Основная память
Основная память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств:
• постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM — Rea" Only Memory) предназначено для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации; позволяет оперативно только считывать информацию, хранящуюся в нем (изменить информацию в ПЗУ нельзя);
• оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM — Random Access Memory) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени.
Большинство современных компьютеров комплектуются модулями типа DIMM (Dual-In-line Memory Module — модуль памяти с двухрядным расположением микросхем)рис.6.5.б. В компьютерных системах на самых современных процессорах используются высокоскоростные модули Rambus DRAM (RIMM) и DDR DRAM.
Модули памяти характеризуются такими параметрами, как объем (16, 32, 64, 128, 256 или 512 Мбайт), число микросхем, паспортная частота (100 или 133 МГц), время доступа к данным (6 или 7 не) и число контактов (72, 168.или 184). С 2001 г. производится выпуск модулей памяти на 1 Гбайт и опытных образцов модулей на 2 Гбайта.
Основная память соединяется с процессором через адресную шину и шину данных. Каждая шина состоит из множества электрических цепей или бит. Ширина (разрядность) адресной шины определяет, сколько адресов может быть в ОЗУ (адресное пространство), а шины данных — сколько данных может быть передано за 1 цикл.
Рис. 6.5. Микросхемы памяти RIMM (а); DIMM (б)
Например, в 1985 г. процессор Intel 386 имел 32-разрядную адресную шину, что дало возможность поддерживать адресное пространство в 4 Гбайт. В процессоре Pentium (1993 г.) ширина шины данных была увеличена до 64 бит, что позволило передавать 8 байт информации одновременно.
Каждая передача данных между процессором и памятью называется циклом шины. Количество бит, которое процессор может передать за один цикл шины влияет на производительность компьютера и определяет, какой тип памяти требуется.
Рассмотрим пример — считывание из памяти и запись в память байта с адресом 7 (рис. 4.8).
При считывании данных из памяти некоторая внешняя (по отношению к запоминающему устройству) система (например, микропроцессор) устанавливает на шине чтения-записи сигнал 1, сообщая таким образом, что должна производиться операция считывания. Кроме того, эта внешняя система помещает на адресную шину значение 0000000000000111 в двоичной системе счисления (или, что то же самое, 7 — в десятичной системе счисления). Тем самым запоминающему устройству сообщается, что требуется считать байт информации из ячейки 7. Очевидно, что в результате операции считывания содержимое указанного байта, равное 10101010, появится на информационной шине.
При записи на шине чтения-записи устанавливается сигнал «0» и на адресную и информационную шины помещаются адреса и записываемые данные. В качестве адреса запоминающее устройство получает число 0000000000000111, или 7, а в качестве записываемых данных — число 10101010. Поскольку на шине чтения-записи установлен сигнал 0, данные с информационной шины заносятся в ячейку 7.
Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объема, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.
Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как «попадания», так и «промахи». В случае попадания, то есть, если кэш содержит нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает ее непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.
Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоемких, чем DRAM (SDRAM). Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня (Ll) размером 8, 16 или 32 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня (L2) емкостью 256, 512 Кбайт и выше.