13 Общие сведения о Запоминающих устройствах пк. Иерархия запоминающих устройств

Запоминающие устройства (ЗУ) – это устройства, предназначенные для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом коде. Запись и хранение информации основаны на устойчивом изменении каких-либо параметров (физических, химических, механических, магнитных или оптических) носителей информации. Так по технологии записи различают:

• механические ЗУ;

• магнитные ЗУ;

• оптические ЗУ;

• магнитно-оптические ЗУ;

• электронные ЗУ.

Иерархия ЗУ – это многоуровневая система связанных между собой ЗУ. ЗУ различных уровней и связи между ними представлены на рисунке:

Необходимость разделения ЗУ на уровни и виды вызвано разной степенью участия информации, предназначенной для хранения, в вычислительном процессе.

Назначение ЗУ:

• регистры микропроцессорной памяти (МПП) − это отдельные регистры в составе микропроцессора, предназначенные для временного хранения: адресов данных и команд, самих данных и команд, промежуточных результатов, прочей информации.

• кэш-память − специальное буферное ЗУ, предназначенное для временного хранения часто используемых данных и команд, необходимых процессору.

• ОЗУ − ЗУ, предназначенное для хранения информации (данных и программ), непосредственно используемой в текущем сеансе работы процессором.

• ПЗУ − ЗУ, предназначенное для хранения неизменяемой в процессе эксплуатации ПК информации, как правило, системного характера.

• ВЗУ − запоминающие устройства, предназначенные для длительного хранения информации.

Назначение ЗУ определяет конструктивное исполнение ЗУ, а конструктивное исполнение − технические характеристики ЗУ.

Основные характеристики ЗУ:

1. емкость ЗУ – максимальное количество информации, которое может единовременно храниться в ЗУ, измеряется в битах, байтах и производных от них единицах;

2. энергозависимость ЗУ – способность ЗУ сохранять информацию при отключении электрического питания;

3. режим работы – чтение-запись или только чтение;

4. быстродействие – выражается следующими показателями:

   • временем обращения к ЗУ – складывается из времени поиска информации и времени считывания (записи), измеряется в наносекундах (нсек) и микросекундах (мксек);

   • временем доступа – соответствует времени поиска информации, измеряется в миллисекундах (мсек);

   • скоростью считывания смежных байтов информации, измеряемой в Кбайт/сек и Мбайт/сек.

14 Внутренние запоминающие устройства: виды, принципы работы, основные характеристики.

К внутренней памяти ПК относят:

• регистры микропроцессорной памяти (МПП);

• кэш-память;

• ОЗУ;

• ПЗУ.

Регистры МПП – это отдельные регистры в составе микропроцессора, предназначенные для временного хранения: адресов данных и команд, самих данных и команд, промежуточных результатов, прочей информации. Характеристики ЗУ: электронное, энергозависимое, режим работы – чтение-запись, маленькая емкость – несколько десятков байт, очень высокое быстродействие – время обращения составляет 1-4 нсек.

Кэш-память – специальное буферное ЗУ, предназначенное для временного хранения часто используемых данных и команд, необходимых процессору.

Характеристики ЗУ: электронное, энергозависимое, режим работы – чтение-запись, небольшая емкость, очень высокое быстродействие.

Процессор способен выполнять команды со скоростью гораздо большей, чем скорость поступления к нему новых команд и данных из оперативной памяти. По этой причине возникают простои в его работе, значительно снижающие производительность ПК. Временное хранение часто используемых данных и команд, необходимых процессору, в быстродействующей кэш-памяти позволяет увеличить производительность ПК на 15-20%: сначала процессор обращается за данными в кэш, а только затем – в ОЗУ.

Кэш-память иерархична: выделяют кэш 1 уровня (кэш L1), кэш 2 уровня (кэш L2) и кэш 3 уровня (кэш L3). Кэш L1 – это внутренний кэш процессора, размещается на одном кристалле с процессором и работает с частотой процессора, время обращения составляет 2-5 нсек. Емкость кэш L1 небольшая – от 32 Кбайт (процессоры Intel) до 128 Кбайт (процессоры AMD). Кэш L2 менее быстрый и более емкий – от 64 до 512 Кбайт. Конструктивно кэш L2 выполняется либо на одном кристалле с процессором, либо на отдельном кристалле, но в одном корпусе с процессором. Кэш L3 реализуется на отдельных быстродействующих микросхемах, подключаемых к материнской плате, имеет емкость 1−2 Мбайт.

ОЗУ (оперативная память, RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом) – ЗУ, предназначенное для хранения информации (данных и программ), непосредственно используемой в текущем сеансе работы процессором.

Х арактеристики ЗУ: электронное, энергозависимое, режим работы – чтение-запись, средняя емкость – от 32 до 512 Мбайт, высокое быстродействие – время обращения составляет от 7 нсек.

Конструктивно ОЗУ выпускается в виде микросхем, собранных в единые модули памяти. Модули могут иметь разную емкость – от 32 до 256 Мбайт. Модули устанавливаются на материнскую плату через специальные разъемы. На большинстве материнских плат находится 4 разъема для подключения модулей ОЗУ. Желательно, чтобы установленные модули имели одинаковый тип микросхем, одинаковое быстродействие и одного производителя.

Типы микросхем:

• SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) – синхронная динамическая память;

• DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) – синхронная динамическая память с удвоенной скоростью передачи данных;

• RDRAM (Rambus DRAM) – динамическая память типа Rambus.

Для справки: основу динамической памяти (DRAM) составляет матрица памяти, запоминающими элементами которой являются микроконденсаторы. Эти элементы требуют постоянного восстановления (регенерации) записанной информации в процессе ее хранения, однако позволяют реализовать больший объем памяти. Динамическая память постепенно вытесняет статическую память, использующую триггер как элемент памяти.

Производители микросхем и модулей оперативной памяти: Micron, Nanya, Kingston (признанные лидеры), IBM, Samsung (SEC), Siemens, Fujitsu, Hitachi, Texas Instruments, NEC.

ПЗУ (постоянная память, ROM – Read Only Memory – память только для чтения) – ЗУ, предназначенное для хранения неизменяемой в процессе эксплуатации ПК информации, как правило, системного характера.

Характеристики ЗУ: электронное, энергонезависимое, основной режим работы – чтение, маленькая емкость− до 256 Кбит, высокое быстродействие (но ниже, чем у ОЗУ) – от 15 нсек до 4 мксек.

Конструктивно ПЗУ выпускается в виде электронной микросхемы, устанавливаемой на материнскую плату через специальный разъем.

По способу записи информации ПЗУ делятся на 3 группы:

• программируемые при изготовлении (ПЗУ) – программируются только один раз на заводе-изготовителе микросхем;

• однократно программируемые пользователем (ППЗУ – программируемые ПЗУ) – позволяют пользователю однократно изменить состояние матрицы памяти электрическим путем с помощью специального устройства – программатора;

• перепрограммируемые (РПЗУ – репрограммируемые ПЗУ) – допускают многократное электрическое или ультрафиолетовое стирание записанной информации и запись новой.