Arvutimälu on ajutine salvestusruum. Selles hoitakse andmeid ja käske, mida keskprotsessor (CPU) vajab. Enne programmi käivitamist laaditakse programm mälust mällu. See võimaldab protsessorile otsest juurdepääsu arvutiprogrammile. Mälu on vajalik kõigi arvutisüsteemide tööks, sest ilma selleta ei saaks protsessor andmeid ega koodi kiiresti lugeda ega kirjutada.

Arvuti on tavaliselt binaarne digitaalne elektroonikaseade. Binaarne tähendab, et sellel on ainult kaks olekut: sisse või välja, null või üks. Binaarses digitaalarvutis kasutatakse transistoreid elektri sisse- ja väljalülitamiseks. Arvuti mälu koosneb paljudest transistoridest või muist muudest elementidest, mis hoiavad neid kahe oleku kombinatsioone.

Iga sisse/välja seadistust arvuti mälus nimetatakse binaarseks numbriks või bitiks. Kaheksast bitist koosnevat rühma nimetatakse baidiks. Bait koosneb kahest niblites neljast bitist. Arvutiteadlased mõtlesid välja sõnad bitt ja bait. Sõna bitt on lühend binaararvust. See võtab bi binaarsusest ja lisab t numbrist. Bittide kogumit nimetati bite'iks. Arvutiteadlased muutsid kirjapildi baitiks, et vältida segadust. Kui arvutiteadlastel oli vaja sõna poole baidi jaoks, arvasid nad, et nibble, nagu pool bitti, oleks lõbus sõna, mida valida.

Mälu tüübid ja omadused

  • Volatiilne mälu (näiteks RAM) kaotab sisu, kui vool katkeb. Seda kasutatakse kiireks töömälu jaoks.
  • Mittevolatiilne mälu (näiteks Flash, SSD, kõvaketas) säilitab andmed ilma toiteallikata ja sobib pikaajaliseks salvestamiseks.
  • ROM (Read-Only Memory) sisaldab püsivaid andmeid, mida tavaliselt ei kirjutata tihti (näiteks alglaadimise programm).
  • Cache on kiire võrgustikuprotsessori lähedal paiknev mälu (SRAM), mis vähendab ligipääsu aega peamälule.
  • Registrid on protsessori sees olevad väga kiired salvestusühikud, mida CPU kasutab arvutuste ajutiseks hoidmiseks.

Kuidas mälu andmeid salvestab

Arvuti mälu koosneb väikestest mälurakkudest, milles iga rakk hoiab ühte bitti (0 või 1). Erinevad tehnoloogiad hoiavad seda olekut erinevalt:

  • SRAM (Static RAM) kasutab flip-flop'e ehk lüliteid ja säilitab bitti seni, kuni see on toidetud. SRAM on kiire, kuid kallim ja võtab rohkem ruumi, seetõttu kasutatakse seda peamiselt vahemäludes.
  • DRAM (Dynamic RAM) salvestab bitti väikese kondensaatori laenguna, mis aja jooksul tühjeneb ja mida tuleb perioodiliselt värskendada. DRAM on tihti peamine arvuti RAM-tüüp (peamine töömälu).
  • Flash ja muud pooljuhttehnoloogiad hoiavad andmeid püsivalt ja neid kasutatakse SSD-de ja mälupulkade puhul.

Mälu hierarhia ja ligipääsu kiirus

Mälu ei ole kõikjal sama: mida lähemal ja kiiremini ligipääsetavam see on protsessorile, seda kallim ja väiksem tavaliselt on. Tüüpiline hierarhia kiirest aeglase poole on:

  • Registrid (väga kiired, väga väike maht)
  • CPU vahemälud (L1, L2, L3 — SRAM)
  • Peamine mälu (DRAM — RAM)
  • Mittevoolatile salvestus (SSD, HDD, Flash)

Bittidest baitideni ja mõõtühikud

Baite kasutatakse tavaliselt andmete mõõtmiseks, sest ühe baidiga (8 bitti) saab esitada 256 erinevat väärtust (0–255), mis sobib näiteks ühe ASCII-tähe hoidmiseks. Mõned olulised ühikud:

  • 1 baiti = 8 bitti
  • 1 kilobait (KB) ≈ 1 000 baiti (tavaliselt 1 KB = 10^3 baiti), aga arvutites kasutatakse tihti 1 KiB = 1024 baiti
  • 1 megabait (MB) ≈ 10^6 baiti (või 1 MiB = 1024 KiB)
  • 1 gigabait (GB) ≈ 10^9 baiti (või 1 GiB = 1024 MiB)

Täpsus: praktikas tulevad segadused tihti sellest, et tootjad kasutavad kümnendsüsteemi (1000‑baasilisi) ja operatsioonisüsteemid sageli kaksikjuurse (1024‑baasilisi) ühikuid. Sellesse teemasse puutub ka terminoloogia kibi-, mebi-, gibi- jpm.

Adressimine ja juhised

Mälu jaguneb aadressitavatesse rakkudesse. Iga mälurakkul on aadress, mille kaudu protsessor saab lugeda või sinna kirjutada. „Random access“ tähendab, et suvalist aadressi saab ligipääseda umbes sama kiirelt (vastupidiselt sekventsiaalsele juurdepääsule näiteks tapeedega). Protsessori juhised loevad ja kirjutavad mällu, liigutavad andmeid vahemällu ning töötlevad väärtusi registrites.

Praktilised näited

  • Tekstifail: iga tähemärk võib võtta 1 baiti (ASCII) või rohkem (UTF‑8 puhul sõltuvalt märgi koodpunktist).
  • Pildid ja heli: tavaliselt kasutatakse suuremaid baitiühikuid ja tihendusi; pildi megapikslite andmed võivad nõuda megabaitide või gigabaitide kaupa ruumi.
  • Programmide käivitamine: kettalt (SSD/HDD) loetud programm laetakse peamällu (RAM), kust protsessor sellele kiirelt juurde pääseb.

Lühike kokkuvõte

Arvutimälu on ajutine või püsiv salvestusruum, kus hoitakse koodi ja andmeid. Bitt on väikseim üksus, bait on tavaliselt 8 bitti. Mälu tehnoloogiad erinevad kiiruse, hinna ja püsivuse poolest — DRAM on sage töömälu, SRAM kiire vahemälu ja flash/SSD püsiv salvestus. Mälu hierarhia aitab optimeerida süsteemi jõudlust, asetades kõige sagedamini kasutatavad andmed võimalikult kiirele ja lähedal olevale mälule.