Сообщение о емкости памяти

Обновлено: 02.07.2024

Память это один из самих важных элементов персонального компьютера (ПК). Все ПК используют три вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю (различные накопители).

Устройство для хранения информации называют основной памятью, которая состоит из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ).

Постоянная память имеет собственное название – ROM (Read Only Memory) данное название указывает на то, что ею обеспечиваются только режимы считывания и хранения и обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в течение длительного времени. Далее в данной работе мы более подробно рассмотрим основные виды памяти персонального компьютера.

1. ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ

Внутренняя память - это память высокого быстродействия и ограниченной емкости, она может состоять из оперативной и постоянной памяти. Принцип ее разделения такой же, как у человека. Мы обладаем некоторой информацией, которая хранится в памяти постоянно, а есть информация, которую мы помним некоторое время, либо она нужна только на тот момент, пока мы думаем над решением какой-то проблемы.

Оперативная память служит для хранения оперативной, часто изменяющейся в процессе решения задачи. При решении другой задачи в оперативной памяти будет храниться информация только для этой задачи. При отключении ЭВМ вся информация, находящаяся в оперативной памяти, в большинстве случаев стирается.

Постоянная память предназначена для хранения постоянной информации, которая не зависит от того, какая задача решается в ЭВМ. В большинстве случаев постоянной информацией являются программы решения часто используемых задач, а также некоторые управляющие программы, микропрограммы и т.д. Отключение ЭВМ и включение ее в работу не влияют на качество хранения информации.

Микросхемы основной (оперативной) памяти всегда работают медленнее процессора. Поэтому процессору часто приходится делать пустые такты, ожидая поступления данных из памяти. Чтобы частично решить эту проблему, используется память небольшого размера (порядка 128 – 512 Кб), которая выполнена на базе более скоростных (и более дорогих) микросхем памяти. Такая память называется кэшем [caсhe] или сверхоперативной памятью.

1.1. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM )

ОЗУ - быстрая, полупроводниковая, энергозависимая память. ОЗУ имеет сравнительно небольшой объем - обычно от 64 до 512 Мбайт, тем не менее, центральный процессор имеет оперативный (быстрый) доступ к данным, записанным в ОЗУ (на извлечение данных из ОЗУ требуется не более нескольких наносекунд). В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. Это значит, что когда мы запускаем какую-либо компьютерную программу, находящуюся на диске, она копируется в оперативную память, после чего процессор начинает выполнять команды, изложенные в этой программе. Часть ОЗУ, называемая "видеопамять", содержит данные, соответствующие текущему изображению на экране. ОЗУ - это память, используемая как для чтения, так и для записи информации. При отключении электропитания информация в ОЗУ исчезает, что объясняется энергозависимостью.

От количества установленной в компьютере оперативной памяти напрямую зависит возможность, с какими программами вы сможете на нем работать. При недостаточном количестве оперативной памяти многие программы вовсе не будут работать, либо станут работать очень медленно.

Часто для оперативной памяти используют обозначение RAM (Random Access Memory), то есть память с произвольным доступом.

Полупроводниковая оперативная память в настоящее время делится на статическое ОЗУ (SRAM) и динамическое ОЗУ (DRAM) (рис.1). [1]

Рис. 1. Классификация ОЗУ

Динамическая оперативная память (Dynamic RAM – DRAM) используется в большинстве систем оперативной памяти ПК. Основное преимущество этого типа памяти состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, т.е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно построить память большей емкости.

Ячейки памяти в микросхеме DRAM – это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. Проблемы, связанные с памятью этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т.е. должна постоянно регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в конденсаторах памяти будут “стекать”, и данные будут потеряны.

Важнейшей характеристикой DRAM является быстродействие, а проще говоря, продолжительность цикла + время задержки + время доступа, где продолжительность цикла – время, затраченное на передачу данных, время задержки – начальная установка адреса строки и столбца, а время доступа – время поиска самой ячейки. Измеряется в наносекундах.

Существует тип памяти, совершенно отличный от других - статическая оперативная память (Static RAM – SRAM). Она названа так потому, что, в отличие от динамической оперативной памяти, для сохранения ее содержимого не требуется периодической регенерации. Но это не единственное ее преимущество. SRAM имеет более высокое быстродействие, чем динамическая оперативная память, и может работать на той же частоте, что и современные процессоры.

