Виды памяти в технических средствах информатизации постоянная переменная внутренняя внешняя

Обновлено: 02.07.2024

Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации.

Отдельные устройства, входящие в эту совокупность, называются запоминающими устройствами ( ЗУ ) того или иного типа [7].

Термин " запоминающее устройство " обычно используется, когда речь идет о принципе построения некоторого устройства памяти (например, полупроводниковое ЗУ , ЗУ на жестком магнитном диске и т.п.), а термин " память " - когда хотят подчеркнуть выполняемую устройством памяти логическую функцию или место расположения в составе оборудования ЭВМ (например, оперативная память - ОП, внешняя память и т.п.). В тех вопросах, где эти отличия не имеют принципиального значения, термины " память " и " запоминающее устройство " мы будем использовать как синонимы.

Запоминающие устройства играют важную роль в общей структуре ЭВМ. По некоторым оценкам производительность компьютера на разных классах задач на 40-50% определяется характеристиками ЗУ различных типов, входящих в его состав.

К основным параметрам, характеризующим запоминающие устройства , относятся емкость и быстродействие .

Емкость памяти - это максимальное количество данных, которое в ней может храниться.

Емкость запоминающего устройства измеряется количеством адресуемых элементов (ячеек) ЗУ и длиной ячейки в битах. В настоящее время практически все запоминающие устройства в качестве минимально адресуемого элемента используют 1 байт (1 байт = 8 двоичных разрядов ( бит )). Поэтому емкость памяти обычно определяется в байтах, килобайтах (1Кбайт=2 10 байт ), мегабайтах (1Мбайт = 2 20 байт ), гигабайтах (1Гбайт = 2 30 байт ) и т.д.

За одно обращение к запоминающему устройству производится считывание или запись некоторой единицы данных, называемой словом, различной для устройств разного типа. Это определяет разную организацию памяти. Например, память объемом 1 мегабайт может быть организована как 1М слов по 1 байту, или 512К слов по 2 байта каждое, или 256К слов по 4 байта и т.д.

В то же время, в каждой ЭВМ используется свое понятие машинного слова, которое применяется при определении архитектуры компьютера, в частности при его программировании, и не зависит от размерности слова памяти, используемой для построения данной ЭВМ. Например, компьютеры с архитектурой IBM PC имеют машинное слово длиной 2 байта.

Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции обращения, то есть временем, затрачиваемым на поиск нужной информации в памяти и на ее считывание, или временем на поиск места в памяти, предназначаемого для хранения данной информации, и на ее запись :

где t_{обр сч} - быстродействие ЗУ при считывании информации; t_{обр зп} - быстродействие ЗУ при записи.

Классификация запоминающих устройств

Запоминающие устройства можно классифицировать по целому ряду параметров и признаков. На рис.5.1 представлена классификация по типу обращения и организации доступа к ячейкам ЗУ .

По типу обращения ЗУ делятся на устройства, допускающие как чтение, так и запись информации, и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), предназначенные только для чтения записанных в них данных ( ROM - read only memory ). ЗУ первого типа используются в процессе работы процессора для хранения выполняемых программ, исходных данных, промежуточных и окончательных результатов. В ПЗУ , как правило, хранятся системные программы , необходимые для запуска компьютера в работу, а также константы . В некоторых ЭВМ, предназначенных, например, для работы в системах управления по одним и тем же неизменяемым алгоритмам, все программное обеспечение может храниться в ПЗУ .

В ЗУ с произвольным доступом ( RAM - random access memory ) время доступа не зависит от места расположения участка памяти (например, ОЗУ ).

В ЗУ с прямым (циклическим) доступом благодаря непрерывному вращению носителя информации (например, магнитный диск - МД) возможность обращения к некоторому участку носителя циклически повторяется. Время доступа здесь зависит от взаимного расположения этого участка и головок чтения/записи и во многом определяется скоростью вращения носителя.

В ЗУ с последовательным доступом производится последовательный просмотр участков носителя информации, пока нужный участок не займет некоторое нужное положение напротив головок чтения/записи (например, магнитные ленты - МЛ).

