Объем памяти

Важнейшей характеристикой памяти является ее объем. Объем памяти равен количеству байтов, из которых она состоит. Таким образом, основной единицей измерения объема памяти является байт. Байт как единица объема представляет собой слишком маленькую величину. Поэтому для указания объемов памяти используется ряд кратных единиц. В вычислительных машинах основной системой счисления является двоичная, поэтому кратные единицы образуются с помощью так называемой двоичной тысячи, которая равна 2¹⁰=1 024. Первая кратная единица называется Кбайт (произносится «ка байт»). 1 Кбайт равен 1 024 байтов. Иногда, для упрощения речи, эту единицу называют килобайт, что не совсем правильно, так как килобайт должен был бы быть равным ровно одной тысяче байтов, а не одной тысяче двадцати четырем. Но на практике этой небольшой разницей часто пренебрегают. Следующая кратная единица — Мбайт («эм байт» или, упрощенно, мегабайт). 1 Мбайт равен 1 024 Кбайт или 1 048 576 байтам. Далее следует Гбайт («гэ байт» или гигабайт). 1 Гбайт равен 1 024 Мбайт=1 048 576 Кбайт=1 073 741 824 байтам. И наконец, последняя из введенных на сегодняшний день единиц объема называется Тбайт («тэ байт» или терабайт). 1 Тбайт равен 1 024 Гбайт=1 048 576 Мбайт= 1 073 741 824 Кбайт=1 099 511 697 776 байтов.

Для более наглядного представления этих единиц можно сделать следующий прикидочный расчет. На одной странице книги обычного формата размещается примерно 2000-3000 символов, то есть для ее кодирования в формате ТХТ необходимо около 2-3 Кбайт машинной памяти. Таким образом, для хранения текста книги (без иллюстраций), состоящей из 500 страниц, необходимо примерно 1-1,5 Мбайт. Еще ряд примеров. Один номер четырехстраничной газеты обычного формата (размера) занимает примерно 150 Кбайт. Для одного черно-белого телевизионного кадра при 32 градациях яркости требуется около 300 Кбайт памяти. А для хранения одного полноцветного кадра — около 1 Мбайт. Полуторачасовой цветной телевизионный фильм без применения специальных форматов типа MPEG-4 требует уже примерно 150 Гбайт памяти.

Виды памяти в компьютере

В составе компьютера имеется несколько уровней, разновидностей памяти. Важнейшими для работы компьютера видами памяти являются оперативная память (ОП) и внешняя память (ВП).

Оперативная память

Этот уровень памяти компьютера подобен кратковременной памяти человека. Когда человек сосредоточен на выполнении какого-либо дела — готовит пищу, совершает покупки, играет на музыкальном инструменте, управляет автомобилем, — он хорошо помнит («держит в голове») все детали, подробности текущей ситуации, а также план выполняемой работы. После перехода к другой деятельности все это забывается, но в памяти возникает другой план и другие подробности.

ВНИМАНИЕ

Оперативной памятью называется устройство компьютера, предназначенное для хранения выполняющихся в текущий момент времени программ, а также данных, необходимых для их выполнения.

Из определения следует, что в оперативной памяти на стадии выполнения могут одновременно находиться несколько программ. Кроме того, в оперативной памяти могут находиться как обрабатываемые, так и уже обработанные программой данные.

Можно считать, что оперативная память представляет собой последовательность пронумерованных байтов. Каждый байт имеет свой собственный номер, который по аналогии с номерами домов на улице принято называть адресом. Содержимое любого байта памяти может обрабатываться независимым от остальных байтов образом. Указав адрес байта, можно прочитать код, который в нем записан, или занести, записать в этот байт какой-либо другой код. Поэтому оперативную память называют еще прямоадресуемой памятью, памятью с прямым доступом, и обозначают RAM (Random Access Memory — память произвольного доступа). Для обозначения оперативной памяти используются еще и некоторые другие названия: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), основная оперативная память (ООП), просто основная память.

