Оперативная память, ОЗУ (main memory, main storage, Random Access Memory, RAM) — непосредственно связанная с основными процессами, выполняемыми компьютером, область памяти, из которой микропроцессор и сопроцессор берут программы и исходные данные для обработки и в которую они записывают ее результаты перед пересылкой их во внешние запоминающие устройства. Оперативную память называют также «главной» или «основной» памятью ПК; стоит отметить, что очень часто под термином «память» понимают именно оперативную память. Название «оперативная» эта память получила благодаря очень высокому быстродействию, соизмеримому со скоростью работы микропроцессора. ОЗУ работают быстрее накопителей на жестких или оптических дисках, но медленнее кэш-памяти процессора и поэтому используются как буфер между этими устройствами с целью увеличения общей производительности системы. Быстродействие оперативной памяти зависит от ее пропускной способности, т.е. количества битов, пересылаемых по системной шине между микропроцессором и банком памяти за 1 с (обычно измеряется в Мбит/с). Оперативная память является памятью с произвольным доступом (RAM): с помощью определенных методов адресации процессор может напрямую обратиться к требуемым данным независимо от их организации и месторасположения в устройствах памяти.
В IBM PC выделяют следующие области оперативной памяти:
- базовая память (conventional memory) — собственно оперативная память, составляющая первые ее 640 Кбайт и служащая для загрузки системных файлов операционной системы (IO.SYS, MSDOS.SYS, CONFIG.SYS, AUTOEXEC.SYS, COMMAND.COM), а в оставшейся свободной части другие исполняемые программы;
- верхняя память (UPA, UPper memory Area) — область памяти от 640 до 1024 Кб, обычно разделяемая на несколько блоков верхней памяти (UMB, Upper Memory Block, page frame) размером по 64 Кб каждый и предназначенная для загрузки ряда аппаратных данных, копии базовой системы ввода-вывода (BIOS), считываемой с ПЗУ, и др., а также доступа к расширенной памяти (см. далее);
- наращенная память (XMB, еXtended Memory Block) — область памяти выше 1024 Кб. Ее максимальный размер ограничивается только возможностями микропроцессора (например, для вышедших из обращения PC 80286 до 16 Мбайт, для PC 80486 до 4 Гбайт и т.д.). Нижняя (начальная) часть наращенной памяти размером в 64 Кбайт носит наименование области старших адресов или HMA-памяти (HMA, High Memory Area). Доступ и управление областью наращенной памяти обеспечивается программой-драйвером HIMEM.SYS в соответствии со стандартом XMS (eXtended Memory Specification). Он предотвращает одновременное использование одних и тех же участков памяти разными программами и позволяет загружать операционную систему в HMA;
- расширенная память (EMS, Expanded Memory Specification) — область памяти от 1 до 32 Мбайт, доступ к которой обеспечивается через один из блоков верхней памяти ПЭВМ модели PC 386 и выше специальной программой (например EMM386.EXE). Расширенная память делится на сегменты по 16 Кбайт, называемые страницами; когда программа запрашивает информацию из расширенной памяти, соответствующая страница копируется в страничный кадр (page frame) — область размером в 64 Кбайт. Эта область позволяет просматривать (по 16 Кбайт) большое пространство расширенной памяти. Организация расширенной памяти и требования к средствам ее поддержки введены в 1985 стандартом EMS (Expanded Memory Specification), разработанным фирмами Lotus Development, Intel и Microsoft (все США) в 1985;
- Page Dir Cache — память, для хранения данных об используемых страницах основной памяти;
- Call/Return Stack — память, используемая для сохранения состояния процессора и программы при вызове подпрограмм и обработке прерываний;
- SMI code and data — специальное пространство в памяти для хранения команд и данных процессора, используемых для выполнения системных функций обработки нештатных ситуаций, проверки работы процессора, перехода на режимы пониженного энергоснабжения и т.д. Обычно она не доступна операционной системе и пользовательским приложениям.
Устройство, реализующее функции оперативной памяти, — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (main storage unit). Характерной особенностью ОЗУ является то, что содержащиеся в них данные сохраняются только тогда, когда компьютер включен, при снятии электропитания содержимое оперативной памяти (как правило) стирается, т.е. ОЗУ являются энергозависимыми видами памяти. Причем, в устройствах динамической памяти (Dynamic RAM, DRAM) в силу особенностей технической реализации (электрические заряды сохраняются в ячейках памяти очень малые доли секунды) требуется постоянное обновление (регенерация) данных, в процессе которого устройство недоступно для чтения/записи. Устройства статической памяти (Static RAM, SRAM) не требуют постоянной регенерации и поэтому работают быстрее устройств DRAM, но стоят значительно дороже. Как динамическая, так и статическая память может работать либо в асинхронном, либо в синхронном режиме с процессором. Все виды асинхронной памяти, которые широко использовались до конца 1990-х, ныне устарели; в современных моделях ПК в качестве оперативной памяти обычно устанавливается синхронная динамическая память (SDRAM), которая использует тот же генератор тактовых импульсов, что и процессор. ОЗУ, как правило, состоят из нескольких интегральных микросхем (чипов), расположенных на специальных платах (модулях) определенного форм-фактора (например: SIMM, DIMM, RIMM). Модули памяти подключаются к компьютеру через специальные разъемы (слоты) на материнской плате. Чипсеты материнских плат накладывают ограничения на тип и максимальный объем оперативной памяти, которые они способны поддерживать.