Как отмечалось выше, основные характеристики запоминающих устройств - это емкость и быстродействие . Идеальное запоминающее устройство должно обладать бесконечно большой емкостью и иметь бесконечно малое время обращения. На практике эти параметры находятся в противоречии друг другу: в рамках одного типа ЗУ улучшение одного из них ведет к ухудшению значения другого. К тому же следует иметь в виду и экономическую целесообразность построения запоминающего устройства с теми или иными характеристиками при данном уровне развития технологии. Поэтому в настоящее время запоминающие устройства компьютера, как это и предполагал Нейман, строятся по иерархическому принципу (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Иерархическая организация памяти в современных ЭВМ

Иерархическая структура памяти позволяет экономически эффективно сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом к информации в процессе ее обработки.

На нижнем уровне иерархии находится регистровая память - набор регистров, входящих непосредственно в состав микропроцессора (центрального процессора - CPU ). Регистры CPU программно доступны и хранят информацию, наиболее часто используемую при выполнении программы: промежуточные результаты, составные части адресов, счетчики циклов и т.д. Регистровая память имеет относительно небольшой объем (до нескольких десятков машинных слов). РП работает на частоте процессора, поэтому время доступа к ней минимально. Например, при частоте работы процессора 2 ГГц время обращения к его регистрам составит всего 0,5 нс.

Оперативная память - устройство, которое служит для хранения информации (программ, исходных данных, промежуточных и конечных результатов обработки), непосредственно используемой в ходе выполнения программы в процессоре. В настоящее время объем ОП персональных компьютеров составляет несколько сотен мегабайт . Оперативная память работает на частоте системной шины и требует 6-8 циклов синхронизации шины для обращения к ней. Так, при частоте работы системной шины 100 МГц (при этом период равен 10 нс) время обращения к оперативной памяти составит несколько десятков наносекунд.

Для заполнения пробела между РП и ОП по объему и времени обращения в настоящее время используется кэш-память , которая организована как более быстродействующая (и, следовательно, более дорогая) статическая оперативная память со специальным механизмом записи и считывания информации и предназначена для хранения информации, наиболее часто используемой при работе программы. Как правило, часть кэш-памяти располагается непосредственно на кристалле микропроцессора (внутренний кэш ), а часть - вне его (внешняя кэш-память ). Кэш-память программно недоступна. Для обращения к ней используются аппаратные средства процессора и компьютера.

Внешняя память организуется, как правило, на магнитных и оптических дисках, магнитных лентах. Емкость дисковой памяти достигает десятков гигабайт при времени обращения менее 1 мкс. Магнитные ленты вследствие своего малого быстродействия и большой емкости используются в настоящее время в основном только как устройства резервного копирования данных, обращение к которым происходит редко, а может быть и никогда. Время обращения для них может достигать нескольких десятков секунд.

Следует отметить, что электронная вычислительная техника развивается чрезвычайно быстрыми темпами. Так, согласно эмпирическому "закону Мура", производительность компьютера удваивается приблизительно каждые 18 месяцев. Поэтому все приводимые в данном пособии количественные характеристики служат по большей части только для отражения основных соотношений и тенденций в развитии тех или иных компонентов и устройств компьютеров.

формирование научного мировоззрения, навыков индивидуальной самостоятельной работы с учебным материалом.

В результате изучения дисциплины студент должен

принципы хранения данных в электронных устройствах,

виды устройств хранения данных,

виды сменных карт Flash-памяти;

классифицировать устройства хранения данных,

выбирать требуемый носитель данных для решения конкретных задач.

Тема 6.1. Виды памяти в технических средствах информатизации

Устройства хранения данных (память) являются составной частью практически любого современного технического средства информатизации. В памяти хранятся как программы работы технического средства, так и данные, используемые в процессе его работы. Применительно к персональным компьютерам вся память компьютера подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Структура памяти компьютера показана на рис. 6.1.1.

Рисунок 6.1.1.

