ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ 2
Микропроцессорная память 2
Основная память 2
Оперативное запоминающее устройство (Оперативная память) 2
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 3
КЭШ-память 4
Организация внутренней памяти 5
ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ 7
Итак, работа процессора представляет собой непрерывное выполнение программы. Но в самом процессоре не предусмотрено место для ее хранения целиком, а выбирается лишь та часть, которая в данный момент исполняется. Отсюда следует, что для хранения программ обработки данных к процессору обязательно требуется добавить еще один важный функциональный узел – память.
Память – это одно из основных устрой ЭВМ, которое «используется.. для записи, хранения и выдачи по запросу информации, необходимой для решения задачи на ЭВМ». Напомним, что в памяти хранятся не только данные решаемых задач, но и программы их обработки. Существует множество видов памяти, которые различаются по устройству, организации, функциональному назначению и др.. Рассмотрим наиболее существенные.
Наиболее общее деление видов памяти – на внешнюю и внутреннюю. Этот термин имеет историческое происхождение и в настоящее время во многом утратил свою наглядность. Первые ЭВМ – огромные шкафы, заполненные всевозможными электронными блоками. Та память, которая находилась внутри центрального процессорного шкафа получила естественное название внутренней. А память, сконструированная в виде отдельных устройств для хранения информации стала называться внешней. Сейчас же размеры электронных устройств уменьшились настолько, что стало возможным разместить большинство из них внутри единого корпуса, и прежняя терминология утратила свой первоначальный смысл. Но указанная классификация сохранилась, только трактовка следующая:
Внутренняя память – электронная память, устанавливаемая на системной плате
Внешняя память – память, реализованная в виде устройств с различными принципами хранения информации и обычно с подвижными носителями. Это устройства магнитной, оптической, магнитооптической памяти. Устройства внешней памяти могут размещаться как внутри, так и вне системного блока. (zip, винчестер).
Итак,
Внутренняя память
Прежде всего, напомню о микропроцессорной памяти, о которой упоминалось на прошлой лекции.
Микропроцессорная память
Микропроцессорная память - память небольшой емкости, но чрезвычайно высокого быстродействия (время обращения к МПП, т.е. время, необходимое на поиск, запись или считывание информации из этой памяти, измеряется наносекундами - тысячными долями микросекунды).
Она предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, участвующей в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. МПП используется для обеспечения высокого быстродействия машины. Микропроцессорная память состоит из быстродействующих регистров. Количество и разрядность регистров в разных микропроцессорах различны.
Регистры микропроцессора делятся на регистры общего назначения и специальные.
Специальные регистры применяются для хранения различных адресов (адреса команды, например), признаков результатов выполнения операций и режимов работы ПК (регистр флагов, например) и др.
Регистры общего назначения (РОН) являются универсальными и могут использоваться для хранения любой информации, но некоторые из них тоже должны быть обязательно задействованы при выполнении ряда процедур.
Основная память
Основная память содержит оперативное и постоянное запоминающие устройства.
Оперативное запоминающее устройство (Оперативная память)
RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом). Такой доступ подразумевает возможность получать данные из памяти по любым адресам в любом порядке.
В оперативной памяти хранятся исполняемые программы и обрабатываемые данные. Содержимое основной памяти теряется при отключении питания, перезагрузки операционной системы.
Особенности ОЗУ:
возможность считывать и записывать информацию из произвольного места ОЗУ
высокая скорость работы ОЗУ,
необходимость специальных мер по сохранению информации из ОЗУ после завершения работы
Постоянное запоминающее устройство (пзу)
используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ операционной системы, программ тестирования устройств компьютера и некоторых драйверов базовой системы ввода-вывода (BIOS - Base Input-Output System) и др. Из ПЗУ можно только считывать информацию. ПЗУ - энергонезависимое запоминающее устройство.
ПЗУ играет очень важную роль. В ней хранится BIOS, («врожденный безусловный рефлекс»). BIOS – содержит программы для проверки оборудования компьютера, начальной загрузки операционной системы и выполнения основных функций обслуживания узлов компьютера.
Более строго:
Все программы, записанные в BIOS можно разделить по выполнению следующих функций:
инициализация и начальное тестирование всех основных (стандартных) узлов компьютера.
загрузка операционной системы с внешнего устройства – гибкого диска, компакт-диска, винчестера.