Микросхемы SRAM не используются для всей системной памяти потому, что по сравнению с динамической оперативной памятью быстродействие SRAM намного выше, но плотность ее намного ниже, а цена довольно высокая. Более низкая плотность означает, что микросхемы SRAM имеют большие габариты, хотя их информационная емкость намного меньше.

Несмотря на это, разработчики все-таки применяют память типа SRAM для повышения эффективности ПК. Но во избежание значительного увеличения стоимости устанавливается только небольшой объем высокоскоростной памяти SRAM, которая используется в качестве кэш-памяти.

Основная память состоит из регистров. Регистр - это устройство для временного запоминания информации в оцифрованной (двоичной) форме. Запоминающим элементом в регистре является триггер - устройство, которое может находиться в одном из двух состояний, одно из которых соответствует запоминанию двоичного нуля, другое - запоминанию двоичной единицы. Триггер представляет собой крошечный конденсатор-батарейку, которую можно заряжать множество раз. Если такой конденсатор заряжен - он как бы запомнил значение "1", если заряд отсутствует - значение "0". Регистр содержит несколько связанных друг с другом триггеров. Число триггеров в регистре называется разрядностью компьютера. Производительность компьютера напрямую связана с разрядностью, которая бывает равной 8, 16, 32, 64, 128.[2]

1.2. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ROM)

ПЗУ - быстрая, энергонезависимая память, которая, предназначенная только для чтения. Информация заносится в нее один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере). В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере.

В ПЗУ находятся:

- тестовые программы, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков;

- программы для управления основными периферийными устройствами -дисководом, монитором, клавиатурой;

- информация о том, где на диске расположена операционная система.

1. ПЗУ с масочным программированием это память, в которую информация записана раз и навсегда в процессе изготовления полупроводниковых интегральных схем. Постоянные запоминающие устройства применяются только в тех случаях, когда речь идет о массовом производстве, т.к. изготовление масок для интегральных схем частного применения обходится весьма недешево.

2. ППЗУ (программируемое постоянное запоминающее устройство).

Программирование ПЗУ – это однократно выполняемая операция, т.е. информация, когда-то записанная в ППЗУ, впоследствии изменена быть не может.

3. СППЗУ (стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство). При работе с ним, пользователь может запрограммировать его, а затем стереть записанную информацию.

4. ЭИПЗУ (электрически изменяемое постоянное запоминающее устройство). Его программирование и изменение осуществляются с помощью электрических средств. В отличии от СППЗУ для стирания информации, хранимой в ЭИПЗУ, не требуется специальных внешних устройств.

Наглядно ОЗУ и ПЗУ можно представить себе в виде массива ячеек, в которые записаны отдельные байты информации. Каждая ячейка имеет свой номер, причем нумерация начинается с нуля. Номер ячейки является адресом байта.

Центральный процессор при работе с ОЗУ должен указать адрес байта, который он желает прочитать из памяти или записать в память. Разумеется, из ПЗУ можно только читать данные. Прочитанные из ОЗУ или ПЗУ данные процессор записывает в свою внутреннюю память, устроенную аналогично ОЗУ, но работающую значительно быстрее и имеющую емкость не более десятков байт.

Процессор может обрабатывать только те данные, которые находятся в его внутренней памяти, в ОЗУ или в ПЗУ. Все эти виды устройства памяти называются устройствами внутренней памяти, они обычно располагаются непосредственно на материнской плате компьютера (внутренняя память процессора находится в самом процессоре). [3]

2. ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ

Внешняя память предназначена для долговременного хранения информации независимо от того, работает ЭВМ или нет. Характеризуется она более низким быстродействием, но позволяет хранить существенно больший объем информации по сравнению с оперативной памятью. Во внешнюю память записывают информацию, которая не меняется в процессе решения задачи, программы, результата решения и т.д. Внешнее запоминающее устройство - (относительно) медленное запоминающее устройство большой емкости. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер.

Внешними запоминающими устройствами являются:
- накопители на жестких магнитных дисках;
- накопители на гибких магнитных дисках;
- накопители на компакт-дисках;
- накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
- накопители на магнитной ленте и другие.

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) - предназначены для хранения той информации, которая наиболее часто используется в работе - программ операционной системы, компиляторов, сервисных программ, прикладных программ пользователя, текстовых документов, файлов базы данных. Следует оберегать от ударов при установке и резких перемещений в пространстве. Это носители с произвольным доступом к информации. Для хранения информации разбивается на дорожки и секторы. Скорость обмена информации значительно выше, чем у гибких дисков. Объём ЖД измеряется от Мбайт до сотен Гбайт. (Рис.2)

Рис. 2. Накопитель на жестких магнитных дисках

НЖМД встроены в дисковод и являются несъемными. Они представляют собой несколько алюминиевых дисков с магнитным покрытием, заключенных в единый корпус с электродвигателем, магнитными головками и устройством позиционирования. К магнитной поверхности диска подводится записывающая головка, которая перемещается по радиусу диска с внешней стороны к центру. Во время работы дисковода диск вращается. В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации. Благодаря хорошей защищенности от пыли, влаги и других внешних воздействий достигают высокой плотности записи, в отличие от дискет. Для обращения к НЖМД используется имя, задаваемое прописной латинской буквой, начиная с С: , но с помощью специальной системной программы можно разбить свой физический ЖД на несколько логических дисков, каждому из которых дается соответствующее имя. Накопители на жестких магнитных дисках часто называют винчестер - по первой модели ЖД, имевшего 30 дорожек по 30 секторов.

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) предназначены для хранения небольших объемов информации. Следует оберегать от сильных магнитных полей и нагревания. Это носители произвольного (прямого) доступа к информации. Используются для переноса данных с одного компьютера на другой. Для работы с информации носитель должен быть отформатирован, т.е. должна быть произведена магнитная разметка диска на дорожки и секторы. Скорость обмена информации зависит от скорости вращения дисковода. Для обращения к диску, вставленному в дисковод, присваивается имя А:. Объём ГМД сравнительно небольшой (3,5 дюйма - 1,44 Мбайт) (Рис.3.). Рекомендуется делать копии содержимого ГМД.

Рис. 3. Накопитель на гибких магнитных дисках

Диски называются гибкими потому, что их рабочая поверхность изготовлена из эластичного материала и помещена в твердый защитный конверт. Для доступа к магнитной поверхности диска в защитном конверте имеется закрытое шторкой окно. Поверхность диска покрыта специальным магнитным слоем (1- намагниченный участок, 0 – не намагниченный). Информация записывается с двух сторон диска на дорожки в виде концентрических окружностей. Дорожки разбиваются на секторы. Современные дискетки имеют программную разметку. На каждом секторе выделяется участок для его идентификации, а на остальное место записываются данные. Дисковод снабжен двумя двигателями. Один обеспечивает вращение внутри защитного конверта. Второй перемещает головку записи/чтения вдоль радиуса поверхности диска. В защитном конверте имеется специальное окно защиты записи. С помощью бегунка это окно открывают, и дискета становится доступна только на чтение, а на запись доступа не будет. Это предохраняет информацию на диске от изменения и удаления.

Оптические (лазерные) CD и DVD диски предназначены для хранения любого вида информации, информацию на CD записывается с помощью лазерного луча, следует оберегать от царапин и загрязнения поверхности. Это носители прямого (произвольного) доступа к информации. Объем (ёмкость) CD составляет сотни Мбайт; DVD -более 1 Гбайта (Рис.4). Более долговечны и надежны, чем магнитные диски.

Рис. 3. Накопитель на гибких магнитных дисках

Накопители на магнитных лентах (НМЛ) используют для резервного (относительно медленного) копирования и хранения больших объемов информации (архивы). Устройство для записи и считывания магнитных лент называется стример. Это устройство последовательного доступа к информации.[4]

Оперативная память является одним из основных элементов любой электронно-вычислительной машины, т.к. именно от оперативной памяти зависит скорость работы ПК, а также возможность работы с тем или иным программным обеспечением. Не нужно забывать, что быстродействие оперативной памяти зависит скорее от структуры, а не напрямую от ее частоты

В наше время разработано огромное количество видов оперативной памяти разной скоростной и ценовой категории, поэтому пользователь должен сам решать какую память следует устанавливать на компьютер, в зависимости от того, какие возможности ему нужны. Но следует помнить, что быстроразвивающаяся компьютерная отрасль, в том числе программное обеспечение, предъявляют все большие требования к компьютерам, в том числе и к оперативной памяти.

Сравнивая оперативную память можно выделить основные преимущества и недостатки:

1. Память DRAM :

Преимущества: малое число элементов на одну ячейку, откуда высокая плотность упаковки, большой объем памяти на одном кристалле, малое потребление мощности.

Недостатки: необходимость периодического перезаряда элементов памяти, а это: уменьшает быстродействие, усложняет схемы обслуживания памяти, при отсутствии питания стирается вся информация.

2. Память SRAM :

Преимущества: высокое быстродействие, отсутствие регенерации;

Недостатки: в связи с дороговизной память типа SRAM используется, в основном только как КЭШ-память L1 и L2, маленькая плотность упаковки.

[1] IBM PC для пользователя / Под ред. В.Э. Фигурнова.: Инфра-М, 2004., с. 135-137

[2] Модернизация вашего ПК / Под ред. Л. Рорбоу М.:Диалектика, 2000, с 24, с. 26.

[3] Информатика / Под ред. А.Г. Гейна, А.И. Сенокосова М.: Дрофа, 2000, с.12-18

[4] Соломенчук В.Г. Соломенчук П.В. Железо ПК 2005 – СПб.: БХВ Петербург, 2001, с. 220-223

Поводом написания данной статьи послужила публикация материала американских неврологов на тему измерения емкости памяти головного мозга человека, и представленная на GeekTimes днем ранее.

В подготовленном материале постараюсь объяснить механизмы, особенности, функциональность, структурные взаимодействия и особенности в работе памяти. Так же, почему нельзя проводить аналогии с компьютерами в работе мозга и вести исчисления в единицах измерения машинного языка. В статье используются материалы взятые из трудов людей, посвятившим жизнь не легкому труду в изучении цитоархитектоники и морфогенетике, подтвержденный на практике и имеющие результаты в доказательной медицине. В частности используются данные Савельева С.В. учёного, эволюциониста, палеоневролога, доктора биологических наук, профессора, заведующего лабораторией развития нервной системы Института морфологии человека РАН.

Прежде, чем преступить к рассмотрению вопроса и проблемы в целом, мы сформулируем базовые представления о мозге и сделаем ряд пояснений, позволяющих в полной мере оценить представленную точку зрения.

Первое что вы должны знать: мозг человека — самый изменчивый орган, он различается у мужчин и женщин, расовому признаку и этническим группам, изменчивость носит как количественный (масса мозга) так и качественный (организация борозд и извилин) характер, в различных вариациях эта разница оказывается более чем двукратной.

Второе: мозг самый энергозатратный орган в человеческом организме. При весе 1/50 от массы тела он потребляет 9% энергии всего организма в спокойном состоянии, например, когда вы лежите на диване и 25% энергии всего организма, когда вы активно начинаете думать, огромные затраты.

Третье: в силу большой энергозатраты мозг хитер и избирателен, любой энергозависимый процесс невыгоден организму, это значит, что без крайней биологической необходимости такой процесс поддерживаться не будет и мозг любыми способами старается экономить ресурсы организма.

Вот, пожалуй, три основных момента из далеко не полного списка особенностей мозга, которые понадобится при анализе механизмов и процессов памяти человека.

Что же такое память? Память – это функция нервных клеток. У памяти нет отдельной, пассивной эноргонезатратной локализации, что является излюбленной темой физиологов и психологов, сторонников идеи нематериальных форм памяти, что опровергается печальным опытом клинической смерти, когда мозг перестает получать необходимое кровоснабжение и примерно через 6 минут после клинической смерти начинаются необратимые процессы и безвозвратно исчезают воспоминания. Если бы у памяти был энергонезависимый источник она могла бы восстановиться, но этого не происходит, что означает динамичность памяти и постоянные энергозатраты на ее поддержание.

Важно знать, что нейроны, определяющие память человека, находятся преимущественно в неокортоксе. Неокортекс содержит порядка 11млрд. нейронов и в разы больше глии. (Глия – тип клеток нервной системы. Глия является средой для нейронов глиальные клетки служат опорным и защитным аппаратом для нейронов. Метаболизм глиальных клеток тесно связан с метаболизмом нейронов, которые они окружают.

Глии, связи нейронов:

Хорошо известно, что в памяти информация хранится разное время, существуют такие понятия как долговременная и кратковременная память. События и явления быстро забываются, если не обновляются и не повторяются, что очередное подтверждение динамичности памяти. Информация определенным образом удерживается, но в отсутствии востребованности исчезает.

Как говорилось ранее, память – энергозависимый процесс. Нет энергии – нет памяти. Следствием энергозависимости памяти является нестабильность ее содержательной части. Воспоминания о прошедших событиях фальсифицируются во времени вплоть до полной неадекватности. Счета времени у памяти нет, но его заменяет скорость забывания. Память о любом событии уменьшается обратно пропорционально времени. Через час забывается ½ от всего попавшего в память, через сутки – 2/3, через месяц – 4/5.

Память мозга – вынужденная компенсаторная реакция нервной системы. Любая информация переходит во временное хранение. Поддержка стабильности кратковременной памяти и восприятия сигналов от внешнего энергетически крайне затратна, к тем же клеткам приходят новые возбуждающие сигналы и, накапливаются ошибки передачи и происходит перерасход энергетических ресурсов. Однако ситуация не так плоха, как выглядит. Нервная система обладает долговременной памятью. Зачастую она так трансформирует реальность, что делает исходные объекты неузнаваемыми. Степень модификации хранимого в памяти объекта зависит от времени хранения. Память сохраняет воспоминания, но изменяет их так, как хочется обладателю. В основе долговременной памяти лежат простые и случайные процессы. Дело в том, что нейроны всю жизнь формируют и разрушают свои связи. Синапсы постоянно образуются и исчезают. Довольно приблизительные данные говорят о том, что этот процесс спонтанного образования одного нейронного синапса может происходить у млекопитающих примерно 3-4 раза в 2-5 дней. Несколько реже происходит ветвление коллатералей, содержащих сотни различных синапсов. Новая полисинаптическая коллатераль формируется за 40-45 дней. Поскольку эти процессы происходят в каждом нейроне, вполне можно оценить ежедневную емкость долговременной памяти для любого из животных. Можно ожидать, что в коре мозга человека ежедневно будет образовываться около 800 млн. новых связей между клетками и примерно столько же будет разрушено. Долговременным запоминанием является включение в новообразованную сеть участков с совершенно не использованными, новообразованными контактами между клетками. Чем больше новых синаптических контактов участвует в сети первичной (кратковременной) памяти, тем больше у этой сети шансов сохраниться надолго.

Из выше сказанного ясно, что мозг динамическая структура, постоянно перестраивается и имеет определенные физиологические пределы, так же мозг чрезмерно энергозатратный орган. Мозг не физиологичен, а морфогенетичен, потому его активности некорректно и неправильно измерять в системах, используемых и применимых в информационных технологиях. Из за индивидуальной изменчивости мозга не представляется возможным делать какие либо выводы обобщающие различные функциональные показатели мозга человека. Математические методы так же не применимы в расчете структурного взаимодействия в работе мозга человека, из за постоянного изменения, взаимодействия и перестраивания нервных клеток и связей между ними, что в свою очередь доводит до абсурда работу американских ученых в исследовании емкости памяти головного мозга человека.

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.

4.Энергозависимая память CMOS.

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 компьютера делится на:

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Память ЭВМ, виды, краткая характеристика

1. Введение

В современном мире мобильных компьютерных технологий большинство людей уже просто не могут обойтись без коммуникаторов, планшетов и другой портативной компьютерной техники. В свою очередь растет спрос на скорость работы представленных мобильных решений, поскольку никто уже не готов мириться с низкой производительностью того или иного устройства . Скорость выполнения программ напрямую зависит от скорости передачи данных между процессором и памятью, а для выполнения больших программ, обрабатывающих огромные массивы данных, необходима память очень большого объема.

В идеале память должна быть быстрой, большой и недорогой. . Поэтому проектировщики компьютерных систем трудятся над разработкой и усовершенствованием технологий, позволяющих создавать для компьютера видимость большой и быстрой памяти.

В этом вопросе рассмотрим, что такое память ЭВМ и какие виды памяти существуют.

2. Определение

Память ЭВМ – совокупность технических устройств и процессов, обеспечивающих запись, хранение и воспроизведение информации в ЭВМ. Компьютерная память обеспечивает поддержку одной из функций ЭВМ — способность длительного хранения информации.

Память — основная часть любой вычислительной системы или отдельной вычислительной машины, она реализуется аппаратно — в виде комплекса взаимосвязанных запоминающих устройств (ЗУ) — и программными средствами. Максимальное количество информации, которое может храниться в памяти ЭВМ (ёмкость), определяется суммарной ёмкостью всех ЗУ, а быстродействие памяти ЭВМ зависит как от быстродействия отдельных ЗУ, так и от принципов их организации в единую систему памяти и способов обмена информацией внутри этой системы.

