинка айналады, ине жүреді — дыбыс шығады.
Неге HDD-ні «негізгі есте сақтау» дейді? Себебі онда барлық нәрсе сақталады: операциялық жүйе, программалар, фотолар, құжаттар, бейнелер. Компьютерді өшіріп, қайта қоссаң — бәрі сол жерде тұрады.
Қазір флешка немесе бұлттық жад кең тараған. Бірақ бұдан 10–15 жыл бұрын ең кең тараған сыртқы жад оптикалық дискілер еді: CD, DVD. Оптикалық дискілер — лазер арқылы оқылатын дискілер. Диск бетіне лазермен із жасалып, сол ізді дискжетек оқиды.
Дискжетектің жылдамдығы «еселік» арқылы өлшенеді. Бірінші дискжетектердің базалық жылдамдығы — 150 Кб/с. Бұл — «1×» (бір еселік жылдамдық). Сегіз еселікте — 8 × 150 = 1200 Кб/с болады. Дисктің қорабында «52×» немесе «16×» деп жазылған сандар осыны білдіреді.
Байқап көрдің бе, флешканы суға түсіріп алсаң да кейде деректер сақталып қалады? Немесе ескі телефонды жылдар бойы пайдаланбасаң да фотолар өшпей тұрады? Ал HDD-ны осылай суға түсірсең — нәтиже мүлдем басқа болар еді.
Флеш-жад — бүгінгі заманның ең кең тараған портативті жад түрі. Оның ішінде айналмалы бөліктер жоқ, магниттік қабат жоқ — тек микросхема. Сол себепті ол HDD-ге қарағанда берік, жеңіл және энергияны аз жұмсайды.
Флеш-жад (ағыл. flash — жарқыл) — микросхема негізінде жасалған, электр тогынсыз да ақпаратты ұзақ уақыт сақтай алатын жад түрі. Компьютер өшірілгеннен кейін де ақпарат жоғалмайды.
Флеш-жадтың негізгі артықшылықтары: берік — ішінде қозғалатын бөліктер жоқ, соққыға төзімді; жеңіл — кішкентай, қалтаға сияды; үнемді — HDD мен оптикалық дискжетекке қарағанда энергияны аз тұтынады; тұрақты — ток болмаса да деректер сақталады.
Флеш-жад қай жерде пайдаланылады? USB флеш-дискілер (флешкалар), смартфондардағы жад карталары (SD-карта), цифрлы фотокамерадағы жад карталары, ноутбук пен планшеттердегі SSD-дискілер (флеш технологиясына негізделген). Сыйымдылығы 1 Гбайттан басталады, қазіргі заманда терабайт деңгейіне жетіп жатыр.
Флеш-жад — дәптерге жазылған ақпарат сияқты. Дәптерді жауып қойсаң да, жылдар өтсе де — жазуың сол жерде тұрады. Ал RAM — тақтаға жазылған нәрсе сияқты: сабақ біткен соң тазаланады.
Бұл тақырып ҰБТ-да негізінен екі форматта кездеседі: (1) жад түрін анықтау — берілген сипаттама бойынша RAM, ROM, кэш, HDD немесе флеш-жадтың қайсысы екенін таңдау; (2) жад қасиеттерін салыстыру — тұрақты/уақытша, жылдам/баяу, ішкі/сыртқы деген белгілер бойынша ажырату.
Компьютердің жадын жылдамдық пен тұрақтылық бойынша деңгейлерге бөлуге болады. Қысқаша айтқанда: кэш — «жедел күнделік», RAM — «жұмыс партасы», ROM/BIOS — «мәңгі ережелер», HDD — «үлкен қойма», флеш — «жеке дәптер».