Внутренняя память предназначена для временного хранения программ и обрабатываемых в текущий момент данных (оперативная память, кэш-память), а также для долговременного хранения информации о конфигурации ПК (энергонезависимая память). Все виды запоминающих устройств, расположенные на системной плате, образуют внутреннюю память ПК, к которой относится:

сверхоперативная память (кэш-память);

Физической основой внутренней памяти являются электронные схемы (ПЗУ, ОЗУ), отличающиеся высоким быстродействием, но они не позволяют хранить большие объемы данных. Кроме этого, основная внутренняя память – оперативная – является энергозависимой, т.е. при отключении ПК ее содержимое стирается. Вследствие этого возникает необходимость в средствах длительного хранения больших объемов данных.

В персональных компьютерах эта функция возложена на внешнюю память, которая по своим характеристикам в противоположность внутренней памяти, является медленной, энергонезависимой и практически неограниченной.

При изучении носителей важно иметь представление о физических принципах, положенных в основу записи и чтения данных. В современных технических средствах информатизации сочетаются три вида носителей, отличающиеся физическим принципом организации памяти: электрические, магнитные, оптические (рис. 6.1.2).

Рисунок 6.1.2.

Тема 6.2. Устройства внутренней памяти технических средств информатизации

Оперативная память RAM (Random Access Memory) используется для хранения исполняемых в текущий момент программ и необходимых для этого данных. Через оперативную память происходит обмен командами и данными между микропроцессором, внешней памятью и периферийными устройствами. Высокое быстродействие определяет название (оперативная) данного вида памяти. Ключевой особенностью оперативной памяти является ее энергозависимость, т.е. данные хранятся только при включенном компьютере.

По физическому принципу действия различают динамическую память DRAM и статическую память SRAM.

Динамическая память при всей простоте и низкой стоимости обладает существенным недостатком, заключающимся в необходимости периодической регенерации (обновлении) содержимого памяти.

Микросхемы динамической памяти используются как основная оперативная память, а микросхемы статической – для кэш-памяти.

Кэш-память (cache memory) используется для повышения быстродействия ПК. Принцип "кэширования" заключается в использовании быстродействующей памяти для хранения наиболее часто используемых данных или команд, тем самым, сокращается количество обращений к более медленной оперативной памяти. При обработке данных микропроцессор сначала обращается к кэш-памяти, и только тогда, когда там отсутствуют нужные данные, происходит обращение к оперативной памяти. Чем больше размер кэш-памяти, тем большая вероятность, что необходимые данные находятся в ней. Поэтому высокопроизводительные процессоры имеют повышенные объемы кэш-памяти.

Кэш-память процессора различают по уровням.

L1 – кэш-память первого уровня. Конструктивно размещается на одном кристалле с процессором и имеет объем порядка несколько сотен Кбайт.

L2 – кэш-память второго уровня. Размещается на отдельном кристалле, но в границах процессора с объемом до двух Мбайт.

L3 – кэш-память третьего уровня. Реализуется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на материнской плате и имеет объем несколько Мбайт (последние несколько лет производители системных плат не реализуют данный уровень кэш-памяти).

Оперативная память для персонального компьютера конструктивно компонуется в стандартных двурядных 184-контактных модулях DIMM (Dual In line Memory Module, рис. 6.2.1). Предшественниками модулей DIMM были однорядные модули SIMM (Single In line Memory Module). В течение нескольких лет компанией Rambus при поддержке Intel выпускались модули динамической памяти RIMM (Rambus DIMM, рис. 6.2.2). Однако несмотря на более высокое быстродействие, данный вид памяти не получил широкого распространения из-за большей сложности, более жестких схемотехнических ограничений и большей стоимости.

Рисунок 6.2.1.

Рисунок 6.2.2.

Основой любого модуля памяти является совокупность ячеек памяти. На физическом уровне ячейка памяти представляет собой комбинацию транзистора и конденсатора.

Каждой ячейке оперативной памяти присвоен уникальный адрес, количество адресов определяется разрядностью шины адреса (при 32 разрядной адресации количество адресов составляет 2 32 , т.е. потенциально можно адресовать до 4.3 Гб).

Изменение состояния ячейки (наличие или отсутствие заряда в ячейке памяти соответствует логической единице или логическому нулю), собственно, и является рабочим процессом памяти. Производительность оперативной памяти зависит от двух параметров: времени регенерации (обновления) ячейки памяти и латентности (задержки). Необходимость регенерации памяти обусловлена снижением электрического потенциала ячейки после считывания из нее данных, а также его неизбежными утечками. В связи с этим возникает необходимость регулярного обновления содержимого памяти, т.е. перезаписывания ее содержимого. В момент регенерации данных чтение и запись данных невозможны – это обстоятельство и является одним из ограничений повышения производительности оперативной памяти, и именно поэтому оперативная память характеризуется как динамическая.

Латентность ячеек памяти также влияет на ее производительность, но в данном случае причиной является конечное время, затрачиваемое на чтение и запись одного двоичного слова (восемь бит). Чем ниже латентность оперативной памяти, тем меньше центральный процессор будет находиться в состоянии ожидания данных из оперативной памяти или записи в нее данных.

На сегодняшний день существуют и используются несколько разновидностей оперативной памяти, такие как SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory, синхронная динамическая оперативная память), DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory), и ее новый вариант – DDR-II, DR DRAM (Direct Rambus Dynamic Random Access Memory).

В SDRAM все операции с данными синхронизированы с частотой внешней шины. Эта память уже не выпускается и используется только в малопроизводительных компьютерах, поскольку производительности данного типа памяти уже недостаточно для современных платформ и приложений. Теоретически память SDRAM с маркировкой РС66 (цифры указывают на частоту работы шины) обеспечивает производительность до 533 Мб/c, а память РС100 и РС133, соответственно, до 800 Мб/c и 1.06 Гб/c.

На практике же из-за необходимости регенерации данных производительность SDRAM памяти вдвое меньше максимально возможной.

Производительность модуля памяти определяется произведением тактовой частоты шины на количество разрядов шины данных. В современных модулях памяти шина данных составляет 64 бит (8 байт).

Память DDR SDRAM (сокращенно DDR) отличается от памяти SDRAM принципом передачи данных. В памяти DDR данные передаются дважды за один такт: по нисходящему и восходящему фронтам сигнала. Сам принцип хранения данных не изменился.

Для памяти DDR общепринятыми являются два варианта обозначений, например, DDR333 или РС2700. В первом случае указана частота шины (333 МГц), на которую рассчитан данный модуль памяти, а во втором случае указана максимальная производительность модуля памяти (2700 Мб/c, т.е. 2.7 Гб/c) по обмену данными. Нетрудно заметить, что второе число получено путем умножения первого на 8 (8 байт разрядность шины данных).

DDR-память первого поколения существует в следующих вариантах:

Дальнейшее развитие технологий оперативной памяти привело к разработке нового стандарта памяти – DDR-II, которая также размещается в двурядных модулях DIMM, но с увеличенным до 240 числом контактов (рис. 6.2.3). Кроме этого, для исключения ошибочной установки модуля с памятью DDR-II в слот для памяти DDR, ключ правильной установки модуля памяти в слот расширения (в виде прорези со стороны контактов) несколько смещен от аналогичного ключа для 184 контактных модулей DIMM.

Рисунок 6.2.3.

Повышение производительности модулей памяти при 64 разрядной шине данных в основном достигается повышением частоты шины, с которой работает модуль памяти DDR-II.

Широко используются следующие разновидности оперативной памяти стандарта DDR-II: DDR-II 533 (РС4200) и DDR-II 667 (РС5300). В перспективе будут доступны модули DDR-II 800 (РС6400). Одним из сдерживающих факторов повышения производительности модулей памяти является высокое тепловыделение при повышении частоты шины и, как следствие, увеличение количества ошибок чтения/записи данных, поэтому одним из значительных технологических решений является разработка технологии двухканальной памяти, позволившей практически в два раза увеличить производительность подсистемы оперативной памяти персонального компьютера. Суть данной технологии заключается в одновременной работе процессора с двумя модулями памяти. В этом случае запись и чтение данных осуществляется параллельно, тем самым, без каких- либо конструктивных изменений модулей памяти в два раза была увеличена шина данных. Управление этим процессом осуществляет специальный контроллер двухканальной памяти, интегрированный в чипсет или в ядро процессора, как в некоторых моделях процессоров компании AMD.

