Структура внутренней памяти компьютера кратко

Обновлено: 02.07.2024

Битовая структура памяти определяет первое свойство памяти — дискретность.

Байт. Восемь расположенных подряд битов памяти образуют байт. В одном байте памяти хранится один байт информации. Во внутренней памяти компьютера все байты пронумерованы. Нумерация начинается от нуля. Порядковый номер байта называется его адресом. В компьютере адреса обозначаются двоичным кодом. Используется также шестнадцатеричная форма обозначения адреса.

Пример1. Компьютер имеет оперативную память 2 Кбайт. Указать адрес последнего байта оперативной памяти (десятичный, шестнадцатеричный, двоичный).

Решение.

Объем оперативной памяти составляет 2048 байт. Десятичный адрес (номер) последнего байта равен 2047, так как нумерация байтов памяти начинается с нуля. 2047₁₀ = 7FF₁₆ = 0111 1111 1111₂.

Машинное слово. Наибольшую последовательность бит, которую процессор может обрабатывать как единое целое, называют машинным словом. Длина машинного слова может быть разной — 8, 16, 32 бита и т.д. Адрес машинного слова в памяти компьютера равен адресу младшего байта, входящего в это слово.

Занесение информации в память, а также извлечение ее из памяти производится по адресам. Это свойство памяти называется адресуемостью.

Пример 2. Объем оперативной памяти компьютера равен 1 Мбайту, а адрес последнего машинного слова —- 1 048 574. Чему равен размер машинного слова?

Решение. 1Мбайт = 1024 Кбайта = 1 048 576 байт. Так как нумерация байтов начинается с нуля, значит адрес последнего байта будет равен 1 048 575. Таким образом, последнее машинное слово включает в себя 2 байта с номерами 1 048 574 и 1 048 575. Ответ: 2 байта.

Внутренне представление информации в компьютере.

Для представления чисел в памяти компьютера используются два формата: формат с фиксированной точкой и формат с плавающей точкой. В формате с фиксированной точкой представляются только целые числа, в формате с плавающей точкой — вещественные числа (целые и дробные).

Целые числа

Множество целых чисел, представимых в памяти ЭВМ, ограничено. Диапазон значений зависит от размера ячеек памяти, используемых для их хранения. В k-разрядной ячейке может храниться 2 k различных значений целых чисел.

Пример 1. Пусть для представления целых чисел в компьютере используется 16-разрядная ячейка (2 байта). Определить, каков диапазон хранимых чисел, если а) используются только положительные числа; б) используются как положительные так и отрицательные числа в равном количестве.

Решение. Всего в 16-разрядной ячейке может храниться 2 16 •= 65536 различных значений. Следовательно:

а) диапазон значений от 0 до 65535 (от 0 до 2 k -1);

б) диапазон значений от -32768 до 32767 (от –2 k-1 до 2 k-1 -1).

Чтобы получить внутреннее представление целого положительного числа N, хранящегося в k-разрядном машинном слове, необходимо:

1) перевести число N в двоичную систему счисления;

2) полученный результат дополнить слева незначащими нулями до k разрядов.

Пример 2. Получить внутреннее представление целого числа 1607 в 2-х байтовой ячейке.

Решение.N = 1607₁₀ = 11001000111₂- Внутреннее представление этого, числа в ячейке будет следующим: 0000 0110 0100 0111. Шестнадцатеричная форма внутреннего представления числа получается заменой 4-х двоичных цифр одной шестнадцатеричной цифрой: 0647.

Для записи внутреннего представления целого отрицательного числа (-N) необходимо:

1) получить внутреннее представление положительного числа М;

2) получить обратный код этого числа заменой 0 на 1 и 1 на 0 (эта операция называется инвертированием) ;

3) к полученному числу прибавить 1, получить дополнительный код..

Данная форма представления целого отрицательного числа называется дополнительным кодом. Использование этого кода позволяет упростить аппаратную реализацию вычитания, которая заменяется на операцию сложение уменьшаемого числа с дополнительным кодом вычитаемого.

Пример 3. Подучить внутреннее представление целого отрицательного числа —1607.

Решение.1) Внутреннее представление положительного числа: .

0000 0110 0100 0111

2) обратный код: 1111 1001 1011 1000

3) результат прибавления 1: 1: 1111 1001 1011 1001 (единица переноса полученного результата отбрасывается) – это внутреннее представление двоичное представление отрицательного числа -1607

4) Шестнадцатеричная форма: F9В9.

Двоичные разряды в ячейках памяти нумеруются от 0 до k справа на лево. Старший k-разряд во внутреннем представлении любого положительного числа равен нулю, отрицательного – числа единице. Поэтому этот разряд называется знаковым.