обслуживание аппаратных прерываний, например, от клавиатуры и таймера, обработка программных прерываний БИОС, которые предназначены для управления обменом данными между операционной системой компьютера и подключенными к нему периферийными устройствами, выполнение базовых функций, например, вывод на экран монитора символа и работа с дисковыми устройствами
настройка и конфигурирование узлов системной платы и устройств, подключенных к ней с помощью программы BIOS SETUP. Хранение параметров конфигурации компьютера, которые настраиваются с помощью программы Setup, осуществляется в специальном участке памяти CMOS (complementary mtel-oxide semiconductor) (время, дата, геометрия винчестера, параметры процессора, установка пароля на БИОС, настройка параметров чипсета и др.). После настройки параметров в Setup их запись осуществляется именно в этом виде памяти. Она питается автономно с помощью батарейки, позволяющей кроме всего прочего поддерживать правильные значения даты и времени после перерывов в работе компьютера.
Техника формирования содержимого ПЗУ может быть различной. Первоначально это делалось только на заводе в процессе изготовления микросхемы. Потом появились ПЗУ, которые потребитель мог заполнить сам, поместив «чистую» микросхему в специальное устройство «программатор» (микросхемы – где каждый бит памяти моделировался тонкой токопроводящей перемычкой. Ее наличие – единица, ее отсутсвие – ноль. В программаторе перемычки пережигались в соответствии с задачей. Процесс формирования нулевых битов при этом очевидно необратим.)
Сейчас появились конструкции ПЗУ, которые можно запрограммировать несколько раз. Перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ). Стирание старой информации (то есть установка всех битов в единичное состояние) производилось ультрафиолетовым излучением, для которого в корпусе микросхемы делалось специальное окошечко. Наконец последние разработки ППЗУ позволяют производить обновление чисто электрическим путем, без специального программатора и не вынимая из платы. Одна из современных разновидностей – флэш-память. Модули или карты FLASH-памяти могут устанавливаться прямо в разъемы материнской платы.
Для перезаписи информации необходимо подать на специальный вход FLASH-памяти напряжение программирования (12В), что исключает возможность случайного стирания информации. Перепрограммирование FLASH- памяти может выполняться непосредственно с дискеты или с клавиатуры ПК при наличии специального контроллера либо с внешнего программатора, подключаемого к ПК.
FLASH-память используется для создания весьма быстродействующих компактных, альтернативных НЖМД запоминающих устройств. Новые технологии изготовления ПЗУ позволяют "прямо с дискеты" обновлять и заменять программы БИОС на более новые версии при модернизации ПК. Но могут вирусы в БИОС попасть.
КЭШ-память
Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с основной памятью. Для того, чтобы уменьшить количество обращения к основной памяти, создают буферную область - так называемую кэш память.
Появился этот вид памяти сравнительно недавно, но с 486-го процессора без нее не обходится ни одна модель. Название от cache – тайник. Он не видим для пользователя и данные, хранящиеся там, недоступны для прикладных программ.
Основная идея работы кэш памяти заключается в том, что извлеченные из ОЗУ данные или команды программы копируются в кэш, одновременно в специальный каталог адресов, который находится в той же самой памяти, запоминается, откуда информация была извлечена. Если данные потребуются повторно, то уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ – их можно получить из кэш значительно быстрее. "Удачные" обращения в кэш-память называет попаданиями в кэш. Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш-памяти, поэтом у высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом памяти.
Поскольку объем кэша существенно меньше объема оперативной памяти, его контроллер тщательно следит за тем, какие данные следует сохранять в кэш, а какие заменять: удаляется та информация, которая используется реже, или не используется совсем. Контроллер также обеспечивает своевременную запись измененных данных из кэша обратно в основное ОЗУ.
По принципу записи результатов различают два типа КЭШ-памяти:
КЭШ-память "с обратной записью" - результаты операций прежде, чем их записать в ОП, фиксируются в КЭШ-памяти, а затем контроллер КЭШ-памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в ОП;
КЭШ-память "со сквозной записью" - результаты операций одновременно, параллельно записываются и в КЭШ-память, и в ОП.
В современных компьютерах кэш-память обычно реализуется по двухуровневой схеме. При этом первичный кэш (уровень 1) встроен непосредственно внутрь процессора, а вторичный (уровень 2) устанавливается на системной плате.