Внутренняя память-профильный уровень. Внутренняя память

Скачать 192 Kb. Название Внутренняя память Анкор Внутренняя память-профильный уровень.doc Дата 15.12.2017 Размер 192 Kb. Формат файла Имя файла Внутренняя память-профильный уровень.doc Тип Документы #12583

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 — Random Access Memory) — 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 является триггер – 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= 10-9 с). 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. 2. Кэш-память 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 процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. 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 8–16 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью от 64 Кбайт до 256 Кбайт и выше. 3. Постоянная память Попытайтесь представить себе, что происходит в момент включения компьютера. Где процессор должен брать свои первые команды? Первую свою команду процессор находит в памяти, которая в отличие от магнитных и оптических дисков является внутренней и, в отличи от ОЗУ, энергонезависимой, т.е. хранит информацию постоянно, даже после выключения компьютера. Такая память действительно существует и называется ПЗУ (ROM — RqmOnlyMemory, память только для чтения) — постоянное запоминающее устройство. Микросхема ПЗУ устанавливается так, что процессор, когда начинает свою работу, попадает в постоянную память. В постоянной памяти хранятся программы, необходимые для запуска компьютера и «зашитые» в нее при изготовлении. Основное назначение этих программ состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы сразу после включения. Однако завод-изготовитель не знает заранее состав вашего компьютера, кроме того состав может изменяться, а содержимое ПЗУ изменяться не может. Поэтому информация о составе ПК записывается и хранится в другом виде памяти, которая по техноло­гии изготовления называется она CMOS. 4. CMOS-память CMOS (CMOS RAM) - это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки, расположенной на материнской плате. Заряда батарейки хватает на несколько лет. CMOS используется для хра­нения информации о составе оборудования компьютера, а также о режи­мах его работы. Наличие этого вида памяти позволяет отслеживать время и 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. Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Set-up — устанавливать, читается "сетап"). 5. Flash – память(Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory)) Еще один вид энергонезависимой памяти, допускает многократную перезапись своего содержимого с дискеты — Flash Memory. Здесь хранится важнейшая микросхема— модуль BIOS. BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для: ● автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера; ● загрузки операционной системы в оперативную память. Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры (Hardware), а с другой строны — важный модуль любой операционной системы (Software). 6. Видеопамять (VRAM) 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.