Внутренняя память

Рассмотрим внутреннюю память компьютера. Она является обязательной частью любого компьютера и располагается на материнской плате. Такая память в свою очередь также различается по типам.

1. Оперативная память

Оперативная память – это основной вид внутренней памяти. Любая информация прежде чем поступить в микропроцессор попадает сначала в оперативную память.

Оперативная память (RAM—RandomAccessMemory) — это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные.

↑ Ячейка(бит)

В ячейку можно записать только 0 или 1, т.е. 1 бит информации. Такая ячейка так и называется — «бит».

Это наименьшая частица памяти компьютера и в связи с этим память имеет битовую структуру, которая определяет первое свойство оперативной памяти — дискретность.

Бит является слишком маленькой единицей информации. Для того, чтобы сохранить 1 символ информации требуется 8 таких ячеек, поэтому биты объединили в группы по 8 — байты. В одном байте памяти можно сохранить 1 байт информации.

Каждый байт получает порядковый номер — адрес.Адресуемость— второе свойство оперативной памяти. Нумерация начитается с нуля.

0 1 …

0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1	.	.	.	.	.	.	.	.
1	.	.	.	.	.	.	.	.
2
3
…

↑ Байт

Чтобы найти нужную информацию, необходимо знать адрес байта, в котором она хранится. Именно так поступает процессор, когда обращается за данными и программами к оперативной памяти. Доступ к любой ячейке памяти осуществляется в любой момент времени. Поэтому оперативную память называют памятью с произвольным доступом.

Группа из нескольких байтов, которые процессор может обработать как единое целое, называется машинным словом. Длина машинного слова бывает различной — 8, 16, 32 бита и т.д. Адрес машинного слова равен адресу младшего байта, входящего в это слово.

Объем оперативной памяти зависит от количества разрядов, отве­денных под адрес. В настоящее время принята 32-разрядная адреса­ция, а это означает, что всего независимых адресов может быть 2³² = 4 294 967 296 байт. Но на самом деле размер поля оперативной памяти определяется несколько по-другому, и обычно составляет не­сколько сот Мбайт. Объем оперативной памяти увеличивался из по­коления в поколение. В современных компьютерах ее размер достигает 4 Гбайт.

Рассмотрим физический принцип действия оперативной памяти.

С этой точки зрения различают динамическую память (DRAM) и статистическую память (SRAM).

Динамическая память (DRAM).Основным микроэлементом, хранящим 1 бит информации является микроконденсатор образованного в структуре полупроводникового кристалла, способный накапливать заряд на своих обкладках. Это экономически дешевый вид памяти, поэтому наиболее распространенный. Однако этот вид памяти имеет большие недостатки: 1) заряды ячеек рассеиваются в пространстве и их приходится все время подзаряжать, чтобы не утратить данные. Процесс подза­рядки называется регенерацией и осуществляется несколько десятков раз в секунду. При этом происходит непроизвольный расход ресурсов вычислительной системы. 2)запись данных происходит медленно.

Статистическая память (SRAM).Основным микроэлементом, хранящим 1 бит информации являетсятриггер – микроэлемент, способный хранить состояния включен/выключен. Эта память очень быстрая, однако технологически сложнее и поэтому дороже.

Вывод: оба вида запоминающих микросхем успешно конкурирую, между собой, поскольку ни одна из них не является идеальной. С одной стороны, статистическая память значительно проще в эксплуатации, т.к. не требует регенерации, и приближается по быстродействию к процессорным микросхемам. С другой стороны, она имеет меньший информационный объем и большую стоимость (в самом деле, изготовление конденсатора значительно проще, чем триггерной схемы и требует на кремниевой пластине гораздо меньше места), сильнее нагревается при работе. На практике в данный момент выбор микросхем для построения ОЗУ всегда решается в пользу динамической памяти. И все же

быстродействующая статическая память в современном компьютере тоже обязательно есть –это кэш-память.

Так как и конденсаторы и триггеры хранят информацию, закодированную с помощью электрического сигнала, следовательно, его отсутствие ведет к потере информации. Вышерассмотренное физическое устройство оперативной памяти определяет ее третье свойство —энергозависимость.

Это значит, что ОЗУ используется для временного хранения данных и программ, так как когда машина выключается (пропадает источник электрических сигналов), все, что находилось в данной памяти, пропадает.

Важнейшей характеристикой модулей ОЗУ является их быстродействие, т.е. у памяти есть своя скорость работы. У современных модулей скорость доступа к информации равна порядка 10 нс (1 нс= 10^-9с).

Как вам уже известно, важнейшей характеристикой компьютера является скорость обработки информации, которая зависит от быстродействия про­цессора. Но, если «быстрый» процессор будет работать с «медленной» па­мятью небольшого объема, то большую часть своего времени он будет про­стаивать.