Кроме внешних отличий, память DDR-II имеет ряд архитектурных особенностей, позволяющих заметно расширить ее производительность, например, технология 4-х битовой предвыборки, позволяющая произвести четыре процедуры записи/чтения за один тактовый цикл.

На практике с появлением памяти DDR-II оказалось, что большинство модулей памяти имеют достаточно высокую латентность, что фактически ограничивает производительность DDR-II до уровня обычной DDR памяти, работающей на той же частоте. С учетом этого была сохранена совместимость DDR-II с обычной DDR памятью. В этом случае системные платы выпускаются с поддержкой обоих типов памяти.

Для снижения тепловыделения новых модулей памяти напряжение питания было уменьшено с 2.5 В (DDR) до 1.8 В.

Постоянная память ROM (Read Only Memory) предназначена для хранения неизменяемой информации. Наличие постоянной памяти в ПК обусловлено необходимостью выполнения первоначальных действий до загрузки операционной системы при запуске компьютера. В постоянной памяти записаны команды, которые компьютер выполняет сразу после включения питания. Механизм запуска ПК основан на том, что при включении ПК микропроцессор обращается по специальному стартовому адресу, который ему всегда известен, за своей первой командой. Этот адрес указывает на постоянную память, которая физически размещается в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна продолжительное время сохранять информацию даже при отключенном компьютере, поэтому постоянную память также называют энергонезависимой памятью.

Для хранения информации о текущей конфигурации ПК, используемой при первоначальной загрузке программами BIOS, в состав внутренней памяти также входит микросхема энергонезависимой памяти (конструктивно расположена на системной плате), которая называется CMOS RAM. От оперативной памяти CMOS память отличается тем, что ее содержимое не пропадает при отключении компьютера, а от постоянной памяти она отличается тем, что данные можно заносить туда и изменять самостоятельно в зависимости от того, какое оборудование входит в состав системы. Под энергонезависимостью этой памяти понимается ее независимость от состояния ПК (включен или выключен). В действительности микросхема памяти CMOS постоянно питается от небольшого элемента питания, расположенного на системной плате.

Как уже отмечалось, в противоположность внутренней памяти, внешняя память используется для длительного хранения большого объема данных и программ.

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.

Микропроцессор – программно-управляемое универсальное устройство для цифровой обработки дискретной и (или) аналоговой информации и управления процессом этой обработки, построенное на одной или нескольких больших интегральных схемах.

Основными параметрами микропроцессоров являются:

– тактовая частота;

Работа всех элементов микропроцессора синхронизируется при помощи электрических импульсов на частоте, вырабатываемой тактовым генератором. Тактовая частота измеряется в герцах, т.е. тактах в секунду. За время каждого такта микропроцессор выполняет одну элементарную операцию. Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает микропроцессор, тем выше производительность компьютера.

– разрядность;

Информация внутри компьютера представлена в виде двоичных чисел. Между устройствами данные передаются не сплошным потоком, а порциями – машинными словами, одно машинное слово передаётся за один такт работы процессора. Количество бит в машинном слове называется разрядностью. Чем больше разрядность, т.е. чем длиннее машинное слово, тем быстрее передаётся и обрабатывается информация, тем быстрее работает компьютер.

Применительно к микропроцессору различают три вида разрядности:

– разрядность регистров микропроцессора;

это длина машинного слова внутри микропроцессора

– разрядность шины данных;

Под шиной данных понимается группа проводников, по которым от микропроцессора к другим устройствам компьютера передаются данные. Разрядность шины данных – это число проводников в ней.

– разрядность шины адреса.

