18. Память пк. Оперативная память, постоянная память, внешняя память. Их взаимодействие с цп и и другими устройствами мпс.

Операти́вная па́мять (англ. Random Access Memory, память с произвольным доступом; комп. жарг. Память, Оперативка,Мозги) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимыепроцессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти^{[источник не указан 128 дней]}.

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:

непосредственно,

либо через сверхбыструю память, 0-го уровня — регистры в АЛУ, либо при наличии кэша — через него.

Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение, то есть, компьютер включён. Пропадание на модулях памяти питания, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному уничтожению данных в ОЗУ.

Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим «сна», что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. Для сохранения содержимого ОЗУ в таком случае, применяют запись содержимого оперативной памяти в специальный файл (в системеWindows XP он называется hiberfil.sys).

В общем случае, оперативная память содержит данные операционной системы и запущенных на выполнение программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Логическая структура памяти в IBM PC

В реальном режиме память делится на следующие участки:

Основная область памяти (англ. conventional memory).

Основная область памяти (Основная память, англ. Conventional memory) занимает первые 640 Кбайт оперативной памяти в IBM PC-совместимых компьютерах. В эту область загружается таблица векторов прерываний (занимает 1 Кбайт), некоторые данные из BIOS (например, буфер клавиатуры), различные 16-битные программы DOS. Для них 640 Кбайт являются барьером.

Расширенная память (EMS)

IBM PC/XT работает в реальном режиме, в котором доступно адресное пространство 1 Мбайт. IBM решила использовать 640 Кбайт для основной памяти, а оставшиеся 384 Кбайт зарезервировала для ПЗУ и дополнительных устройств (см.: UMA).

Однако, как правило, не вся UMA оказывается задействована, поэтому в ней можно выделить окно для организации страничного доступа к памяти, находящейся вне пределов доступного адресного пространства. Электронная схема под управлением программы-драйвера переключает страницы этой памяти таким образом, что в любой момент времени в окне отображается только одна страница, а остальные недоступны.

Изначально было выделено окно в 64 Кбайт, позднее схема управления была модифицирована: размер окна мог быть изменён в зависимости от конкретной системы и в нём могло отображаться одновременно несколько страниц.

Дополнительная память (XMS)

Дополнительная память (англ. Extended memory, XMS) — память за пределами первого мегабайта адресного пространства IBM PC-совместимого компьютера с процессором Intel 80286 или более поздним.

На компьютерах, совместимых с архитектурой x86, дополнительная память может использоваться только с процессорами не ниже Intel 80286. Это обусловлено их способностью адресовать более одного мегабайта памяти.

Младшие модели процессоров Intel 8086/8088 не могут непосредственно адресовать более одного мегабайта. Для этого применялось специальное устройство страничной адресации через окно, находящееся в пределах первого мегабайта адресного пространства (см.: Расширенная память).

В реальном режиме дополнительная память доступна только через интерфейс XMS (Extended Memory Specification), HMA, UMB или интерфейс расширенной памяти(EMS). И только приложения, работающие в защищённом режиме, могут использовать дополнительную память непосредственно.

Upper Memory Area (UMA)

Upper Memory Area (UMA), Upper Memory Blocks (UMB), неформально верхняя память — 384 килобайта памяти, расположенные после основной памяти по адресам от А0000₁₆ (640 Кб) до FFFFF₁₆ (1024 Кбайт, 1 Мбайт). Особенность архитектуры IBM PC.

IBM зарезервировала верхнюю область памяти своего компьютера IBM PC для ПЗУ материнской платы и дополнительных устройств и ОЗУ, а также портов ввода-вывода, адресуемых как память (Memory-Mapped Input/Output). Эта область памяти называется UMA и находится между адресами A0000₁₆ (640 Кбайт) и FFFFF₁₆ (1 Мбайт).

Например, в этой области памяти находятся ОЗУ и ПЗУ EGA-совместимого видеоадаптера и окно отображения расширенной памяти.

Верхняя память условно разделена на три области по 128 Кбайт. Стандартное распределение верхней памяти выглядит таким образом:

A0000h…BFFFFh — отведено под видеопамять, чаще всего используется не полностью.

C0000h…DFFFFh — отведено для BIOS адаптеров (Adapter ROM, Adapter RAM).

E0000h…FFFFFh — отведено под использование системного BIOS, но в большинстве случаев используется не полностью (чаще всего заняты последние 64 Кбайт).

High Memory Area (HMA)

High Memory Area, HMA — начальный участок дополнительной памяти объёмом 65520 байт (64 килобайта минус 16 байт) с адресами от 100000₁₆ до 10FFEF₁₆ (сразу после Upper Memory Area), доступный в реальном режиме через верхние сегменты адресного пространства. Особенность процессоров 80286 и выше и построенных на них IBM PC/AT-совместимых компьютеров.

