Устройства внутренней памяти компьютера

Устройства внутренней памяти компьютера

Память.

Различают два основных вида памяти – внутреннюю и внешнюю.

Основными характеристиками памяти являются объем, время доступа и плотность записи информации. Объем памяти определяется максимальным количеством информации, которая может быть помещена в эту память, и выражается в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах. Время доступа к памяти (секунды) представляет собой минимальное время, достаточное для размещения в памяти единицы информации. Плотность записи информации (бит/см 2 ) представляет собой количество информации, записанной на единице поверхности носителя.

ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА

Внутренняя память компьютера состоит из двух частей: оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Они располагаются на материнской плате.В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш–память и специальная память.

Процессор компьютера может работать только с теми данными, которые хранятся в ячейках его оперативной памяти.

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Aссess Memory – память с произвольным доступом) – это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Рассмотрим принципиальную схему её организации.

Оперативная память — это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные.

Память можно представить наподобие листа из тетради в клеточку. В каждой клетке может храниться в данный момент только одно из двух значений: нуль или единица. В ячейку можно записать только 0 или 1, то есть 1 бит информации. Такая ячейка так и называется — «бит».

éЯчейка(бит)

Ячейка памяти, хранящая один двоичный знак, называется «бит».

Бит – наименьшая частица памяти компьютера.

Следовательно, у слова «бит» есть два смысла: это единица измерения количества информации и частица памяти компьютера. Оба эти понятия связаны следующим образом: В одном бите памяти хранится один бит информации.

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

Дискретные объекты состоят из отдельных частиц. Например, песок дискретен, так как состоит из песчинок. Память состоит из отдельных ячеек – битов.

Бит является слишком маленькой едиицей информации, поэтому биты объединили в группы по 8 – байты. В одном байте памяти можно сохранить 1 байт информации.

é Байт

Каждый байт получает порядковый номер – адрес. Адресуемость – второе свойство оперативной памяти. Нумерация начинается с нуля.

Таким образом, память можно представить себе в виде многоквартирного дома, в котором квартиры – это байты, а номер квартиры – адрес. 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.

Мы можем в любое время прийти к кому-нибудь в гости, если знаем адрес. Аналогично 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.

байт байт байт байт байт
байт байт байт байт байт
байт байт

машинное слово длиной 16 бит

Объём оперативной памяти зависит от количества разрядов, отведённых под адрес. В настоящее время принята 32-разрядная адресация, а это означает, что всего независимых адресов может быть 2 32 . 2 32 =4294967296 байт. Объём оперативной памяти увеличивается из поколения в поколение. В современных компьютерах её объём достигает 2 Гбайт.

Рассмотрим физический принцип действия оперативной памяти. С этой точки зрения различают динамическую память (DRAM) и статистическую память(SRAM).

Характеристики
Что является ячейкой Недостатки Преимущества Где используется
Статистическая память Микроконденсатор, способный накапливать заряд на своих обкладках 1. Заряды ячеек рассеиваются в пространстве и их приходится всё 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 Это экономически доступный вид памяти и поэтому наиболее распространённый В основной оперативной памяти
Динамическая память Триггер, хранящий состояние включен/ выключен Технологически сложнее и дороже Более быстрая В кэш-памяти

Оба вида запоминающих микросхем успешно конкурируют между собой, поскольку ни одна из них не является идеальной. С одной стороны, статистическая память значительно проще в эксплуатации, так как не требует регенерации, и приближается по быстродействию к процессорным микросхемам. С другой стороны, она имеет меньший информационный объём 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 статистическая память в современном компьютере тоже обязательно есть – кэш-память.

Вышерассмотренное физическое устройство оперативной памяти определяет её третье свойство – энергозависимость. Так как и конденсаторы, и триггеры хранят информацию, закодированную с помощью электрического сигнала, следовательно, его отсутствие ведёт к потере информации. Это значит, что ОЗУ используется для временного хранения данных и программ, так как когда машина выключается (пропадает источник электрических сигналов), всё, что находилось в данной памяти, пропадает.

И, наконец, оперативную память конструктивно представляет собой набор микросхем, размещенных на одной небольшой плате (модуль, планка). Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются БИС памяти. Модули памяти могут различаться между собой по размеру и количеству контактов(SIMM или DIMM), быстродействию, информационной емкости и так далее. Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие, которое зависит от максимально возможной частоты операций записи или считывания информации их ячеек памяти. Модули вставляются в соответствующие разъёмы на материнской плате. Такая конструкция облегчает процесс замены или наращивания памяти. Количество модулей зависит от нужного вам объёма ОЗУ.

