Устройство памяти ЭВМ
Памятью компьютера называется совокупность устройств для хранения программ, вводимой информации, промежуточных результатов и выходных данных. Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементовах, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. ( Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации ). Все байты пронумерованы. Номер байта называется адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова – два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использование ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово). Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо число, либо одна команда. Однако допускаются переменные форматы представления информации. Разбиение памяти на слова для четырехбайтовых компьютеров представлено в таблице 1.
Таблица 1
Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также в последнее время Терабайт и Петабайт. Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые различаются по назначению, временным характеристикам, объему хранимой информации и стоимости хранения одинакового объема информации. Классификация памяти представлена на рисунке:
Рисунок 3. Классификация памяти Внутренняя память предназначена для хранения относительно небольших объемов информации при ее обработке микропроцессором. Внешняя память предназначена для длительного хранения больших объемов информации, независимо от того включен или выключен компьютер. Энергозависимой называется память, которая стирается при выключении компьютера. Энергонезависимой называется память, которая не стирается при выключении компьютера. К энергонезависимой внутренней памяти относится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, англ. ROM – Read Only Memory – память только для чтения ). Обычно в ПЗУ записываются программы, обеспечивающие минимальный базовый набор функций управления устройствами компьютера. ПЗУ содержит программы BIOS, необходимые для управления многими компонентами компьютера. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, тестирования устройств, входящих в ЭВМ. BIOS доступна постоянно, независимо от работоспособности внешних компонентов, таких как системные загрузочные дискеты. В BIOS есть программа System Setup, - именно с ее помощью пользователь управляет самыми глубокими настройками системы В современных материнских платах используются, как правило, микросхемы Flash BIOS, программы в которых могут перезаписываться, что обеспечивает модернизацию этой программы при появлении новых устройств, которым нужно обеспечить поддержку (например, новых типов микросхем оперативной памяти). При включении компьютера первоначально управление передается программе из ПЗУ, которая тестирует компоненты компьютера и запускает программу-загрузчик операционной системы. Эта память составлена из микросхем, как правило, небольшого объема. Важным компонентом, размещенным на системной плате, является микросхема CMOS RAM-памяти. Эта память с невысоким быстродействием и минимальным потреблением энергии от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Информация в ней может изменяться по мере необходимости программой Setup. Поэтому при загрузке компьютера BIOS берет необходимую для своей работы информацию об изменяемых параметрах компонентов ПК именно из этой памяти. Так, из CMOS RAM-памяти считывается информация о МП, о типах и емкости оперативной и всех видах дисковой памяти, о работоспособности устройств компьютера и т.д. К энергозависимой внутренней памяти относятся оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), видеопамять и кэш-память. В оперативном запоминающем устройстве в двоичном виде запоминается обрабатываемая информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты работы. ОЗУ обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причём в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти – это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес. Это отражено в англоязычном названии ОЗУ – RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом). Доступ к этой информации в ОЗУ осуществляется очень быстро. Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как при выключении машины все данные, находящиеся в ОЗУ, пропадают. Объем ОЗУ обычно составляет от 32 до 512 Мбайт. Для несложных административных задач бывает достаточно и 32 Мбайт ОЗУ, но сложные задачи компьютерного дизайна могут потребовать до 2 Гбайт ОЗУ. Обычно ОЗУ исполняется на интегральных микросхемах памяти SDRAM ( синхронное динамическое ОЗУ ). Каждый информационный бит в SDRAM запоминается в виде электрического заряда крохотного конденсатора, образованного в структуре полупроводникового кристалла. Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются, и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают. Этот процесс называется регенерации памяти (Refresh Memory). Микросхемы CDRAM имеют емкость 16-256 Мбит и более. Большинство современных компьютеров комплектуются модулями типа DIMM (Dual-In-Line Memory Module - модуль памяти с двухрядным расположением микросхем) и высокоскоростные модули Rambus DRAM (RIMM) и DDR DRAM. Модули памяти характеризуются такими параметрами как объем – (16, 32, 64, 128, 256 и 512 Мбайт), число микросхем, паспортная частота (100 или 133 МГц), время доступа к данным (6 или 7 наносекунд) и число контактов (73, 168 или 184). Разработан и выпускается модули памяти 1-2 Гбайта. Для хранения графической информации используется видеопамять. Видеопамять (VRAM) – разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Центральный процессор компьютера направляет данные в видеопамять, а графический процессор видеокарты считывает оттуда информацию. Кроме того, в видеопамяти хранится кадровый буфер и промежуточные данные, необходимые графическому процессору. Современные видеокарты оснащены памятью типа Grafic DDR3 объемом до 512 Мбайт. Рабочей частотой 1300 МГц, шиной разрядностью 126-256 бит. Среднее значение задержек на массовых видеокартах Составляет до 1.6 Нс. Объем видеопамяти, установленный на корте, важен в первую очередь для обработки трехмерных изображений с текстурами в высоком разрешении разрешения при большой глубине цвета. Для плоской графики достаточно 32 Мбайта видеопамяти, что обеспечивает работу с разрешением 1600х1200 пиксел при 32-битном цвете. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам – процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти. Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, целостность ее зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке
Рисунок 4. Классификация внешних запоминающих устройств В зависимости от типа носителя все ВЗУ можно подразделить на накопителя на магнитной ленте и дисковые накопители. Внешняя память может быть с произвольным доступом и последовательным доступом. Устройства памяти с произвольным доступом позволяют получить доступ к произвольному блоку данных примерно за одно и то же время доступа. Винчестеры, как и другие магнитные накопители с прямым доступом, имеют дорожковую организацию дисковой памяти. Это означает, что поверхность магнитных дисков разбивается на концентрические кольца разного диаметра – дорожки, начиная с внешнего края. Далее структуру информации на винчестере следует рассматривать отдельно с точки зрения физической и логической структур. Чаще всего путаница возникает при сравнении параметров, относящихся к различным структурам.
|
Устройства внешней памяти весьма разнообразны. Их можно классифицировать: по виду носителя, по типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, по методу доступа и т.д. при этом под носителем понимается материальный объект, способный хранить информацию. Один из возможных вариантов классификации ВЗУ приведен на рисунке 4.
