ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА
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.
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 — кэш—память.
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.
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.
Статьи к прочтению:
Постоянная память, или постоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ROM, англ.) Служит для хранения программ начальной загрузки компьютера и тестирования…
Состав, назначение, характеристики и принципы работы основных элементов персонального компьютера. Персональный компьютер включает следующие основные…
К свойствам внутренней памяти компьютера относится
Для реализации функции хранения информации в компьютере используются следующие основные типы памяти: кэш память, ПЗУ, оперативная память (ОЗУ), долговременная (внешняя) память. Первые три типа памяти образуют внутреннюю (системную) память компьютера. Основными характеристиками любого типа памяти являются объем, время доступа и плотность записи информации.
Внутренняя память
Кэш-память является элементом микропроцессора. Физически кэш-память основана на микросхемах статической памяти SRAM (Static Random Access Memory). Для создания ячейки статической памяти используется от 4 до 8 транзисторов, которые в совокупности образуют триггер.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память, используемая только для чтения. Данный вид памяти используется для хранения только такой информации, которая обычно не меняется в ходе эксплуатации компьютера. Типичным примером использования ПЗУ является хранение в нем базового программного обеспечения, используемого при загрузке компьютера (BIOS). Микросхемы ПЗУ располагаются на материнской плате.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — энергозависимая память, применяемая для временного хранения команд и данных, необходимых процессору для выполнения текущих операций.
Наименьшей частицей памяти является бит, в котором хранится либо 0, либо 1. Отдельные биты объединяются в ячейки, каждая из которых имеет свой адрес, поэтому процессор при необходимости может обратиться к любой ячейке за одну операцию. Минимальной адресуемой ячейкой оперативной памяти является байт. Для выбора нужной ячейки используется ее адрес, передаваемый по адресной шине. Адресация байтов начинается с нуля.
Несмотря на то, что минимальной адресуемой ячейкой оперативной памяти является байт, физически по шине передаются не отдельные байты, а машинные слова. Размер машинного слова зависит от разрядности процессора. То есть размер машинного слова определяется количеством битов, к которым процессор имеет одновременный доступ. Например, для 16-разрядного процессора размер машинного слова будет равен 2 байтам. Адрес машинного слова равен адресу младшего байта, входящего в состав это слова.
Физически ОЗУ строится на микросхемах динамической памяти DRAM (Dynamic Random Access Memory). В динамической памяти ячейки построены на основе областей с накоплением зарядов (конденсаторов), занимающих гораздо меньшую площадь, чем триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении. При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, сохраняющийся в течение 2-4 миллисекунд. Но для сохранения заряда ячейки необходимо постоянно регенерировать (перезаписывать) ее содержимое. В связи с этим скорость доступа к ячейкам ОЗУ ниже, чем к статической памяти. Для создания ячейки динамической памяти достаточно всего одного транзистора и одного конденсатора, поэтому она дешевле статической памяти и имеет большую плотность упаковки.
Оперативная память изготавливается в виде небольших печатных плат с рядами контактов, на которых размещаются интегральные схемы памяти (модули памяти, рисунок 1).
Рисунок 1 — Схема состава микропроцессора
Модули памяти различаются по размеру и количеству контактов (в зависимости от типа используемой памяти), а также по быстродействию и объему. Объемы оперативной памяти современных компьютеров могут измеряться несколькими гигабайтами (в среднем от 1 до 4 Гбайт).
К свойствам внутренней памяти компьютера относится
§ 6. Компьютерная память
Основные темы параграфа:
• внутренняя и внешняя память;
• структура внутренней памяти компьютера;
• носители и устройства внешней памяти.
Внутренняя и внешняя память
Работая с информацией, человек пользуется не только своими знаниями, но и книгами, справочниками и другими внешними источниками. В главе 1 «Человек и информация» было отмечено, что информация хранится в памяти человека и на внешних носителях. Заученную информацию человек может забыть, а записи сохраняются надежнее.
У компьютера тоже есть два вида памяти: внутренняя (оперативная) и внешняя (долговременная) память.
Внутренняя память — это электронное устройство, которое хранит информацию, пока питается электроэнергией. При отключении компьютера от сети информация из оперативной памяти исчезает. Программа во время ее выполнения хранится во внутренней памяти компьютера. Сформулированное правило относится к принципам Неймана. Его называют принципом хранимой программы.
Внешняя память — это различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски. Сохранение информации на них не требует постоянного электропитания 1 .
1 В современных компьютерах имеется еще один вид внутренней памяти, который называется постоянным запоминающим устройством — ПЗУ. Это энергонезависимая память, информация из которой может только читаться.
На рис. 2.3 показана схема устройства компьютера с учетом двух видов памяти. Стрелки указывают направления информационного обмена.
Структура внутренней памяти компьютера
Все устройства компьютера производят определенную работу с информацией (данными и программами). А как же представляется в компьютере сама информация? Для ответа на этот вопрос «заглянем» внутрь машинной памяти. Структуру внутренней памяти компьютера можно условно изобразить так, как показано на рис. 2.4.
Наименьший элемент памяти компьютера называется битом памяти. На рис. 2.4 каждая клетка изображает бит. Вы видите, что у слова «бит» есть два значения: единица измерения количества информации и частица памяти компьютера. Покажем, как связаны между собой эти понятия.
В каждом бите памяти может храниться в данный момент одно из двух значений: нуль или единица. Использование двух знаков для представления информации называется двоичной кодировкой.
Данные и программы в памяти компьютера хранятся в виде двоичного кода.
Один символ двухсимвольного алфавита несет 1 бит информации.
В одном бите памяти содержится один бит информации.
Битовая структура определяет первое свойство внутренней памяти компьютера — дискретность. Дискретные объекты составлены из отдельных частиц. Например, песок дискретен, так как состоит из песчинок. «Песчинками» компьютерной памяти являются биты.
Второе свойство внутренней памяти компьютера — адресуемость. Восемь расположенных подряд битов памяти образуют байт. Вы знаете, что это слово также обозначает единицу количества информации, равную восьми битам. Следовательно, в одном байте памяти хранится один байт информации.
Во внутренней памяти компьютера все байты пронумерованы. Нумерация начинается с нуля.
Порядковый номер байта называется его адресом.
Принцип адресуемости означает, что:
Запись информации в память, а также чтение ее из памяти производится по адресам.
Память можно представить как многоквартирный дом, в котором каждая квартира — это байт, а номер квартиры — адрес. Для того чтобы почта дошла по назначению, необходимо указать правильный адрес. Именно так, по адресам, обращается процессор к внутренней памяти компьютера.
Носители и устройства внешней памяти
Устройства внешней памяти — это устройства чтения и записи информации на внешние носители. Информация на внешних носителях хранится в виде файлов. Что это такое, подробнее вы узнаете позже.
Важнейшими устройствами внешней памяти на современных компьютерах являются накопители на магнитных дисках (НМД), или дисководы.
Кто не знает, что такое магнитофон? На магнитофон мы привыкли записывать речь, музыку, а затем прослушивать записи. Звук записывается на дорожках магнитной ленты с помощью магнитной головки. С помощью этого же устройства магнитная запись снова превращается в звук.
НМД действует аналогично магнитофону. На дорожки диска записывается все тот же двоичный код: намагниченный участок — единица, ненамагниченный — нуль. При чтении с диска эта запись превращается в нули и единицы в битах внутренней памяти.
К магнитной поверхности диска подводится записывающая головка (рис. 2.5), которая может перемещаться по радиусу. Во время работы НМД диск вращается. В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации.
Другим видом внешних носителей являются оптические диски (другое их название — лазерные диски). На них используется не магнитный, а оптико-механический способ записи и чтения информации.
Сначала появились лазерные диски, на которые информация записывается только один раз. Стереть или перезаписать ее невозможно. Такие диски называются СD-RОМ — Соmрасt Disc-Rеаd Оnlу Меmоry, что в переводе значит «компактный диск — только для чтения». Позже были изобретены перезаписываемые лазерные диски — СD-RW. На них, как и на магнитных носителях, хранимую информацию можно стирать и записывать заново.
Носители, которые пользователь может извлекать из дисковода, называют сменными.
Наибольшей информационной емкостью из сменных носителей обладают лазерные диски типа DVD-ROM — видеодиски. Объем информации, хранящейся на них, может достигать десятков гигабайтов. На видеодисках записываются полноформатные видеофильмы, которые можно просматривать с помощью компьютера, как по телевизору.
Коротко о главном
В состав компьютера входят внутренняя память и внешняя память.
Исполняемая программа хранится во внутренней памяти (принцип хранимой программы).
Информация в памяти компьютера имеет двоичную форму.
Наименьшим элементом внутренней памяти компьютера является бит. Один бит памяти хранит один бит информации: значение 0 или 1.
Восемь подряд расположенных битов образуют байт памяти. Байты пронумерованы, начиная с нуля. Порядковый номер байта называется его адресом.
Во внутренней памяти запись и чтение информации происходят по адресам.
Внешняя память: магнитные диски, оптические (лазерные) диски — СD-RОМ, СD-RW, DVD-ROM.
Вопросы и задания
1. Постарайтесь объяснить, зачем компьютеру нужны два вида памяти: внутренняя и внешняя.
2. Что такое «принцип хранимой программы»?
3. В чем заключается свойство дискретности внутренней памяти ЭВМ?
4. Какие два значения имеет слово «бит»? Как они связаны между собой?
5. В чем заключается свойство адресуемости внутренней памяти ЭВМ?
6. Назовите устройства внешней памяти ЭВМ.
7. Какие типы оптических дисков вы знаете?
И. Семакин, Л. Залогова, С. Русаков, Л. Шестакова, Информатика, 8 класс
Отослано читателями из интернет-сайтов
Информатика в школе, скачать бесплатно тесты, полный курс информатики, онлайн библиотека с книгами и учебниками по информатике на скачку, планы уроков информатики 8 класс
Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.
Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь — Образовательный форум.