Читайте также:  Как найти массу через температуру

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 объёма, то большую часть своего времени он будет простаивать. Поэтому объём оперативной памяти и скорость её работы также очень влияют на работоспособность компьютерной системы.

Для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств с различным быстродействием современный компьютер использует ещё один вид — кэшпамять.

Кэш (англ. сaсhe), или сверхоперативная память – очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и менее быстродействующей ОЗУ.

Кэш–памятью управляет специальное устройство – контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш–память. Если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти.

Для постоянного хранения информации используется постоянное запоминающее устройство, где хранятся данные, не требующие вмешательства пользователя и необходимые для корректной работы компьютера. Она включает в себя программы: запуска и остановки ЭВМ; тестирования устройств, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков; управления работой процессора, дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью. А также содержит информацию о месторасположении на диске операционной системы.

Компьютер может читать или исполнять программы из постоянной памяти, но он не может изменять их и добавлять новые. Постоянная память предназначена только для считывания информации. Это свойство постоянной памяти объясняет часто используемое английское название.

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory – память только для чтения) – энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения пользователем и необходимы для корректной работы компьютера.

Содержание памяти специальным образом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Микросхема ПЗУ устанавливается так, что её память занимает нужные адреса. Поэтому процессор, когда начинает свою работу, попадает в постоянную память, заготовленную для него заранее. Из ПЗУ можно только читать информацию.

К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память СMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.

СMOS RAM – это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки, расположенная на материнской плате.

Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Заряда батарейки хватает на несколько лет. Наличие этого вида памяти позволяет отслеживать время м календарь, даже если компьютер выключен. Таким образом, программы, записанные в ПЗУ, считывают информацию о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего выполняют тестирование устройств ПК.

Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) – энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого.

Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.

Важнейшая микросхема постоянной памяти – модуль BIOS.

BIOS (Basiс Input/Output System – базовая система ввода–вывода) – совокупность программ, предназначенных для: тестирования устройств, загрузки операционной системы в оперативную память, управление устройствами компьютера.

Для хранения графической информации используется видеопамять.

Видеопамять (VRAM) – разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. 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.

Внутренняя память компьютера различается по типам.

В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.

1. Оперативное запоминающее устройство ОЗУ — это энергозависимый вид памяти компьютера, предназначеный для хранения информации.

Оперативная память (RAM — Random Access Memory) изготавливается в виде модулей памяти. Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются БИС ( большие интегральные схемы) памяти.

Модули памяти могут различаться по размеру и количеству контактов, быстродействию, информационной емкости.

Объем (информационная емкость) оперативной памяти зависит от количества разрядов, отведенных под адрес. Объем оперативной памяти увеличивается из поколения в поколение. В современных компьютерах он составляет от 512 Мбайт до 4 Гигабайт .

Важнейшей характеристикой модулей ОЗУ является быстродействие, которое зависит от максимально возможной частоты операций записи или считывания информации из ячеек памяти.

Работа компьютера с пользовательскими программами начинается после того как данные будут считаны из внешней памяти в ОЗУ. ОЗУ работает синхронно с центральным процессором и имеет малое время доступа. Оперативная память сохраняет данные только при включенном питании. Отключение питания приводит к необратимой потере данных, поэтому пользователю, работающему с большими массивами данных в течение длительного времени, рекомендуют периодически сохранять промежуточные результаты на внешнем носителе.

2. Кэш-память — очень быстрое запоминающее устройство небольшого объема, которое
используется при обмене данными между процессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Читайте также:  Смартфон 4 гига оперативки

Кэш-памятью управляет специальный контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память.

Существуют два типа кэш-памяти: внутренняя (от 8 до 64 Кбайт) — размещается внутри процессора и внешняя (от 256 Кбайт до 1 Мбайт) устанавливается на системной плате.

К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память
CMOS RAM
, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды
памяти.

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения.
Содержание памяти специальным образом "зашивается” в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.
Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой,принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.

Важнейшая микросхема перепрограммируемой постоянной или Flash-памятимодуль BIOS.

CMOS RAMэто память с невысоким быстродействием и минимальным
энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о
конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.

Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Setup — устанавливать, читается "сетап").

Одним из основных элементов компьютера, позволяющим ему нормально функционировать, является память.

Внутренняя память компьютера – это место хранения информации, с которой он работает. Внутренняя память компьютера является временным рабочим пространством; в отличие от нее внешняя память предназначена для долговременного хранения информации. Информация во внутренней памяти не сохраняется при выключении питания.

Память компьютера организована в виде множества ячеек, в которых могут храниться значения; каждая ячейка обозначается адресом. Размеры этих ячеек и, собственно, типы значений, которые могут в них храниться, отличаются у разных компьютеров. Некоторые старые компьютеры имели очень большой размер ячейки, иногда до 64 бит в каждой ячейке. Эти большие ячейки назывались "словами".

Оперативная память, или оперативка – это один из главных элементов компьютера. «Оперативная» память потому, что очень быстро работает и позволяет процессору практически без какого-либо заметного ожидания читать информацию из памяти. Содержащиеся в оперативной памяти данные сохранены и доступны только тогда, когда компьютер включен. При выключении компьютера содержимое стирается из оперативной памяти, поэтому перед выключением компа все данные нужно сохранить. От объема оперативной памяти (кстати, еще ее называют ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Устройства оперативной памяти иногда называют запоминающими устройствами с произвольным доступом. Это означает, что обращение к данным, хранящимся в оперативной памяти, не зависит от порядка их расположения в ней. Когда говорят о памяти компьютера, обычно подразумевают оперативную память, прежде всего микросхемы памяти или модули, в которых хранятся активные программы и данные, используемые процессором.

За несколько лет определение RAM (Random Access Memory) превратилось из обычной аббревиатуры в термин, обозначающий основное рабочее пространство памяти, создаваемое микросхемами динамической оперативной памяти (Dynamic RAM – DRAM) и используемое процессором для выполнения программ. Одним из свойств микросхем DRAM (и, следовательно, оперативной памяти в целом) является динамическое хранение данных, что означает, во-первых, возможность многократной записи информации в оперативную память, а во-вторых, необходимость постоянного обновления данных (т.е., в сущности, их перезапись) примерно каждые 15 мс (миллисекунд). Также существует так называемая статическая оперативная память (Static RAM – SRAM), не требующая постоянного обновления данных.

Термин "оперативная память" часто обозначает не только микросхемы, которые составляют устройства памяти в системе, но включает и такие понятия, как логическое отображение и размещение. Логическое отображение – это способ представления адресов памяти на фактически установленных микросхемах. Размещение – это расположение информации (данных и команд) определенного типа

В большинстве систем оперативной памяти современных ПК используется динамическая оперативная память (Dynamic RAM – DRAM). Основное преимущество памяти этого типа состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, т.е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно построить память большой емкости.

Ячейки памяти в микросхеме DRAM – это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. Именно так (наличием или отсутствием зарядов) и кодируются биты. Проблемы, связанные с памятью этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т.е. должна постоянно регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в конденсаторах памяти будут “стекать” и данные будут потеряны. Регенерация происходит, когда контроллер памяти системы берет крошечный перерыв и обращается ко всем строкам данных в микросхемах памяти. Большинство систем имеют контроллер памяти (обычно встраиваемый в набор микросхем системной платы), который настроен на соответствующую промышленным стандартам частоту регенерации, равную, например, 15 мкс. Ко всем строкам данных обращение осуществляется по прохождении 128 специальных циклов регенерации. Это означает, что каждые 1,92 мс (128×15 мкс) прочитываются все строки в памяти для обеспечения регенерации данных.

Регенерация памяти, к сожалению, отнимает время у процессора: каждый цикл регенерации по длительности занимает несколько циклов центрального процессора. В старых компьютерах циклы регенерации могли занимать до 10% (или больше) процессорного времени, но в современных системах, работающих на частотах, равных сотням мегагерц, расходы на регенерацию составляют 1% (или меньше) процессорного времени. Некоторые системы позволяют изменить параметры регенерации с помощью программы установки параметров CMOS, но увеличение времени между циклами регенерации может привести к тому, что в некоторых ячейках памяти заряд “стечет”, а это вызовет сбои памяти. В большинстве случаев надежнее придерживаться рекомендуемой или заданной по умолчанию частоты регенерации. Поскольку затраты на регенерацию в современных компьютерах составляют менее 1%, изменение частоты регенерации оказывает незначительное влияние на характеристики компьютера. Одним из наиболее приемлемых вариантов является использование для синхронизации памяти значений по умолчанию или автоматических настроек, заданных с помощью Setup BIOS. Большинство современных систем не позволяют изменять заданную синхронизацию памяти, постоянно используя автоматически установленные параметры. При автоматической установке системная плата считывает параметры синхронизации из системы определения последовательности в ПЗУ (serial presence detect – SPD) и устанавливает частоту периодической подачи импульсов в соответствии с полученными данными.

Читайте также:  Как настроить алису на телефоне андроид

В устройствах DRAM для хранения одного бита используется только один транзистор и пара конденсаторов, поэтому они более вместительны, чем микросхемы других типов памяти. В настоящее время имеются микросхемы динамической оперативной памяти емкостью 16 Гбайт и больше. Это означает, что подобные микросхемы содержат миллиарды транзисторов. В микросхеме памяти все транзисторы и конденсаторы размещаются последователь но, обычно в узлах квадратной решетки, в виде очень простых, периодически повторяющихся структур.

Транзистор для каждого одноразрядного регистра DRAM используется для чтения состояния смежного конденсатора. Если конденсатор заряжен, в ячейке записана 1; если заряда нет – записан 0. Заряды в крошечных конденсаторах все время стекают, вот почему память должна постоянно регенерироваться. Даже мгновенное прерывание подачи питания или какой-нибудь сбой в циклах регенерации приведет к потере заряда в ячейке DRAM, а следовательно, и к потере данных. В работающей системе подобное приводит к появлению “синего” экрана, глобальным отказам системы защиты, повреждению файлов или к полному отказу системы.

Динамическая оперативная память используется в персональных компьютерах; поскольку она недорогая, микросхемы могут быть плотно упакованы, а это означает, что запоминающее устройство большой емкости может занимать небольшое пространство. К сожалению, память этого типа не отличается высоким быстродействием, обычно она намного “медленнее” процессора. Поэтому существует множество различных типов организации DRAM, позволяющих улучшить эту характеристику

Кэш (англ. cache) или сверхоперативная память – очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации.

Кэш-памятью управляет специальное устройство – контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM. Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером до 384 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью до 12 Мб.

Память типа ROM (ПЗУ)

В памяти типа ROM (Read Only Memory) или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), данные можно только хранить, изменять их нельзя. Именно поэтому такая память используется только для чтения данных. ROM также часто называется энергонезависимой памятью, потому что любые данные, записанные в нее, сохраняются при выключении питания. Поэтому в ROM помещаются команды запуска ПК, т.е. программное обеспечение, которое загружает систему.

ROM и оперативная память – не противоположные понятия. Часть адресного пространства оперативной памяти отводится хранения программного обеспечения, которое позволяет загрузить операционную систему.

Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) – энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты.

В настоящее время в большинстве систем используется одна из форм Flash-памяти, которая называется электрически стираемой программируемой постоянной памятью (Electrically Erasable Programmable Readonly Memory – EEPROM). Flash-память является по-настоящему энергонезависимой и перезаписываемой, она позволяет пользователям легко модифицировать ROM, программно-аппаратные средства системных плат и других компонентов (таких, как видеоадаптеры, платы SCSI, периферийные устройства и т.п.).

Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти – модуль BIOS. Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры, а с другой стороны – важный модуль любой операционной системы.

BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода-вывода) – совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память.

Основной код BIOS содержится в микросхеме ROM на системной плате, но на платах адаптеров также имеются аналогичные микросхемы. Они содержат вспомогательные подпрограммы BIOS и драйверы, необходимые для конкретной платы, особенно для тех плат, которые должны быть активизированы на раннем этапе начальной загрузки, например видеоадаптер. Платы, не нуждающиеся в драйверах на раннем этапе начальной загрузки, обычно не имеют ROM, потому что их драйверы могут быть загружены с жесткого диска позже – в процессе начальной загрузки.

Дни старого доброго BIOS сочтены. UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) представляет собой более мощную версию, которая лучше соответствует требованиям современного разнообразного "железа". По своей сути, UEFI является интерфейсом, который отвечает за предзагрузочное окружение операционной системы. Первую реализацию UEFI – EFI представила компания Intel в 2003 году.

CMOS RAM – это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.

Ссылка на основную публикацию
Умные часы для детей xiaomi mi bunny
Детские смарт-часы Xiaomi, изготовленные из прочного пластика различных оттенков, предназначены для отображения текущего времени и дополнительной информации (например, о пройденной...
Телефон с камерой лучше чем у айфона
В России начинаются продажи смартфонов iPhone XS и iPhone XS Max. Цены в этот раз просто заоблачные — средняя (256...
Телефон с горизонтальной камерой
Сегодня мало кого можно удивить телефоном с двумя основными камерами. А вот сдвоенную фронтальную камеру встретишь далеко не в каждом...
Улучшить качество связи мтс
Усилитель сигнала МТС– специальный прибор, который необходим для того, чтобы предоставлять более сильный сигнал сотовой связи. Невозможно звонить или отправлять...
Adblock detector