Максимально возможный объем оперативной памяти, который иногда называют адресным пространством, и объем памяти, фактически присутствующий в составе вычислительной машины, являются важнейшими характеристиками компьютера в целом. Адресное пространство определяется принятым способом задания адреса байта. Адрес — это номер, то есть целое число. При этом за каждым байтом памяти должен быть закреплен отдельный номер. Поэтому максимально возможный номер определяет максимально возможный объем памяти, то есть адресное пространство в данной модели компьютера. Если для записи номера байта отводится два байта памяти, то объем оперативной памяти не может превышать 65 535 байта или 64 Кбайт. А если выделяется четыре байта, как это принято в современных компьютерах, то граница возможного объема оперативной памяти возрастает до 4 Гбайт. Стандартным для современных персональных компьютеров общего назначения (массовых ПК) считается объем оперативной памяти 32-64 Мбайт, а во многих случаях уже рекомендуется 128-256 Мбайт. По-видимому, в ближайшее время этот показатель достигнет уровня 1-2 Гбайт. Последние на сегодняшний день модели персональных компьютеров имеют теоретический предел оперативной памяти 64 Гбайт.

Отличительными особенностями оперативной памяти являются ее энергозависимость и относительно высокая стоимость. Энергозависимость означает, что при отключении электропитания вся информация, которая хранилась в оперативной памяти, безвозвратно теряется.

Кроме оперативной памяти в состав персонального компьютера входит родственная ей кэш-память, или просто кэш (cache — запас, тайный склад). Это сверхбыстрая память относительно небольшого объема — 128-512 Кбайт. Иногда ее называют сверхоперативной памятью. По структуре и принципу работы кэш ничем не отличается от оперативной памяти. Однако скорость передачи данных при обмене с кэшем значительно выше, чем при обмене с оперативной памятью, но и стоит она Дороже. Кэш используется как промежуточное звено между процессором и оперативной памятью, которое обеспечивает повышение скорости вычислений. Дело в том, что процессор работает с очень большой скоростью, которая намного превышает скорость работы оперативной памяти. Поэтому при совместной работе процессор будет простаивать, подстраиваясь под скорость оперативной памяти. Чтобы избежать этого эффекта, как раз и вводится промежуточный, скоростной уровень памяти — кэш, который обеспечивает сглаживание разницы скоростей. В современных машинах предусматривается несколько уровней кэш-памяти.

Следует упомянуть и еще один вид памяти компьютера — постоянную память, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), или ROM (Read Only Memory — память только для чтения). Эта память отличается от оперативной тем, что запись информации в ПЗУ осуществляется только один раз на заводе-изготовителе. И в дальнейшем из этой памяти возможно только чтение. Кроме того, при отключении электропитания данные, записанные в ПЗУ, сохраняются. Постоянная память используется для хранения наиболее важных и часто используемых служебных программ, которые осуществляют проверку работы отдельных устройств компьютера (тестирование), а также выполняют постоянно используемые операции по обмену данными между клавиатурой, монитором и памятью компьютера. Этот комплекс программ образует базовую систему ввода/вывода или, сокращенно, BIOS (Base Input Output System — базовая ввода/вывода система).

В современных компьютерах оперативная память, а также кэш и ПЗУ реализованы на интегральных, больших или сверхбольших интегральных схемах, которые отличаются от больших схем еще большей плотностью монтажа и, соответственно, заменяют сотни тысяч и миллионы транзисторных элементов.

Конструктивно оперативная память выполняется в виде так называемых модулей памяти — плат, на которых размещаются микросхемы. Плата представляет собой выполненную из специального материала обычно прямоугольную пластинку стандартных размеров, на которой размещаются разъемы для крепления микросхем, а также выполняются монтаж электрических схем питания микросхем и их подсоединение к остальным компонентам компьютера. Существуют модули двух конструкций: SIMM (Single In Line Memory Modules — однорядные модули памяти) и DIMM (Dual In Line Memory Modules — двухрядные модули памяти). В соответствии с названием в модулях SIMM микросхемы размещены в один ряд, а в модулях DIMM — в два ряда. Фактический объем оперативной памяти набирается из нескольких модулей того или иного типа. К сожалению, одновременное использование разнотипных модулей памяти в современных компьютерах не предусмотрено. Поэтому при наращивании, расширении оперативной памяти за счет установки дополнительных модулей приходится учитывать тип уже установленных.