это число проводников в адресной шине. По этим проводникам от микропроцессора к оперативной памяти передаётся информация для определения ячеек памяти, к которым надо получить доступ

– количество ядер;

– размер кэш-памяти;

– состав инструкций.

Виды памяти, используемые в ЭВМ.

Выделяют внутреннюю и внешнюю память компьютера. Внутренняя память компьютера предназначена для оперативной обработки данных. Выделяют следующие ее виды:

оперативная, постоянная память, полупостоянная память, видео память ,кэш память. Внешняя память: перфокарта(носитель информации, применялся для использования в системах автоматической обработки данных), перфолента, стример, дискета, жесткий диск

Жесткий диск.

запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Основные характеристики жесткого диска:

– интерфейс – совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил.

– ёмкость– количество данных, которые могут храниться накопителем.

– время произвольного доступа– время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска.

– объём буфера – буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу.

Оптические устройства хранения данных.

Оптический диск – собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся по спиральной дорожке с помощью оптического излучения.

первое поколение: лазерный диск, компакт-диск, CD-R,CD-RW. Второе поколение оптических дисков

Третье поколение оптических дисков

Четвертое поколение оптических дисков

Holographic Versatile Disc

Устройства ввода данных.

Устройства ввода — приборы для занесения (ввода) данных в компьютер во время его работы.

Устройства ввода текстовой информации

Указательные (координатные) устройства

– с относительным указанием позиции (перемещения)

– с возможностью указания абсолютной позиции

Устройства ввода графической информации

– видео- и веб-камера

Устройства ввода звука

Игровые устройства ввода

– рычаг для симуляторов полёта

Клавиатура.

устройство, представляющее собой набор кнопок (клавиш), предназначенных для управления каким-либо устройством или для ввода информации. По назначению клавиши на клавиатуре делятся на шесть групп:

– алфавитно-цифровые – для ввода букв, цифр, знаков пунктуации и арифметических действий, специальных символов;

– модификаторы – предназначены для изменения действий других клавиш. Это клавиши Shift, Alt, Ctrl, Caps Lock, NumLock, Scroll Lock.;

– специализированные – Enter, Backspace, Win, Menu;

– мультимедийные – предназначенные для управления отдельными приложениями.

Клавиатура бывает для ноутбука, эргономичная(изогнутая), мультимидийная, игровая, сенсорная, лазерная, беспроводная

Компьютерная мышь.

одно из относительных указательных устройств ввода, обеспечивающих интерфейс пользователя с компьютером. Мышь каким-либо образом отслеживает своё перемещение и передаёт эту информацию компьютеру. она бывает: колесная, шариковая, оптическая, лазерная, инерционная, гироскопическая, – по способу подключения:

Сканеры.

— устройство, которое, анализируя какой-либо объект, создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием.

Сканеры подразделяются на: рулонные, планшетные, ручные, проекционные, слайд сканеры, 3D сканеры.

Сенсорные устройства ввода.

резистивные сенсорные экраны, матричные, емкостные, проекционно-емкостные, оптические, тензометрические, индукционные

Системы сбора данных.

– комплекс средств, предназначенный для работы совместно с персональным компьютером и осуществляющий автоматизированный сбор данных с аналоговых и/или цифровых источников сигнала, а также первичную обработку, накопление и передачу данных. Типовая система сбора данных содержит в себе следующие узлы: датчики, коммутатор, измерительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, контроллер сбора данных.

Непосредственный ввод данных производится через стандартные платы, устанавливаемые в слоты компьютера.

Устройства вывода данных.

Устройства вывода — средства вывода информации из компьютера.

Устройства для вывода визуальной информации

Устройства для вывода звуковой информации

– акустическая система (колонки)

Принтеры.

предназначен для вывода информации на бумагу. Все принтеры могут выводить текстовую информацию, многие из них могут выводить также рисунки и графики, в том числе и цветные.

Виды: барабанные, ромашковые, гусеничные, матричные, лазерные, струйные, термические.

Микропроцессор.