Задачей памяти является хранение программ и данных. Существует два класса запоминающих устройств, а именно первичные и вторичные. Первичное запоминающее устройство – это память, быстродействие которой определяется скоростью работы электронных микросхем. Пока программа выполняется, она должна храниться в первичной памяти. Эта память состоит из большого количества полупроводниковых ячеек, каждая из которых может хранить один бит информации. Ячейки редко считываются по отдельности – обычно они обрабатываются группами фиксированного размера, называемыми словами… Для облегчения доступа к словам в памяти с каждым словом связывается отдельный адрес. Адрес – это числа, идентифицирующие конкретные местоположения слов в памяти. Для того чтобы прочитать слово из памяти или записать его в таковую, необходимо указать его адрес и задать управляющую команду, которая начнет соответствующую операцию. 1 Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово).

Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо одно целое число, либо одна команда, но допускаются переменные форматы представления информации.

3. Виды памяти ЭВМ

Память современной ЭВМ строится в виде многоступенчатой иерархической системы, что обеспечивает экономически оправданное удовлетворение противоречивых требований — большой ёмкости и высокого быстродействия, и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики. В иерархию памяти ЭВМ обычно входят: внешняя память и внутренняя, или оперативная, память.

3.1 Внутренняя память

Оперативная память.

Назначение оперативной памяти – хранение данных, работа с которыми осуществляется в данный момент времени. Если для этого использовать жесткий диск, то время доступа к данным заметно увеличится, так как производительность оперативной памяти намного выше, чем дисковой. Это скажется на быстродействии всей системы. Оперативная память обеспечивает возможность обращения процессора к любой ее ячейке, поэтому называется памятью с произвольным доступом (RAM – Random Access Memory) 2 .

Из определения следует, что в оперативной памяти на стадии выполнения могут одновременно находится несколько программ. Кроме того, в оперативной памяти могут находиться как обрабатываемые, так и уже обработанные программой данные. Можно считать, что оперативная память представляет собой последовательность пронумерованных байтов. Каждый байт имеет свой собственный номер, который называют адресом. Содержимое любого байта памяти может обрабатываться независимым от остальных байтов образом. Указав адрес байта, можно прочитать код, который в нем записан или записать в этот байт какой – либо другой код.

Максимально возможный объем оперативной памяти, который иногда называют адресным пространством, и объем памяти, фактически присутствующий в составе машины, являются важнейшими характеристиками данной модели в целом и конкретного экземпляра компьютера. Адресное пространство является величиной постоянной для данной модели, в то время как фактический объем оперативной памяти может у разных экземпляров быть разным, но он не может быть больше, чем адресное пространство для данной модели. Современные модули памяти RAM бывают: DDR, DDR2, DDR3 и DDR4. Характеристики оперативной памяти каждого вида значительно лучше, чем характеристики предшествующего поколения. Рассмотрим их:

DDR. Самая древняя оперативная память. Время ее господства на IT рынке уже давно ушло. Но кое-где еще иногда встречаются системы, в которых используется эта оперативная память. Как правило, это довольно старые системы. Эта память потребляет напряжение 2.5 В. Обычно, напряжение увеличивается при разгоне процессора. DDR является самым прожорливым представителем оперативной памяти, так как требует для своей работы самое высокое напряжение. Эта память работала на частотах 266/333/400 Mhz и использовалась на компьютерах класса Intel Pentium 4.

DDR2. Основное отличие DDR2 от DDR — вдвое большая частота работы шины (533/800/1066 Mhz), по которой данные передаются в буфер микросхемы памяти. При этом чтобы обеспечить необходимый поток данных, передача на шину осуществляется из четырёх мест одновременно.

DDR3. Этот тип памяти основан на технологиях DDR2 со вдвое увеличенной частотой передачи данных по шине памяти. Отличается пониженным энергопотреблением по сравнению с предшественниками (1,5 В, по сравнению с 1,8 В для DDR2 и 2,5 В для DDR). Частота полосы пропускания лежит в пределах от 800 до 2400 Mhz (рекорд частоты — более 3000 Mhz), что обеспечивает большую пропускную способность по сравнению со всеми предшественниками. В целом скорость работы DDR3 выше, чем у DDR2, на 15-20 процентов.

DDR4 — новый тип оперативной памяти, являющийся эволюционным развитием предыдущих поколений DDR. Отличается повышенными частотными характеристиками и пониженным напряжением питания. В массовое производство вышла во 2 квартале 2014 года 3

Кроме оперативной памяти в состав внутренней памяти входят кэш-память и постоянная память.