Вещественные числа

Формат с плавающей точкой использует представление вещественного числа R в экспоненциальной форме, которая представляет собой: произведения мантиссы т на основание системы счисления п в некоторой целой степени р, которую называют порядком: R=m*n p . Представление числа в форме с плавающей точкой неоднозначно. Например, справедливы следующие равенства: 25.324 = 2.5324 *10 1 = 0.0025324 * 10 4 = 2532,4*10 -2 и т.п.

В ЭВМ используют нормализованное представление числа в форме с плавающей точкой. В нормализованном числе мантисса –эта правильная дробь, имеющая после запятой цифру отличную от нуля.

В памяти компьютера мантисса представляется как целое число, содержащее только значащие цифры (0 целых и запятая не хранятся). Следовательно, внутреннее представление вещественного числа сводится к представлению пары целых чисел: мантиссы и порядка.

В разных типах ЭВМ применяются различные варианты представления чисел в форме с плавающей точкой.

Для примера рассмотрим внутреннее представление вещественного числа в 4-х байтовой ячейке памяти.

В ячейке должна содержаться следующая информация о числе: знак числа, порядок и значащие цифры мантиссы.

± мат. порядок	М А	Н ТИС	•СА
1-й байт	2-й байт	3-й байт	4-й байт

В старшем бите 1-го байта хранится знак числа: 0 обозначает плюс, 1 — минус. Оставшиеся 7 бит первого байта содержат машинный порядок. В следующих трех байтах хранятся значащие цифры мантиссы (24 разряда).

В семи двоичных разрядах помещаются двоичные числа в диапазоне от 0000000 до 1111111. Значит, машинный порядок изменяется в диапазоне от 0 до 127 (в десятичной системе счисления). Всего 128 значений. Порядок, очевидно, может быть как положительным так и отрицательным. Разумно эти 128 значений разделить поровну между положительными и отрицательными значениями порядка: от -64 до 63. С целью упрощения аппаратной реализации арифметических операций в представлении числа знак порядка явно не сохраняется. В записи числа от порядка переходят к характеристике.

Машинный порядок (характеристика) смещен относительно математического и имеет только положительные значений. Смещение выбирается так, чтобы минимальному математическому значению порядка соответствовал нуль.

Связь между машинным порядком (Мр) и математическим (р) в рассматриваемом случае выражается формулой: .М_р=р+64.

Полученная формула записана в десятичной системе. В двоичной системе формула имеет вид:Мр₂ =р₂+100 0000₂

Для записи внутреннего представления вещественного числа необходимо:

1) перевести модуль данного числа в двоичную систему счисления 24 значащими цифрами;

2) нормализовать двоичное число;

3) найти машинный порядок в двоичной системе счисления;

4) учитывая знак числа, выписать его представление в 4-х байтовом машинном слове.

Пример 4. Записать внутреннее представление числа 250,1875 в форме с плавающей точкой. Решение:

1 Переведем его в двоичную систему счисления с 24 значащими цифрами; 250,1875₁₀ – 11111010, 0011000000000000₂.

2. Запишем в форме нормализованного двоичного числа с плавающей точкой: 0,111110100011000000000000 * 10₂ 1000 . Здесь мантисса, основание системы счисления (2₁₀ = 10₂) и порядок (8₁₀ = 1000₂) записаны в двоичной системе.

3. Вычислим машинный порядок в двоичной системе счисления.Мр₂ = 1000+ 100 0000=н 100 1000. - ,

4. Запишем представление числа в 4-х байтовой ячейке памяти с учетом знака числа:

§ 6. Компьютерная память

Основные темы параграфа:

• внутренняя и внешняя память;
• структура внутренней памяти компьютера;
• носители и устройства внешней памяти.

Внутренняя и внешняя память

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

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.

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.

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

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.

Каждый пользователь знает, что существует внутренняя память компьютера, но мало кто понимает, насколько она разнообразна, сколько существует различных её подтипов. Разбирая ПК, максимум, на что сможет указать неопытный человек, - это ОЗУ и жесткий диск. Давайте разберёмся, какие устройства внутренней памяти компьютера существуют.

Что это такое

Для начала введём определение. Внутренняя память компьютера - это устройство для хранения программ и данных, которые в конкретный момент времени участвуют в вычислении процессором. Говоря простым языком, когда вы запускаете на персональном компьютере какое-либо приложение, процессор пользуется ОЗУ, как листком бумаги, записывая на него исходные данные и промежуточные вычисления. Выделяют следующие виды внутренней памяти компьютера - постоянную и оперативную.

Особенности

Независимо от того, о чем идёт речь, нам необходимы критерии для определения качества запоминающего устройства. Назовём главные характеристики внутренней памяти компьютера:

Общий объём. Он играет немаловажную роль. От него зависит, сколько информации можно разместить одновременно в кэше, а значит, и быстродействие компьютера. Иногда процессору нужно хранить обширные объёмы данных. При малых размерах памяти они просто не поместятся, и приложение будет "тормозить".
Быстродействие. Оно же - время доступа. Определяет, насколько быстро происходит взаимодействие центрального процессора и памяти. От этого параметра зависит, как скоро будет проходить процесс записи-считывания байт данных в запоминающее устройство. В отличие от объёма памяти, пользователь не способен повышать этот параметр сверх конретного уровня, поскольку он определяется конструктивными особенностями, а также существующими технологиями и интерфейсом подключения.

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.

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.

CMOS-RAM

Специально выделенный участок внутренней памяти персонального компьютера для хранения его конфигурации. Своё название он получил от одноимённой технологии, которая обладает невысоким энергопотреблением. Эта память считается энергонезависимой, поскольку информация в ней не теряется при отключении питания ПК. Однако это не совсем так. Если вы вдруг забыли свой пароль от компьютера, вам достаточно снять крышку с системного блока, найти на материнской плате батарейку-таблетку и вынуть её. Без этого аккумулятора все настройки компьютера, включая пароль, будут обнулены.

Видео

Ещё одна внутренняя память персонального компьютера, служащая для хранения графической информации. В персональном компьютере существует 2 способа её реализации.

Первый - это встроенная видеокарта. В этом случае память реализуется на материнской плате. Второй вариант реализации видеопамяти - на встраиваемой видеокарте. Как и при работе с оперативкой, от объёма зависит количество информации, обрабатываемой центральным процессором, и скорость её вывода на экран. От объёма видеопамяти зависит быстродействие мощных графических редакторов, высококачественного видео и современных игр.

Развитие

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

SIMM - самый первый прообраз оперативной памяти персонального компьютера. Имел 30 контактов общей длиной в 89 миллиметров. В настоящий момент найти такую планку практически невозможно.
SIMM на 72 контакта являлась следующим шагом в развитии, но имела ещё большие размеры - примерно 103 миллиметра.
DIMM - оперативная память, которую застали обычные пользователи. Была популярна вплоть до 2001 года.
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.
DDR2 - имеющая 204 контакта, она должна была увеличить скорость работы и взаимодействия с процессором в 2 раза по сравнению со своим предшественником.
DDR3 - очередной виток эволюции памяти, имеющей повышенные характеристики.
DDR4 - вышедшая во втором квартале 2014 года в массовые продажи оперативная память. Имеет 288 контактов и увеличенную в 2 раза пропускную способность.

Вывод

Прочитав эту статью, вы узнали, что такое внутренняя память компьютера, каково её строение, виды и характеристики. В жизни это может мало пригодиться, разве что для сдачи экзаменов в университете или общего самообразования.

Для осуществления основного информационного процесса - сохранения информации - используют материальный носитель. К внешней памяти относят материальные носители не входящие в состав оборудования ПК, например, флеш-накопители, CD и DVD диски. Однако более сложное устройство имеет внутренняя память компьютера.

Во внутреннюю память ПК входят:

Постоянная память

Это вид энергонезависимый вид запоминающего устройства. Постоянное ЗУ, предназначено для чтения, ведь функции внесения изменений у него нет.

Этот раздел памяти предназначен для ПО компьютера, которое в процессе работы не подлежит изменению. К нему относится: ПО управления работой основных и дополнительных устройств ПК; включения и выключения; тестирования оборудования.

Основное отличие от ОЗУ, постоянное хранение информации, даже после выключения.

Оперативная память

Внутренняя память ПК произвольным доступом, энергозависимый вид ЗУ. Имеется несколько поколений:

DDR. Самый первый модуль, имеет симметричные каналы, которые не зависят друг от друга. Сейчас она не используется, но возможно ее встретить в старых ПК.

DDR2. Модуль с высокими пропускной способностью и частотой. Современные компьютеры не используют.

DDR3. Третье поколение модуля, до сих в ходу с 2012 года. Тактовая частота и пропускная способность увеличена в сравнении с предыдущим модулем. Максимальный объем увеличен до 16 Гб. Имеет модуль с пониженным напряжением, требуемом для работы.

DDR4. Актуальный и современный модуль, используемый с 2014 года. Объем планки уже увеличен до 128 Гб.

Кэш-память

Хранилище, используемое для сохранения сведений, необходимых в настоящий отрезок времени. Доступ к содержимому в разы быстрее ОЗУ и ПЗУ. Основная задача ЗУ ускорение работы ПК и хранение информации краткосрочно. Каждый главный элемент компьютера обладает кэшем. Основное отличие от других ЗУ, это сверхскорость. Емкость до 40 Мб.

Кэш рекомендуется периодически очищать.

CMOS-RAM

Устройство внутренней памяти компьютера, имеющее минимальное энергопотребление. Хранение данных о конфигурации и оборудовании ПК, входящих в состав компьютера.

Обратите внимание, что этого невеликий по размерам элемент, от которого зависит бесперебойность в работе 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.

Читайте также: