2.4. Организация оперативной памяти
Запоминающие устройства (ЗУ), именуемые также устройствами памяти, предназначены для хранения данных. Онич в свою очередь, включают процессоры, схемы логики, матрицы памяти, схемы контроля данных, дешифраторы, буферы, регистры, электрические и механические компоненты.
Основными характеристиками ЗУ являются:
емкость памяти, измеряемая в битах либо байтах;
методы доступа к данным;
быстродействие (время обращения к устройству);
надежность работы, характеризуемая зависимостью от окружающей среды и колебаний напряжения питания;
стоимость единицы памяти.
ЗУ делятся на электронные и электронно-механические. Первые базируются на интегральных схемах, характеризуются высокой стоимостью, обладают большим быстродействием, надежностью в работе. Электронно-механические устройства используют механические средства, но более экономичны и имеют большую емкость памяти. В этой связи в каждой системе создается и используется иерархия ЗУ. Последние делятся как минимум на два класса: оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) и внешние запоминающие устройства (ВЗУ).
Внешние запоминающие устройства подробно рассмотрены далее. Здесь же речь пойдет об устройствах оперативной памяти.
В адресном ОЗУ каждый элемент памяти имеет адрес, соответствующий его пространственному расположению в запоминающей среде. Поэтому, обращение к определенному элементу производится в соответствии с кодом его адреса. В ЗУ после приема кода осуществляется его дешифрация, после чего следует выборка из элемента конкретной группы битов или слов.
В ассоциативном ОЗУ поиск данных происходит по конкретному содержимому, независимо от его адреса. Такой поиск информации идет с использованием определенных признаков, например, ключевых слов, которые связаны с искомыми данными. Ассоциативные устройства, хотя и являются более сложными, обеспечивают более быстрый поиск и выбор хранимых данных.
Необходимо отметить, что все распространенные операционные системы, если для работы нужно больше памяти, чем физически присутствует в компьютере, не прекращают работу, а сбрасывают не используемое в данный момент содержимое памяти в дисковый файл (называемый свопом — swap) и затем по мере необходимости «перегоняют» данные между ОЗУ и свопом. Это гораздо медленнее, чем доступ системы к самой ОЗУ. Поэтому от количества оперативной памяти напрямую зависит быстродействие системы в целом.
Основные принципы
Рассмотрим адресные ЗУ. Команды, исполняемые ЭВМ при выполнении программы, равно как и числовые и символьные операнды, хранятся в памяти компьютера. Память состоит из многих миллионов ячеек, в каждой из которых содержится один бит информации (значения 0 или 1). Биты редко обрабатываются поодиночке, а как правило, группами фиксированного размера. Для этого память организуется таким образом, что группы по п бит могут записываться и считываться за одну операцию. Группа п бит называется словом, а значение п — длиной слова. Схематически память компьютера можно представить в виде массива слов (рис. 2.14).
Обычно длина машинного слова компьютеров составляет от 16 до 64 бит. Если длина слова равна 32 битам, в одном слове может храниться 32-разрядное число в дополнительном коде или четыре символа ASCII, занимающих 8 бит каждый.