8. Перспективы процессоров

В ближайшие 10-20 лет, скорее всего, изменится материальная часть процессоров ввиду того, что технологический процесс достигнет физических пределов производства. Возможно, это будут:

1. Оптические компьютеры - в которых вместо электрических сигналов обработке подвергаются потоки света (фотоны, а не электроны).

2. Квантовые компьютеры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров.

3. Молекулярные компьютеры - вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

Компью́терная па́мять-

Часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных в течение определённого времени. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям. В современной компьютерной технике часто используются физические свойства полупроводников, когда прохождение тока через полупроводник или его отсутствие, трактуются, как наличие логических сигналов 0 или 1. Устойчивые состояния, определяемые направлением намагниченности позволяют использовать для хранения данных разнообразные магнитные материалы. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе, так же может быть положено в основу системы хранения.

Наиболее знакомыми средствами машинного хранения данных являются используемые в персональных компьютерах: модули оперативной памяти, жёсткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), CD или DVD диски и устройства флэш-памяти.

Классификация

В зависимости от назначения и особенностей реализации устройств компьютерной памяти, к вопросам их классификации подходят по разному.

Так, при рассмотрении удалённости и доступности памяти для центрального процессорного устройства, различают: первичную, вторичную или третичную память.

Способность или неспособность к хранению данных в условиях отключения внешних источников питания определяют энергонезависимость или энергозависимость устройств хранения данных.

Особенности механизмов чтения-записи отличают устройства памяти только для чтения (ПЗУ), доступные для разовой записи и множества считываний (WORM) или пригодные для полноценного выполнения операций чтения-записи. Порядок выборки определяет память произвольного или последовательного доступа с блочной или файловой адресацией.

Впрочем, довольно часто, к вопросу классификации подходят проще, например, различая устройства в зависимости от используемого типа носителя — полупроводниковая память, оптическая память, магнитооптическая память, магнитная память и т.п.

Различные типы памяти обладают разными преимуществами, из-за чего в большинстве современных компьютеров используются сразу несколько типов устройств хранения данных.

Первичная и вторичная

Первичная память— характеризуется наибольшей скоростью доступа. Центральный процессор имеет прямой доступ к устройствам первичной памяти; иногда они даже размещаются на одном и том же кристалле.

В традиционной интерпретации первичная память содержит активно используемые данные (например, программы работающие в настоящее время, а также данные, обрабатываемые в настоящее время). Обычно, высокоскоростная, относительно небольшая, энергозависимая (не всегда). Иногда её называют основной памятью.

Вторичная память, также называемая периферийной, в ней обычно хранится информация, не используемая в настоящее время. Доступ к такой памяти происходит медленнее, однако объёмы такой памяти могут быть в сотни и тысячи раз больше. В большинстве случаев энергонезависима.

Однако, это разделение не всегда выполняется. В качестве основной памяти может использоваться диск с произвольным доступом, являющийся вторичным запоминающим устройством (ЗУ). А вторичной памятью иногда называются отключаемые или извлекаемые ЗУ, например ленточные накопители.

Энергозависимость

Энергозависимая память теряет свое содержимое после отключения питания. Энергонезависимая память хранит содержимое после отключения питания в течении, как правило, десятков лет.

Произвольный или последовательный доступ?

ЗУ с произвольным доступом отличаются возможностью передать любые данные в любое время. Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ и винчестер — примеры такой памяти.

ЗУ с последовательным доступом напротив, могут передавать данные только в определённой последовательности. ленточная память и некоторые типы флэш-памяти имеют такой тип доступа.

Блочный или файловый доступ?

На винчестере, используются 2 типа доступа. Блочный доступ предполагает, что вся память разделена на блоки одинаковых размеров с произвольным доступом. Файловый доступ использует абстракции — папки с файлами, в которых и хранятся данные. Другой способ адресации — ассоциативная использует алгоритм кеширования для определения адреса.

Виртуальная память - это место зарезервированное на жестком диске используемое операционной системой для хранения временных данных, чтобы освободить оперативную память от ненужных данных. Например при переходе от одного приложения к другому: часть оперативной памяти содержащая одно из приложений переписывается в виртуальную память и очищается, или переписывается новым приложением.

Оперативная память(ОЗУ - оперативное запоминающее устройство) - память, предназначенная для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору команды и данные непосредственно, либо через кэш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

В современных вычислительных устройствах, оперативная память представляет собой запоминающее устройство с произвольным доступом (RAM) и может быть как отдельный блок, или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ.

Конфигурирование подсистемы памятисво­дится к следующим этапам: выбору типа памяти, согласова­нию производительности (балансировке) подсистемы памяти и процессора, определению необходимого объема, выбору кон­кретных модулей памяти.

Основы динамической памяти

Двоичные нули и единицы в динамической памяти представ­лены уровнем напряжения в ее ячейках. Каждая ячейка состоит из транзистора и конденсатора. Наличие заряда на кон­денсаторе определяет, заперт транзистор или нет и, соответ­ственно, состояние ячейки. Однако заряд с миниатюрного кон­денсатора утекает достаточно быстро даже через запертый транзистор. Поэтому ячейки требуют периодического обнов­ления (перезарядки).

Ячейки собраны в двумерный массив, что облегчает их адреса­цию по номерам строк и столбцов. При обращении к ячейке динамической памяти сначала производится перезарядка, затем выборка строки и выборка столбца. Если число массивов велико, их группируют в банки. Это дает возможность уско­рить обмен данными, например, выполняя считывание данных из одного банка и одновременно перезаряжая другой. Однако разбиение на банки вынуждает вводить дополнительную опе­рацию выборки банка.

Перечисленные принципы лежат в основе любого типа дина­мической памяти (DRAM). В персональных компьютерах в качестве оперативной применяют только синхронную динамическую память(SDRAM).Главное преиму­ществоSDRAM заключается в способности обрабатывать сле­дующие обращения к памяти, не дожидаясь окончания пре­дыдущей операции. При обращении к памяти команды и данные синхронизируются по фронту тактового сигнала. Пакетная передача данных, считанных из ячеек памяти, начи­нается после обработки команд выборки строки и столбца (на каждую из них уходит по два такта). Данные выдаются на каж­дом такте, причем команда выборки следующего столбца поступает еще до окончания выдачи первого пакета данных. Так работает памятьSDRAM.

Выбор строкиВыбор строки

(активация банка)*и столбца