Адресация памяти в процессорах 8086 и 8088 сегментная: полный (линейный) адрес памяти задаётся 16-битным номером сегмента («параграфа») и 16-битным смещением внутри этого сегмента (оба числа, как правило, записываются в шестнадцатеричной форме) и вычисляется по формуле

(сегмент) × 16 + (смещение).

(При этом один и тот же адрес может получаться из разных пар сегмент/смещение — например, полный адрес 1000₁₆ доступен и как 0000:1000, и как 0100:0000, и как 0060:0A00).

С помощью сегментной адресации доступны линейные адреса от 0 (0000:0000) до 10FFEF₁₆ (FFFF:FFFF, 1088 Кб). Однако адресная шина процессоров 808x 20-битная и может адресовать только 2²⁰ байт (1024 Кб или 1 Мб) памяти, то есть область с адресами от 0 до FFFFF₁₆ (от 0000:0000 до FFFF:000F). Адреса же от 100000₁₆ до 10FFEF₁₆ (от FFFF:0010 до FFFF:FFFF) — 21-битные, поэтому при их использовании возникает переполнение, 21-й бит теряется и, например, адрес 100000₁₆ (FFFF:0010) указывает туда же, куда и адрес 0 (0000:0000).

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.

По разновидностям микросхем ПЗУ

По технологии изготовления кристалла:

ROM — (англ. read-only memory, постоянное запоминающее устройство), масочное ПЗУ, изготавливается фабричным методом. В дальнейшем нет возможности изменить записанные данные.

PROM — (англ. programmable read-only memory, программируемое ПЗУ (ППЗУ)) — ПЗУ, однократно «прошиваемое» пользователем.

EPROM — (англ. erasable programmable read-only memory, перепрограммируемое ПЗУ (ПППЗУ)). Например, содержимое микросхемы К537РФ1 стиралось при помощи ультрафиолетовой лампы. Для прохождения ультрафиолетовых лучей к кристаллу в корпусе микросхемы было предусмотрено окошко с кварцевым стеклом.

EEPROM — (англ. electrically erasable programmable read-only memory, электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ). Память такого типа может стираться и заполняться данными несколько десятков тысяч раз. Используется в твердотельных накопителях. Одной из разновидностей EEPROM является флеш-память (англ. flash memory).

ПЗУ на магнитных доменах, например К1602РЦ5, имело сложное устройство выборки и хранило довольно большой объём данных в виде намагниченных областей кристалла, при этом не имея движущихся частей (см. Компьютерная память). Обеспечивалось неограниченное количество циклов перезаписи.

NVRAM, non-volatile memory — «неразрушающаяся» память, строго говоря, не является ПЗУ. Это ОЗУ небольшого объёма, конструктивно совмещённое с батарейкой. В СССР такие устройства часто назывались «Dallas» по имени фирмы, выпустившей их на рынок. В NVRAM современных ЭВМ батарейка уже конструктивно не связана с ОЗУ и может быть заменена.

По виду доступа:

С параллельным доступом (parallel mode или random access): такое ПЗУ может быть доступно в системе в адресном пространствеОЗУ. Например, К573РФ5;

С последовательным доступом: такие ПЗУ часто используются для однократной загрузки констант или прошивки в процессор илиПЛИС, используются для хранения настроек каналов телевизора, и др. Например, 93С46, AT17LV512A.

По способу программирования микросхем (записи в них прошивки):

Непрограммируемые ПЗУ;

ПЗУ, программируемые только с помощью специального устройства — программатора ПЗУ (как однократно, так и многократно прошиваемые). Использование программатора необходимо, в частности, для подачи нестандартных и относительно высоких напряжений (до +/- 27 В) на специальные выводы.

Внутрисхемно (пере)программируемые ПЗУ (ISP, in-system programming) — такие микросхемы имеют внутри генератор всех необходимых высоких напряжений, и могут быть перепрошиты без программатора и даже без выпайки из печатной платы, программным способом.

Внешняя память - это память, предназначенная для длительного хранения программ и данных. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер

Дисковод (накопитель) - устройство записи/считывания информации. Накопители имеют собственное имя – буква латинского алфавита, за которой следует двоеточие. Для подключения к компьютеру  одного или несколько дисководов и управления их работой нужен Дисковый контроллер

Носитель информации (носитель записи) – материальный объект, способный хранить информацию. Информация записывается на носитель посредством изменения физических, химических и механических свойств запоминающей среды

По типу доступа к информации внешнюю память делят на два класса:

Устройства прямого (произвольного) доступа –  время обращения к информации не зависит от места её расположения на носителе;

Устройство последовательного доступа – такая зависимость существует

В состав внешней памяти входят:  1) накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);  2) накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);  3) накопители на магнитооптических компакт дисках;  4) накопители на оптических дисках (CD-ROM);  5) накопители на магнитной ленте и др