Виды памяти пк. их назначение и характеристики.
7. Память – среда или функциональная часть ЭВМ, предназначенная для приема, хранения и избирательной выдачи данных. Различают оперативную, регистровую, кэш- и внешнюю память.
Функции и основные характеристики внутренней памяти ПК
Внутренняя память — это память, к которой процессор может обратиться непосредственно в процессе работы и немедленно использовать ее.
К внутренней памяти относятся:
1. Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access 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.
Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.
2. 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 (SDRAM). Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8, 16 или 32 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью 256, 512 Кбайт и выше.
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.
Виды внешней памяти ПК, их особенности и основные характеристики.
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. Этот вид памяти обладает большим объемом и маленьким быстродействием. 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:
В состав внешней памяти компьютера входят:
1. Жесткий диск (накопители на жестких магнитных дисках, НЖМД) — тип постоянной памяти. В отличие от оперативной памяти, данные, хранящиеся на жестком диске, не теряются при выключении компьютера, что делает жесткий диск идеальным для длительного хранения программ и файлов данных, а также самых важных программ операционной системы. Эта его способность (сохранение информации в целостности и сохранности после выключения) позволяет доставать жесткий диск из одного компьютера и вставлять в другой.
Винчестер, или жесткий диск, — самая важная составляющая компьютера. На нем хранится операционная система, программы и данные. Без операционной системы Windows нельзя запустить компьютер, а без программ — ничего сделать, когда он уже загрузился. Без банка данных придется информацию каждый раз вводить вручную.
2.Дисководы (накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), англ. FDD) бывают двух основных типов — для больших дискет (размером 5,25 дюйма, иногда пишут — 5,25), и для маленьких (3,5 дюйма, 3,5). Пятидюймовая дискета может вмещать в зависимости от ее типа от 360 информации (360 тысяч символов) до 1,2 Мбайт. Трехдюймовки хоть и меньше, но вмещают информации больше (720 КБ — 1,44 МБ). К тому же трехдюймовки заключены в пластмассовый корпус, и потому их труднее сломать или помять. Стандартным дисководом для современных компьютеров является дисковод для маленьких (3,5 дюйма) дискет. Отсюда и его название в компьютерной системе — диск 3,5 А.
3. Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM) используют оптический принцип чтения информации.
На лазерных CD-ROM (CD — Compact Disk, компакт диск) и DVD-ROM (DVD — Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Real Only Memory — только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет.
Существуют CD-R и DVD-R-диски (R — recordable, записываемый), которые имеют золотистый цвет. Информация на такие диски может быть записана, но только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW — ReWritable, перезаписываемый), которые имеют платиновый оттенок, информация может быть записана многократно.
4. Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках
Стример (англ. tape streamer) — устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 — 2 Гбайта и больше.
Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.
Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации. На данный момент стримеры являются устаревшими и поэтому используются они на практике очень редко.
Оперативное запоминающее устройство
Пожалуй, что такое оперативная память, должен знать каждый пользователь персонального компьютера. Оперативная память — является самой быстродействующей запоминающей системой на компьютере, но при каждом его включении/отключении, эта память автоматически обнуляется. ОЗУ предназначено для временного хранения, передачи и выдачи информации. Стоит отметить, что на сегодняшний день выделяется несколько типов оперативной памяти, это: DDR SDRAM (или DDR I), DDR 2 SDRAM и DDR 3 SDRAM. Первая разновидность оперативной памяти сегодня практически нигде не встречается, за исключением старых компьютеров, ввиду ее несовременных технологий. Чаще всего сейчас можно встретить оперативную память DDR 3 SDRAM. Она является своеобразным последователем DDR 2 SDRAM. Такая оперативная память стала востребованной благодаря тому, что она потребляет в несколько раз меньше электроэнергии, чем DDR 2 SDRAM (приблизительно на 40%).
Что касается кэш-памяти, то она является самым быстрым запоминающим устройством, которое используется при обмене и обработки данных непосредственно между процессором и оперативной памятью. Как правило, большая часть кэш-памяти располагается на кристалле микропроцессора, а другая часть вне его. Пользователь никак не сможет получить доступ к кэш-памяти, так как она сама по себе программно недоступна. Для того чтобы пользователь смог обратиться непосредственно к кэш-памяти, он должен использовать аппаратные средства компьютера.
Свойства
При рассмотрении темы статьи нельзя не упомянуть про свойства внутренней памяти компьютера. Информатика выделяет несколько критериев, по которым можно характеризовать ее.
- Дискретность. Это такое свойство, позволяющее определить структуру любого вида памяти на компьютере. Внутренняя память состоит из множества ячеек, каждая из которых хранит всего 1 бит информации — минимальный неделимый объём. Ячейки объединяются в группы разрядов, хранящие по 8 бит, что равно 1 байту данных.
- Адресуемость. Каждая ячейка памяти компьютера имеет свой адрес, к которому обращается процессор при работе, при необходимости извлечения данных.
- Энергозависимость и энергонезависимость. В зависимости от типа рассматриваемой памяти, можно выделить эти подгруппы. Зависимость от электропитания означает, что при выключении компьютера все данные из памяти удаляются.
К внутренней памяти компьютера относятся ОЗУ, ПЗУ, кэш, CMOS и видеопамять, рассмотрим их поподробнее.
Постоянное запоминающее устройство. Было названо так, потому что данные, хранящиеся в нём, не подлежат изменению и предназначены исключительно для считывания. Содержимое этой памяти заполняется непосредственно при изготовлении, сюда могут входить программы для обслуживания персонального компьютера, поддержки операционной системы и устройств ввода-вывода, поэтому её называют ROM BIOS.
Однако эта память соответствовала своему названию исключительно на первом этапе своего создания. С развитием технологий стали выпускаться перепрограммируемые ПЗУ, для того чтобы можно было изменять их содержание в условиях эксплуатации.
Виды памяти, их характеристики, назначение, принципы работы, единицы измерения
Память это один из самих важных элементов персонального компьютера (ПК).Память ПК – это совокупность отдельных устройств которые запоминают, хранят, выдают информацию.Основные характеристики памяти – это емкость (объем) и быстродействие.
Быстродействие памяти – время обращения к ячейкам памяти, определяемое временем считывания и (или) временем записи информации. Измеряется в наносекундах.
Емкость памяти – это максимальное количество адресуемых ячеек, выраженное в байтах. Однако часто байт оказывается слишком малой, поэтому существуют более крупные единицы измерения:
Мегабайт -1024 кб
Терабайт – 1024 мб
Перабайт – 1024 тб
Эксабайт – 1024 пб
Зетабайт – 1024 эб
Иоттабайт – 1024 зб
Кроме устройств ввода/вывода информации компьютер также имеет внутреннюю и внешнюю память.
Внутренняя память — это электронное устройство, которое хранит информацию, пока питается электроэнергией, находится внутри материнской платы. Программа во время выполнения хранится в памяти компьютера.
Внешняя память — это различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски, флеш-накопители и др вне материнской платы. Сохранённая информация на них не требует постоянного электропитания.
Единицей хранения информации во внешней памяти является файл – последовательность байтов, записанная в устройство внешней памяти и имеющая имя. Обмен информации между оперативной памятью и внешней осуществляется файлами.
Жесткий диск (HDD) – устройство памяти (физический диск) или раздел винчестера (логический диск). Диск имеет имя и таблицу размещения файлов.
Внутренняя память компьютера делится на:
1. Оперативная память (ОП, ОЗУ) – это быстрое запоминающее устройство не очень большого объема, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.
2. Постоянная память (ПЗУ). ПЗУ содержат программы и данные, определяющие работу ПК после его включения. Содержимое ПЗУ изменить нельзя. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» — их записывают туда на этапе изготовления микросхемы. Наряду с ПЗУ используются полупостоянная энергонезависимая память, называемая ППЗУ, хранящая параметры конфигурации системы, она может быть изменена.
3. Кэш-память. Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с ОП. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память».
КЛАССИФИКАЦИЯ ОЗУ
Оперативное запоминающее устройство или оперативная память в настоящее время делится на статическое ОЗУ (SRAM) и динамическое ОЗУ (DRAM) (рисунок 2).
Рисунок 2 — Классификация ОЗУ.
«Статическая память — SRAM (Static Random Access Memory), как и следует из ее названия, способна хранить информацию в статическом режиме — то есть сколь угодно долго при отсутствии обращений (но при наличии питающего напряжения). Ячейки статической памяти реализуются на триггерах — элементах с двумя устойчивыми состояниями. По сравнению с динамической памятью эти ячейки более сложны и занимают больше места в кристалле, однако они проще в управлении и не требуют регенерации. Быстродействие и энергопотребление статической памяти определяется технологией изготовления и схемотехникой запоминающих ячеек » Ланина Э.П. Организация ЭВМ и систем [Электронный ресурс]. URL: http://paralichka85.px6.ru/4memory/glava04_7.htm (дата обращение: 15.05.2013). .
быстрый доступ (доступ к любой ячейке памяти в любой момент занимает одно и тоже время);
нет необходимости регенерации ячеек;
простая схемотехника — SRAM не требуются сложные контроллеры;
невысокая плотность записи (шесть-восемь элементов на бит, вместо двух у DRAM);
вследствие чего — дороговизна килобайта памяти;
«Динамическая память — DRAM (Dynamic RAM) — получила свое название от принципа действия элемента памяти, хранящего один бит информации. Запоминающим элементом служит конденсатор, являющийся емкостью перехода исток — сток полевого транзистора. При записи логической единицы в элемент памяти конденсатор заряжается, при записи нуля — разряжается. При чтении информации конденсатор тоже разряжается и, если заряд был не нулевым, усилитель считывания устанавливает на выходе единичное значение потенциала, и конденсатор специальной схемой перезаписи снова заряжается до потенциала логической единицы. При отсутствии обращения к элементу динамической памяти со временем, за счет токов утечки, конденсатор разряжается и информация теряется, поэтому такая память требует постоянного периодического перезаряда конденсаторов методом перезаписи каждого элемента (регенерации). Следовательно, память может работать только в динамическом режиме, с постоянным перезарядом конденсаторов ячеек памяти»1.
«Преимущества динамической памяти:
высокая степень упаковки, позволяющая создавать чипы памяти большого объема.
Недостатки динамической памяти:
относительно невысокое быстродействие, так как процесс зарядки и разрядки конденсатора, пусть и микроскопического, занимает гораздо больше времени, чем переключение триггера;
высокая латентность, в основном, из-за внутренней шины данных, в несколько раз более широкой, чем внешняя, и необходимости использования мультиплексора/демультиплексора;
Роль оперативной памяти в общем «оркестре» компонентов компьютера
Работу компьютера следует рассматривать как «оркестр». «Музыкантами» в нем являются все его программные и аппаратные составляющие, в том числе центральный процессор, жесткий диск и операционная система, выполняющая, как известно нашим читателям, пять важнейших невидимых задач. Оперативная память, которую нередко называют просто «памятью» находится в числе наиболее важных компонентов компьютера. С того момента как вы включили компьютер и до того мгновения, когда вы его отключите, процессор будет непрерывно обращаться к памяти. Давайте рассмотрим типичный сценарий работы любого компьютера.
Вы включили компьютер. Он, в свою очередь, загрузил данные из постоянной памяти (ROM) и начал самотестирование при включении (power-on self-test, POST). Компьютер проверяет сам себя и определяет, исправен ли он и готов ли к новому трудовому сеансу. Целью этого этапа работы является проверка того, что все основные компоненты системы работают корректно. В ходе самотестирования контроллер памяти посредством быстрой операции чтения/записи проверяет все ячейки памяти на наличие или отсутствие ошибок. Процесс проверки выглядит так: бит информации записывается в память по определенному адресу, а затем считывается оттуда.
Компьютер загружает из ПЗУ базовую систему ввода-вывода, более известную по английской аббревиатуре BIOS. В этом «биосе» содержится базовая информация о накопителях, порядке загрузки, безопасности, автоматическом распознавании устройств (Plug and Play) и некоторые иные сведения.
Затем наступает черед загрузки операционной системы. Она загружается в оперативную память компьютера с жесткого диска (чаще всего в современном компьютере всё обстоит именно так, но возможны и иные сценарии). Важные компоненты операционной системы обычно находятся в оперативной памяти компьютера на протяжении всего времени работы с ним. Это дает центральному процессору возможность немедленного доступа к операционной системе, что повышает производительность и функциональность всего компьютера в целом.
Когда вы открываете приложение, оно записывается всё в ту же оперативную память. Объем памяти этого типа в наши дни хоть и велик, но при этом все равно значительно уступает ёмкости жесткого диска. В целях экономии оперативной памяти некоторые приложения записывают в нее только свои важнейшие компоненты, а остальные «подгружают» с жесткого диска по мере необходимости. Каждый файл, который загружается работающим приложением, тоже записывается в оперативную память.
Что происходит, когда вы сохраняете файл и закрываете приложение? Файл записывается на жесткий диск, а приложение «выталкивается» из оперативной памяти. То есть и само приложение, и связанные с ним файлы удаляются из оперативной памяти. Тем самым освобождается место для новой информации: других приложений и файлов. Если измененный файл не был сохранен перед удалением из временного хранилища, все изменения будут потеряны.
Из вышесказанного следует, что каждый раз, когда что-то загружается или открывается, оно помещается в оперативную память, то есть во временное хранилище данных. Центральному процессору проще получить доступ к информации из этого хранилища. Процессор запрашивает из оперативной памяти необходимые ему в процессе вычислений данные.
Всё это звучит несколько суховато и не дает полного представления о масштабах событий. Но поистине впечатляюще выглядит то, что в современных компьютерах обмен информацией между центральным процессором и оперативной памятью совершается миллионы раз в секунду.
Но запоминающие устройства не исчерпываются одной только оперативной памятью. Теперь, когда мы знаем, какое место занимает каждый тип памяти в общей картине современного цифрового устройства, нам осталось рассмотреть и другие разновидности хранилищ информации. И поэтому…
