2.3. Оперативная память

Оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ, RAM) — быстрое запоминающее устройство, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для временного хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Программа, запущенная на выполнение, считывается из места ее постоянного хранения (например, с жесткого диска) и загружается в оперативную память. Туда же помещаются обрабатываемые или создаваемые в ходе выполнения данные. Процессор работает непосредственно с оперативной памятью, выполняя команду за командой работающей программы. Оперативная память является энергозависимой, т.е. при выключении электропитания компьютера ОЗУ полностью очищается, все ячейки памяти заполняются нулями.

ОЗУ реализуется несколькими микросхемами, собранными в прямоугольные вытянутые линейки, которые размещаются в специальных разъемах — слотах на материнской плате. Количество слотов для оперативной памяти от 1 до 6, линейки могут легко извлекаться и устанавливаться пользователем.

С логической точки зрения оперативная память состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой индивидуальный адрес. Память организована в двумерную (строки — колонки) или трёхмерную (банки — строки — колонки) структуру. Таким образом, адрес ячейки – это набор из двух или трех двоичных чисел. Процессор в соответствии с алгоритмом программы находит по адресу нужные ячейки и выполняет соответствующие действия с содержащейся в ней информацией.

Основными характеристиками микросхем оперативной памяти являются:

• информационная емкость — количество информации, которое можно записать в ОЗУ одновременно;

• быстродействие — время доступа к данным

• энергозависимость.

Емкость ОЗУ выражается в единицах, кратных степеням числа 2. Современные ПК обладают оперативной памятью от 2 до 16 гигабайт. Время доступа к данным обычно составляет 20 — 50 наносекунд.

2.4. Кэш, ПЗУ, CMOS

Несмотря на то, что оперативная память является весьма быстрой, она не может соперничать по скорости с современным процессором, поэтому для увеличения производительности компьютера зачастую используют своеобразный переходник, буфер между процессором и оперативной памятью, так называемую кэш-память.

Кэш (сверхоперативная память) — очень быстрое запоминающее устройство небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Современные микропроцессоры обычно имеют встроенную кэш-память, также она может быть реализована отдельной микросхемой на материнской плате.

Емкость кэш-памяти составляет 1 — 15 мегабайт, это существенно меньше оперативной памяти, зато быстродействие ее прядка 1 — 5 наносекунд. Энергозависима, как и ОЗУ.

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

Современные микросхемы ПЗУ бывают трех видов:

• неизменяемые, прошитые ультрафиолетом на заводе-изготовителе,

• перепрошиваемые, допускающие изменение с помощью специального оборудования,

• перепрограммируемые, позволяющие настройку пользователем с помощью программных средств.

В любом случае информация в ПЗУ остается неизменной в ходе сеанса работы компьютера и не зависит от выполняемых программ.

В ПЗУ при изготовлении записывается специальный комплекс программ под названием BIOS, выполняющий следующие функции при первоначальной загрузке компьютера:

• первоначальное тестирование устройств компьютера на предмет отсутствия или неисправности, сравнение параметров устройств с их характеристиками, записанными в СМОS-памяти,

• поиск на устройствах внешней памяти операционной системы и ее загрузка в оперативную память компьютера.

Емкость ПЗУ невелика и составляет 1 — 2 мегабайта, быстродействие примерно такое же, как у оперативной памяти. ПЗУ энергонезависима, в отличие от оперативной памяти и кэш-памяти.

ОЗУ и ПЗУ вместе составляют так называемую основную память компьютера.

CMOS — энергонезависимая, перезаписываемая память, которая используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, о параметрах основных устройств, а также о режимах работы.

Ранее СМОS размещали в отдельной микросхеме, теперь ее встраивают в какую-либо большую микросхему, например, в ПЗУ. Память СМОS питается от небольшой батарейки, размещенной на материнской плате. Данные в СМОS, в отличие от оперативной памяти, не пропадают после выключения электропитания.

В этой памяти небольшого размера 256 байт хранятся данные о конфигурации компьютера: характеристики процессора и оперативной памяти, количество и тип дисковых накопителей, тип видеокарты и другие параметры. Некоторые лицензионные программы могут размещать в СМОS свои ключи. К батарейке памяти СМОS подключены электронные часы компьютера. Работа часов, а также сохранность других данных не нарушается при выключении компьютера, пока исправен аккумулятор. Если аккумулятор садится или сама микросхема, содержащая СМОS выходит из строя, то компьютер теряет информацию о составе и параметрах, входящих в него устройств и прекращает работу еще на стадии тестирования, выполняемого программой BIOS.

В СМОS-памяти компьютера находятся важные для его работы настройки, которые пользователь может менять для оптимизации работы компьютера. Для изменения содержимого памяти СМОS нужно сразу после включения компьютера до загрузки операционной системы вызвать нажатием определенной клавиши специальную программу Setup, входящую в состав комплекса программ BIOS. Таким образом, СМОS-память является как бы вспомогательной изменяемой частью при ПЗУ, т.к. программа BIOS хранится в неизменной ПЗУ, а текущие значения всех параметров конфигурации — в изменяемой СМОS.