Постоянная память .

Постоянная — 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. 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 или Flash-памяти — модуль BIOS, предназначенная для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память.

Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM. Это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS.

По сравнению с быстродействием современных процессоров скорость функционирования основной памяти мала. Однако процессор не может тратить много времени в ожидании команд и данных из основной памяти. Поэтому нужны механизмы, сокращающие время доступа к необходимой информации. Поскольку быстродействие основной памяти физически ограничено, здесь потребуется архитектурное решение. Таким решением является использование быстрой кэш-памяти, благодаря которой основная память представляется процессору более быстрой, чем она есть на самом деле. 4

Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа. Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами, веб-серверами, службами DNS и WINS.

Кэш состоит из набора записей. Каждая запись ассоциирована с элементом данных или блоком данных (небольшой части данных), которая является копией элемента данных в основной памяти. Каждая запись имеет идентификатор, определяющий соответствие между элементами данных в кэше и их копиями в основной памяти.

3.2 Внешняя память

Внешняя память предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Устройства внешней памяти или, иначе, внешние запоминающие устройства весьма разнообразны. Их можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, методу доступа и т.д. 5 Рассмотрим классификацию по виду носителей.

Гибкий диск, дискета — устройство для хранения небольших объёмов информации (максимально до 2,88 МБ), представляющее собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения. Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием.

Накопитель на жёстких магнитных дисках или винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые или стеклянные пластины — плоттеры, обе поверхности которых покрыты слоем ферромагнитного материала. С момента создания первых жёстких дисков, в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных, их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жёстких дисков достигает нескольких Тб. НЖМД используется для постоянного хранения информации — программ и данных, и является основным накопителем данных в большинстве ЭВМ.

Существуют внешние или портативные жесткие диски, которые подключаются к компьютеру с помощью USB-кабеля.

CD-ROM состоит из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Одна сторона покрыта тонким алюминиевым слоем, защищенным от повреждений слоем лака. Двоичная информация представляется последовательным чередованием углублений и основного слоя.

Со временем на смену CD-ROM пришли цифровые видеодиски DVD . Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают 4,7 Гбайт данных, т.е. по объёму заменяют семь стандартных дисков CD-ROM. На таких дисках могут выпускаться полноэкранные видеофильмы отличного качества, программы-тренажёры, мультимедийные игры и многое другое. 6

Blu-ray Disc , BD — формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости. Первый прототип нового носителя был представлен в октябре 2000 года. Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12-сантиметровых дисках того же размера, что и у CD/DVD. Уменьшение длины волны, использование числовой апертуры (0,85, в сравнении с 0,6 для DVD), высококачественной двухлинзовой системы, а также уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило возможность проведения более качественного и корректного течения операций чтения/записи. Это позволило записывать информацию в меньшие точки на диске, а значит, хранить больше информации в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 432 Мбит/с.

Флеш-накопитель — запоминающее устройство, использующее в качестве носителя флеш-память (разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти). Благодаря компактности, дешевизне, механической прочности, большому объёму, скорости работы и низкому энергопотреблению, флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах и носителях информации. Очень распространены USB флеш-накопители (флеш-брелоки) – устройства, подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB.

Серьёзным недостатком данной технологии является ограниченный срок эксплуатации носителей, а также чувствительность к электростатическому разряду.

4 Заключение

Первые ЭВМ использовали запоминающие устройства исключительно для хранения обрабатываемых данных. Их программы реализовывались на аппаратном уровне в виде жёстко заданных выполняемых последовательностей. Любое перепрограммирование требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перестройки блоков и устройств и т. д. Использование архитектуры фон Неймана, предусматривающей хранение компьютерных программ и данных в общей памяти, коренным образом переменило ситуацию.

К настоящему времени создано множество устройств, предназначенных для хранения данных. Универсального решения не существует, у каждого имеются свои достоинства и свои недостатки, поэтому компьютерные системы оснащаются несколькими видами систем хранения, основные свойства которых обуславливают их использование и назначение.

5 Литература

Организация ЭВМ. 5-е изд. /К.Хамахер, З. Вранешич, С. Заки. – СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV , 2003. – 848с.

Информатика: Учебник / Под ред. проф. Н.В. Макаровой - М.: Финансы и статистика -2006. - 768 с.

Читайте также: