Память предназначенная только для чтения оперативная постоянная кэш память сверхоперативная

Обновлено: 07.07.2024

Комплекс технических средств, реализующих функцию памяти, называется запоминающим устройством (ЗУ). ЗУ необходимы для размещения в них команд и данных. Они обеспечивают центральному процессору доступ к программам и информации.

Запоминающие устройства делятся на основную или оперативную память (ОП), сверхоперативную память (СОЗУ), ассоциативную память ( память с выборкой по содержанию) и внешние запоминающие устройства ( ВЗУ ).

Основная память

Основная память включает в себя два типа устройств: оперативное запоминающее устройство - ОЗУ ( RAM - Random Access Memory ) и постоянное запоминающее устройство - ПЗУ ( ROM - Read Only Memory ).

ОЗУ предназначено для хранения переменной информации. Оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режимах записи, чтения, хранения.

ПЗУ содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислительных операций, - например, стандартные программы и константы. Эта информация заносится в ПЗУ перед установкой микросхемы в ЭВМ. Основными операциями, которые может выполнять ПЗУ, являются чтение и хранение.

Функциональные возможности ОЗУ шире, чем ПЗУ. Но ПЗУ сохраняет информацию при отключении питания (т.е. является энергонезависимой памятью).

В современных ЭВМ микросхемы памяти изготавливают из кремния по полупроводниковой технологии с высокой степенью интеграции элементов на кристалле.

Основной составной частью микросхемы является массив элементов памяти (ЭП), объединенных в матрицу накопителя.

Каждый элемент памяти может хранить 1 бит информации и имеет свой адрес. ЗУ, позволяющие обращаться по адресу к любому ЭП в произвольном порядке, называются запоминающими устройствами с произвольным доступом. При матричной организации памяти реализуется координатный принцип адресации ЭП, в связи с чем адрес делится на две части (две координаты) - и . На пересечении этих координат находится элемент памяти, чья информация должна быть прочитана или изменена.

По шине управления передается сигнал, определяющий, какую операцию необходимо выполнить.

По шине данных передается информация, записываемая в память или считываемая из нее.

По шине адреса передается адрес участвующих в обмене элементов памяти (поскольку данные передаются машинными словами, а один ЭП может воспринять только один бит информации, блок элементов памяти состоит из матриц ЭП, где - количество разрядов в машинном слове).

Максимальная емкость памяти определяется количеством линий в шине адреса системной магистрали: если количество линий обозначить , то емкость памяти (т. е. количество элементов памяти, имеющих уни-кальные адреса) определяется как . Так, в IBM PC XT шина адреса СМ содержала 20 линий. Поэтому максимальный объем ОП в этих машинах равен = 1 " />
Мбайт. В IBM PC AT (с микропроцессором i80286) СМ содержит 24 линии, поэтому объем ОП мог быть увеличен до 16 Мбайт. Начиная с МП i80386, шина адреса содержит 32 линии. Максимальный объем ОП увеличился до = 4" />
Гб.

Микросхемы памяти могут строиться на статических ( Static Random Access - SRAM ) и динамических ( Dynamic Random Access - DRAM ) ЭП. В качестве статического ЭП чаще всего выступает статический триггер. В качестве динамического ЭП может использоваться электрический конденсатор, сформированный внутри кремниевого кристалла.

Статические ЭП способны сохранять свое состояние (0 или 1) неограниченно долго (при включенном питании). Динамические ЭП с течением времени записанную в них информацию теряют (например, из-за саморазряда конденсатора), поэтому они нуждаются в периодическом восстановлении записанной в них информации - в регенерации.

Микросхемы элементов памяти динамических ОЗУ отличаются от аналогичных ЭП статических ОЗУ меньшим числом компонентов в одном элементе памяти, в связи с чем имеют меньшие размеры и могут быть более плотно упакованы в кристалле. Однако из-за необходимости регенерации информации динамические ОЗУ имеют более сложные схемы управления.

Микросхемы ПЗУ так же построены по принципу матричной структуры накопителя. Функции элементов памяти в них выполняют перемычки в виде проводников, полупроводниковых диодов или транзисторов. В такой матрице наличие перемычки может означать "1", а ее отсутствие - "0". Занесение информации в микросхему ПЗУ называется ее программированием, а устройство, с помощью которого заносится информация, - программатором . Программирование ПЗУ заключается в устранении (прожигании) перемычек по тем адресам, где должен храниться "0".

Обычно схемы ПЗУ допускают только одно программирование, но специальные микросхемы - репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ) - допускают их многократное стирание и занесение новой информации. Этот вид микросхем также относится к энергонезависимым, т.е. может длительное время сохранять информацию при выключенном питании (стирание микросхемы происходит либо за счет подачи специального стирающего напряжения либо за счет воздействия на кристалл ультрафиолетового излучения, для этого в корпусе микросхемы оставляется прозрачное окно).

Сверхоперативная память

Сверхоперативные ЗУ (СОЗУ) используются для хранения небольших объемов информации и имеют значительно меньшее время (в 2-10 раз) считывания/записи, чем основная память . СОЗУ обычно строятся на регистрах и регистровых структурах.

Регистр представляет собой электронное устройство, способное хранить занесенное в него число неограниченно долго (при включенном питании). Наибольшее распространение получили регистры на статических триггерах.

Регистры могут быть объединены в единую структуру. Возможности такой структуры определяются способом доступа и адресации регистров.

Если к любому регистру можно обратиться для записи/чтения по его адресу, такая регистровая структура образует СОЗУ с произвольным доступом.

Безадресные регистровые структуры могут образовывать два вида устройств памяти: магазинного типа и память с выборкой по содержанию (ассоциативные ЗУ).

Память магазинного типа образуется из последовательно соединенных регистров (рис.15.2).

Если запись в регистровую структуру (рис.15.2a) производится через один регистр, а считывание - через другой, то такая память является аналогом линии задержки и работает по принципу "первым вошел - первым вышел" ( FIFO - first input, first output ).

Если же запись и чтение осуществляются через один и тот же регистр (рис.15.2б), такое устройство называется стековой памятью, работающей по принципу "первым вошел - последним вышел" ( FILO - first input, last output ). При записи числа в стековую память сначала содержимое стека сдвигается в сторону последнего, К-го регистра (если стек был полностью заполнен, то число из К-го регистра теряется), а затем число заносится в вершину стека - регистр 1. Чтение осуществляется тоже через вершину стека , после того, как число из вершины прочитано, стек сдвигается в сторону регистра 1.

Стековая память получила широкое распространение. Для ее реализации в ЭВМ разработаны специальные микросхемы. Но часто работа стековой памяти эмулируется в основной памяти ЭВМ: с помощью программ операционной системы выделяется часть памяти под стек (в IBM PC для этой цели выделяется 64 Кбайта). Специальный регистр микро-процессора ( указатель стека ) постоянно хранит адрес ячейки ОП, выполняющей функции вершины стека . Чтение числа всегда производится из вершины стека , после чего указатель стека изменяется и указывает на очередную ячейку стековой памяти (т.е. фактически стек остается неподвижным, а перемещается вершина стека). При записи числа в стек сначала номер ячейки в указателе стека модифицируется так, чтобы он указывал на очередную свободную ячейку, после чего производится запись числа по этому адресу. Такая работа указателя стека позволяет реализовать принцип "первым вошел - последним вышел".

В стек может быть загружен в определенной последовательности ряд данных, которые впоследствии считываются из стека уже в обратном порядке. На этом свойстве построена система арифметических преобразований информации, известная под названием "логики Лукашевича".

Ассоциативная память

Память с выборкой по содержанию является безадресной. Обращение к ней осуществляется по специальной маске, которая содержит поисковый образ. Информация считывается из памяти, если часть ее соответствует поисковому образу, зафиксированному в маске. Например, если в такую память записана информация о людях, содержащая данные о месте жительства (включая город), и необходимо найти сведения о жителях определенного города, то название этого города помещается в маску и дается команда "чтение" - из памяти выбираются все записи, относящиеся к заданному городу.

В микропроцессорах ассоциативные ЗУ используются в составе кэш-памяти для хранения адресной части команд и операндов исполняемой программы. При этом нет необходимости обращаться к ОП за следующей командой или требуемым операндом: достаточно поместить в маску необходимый адрес, и если искомая информация имеется в СОЗУ, то она будет сразу выдана. Обращение к ОП будет необходимо лишь при отсутствии требуемой информации в СОЗУ. За счет такого использования СОЗУ сокращается число обращений к ОП, а это позволяет экономить время.

Кэш-память может быть размещена в кристалле процессора (так называемая "кэш-память I уровня") либо выполнена в виде отдельной микросхемы или модуля, содержащего несколько микросхем (внешняя кэшпамять, или кэш-память II уровня).

Встроенная кэш-память (I уровня) в процессорах Pentium имеет объем 16-32 Кбайт. Внешняя кэш-память (II уровня) имеет объем до 1Гбайта и работает с 64-битными словами.

Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные).
Целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:
В состав внешней памяти компьютера входят:
• накопители на жёстких магнитных дисках;
• накопители на гибких магнитных дисках;
• накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
• накопители на магнитной ленте (стриммеры) и др.
В персональном компьютере применяются два вида магнитных дисков:
• жесткий несъемный диск (винчестер*);
• гибкие сменные диски (дискеты)

Жесткий диск

Жесткий диск (Hard Disk) предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, различных данных.
Жесткий диск — это магнитный диск, который устанавливается в системном блоке компьютера. Внешне этот диск представляет собой герметичную металлическую коробку, внутри которой расположен сам диск, магнитные головки чтения-записи, механизмы вращения диска и перемещения головок. Хотя говорят "диск", на самом деле жесткий диск состоит из нескольких дисков, нанизанных на общую ось. Запись информации производится на обе стороны каждого диска. Соответственно, имеется необходимое количество магнитных головок. Наличие жесткого диска значительно повышает удобство работы с компьютером. В настоящее время компьютеры без жесткого диска не используются. Правда, если компьютер включен в локальную компьютерную сеть, то он может работать без собственного жесткого диска, но тогда он использует жесткий диск центрального компьютера. Для пользователя жесткие диски отличаются друг от друга прежде всего своей емкостью. Современные жесткие диски имеют емкость от одного до сотен гигабайт (Гб).

Дискета

Гибкие магнитные диски (дискеты) бывают двух типов: (3,5" — 8 мм) и (5,25" — 133 мм). Тип определяется диаметром диска, находящегося внутри пластиковой коробки. Сейчас 5-ти дюймовые дискеты уже совсем не используются. Сама пластиковая коробка выполняет функцию защиты от внешних воздействий.
Флоппи - диски могут быть повреждены, если:
• дотрагиваться до записывающей поверхности;
• писать на этикетке дискеты карандашом или шариковой ручкой;
• сгибать дискету;
• перегревать дискету (на солнце или около батареи отопления);
• подвергать дискету воздействию магнитного поля.
Магнитные диски (жесткие – винчестеры и гибкие – дискеты) предназначены для долговременного хранения больших массивов информации, в том числе и во время отключения компьютера. Для этого магнитная поверхность диска размечается: на диске с двух сторон диска проводятся (намагничиваются магнитной головкой дисковода) равноотстоящие друг от друга концентрические окружности – дорожки (треки). На стандартной дискете 3,5” обычно 80 дорожек. Каждая дорожка разбивается на одинаковое количество частей – сектора. Сектор – это минимальная часть дорожки, на которую может быть записана или считана информация. Обычно размер сектора составляет 512 байт. На стандартной дискете 18 секторов на дорожке.
Например, емкость дискеты 3,5” составляет 2 стороны * 80 дорожек * 18 секторов на дорожке* 512 байт = 1440 Кб = 1,44 Мб.
Обычно новые дискеты поставляются неразмеченными и с ними нельзя работать. Процесс разметки дискеты на дорожки и сектора называется форматированием.
Форматирование – создание логической структуры диска.
Структура диска – магнитные концентрический дорожки (окружности), разделенные на сектора, помеченные магнитными метками.
Сектор (кластер)– минимальная порция информации.
При форматировании дисков создается файловая таблица FAT – таблица размещения файлов, используемая операционной системой для размещения и поиска файлов и каталогов на диске.
Кроме того, в случае сбоев на дискете («Ошибка чтения») полезно дискеты переформатировать заново – в результате сбойные сектора будут закрыты для записи, исключая в будущем потерю информации, записанной на них.
При форматировании вся информация на диске уничтожается .

Накопители на компакт-дисках. CD-ROM

CD-ROM — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения, на котором может храниться до 650 Мб данных. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на дискетах, но медленнее, чем на жёстких дисках.
Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75’’) изготовлен из полимера и покрыт металлической плёнкой. Информация считывается именно с этой металлической плёнки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторонним носителем информации.
Накопители CD-R (CD-Recordable) позволяют записывать собственные компакт-диски. Более популярными являются накопители CD-RW, которые позволяют записывать и перезаписывать диски CD-RW, записывать диски CD-R, читать диски CD-ROM, т.е. являются в определённом смысле универсальными.
Аббревиатура DVD расшифровывается как Digital Versatile Disk, т.е. универсальный цифровой диск. Имея те же габариты, что обычный компакт-диск, и весьма похожий принцип работы, он вмещает чрезвычайно много информации — от 4,7 до 17 Гбайт. Возможно, именно из-за большой емкости он и называется универсальным.
Правда, на сегодня реально применяется DVD-диск лишь в двух областях: для хранения видеофильмов (DVD-Video или просто DVD) и сверхбольших баз данных (DVD-ROM, DVD-R).
Разброс ёмкостей возникает так: в отличие от CD-ROM, диски DVD записываются с обеих сторон. Более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя информации. Таким образом, односторонние однослойные диски имеют объем 4,7 Гбайт (их часто называют DVD-5, т.е. диски емкостью около 5 Гбайт), двусторонние однослойные — 9,4 Гбайт (DVD-10), односторонние двухслойные — 8,5 Гбайт (DVD-9), а двусторонние двухслойные — 17 Гбайт (DVD-18). В зависимости от объема требующих хранения данных и выбирается тип DVD-диска. Если речь идет о фильмах, то на двусторонних дисках часто хранят две версии одной картины — одна широкоэкранная, вторая в классическом телевизионном формате.
Устройство CD-ROM содержит:
1 - корпус накопителя, передняя панель,
2 - кнопка выдвигания/задвигания,
3 – оптический диск,
4 - платформа, на которой размещается оптический диск.

Стриммер

Стриммер (stream — длинная лента) — устройство для записи информации на магнитную ленту. Стриммер используется для архивирования информации с жесткого диска.
Стриммер — это магнитофон, который записывает информацию с очень большой скоростью - от единиц до десятков Мб в секунду. Например, стриммеры произведенные компанией IBM в 2003 году имеют скорость 30 Мб/сек. Носителями информации для стриммеров являются кассеты и ленточные картриджи. Кассеты имеют объем до 60 Гб, картриджы до 160 Гб. Эти объемы позволяют сохранить на кассету или картридж информацию со всего жесткого диска. Как и многие другие устройства стриммеры бывают внутренними и внешними. Внутренние стриммеры вставляется в те же пазы системного блока, что и CD-ROM, внешние выполнены в отдельном корпусе и соединяются с компьютером через внешний порт.

Электронные запоминающие устройства

Устройство электронных запоминающих устройств основано на принципах хранения и использования информации посредством электрических зарядов. К электронным запоминающим устройствам относятся различные виды микросхем памяти. Принципиально, микросхемы памяти представляют набор организованных запоминающих элементов к каждому из которых может быть произведено обращение с целью считывания или записи информации объемом в один или более байт. Микросхемы памяти представляют собой устройства, выполненные по технологии микросхемных производств и делятся на микросхемы способные хранить информацию: пока имеется в наличии питающее напряжение и без дополнительной поддержки питающим напряжением. Также, различают устройства, дающие возможность считывать и записывать информацию в динамическом режиме – динамическая память (из них формируется оперативная память компьютера – Оперативное Запоминающее Устройство – ОЗУ (Random Accessed Memory RAM)) и, позволяющие без специальной аппаратуры (программатора) лишь считывать записанную, при помощи специальной аппаратуры, информацию (из них формируется Постоянное Запоминающее Устройство компьютера – ПЗУ (Read Only Memory – ROM)). ОЗУ также называют оперативной памятью или просто памятью компьютера, а ПЗУ – ROM-BIOS памятью (на рисунке изображена микросхема ПЗУ – ROM-BIOS установленная в разъем на материнской плате).
Как правило, электронные запоминающие устройства оформляются в виде микроустройств, микросхем и их наборов. Более крупные интегрированные блоки электронных накопителей информации организуются в виде наборов микросхем памяти, расположенных на одной печатной монтажной плате или в виде расширенных устройств, состоящих из наборов плат с микросхемами памяти и схем управления и регенерации. Микросхемы памяти могут размещаться непосредственно на материнской плате паянным способом или в разъемах для одиночных или SIMM, SIP и DIMM модулей; на платах расширений, вставленных в слоты системной шины внутри системного блока – LIM-EMS расширяемая память, или в виде внешних устройств, подключаемых при помощи специализированных шинных контроллеров и интерфейсов.
К важным функциональным характеристикам микросхем памяти, также, относят объем запоминаемой информации отдельной микросхемой или набором микросхем (в байтах или килобайтах) и скорость чтения/записи. Фирмами производителями выпускаются отдельные микросхемы объемом 32, 64, 128, 256, 1024 и 2048К; и SIMM, SIP и DIMM модули объемом 256, 1024, 2048, 4096, 8192, 16284, 32568К и более, со скоростями чтения/записи 40, 50, 60 и 70 нс.
Технологии производства электронных запоминающих устройств постоянно совершенствуются и развиваются. Сегодня уже очевидно, что в мире устройств хранения данных USB флэшку, одного из самых распространенных носителей информации, ждёт большое будущее. Компактный размер и малый вес, позволяющие свободно переносить флэшнакопитель в карманах одежды и любых самых маленьких сумках и портмоне, высокая скорость работы и большая ёмкость памяти делают его поистине незаменимым для пользователей.
Компания Transcend начала выпуск флеш – дисков серии JetFlash, имеющих емкость 16 Гбайт. Как и в других подобных устройствах, для подключения к ПК используется высокоскоростной интерфейс USB 2.0. По данным производителя, максимальная скорость чтения и записи составляет 25 и 20 Мбайт/с соответственно. В комплект поставки таких флеш – дисков входит несколько полезных утилит: Auto Login (автоматический ввод пароля для доступа на веб – сайты), Data Backup (резервное копирование, восстановление и синхронизация данных между ПК и накопителем JetFlash), E-mail (почтовый клиент), SecureZip (архивирование и шифрование данных), PC – Lock (возможность доступа к ПК только при подключении накопителя JetFlash) и ряд других.

