1.1.3.Память
Память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю.
Внутреннюю память имеет следующие уровни:
Микропроцессорная память
Основная память
Регистровая кэш-память
Основные характеристики памяти:
емкость - максимальное количество адресуемых ячеек, выраженное в байтах (Мбайтах, Гбайтах).
быстродействие - время обращения к ячейкам памяти, определяемое временем считывания или временем записи информации. Измеряется в наносекундах (10-9 с);
разрядность - количество линий ввода/вывода, которые имеют микросхемы оперативной и постоянной памяти или внешние накопители.
Чем больше емкость памяти, тем медленнее к ней доступ, поэтому в ЭВМ существует несколько запоминающих устройств, различающихся емкостью и быстродействием.
Устройства памяти |
Время доступа, с |
Емкость, бит |
Регистры |
(2-20)*10-9 |
103 - 104 |
Оперативная память |
(0,2-20)*10-6 |
106 – 108 |
Внешняя память |
10-100 |
1011 – 1012 |
Рассмотрим подробнее каждый из перечисленных видов внутренней памяти компьютера.
ПОСТОЯННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ПЗУ), в современной терминологии - RОМ (Read Only Memory).
ПЗУ – это внутренняя память, предназначенная для постоянного хранения и многократного использования системных программ, разнообразных констант, не подлежащих изменению.
Принципы работы
Во многих ПК ПЗУ реализовано отдельной микросхемой, в которой при изготовлении ПК «зашиты» основные команды ввода/вывода (BIOS – Basic Input and Output System), программы для проверки оборудования компьютера, инициирования загрузки ОС и выполнения базовых функций по обслуживанию устройств компьютера, программа настройки конфигурации компьютера).
Этот вид памяти доступен лишь для чтения хранящейся в ней информации.
После выключения питания компьютера, информация в ПЗУ сохраняется, то есть ПЗУ – энергоНЕзависимое устройство.
CMOS – полупостоянная память, предназначенная для хранения параметров конфигурации компьютера. Она обладает низким энергопотреблением. Для нее используется специальный аккумулятор, поэтому ее содержимое не исчезает при выключении компьютера.
Интегральные схемы BIOS и CMOS
ОПЕРАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ОЗУ), в современной терминологии – RAM (Random Access Memoгу), неотъемлемая часть любого ПК.
ОЗУ – внутренняя память, предназначенная для временного хранения информации (программ и данных пользователя)
Это быстродействующее ЗУ сравнительно небольшого (по сравнению с ВЗУ) объема, реализованное в виде электронной схемы.
Рис.
2.6. SIMM. Модуль памяти c однорядным
расположением
микросхем однорядным расположением
микросхем).
Принципы работы
ОЗУ доступно как для чтения, так и для записи информации. Именно в ОЗУ хранится выполняемая ПК в текущий момент программа и необходимые для нее данные.
ОЗУ работает под непосредственным управлением микропроцессора, все данные для которого непосредственно поступают только из ОЗУ.
Оно обеспечивает хранение информации лишь в течение сеанса работы с ПК – после выключения компьютера из сети данные, хранимые в ОЗУ, теряются безвозвратно, то есть ОЗУ – энергозависимое устройство.
Емкость ОЗУ современных моделей ПК колеблется от 128 Мбайт до 1024 Мбайт.
Конструктивно элементы памяти выполнены в виде модулей, так что при желании можно сравнительно просто заменить их или установить дополнительные и тем самым изменить объем общей оперативной памяти компьютера. Емкость модулей памяти кратна степени числа 2: 128, 256, 512, 1024 Mb...
(Демонстрация модулей оперативной памяти).
Виды RAM:
Полупроводниковая статическая (SRAM) — ячейки представляют собой полупроводниковые триггеры. Достоинства — небольшое энергопотребление, высокое быстродействие. Недостатки — малый объём, высокая стоимость. Сейчас широко используется в качестве кэш-памяти процессоров.
Полупроводниковая динамическая (DRAM) — каждая ячейка представляет собой конденсатор. Достоинства — низкая стоимость, большой объём. Недостатки — необходимость периодического считывания и перезаписи каждой ячейки — т. н. «регенерации», и, как следствие, понижение быстродействия, большое энергопотребление. Обычно используется в качестве оперативной памяти компьютеров.
Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш-памяти.
Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням.
Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем 16 или 32 Кбайт.
Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. (256, 512 Кбайт и выше). Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.
Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.
В кэш-памяти хранятся часто используемые части программ и данные. При обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужной информации в кэш-памяти. Для работы с кэш-памятью имеется специальный контроллер, который анализирует выполняемую программу и пытается определить, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. Конечно, процессор может и подкачать информацию, которая и не понадобится. Отношение объема используемой информации из кэш-памяти к объему неиспользуемой определяет эффективность кэширования.
Видеопамять – память для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Для видеопамяти в компьютере имеется особое устройство, называемое видеокартой, или графическим ускорителем. Видеокарту вообще можно рассматривать как самостоятельный специализированный компьютер, в нем есть и свой процессор, и оперативная память (та самая видеопамять, о которой идет речь), и ПЗУ с программой, управляющей работой процессора видеокарты.