Урок 28Устройства памяти

Виды компьютерной памяти

Компьютерная память (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для приема, хранения и выдачи данных, используемых при вычислении в течение определенного времени.

Минимальной единицей информации является бит или кратные ему единицы: килобит (1 кб = 1024 бита), мегабит (1Мб = 1024кбит), гигабит (1Гб = 1024Мбит). Но чаще пользуются единицей байт (1 байт = 8 бит), или же кратными ему единицами: килобайт (1 КБ = 1024 байта), мегабайт (1МБ = 1024кБ), гигабайт (1ГБ = 1024МБ). Для измерения больших объемов памяти используются терабайты и петабайты.

Компьютерную память можно классифицировать по типу доступа:

• последовательный доступ (магнитные ленты)
• произвольный доступ (оперативная память)
• прямой доступ (жесткие магнитные диски);
• ассоциативный;

по типу электропитания:

• энергонезависимая (оперативная и кэш-память)
• статическая (SRAM — Static Random Access Memory)
• динамическая (DRAM — Dynamic Random Access Memory)
• энергонезависимая (жесткие диски, компакт-диски, флэш-память)

• буферная;
• временная;
• кэш-память;
• корректирующая;
• управляющая;
• коллективная.

по типу носителя и способу записи информации:

• акустическая;
• голографическая;
• емкостная;
• криогенная;
• лазерная;
• магнитная;
• магнитооптическая;
• молекулярная;
• полупроводниковая;
• ферритовая;
• фазоинверсная;
• электростатическая.

Назначение и основные характеристики памяти

В процессе работы компьютера программы, исходные данные, а также промежуточные и окончательные результаты необходимо где-то хранить и иметь возможность обращаться к ним. Для этого в составе компьютера имеются различные запоминающие устройства, которые называют памятью. Информация, хранящаяся в запоминающем устройстве, представляет собой закодированные с помощью цифр 0 и 1 различные символы (цифры, буквы, знаки), звуки, изображения.

Память компьютера — совокупность устройств для хранения информации.

В процессе развития вычислительной техники люди вольно или невольно пытались по образу и подобию собственной памяти проектировать и создавать различные технические устройства хранения информации. Чтобы лучше понять назначение и возможности различных запоминающих устройств компьютера, можно провести аналогию с тем, как хранится информация в памяти человека.

Может ли человек хранить всю информацию об окружающем мире в своей памяти и нужно ли это ему? Зачем, например, помнить названия всех поселков и деревень вашей области, когда при необходимости вы можете воспользоваться картой местности и найти все, что вас интересует? Нет необходимости помнить и цены железнодорожных билетов на разных направлениях, так как для этого есть справочные службы. А сколько существует всевозможных математических таблиц, где рассчитаны значения некоторых сложных функций! В поисках ответа вы всегда можете обратиться к соответствующему справочнику.

Информация, которую человек постоянно хранит в своей внутренней памяти, характеризуется гораздо меньшим объемом по сравнению с информацией, сосредоточенной в книгах, кинолентах, на видеокассетах, дисках и других материальных носителях. Можно сказать, что материальные носители, используемые для хранения информации, составляют внешнюю память человека. Для того чтобы воспользоваться информацией, хранящейся в этой внешней памяти, человек должен затратить гораздо больше времени, чем если бы она хранилась в его собственной памяти. Этот недостаток компенсируется тем, что внешняя память позволяет сохранять информацию сколь угодно длительное время и использовать ее может множество людей.

Существует еще один способ хранения информации человеком. Только что появившийся на свет малыш уже несет в себе внешние черты и, частично, характер, унаследованный от родителей. Это так называемая генетическая память. Новорожденный многое умеет: дышит, спит, ест. Знаток биологии вспомнит о безусловных рефлексах. Эту разновидность внутренней памяти человека можно назвать постоянной, неизменной.

Подобный принцип разделения памяти использован и в компьютере. Вся компьютерная память поделена на внутреннюю и внешнюю. Аналогично памяти человека, внутренняя память компьютера является быстродействующей, но имеет ограниченный объем. Работа же с внешней памятью требует гораздо большего времени, но она позволяет хранить практически неограниченное количество информации.

Внутренняя память состоит из нескольких частей: оперативной, постоянной и кэш-памяти. Это связано с тем, что используемые процессором программы можно условно разделить на две группы: временного (текущего) и постоянного использования. Программы и данные временного пользования хранятся в оперативной памяти и кэш-памяти только до тех пор, пока включено электропитание компьютера. После его выключения выделенная для них часть внутренней памяти полностью очищается. Другая часть внутренней памяти, называемая постоянной, является энергонезависимой, то есть записанные в нее программы и данные хранятся всегда, независимо от включения или выключения компьютера.

Внешняя память компьютера по аналогии с тем, как человек обычно хранит информацию в книгах, газетах, журналах, на магнитных лентах и пр., тоже может быть организована на различных материальных носителях: на дискетах, на жестких дисках, на магнитных лентах, на лазерных дисках (компакт-дисках).

Классификация видов компьютерной памяти по назначению показана на рисунке 18.1.

Рассмотрим общие для всех видов памяти характеристики и понятия.

Существует две распространенные операции с памятью — считывание (чтение) информации из памяти и запись ее в память для хранения. Для обращения к областям памяти используются адреса.

При считывании порции информации из памяти осуществляется передача ее копии в другое устройство, где с ней производятся определенные действия: числа участвуют в вычислениях, слова используются при создании текста, из звуков создается мелодия и т. д. После считывания информация не исчезает и хранится в той же области памяти до тех пор, пока на ее место не будет записана другая информация.

Рис. 18.1. Виды памяти компьютера

При записи (сохранении) порции информации предыдущие данные, хранящиеся на этом месте, стираются. Вновь записанная информация хранится до тех пор, пока на ее место не будет записана другая.

Операции чтения и записи можно сравнить с известными вам в быту процедурами воспроизведения и записи, выполняемыми с обычным кассетным магнитофоном. Когда вы прослушиваете музыку, то считываете информацию, хранящуюся на ленте. При этом информация на ленте не исчезает. Но после записи нового альбома любимой рок-группы ранее хранившаяся на ленте информация будет затерта и утрачена навсегда.

Чтение (считывание) информации из памяти — процесс получения информации из области памяти по заданному адресу.

Запись (сохранение) информации в памяти — процесс размещения информации в памяти по заданному адресу для хранения.

Способ обращения к устройству памяти для чтения или записи информации получил название доступа. С этим понятием связан такой параметр памяти, как время доступа, или быстродействие памяти — время, необходимое для чтения из памяти либо записи в нее минимальной порции информации. Очевидно, что для числового выражения этого параметра используются единицы измерения времени: миллисекунда, микросекунда, наносекунда.

Время доступа, или быстродействие, памяти — время, необходимое для чтения из памяти либо записи в нее минимальной порции информации.

Важной характеристикой памяти любого вида является ее объем, называемый также емкостью. Этот параметр показывает, какой максимальный объем информации можно хранить в памяти. Для измерения объема памяти используются следующие единицы: байты, килобайты (Кбайт), мегабайты (Мбайт), гигабайты (Гбайт).

Объем (емкость) памяти — максимальное количество хранимой в ней информации.

Иерархическая пирамида компьютерной памяти

С технической точки зрения, компьютерной памятью считается любой электронный накопитель. Быстрые накопители данных используются для временного хранения информации, которой следует быть «под рукой» у процессора. Если бы процессор вашего компьютера за любой нужной ему информацией обращался бы к жесткому диску, компьютер работал бы крайне медленно. Поэтому часть информации временно хранится в памяти, к которой процессор может получить доступ с более высокой скоростью.

Существует определенная иерархия компьютерной памяти. Место определенного вида памяти в ней означает ее «удаленность» от процессора. Чем «ближе» та или иная память к процессору, тем она, как правило, быстрее. Перед нами иерархическая пирамида компьютерной памяти, которая заслуживает подробного рассмотрения.

Вершиной пирамиды является регистр процессора.
За ним следует кеш-память первого (L1)
и второго уровня (L2)
Оперативная память делится на:
физическую и виртуальную
И кеш, и оперативная память являются временными хранилищами информации
Далее идут постоянные хранилища информации:
ПЗУ/BIOS; съемные диски; удаленные накопители (в локальной сети); жесткий диск
Подножие пирамиды образуют устройства ввода, к которым относятся:
клавиатура; мышь; подключаемые медиаустройства; сканер/камера/микрофон/видео; удаленные источники; другие источники

Процессор обращается к памяти в соответствии с ее местом в иерархии. Информация поступает с жесткого диска или устройства ввода (например, с клавиатуры) в оперативную память. Процессор сохраняет сегменты данных, к которой нужен быстрый доступ, в кеш-памяти. В регистре процессора содержатся специальные инструкции. К рассмотрению кеш-памяти и регистра процессора мы еще вернемся.

Оперативная память

ОЗУ (оперативное записывающее устройство) по объёму является основным представителем внутренней памяти и служит для работы с информацией. Название приходит из функционала. Скорость взаимодействия с процессором настолько высока, что проходят доли секунды между запросом и ответом. Обозначается оперативная память как RAM — Random Access Memory.

ОЗУ хранит в себе все данные работающей программы. Поэтому и процессор способен работать с ней только после того, как она будет записана в оперативную память (ОП). Для взаимодействия с жестким диском ЦПУ обращается к буферу — еще одному виду ОП.

Главным недостатком (или конструктивной особенностью) оперативной памяти является её энергозависимость. То есть при выключении питания персонального компьютера все данные, которые в ней записаны, теряются. Основными характеристиками RAM являются:

• объем;
• разрядность;
• быстродействие.

Внутренняя память компьютера недостаточного объёма сильно снижает производительность. При недостатке RAM некоторые программы могут работать медленно, а некоторые откажутся запускаться вовсе.

Ещё один вид памяти персонального компьютера, являющийся самым быстродействующим. Кэш является посредником между центральным процессором и оперативной памятью. В нем хранятся наиболее часто используемые фрагменты RAM. Поскольку время обращения ЦПУ к нему намного меньше, то и среднее время работы процессора с «оперативкой» уменьшается.

Как почистить ОЗУ (оперативную память)?

Появление лагов при работе компьютера может свидетельствовать о переполнении оперативной памяти. В этом случае потребуется ее очищение. Наиболее кардинальным методом является перезагрузка ПК, но в этом случае автоматически будут закрыты все окна и может потеряться важная информация, если пользователь не сделает сохранение.

Более щадящим способом является применение диспетчера задач. Он вызывается сочетанием клавиш Ctrl+Alt+Del. В открывшемся окне пользователь увидит запущенные процессы с указанием количества занимаемой памяти. Клик правой кнопкой на выбранном процессе позволить снять задачу с выгрузкой из памяти.

Запуск диспетчера задач позволяет отследить использование памяти процессами

Еще одним способом снять нагрузку на ОЗУ является регулирование процессов, находящихся в автозагрузке. Все маловажные программы для обновления установленного софта или иные неиспользуемые задачи можно смело отключать.

Качественно почистить оперативную память можно при помощи специальных утилит. Их минусом является удалением нужных задач, что может привести к сбою в работе.

Развитие

Внутренняя память компьютера развивалась постепенно, проходя множество этапов. Говоря об ОП, можно выделить следующие её виды в порядке совершенствования:

1. SIMM — самый первый прообраз оперативной памяти персонального компьютера. Имел 30 контактов общей длиной в 89 миллиметров. В настоящий момент найти такую планку практически невозможно.
2. SIMM на 72 контакта являлась следующим шагом в развитии, но имела ещё большие размеры — примерно 103 миллиметра.
3. DIMM — оперативная память, которую застали обычные пользователи. Была популярна вплоть до 2001 года.
4. После всех предыдущих этапов наступила эра памяти формата DDR (184 контакта). Эта технология в корне меняет подход к проектированию. Вместо ускорения частоты обмена данными в ней увеличивается количество данных, передаваемых за один такт.
5. DDR2 — имеющая 204 контакта, она должна была увеличить скорость работы и взаимодействия с процессором в 2 раза по сравнению со своим предшественником.
6. DDR3 — очередной виток эволюции памяти, имеющей повышенные характеристики.
7. DDR4 — вышедшая во втором квартале 2014 года в массовые продажи оперативная память. Имеет 288 контактов и увеличенную в 2 раза пропускную способность.

Возможность записи

Эта группа запоминающих устройств, как понятно из названия, характеризуется возможностью записи. Так, существуют системы, на которые может записывать данные:

• только завод-изготовитель;
• пользователь со специальных механизмом;
• конечный пользователь с тем же аппаратом, который использует память.

К последнему типу как раз и относятся все существующие устройства хранения данных в ПК.

Видеопамять

Выделяется в отдельный вид ЗУ, так как видеокарта, является оборудованием в оборудовании, это один из основных элементов ПК. Позволяет хранить видео элементы.

Имеет сходство с ОЗУ, по объему небольшая в противном случае, загрузка изображения будет очень долговременной.

Подводя итог можно сказать, что не каждый вид запоминающего устройства нужно выбирать из расчета чем больше по объему, тем лучше.