Наиболее известные запоминающие устройства, используемые в персональных компьютерах: модули оперативной памяти (ОЗУ), жёсткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), CD- или DVD-диски, а также устройства флеш-памяти.

Содержание

Функции памяти

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

Физические основы функционирования

В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям. В современной компьютерной технике часто используются физические свойства полупроводников, когда прохождение тока через полупроводник или его отсутствие трактуются как наличие логических сигналов 0 или 1. Устойчивые состояния, определяемые направлением намагниченности, позволяют использовать для хранения данных разнообразные магнитные материалы. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе также может быть положено в основу системы хранения. Отражение или рассеяние света от поверхности CD, DVD или Blu-ray-диска также позволяет хранить информацию.

Классификация типов памяти

Доступные операции с данными

Память только для чтения (read-only memory, ROM)
Память для чтения/записи

Память на программируемых и перепрограммируемых ПЗУ (ППЗУ и ПППЗУ) не имеет общепринятого места в этой классификации. Её относят либо к подвиду памяти «только для чтения» [1] , либо выделяют в отдельный вид.

Энергозависимость

Метод доступа

Назначение

Организация адресного пространства

Удалённость и доступность для процессора

Положение структур данных, расположенных в основной памяти, в этой классификации неоднозначно. Как правило, их вообще в неё не включают, выполняя классификацию с привязкой к традиционно используемым видам ЗУ. [2]

Сегодня мы поговорим о том месте, которое занимает в вашем цифровом устройстве каждый вид памяти. Та память, которую мы сегодня рассмотрим, именуется компьютерной, хотя и применяется не только в ПК, но и в других цифровых устройствах. Речь идет в том числе и о мобильных девайсах: смартфонах и планшетах, которые являются компьютерами по сути. Память служит для хранения данных и бывает нескольких типов. Некоторые типы памяти взаимозаменяемы. Другие же служат для выполнения совершенно различных задач. Проиллюстрируем написанное простым примером. И оперативная память и кеш процессора и флеш-карта вашего смартфона являются компьютерной памятью, хотя на первый взгляд между ними не так уж много общего. О системе памяти новой игровой консоли Xbox One мы недавно рассказывали довольно подробно. И хотя перед нами игровая консоль, ее память в полной мере компьютерная.

Какой бывает компьютерная память и в каких устройствах она используется?

Все виды компьютерной памяти можно разделить на две большие категории. Энергозависимая и энергонезависимая память. Энергозависимая память теряет все данные при отключении системы. Это происходит потому, что такая память требует постоянной энергетической подпитки и, как только подача электричества прекращается, она перестает функционировать. Энергонезависимая память сохраняет данные вне зависимости от того, включен ваш компьютер или нет. К примеру, большинство типов оперативной памяти относятся к энергозависимой категории.

Наиболее известные представители энергонезависимой категории это ПЗУ (постоянная память) и флеш-память, получившая в последнее время немалое распространение. В частности, карты памяти CompactFlash и SmartMedia.

Прежде всего просто перечислим основные виды компьютерной памяти и только потом начнем их рассматривать:

Оперативная память. Оперативное запоминающее устройство. ОЗУ, RAM
Постоянная память. Постоянное запоминающее устройство. ПЗУ, ROM
Кеш-память, Cache
Динамическая оперативная память. Dynamic RAM, DRAM
Статическая оперативная память. Static RAM, SRAM
Флеш-память, Flash memory
Память типа Memory Sticks в виде карт памяти для цифровых фотоаппаратов
Виртуальная память, Virtual memory
Видеопамять, Video memory
Базовая система ввода-вывода, БСВВ, BIOS

Как мы уже писали, память применяется не только в компьютерах, но и в иных цифровых устройствах. Тех «компьютероподобных» устройствах, которые для удобства изложения материала мы будем считать компьютерами, не отвлекаясь на постоянные обсуждения различий между ними. В частности, планшеты многие аналитики относят к компьютерам. Речь идет в том числе и о:

Сотовых телефонах
Смартфонах
Планшетах
Игровых консолях
Автомобильных радиоприемниках
Цифровых медиаплеерах
Телевизорах

Прежде, чем разбираться в том, как функционирует каждый вид памяти, поинтересуемся тем, как она вообще работает.

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.

Роль оперативной памяти в общем «оркестре» компонентов компьютера

Работу компьютера следует рассматривать как «оркестр». «Музыкантами» в нем являются все его программные и аппаратные составляющие, в том числе центральный процессор, жесткий диск и операционная система, выполняющая, как известно нашим читателям, пять важнейших невидимых задач. Оперативная память, которую нередко называют просто «памятью» находится в числе наиболее важных компонентов компьютера. С того момента как вы включили компьютер и до того мгновения, когда вы его отключите, процессор будет непрерывно обращаться к памяти. Давайте рассмотрим типичный сценарий работы любого компьютера.

Вы включили компьютер. Он, в свою очередь, загрузил данные из постоянной памяти (ROM) и начал самотестирование при включении (power-on self-test, POST). Компьютер проверяет сам себя и определяет, исправен ли он и готов ли к новому трудовому сеансу. Целью этого этапа работы является проверка того, что все основные компоненты системы работают корректно. В ходе самотестирования контроллер памяти посредством быстрой операции чтения/записи проверяет все ячейки памяти на наличие или отсутствие ошибок. Процесс проверки выглядит так: бит информации записывается в память по определенному адресу, а затем считывается оттуда.

Компьютер загружает из ПЗУ базовую систему ввода-вывода, более известную по английской аббревиатуре BIOS. В этом «биосе» содержится базовая информация о накопителях, порядке загрузки, безопасности, автоматическом распознавании устройств (Plug and Play) и некоторые иные сведения.

Затем наступает черед загрузки операционной системы. Она загружается в оперативную память компьютера с жесткого диска (чаще всего в современном компьютере всё обстоит именно так, но возможны и иные сценарии). Важные компоненты операционной системы обычно находятся в оперативной памяти компьютера на протяжении всего времени работы с ним. Это дает центральному процессору возможность немедленного доступа к операционной системе, что повышает производительность и функциональность всего компьютера в целом.

Когда вы открываете приложение, оно записывается всё в ту же оперативную память. Объем памяти этого типа в наши дни хоть и велик, но при этом все равно значительно уступает ёмкости жесткого диска. В целях экономии оперативной памяти некоторые приложения записывают в нее только свои важнейшие компоненты, а остальные «подгружают» с жесткого диска по мере необходимости. Каждый файл, который загружается работающим приложением, тоже записывается в оперативную память.

Что происходит, когда вы сохраняете файл и закрываете приложение? Файл записывается на жесткий диск, а приложение «выталкивается» из оперативной памяти. То есть и само приложение, и связанные с ним файлы удаляются из оперативной памяти. Тем самым освобождается место для новой информации: других приложений и файлов. Если измененный файл не был сохранен перед удалением из временного хранилища, все изменения будут потеряны.

Из вышесказанного следует, что каждый раз, когда что-то загружается или открывается, оно помещается в оперативную память, то есть во временное хранилище данных. Центральному процессору проще получить доступ к информации из этого хранилища. Процессор запрашивает из оперативной памяти необходимые ему в процессе вычислений данные.

Всё это звучит несколько суховато и не дает полного представления о масштабах событий. Но поистине впечатляюще выглядит то, что в современных компьютерах обмен информацией между центральным процессором и оперативной памятью совершается миллионы раз в секунду.

Читайте также: