Какой вид памяти компенсирует разницу в скорости выполнения операций процессором и чтением из озу

Обновлено: 30.06.2024

Для работы с компьютером, в него нужно ввести информацию, которую он будет обрабатывать, т.е. загрузить его память - ЗУ.

Важной разновидностью ЗУ является оперативная память или ОЗУ. Именно здесь хранятся программа и данные, необходимые для немедленного решения каждой конкретной задачи. В любом компьютере ОЗУ обеспечивает гибкость его работы и быстродействие. Это быстрая память компьютера.

Реализуется ОЗУ по-разному. Существуют магнитные ОЗУ, состоящие из большого числа магнитных ферритовых колец, каждое из которых можно намагничивать в одном или в другом направлении и этим запоминается один бит информации. Сколько колец в таком ОЗУ, столько бит информации, оно может запомнить. Магнитные ОЗУ громоздки, им на смену пришли более быстрые и компактные, состоящие из большого числа триггеров - специальной схемы, способной запомнить один бит информации.

Существует еще сверхоперативная память (СВОП) для временного хранения промежуточных результатов. Она представляет собой набор электронных ячеек памяти – регистров, поэтому эту память еще называют регистровой . Регистр – это последовательность триггеров .

Другим видом запоминающего устройства в компьютере является

постоянное запоминающее устройство (ПЗУ ), которое служит для хранения программ и данных, постоянно необходимых для работы компьютера. К числу таких программ относится, например, самая главная программа BIOS (Basic Input Output System), служащая для загрузки ОС. Их составляют заранее, а затем хранят в ПЗУ. Информация, хранящаяся в ПЗУ энергонезависима, т. е. она сохраняется после выключения компьютера. ПЗУ отличается тем, что позволяет только считывание записанной информации. Для того чтобы стереть или записать новую информацию в ПЗУ, необходимы специальные устройства

– праграмматоры и стиратели , а также время порядка 1 часа. Стирание осуществляется через специальное окошко в корпусе микросхемы, либо электрическим способом путем подачи повышенного напряжения на специальные входы программирования.

В 1989 году фирмой Intel была выпущена на рынок флэш-память - электронное стираемое программируемое ПЗУ. Флэш-память, обладая свойствами ПЗУ, в то же время, позволяет ее быстро перепрограммировать.

Программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) используется для записи новых программ и данных, с которыми будет работать

пользователь далее постоянно. Этот вид памяти занимает промежуточное место между ОЗУ и ПЗУ.

Еще один тип внутренней памяти ЭВМ, время доступа, к которой не более нескольких десятков наносекунд - это кэш-память. Этот вид памяти, ранее используемый только в супер-ЭВМ и мощных ПК, в настоящее время атрибут всех персональных компьютеров. Так, ПК Tulip 4/100 имеет кэшпамять объемом 256 Кбайт, что соответствует памяти ПК 80-х годов. Кэшпамять устанавливается на быстродействующих БИС и ее быстродействие должно соответствовать скорости работы АЛУ и УУ. Кэш-память используется для хранения наиболее часто используемых программ и данных, осуществляет своего рода связующий буфер между быстрыми устройствами ЦП и более медленной ОП и позволяет получать существенный временной выигрыш. Работу кеш-памяти можно описать следующим образом. Всякий раз, когда процессор намерен прочитать некоторый байт, сначала проводится анализ: есть ли байт с этим адресом в быстрой кэш-памяти? Если он там есть, то происходит чтение из кэш-памяти. Если нет, то байт копируется из основной памяти в кэшпамять и передается процессору. Таким образом, кэш-память повышает производительность компьютера.

Время доступа в наносекундах для современных ЭВМ следующее: СВОП - 5-15, Кэш - 10-50, ПЗУ - 30-200, ОП - 50-150.Естественно, развитие элементной базы постоянно корректирует эти цифры в сторону уменьшения.

Как и во всех вычислительных машинах, подсистема памяти персональных компьютеров имеет иерархическую структуру (рис.8.1).

В этой иерархии традиционно выделяются следующие уровни:

1) регистровая память (часто ее также называют местной памятью — МП, регистрами общего назначения — РОН или сверхоперативным запоминающим устройством СОЗУ.

Регистровую или местную память образуют регистры общего назначения процессора, большая часть которых доступна программисту и предназначена для хранения адресов, операндов и результатов выполнения операций. Программно недоступные регистры выполняют вспомогательные функции при выполнении ряда команд. Число РОНов обычно лежит в пределах 16-64. Но при небольшой емкости этот уровень памяти имеет самое высокое быстродействие — время доступа не превышает 5-7 нс (10 в минус 9 степени).

2) буферная память ( кэш-память или просто кэш ) Промежуточное положение между регистровой и основной оперативной памятью занимает кэш-память. Большинство современных микропроцессоров имеет двухуровневый кэш. Первый уровень — внутренний кэш — располагается на кристалле процессора и работает на его тактовой частоте; второй уровень — внешний кэш — устанавливается на системной плате и работает на частоте шины. Объем внутреннего кэша обычно составляет 1-16 Кбайт, а внешнего — от 64 Кбайт до 1 Мбайта, обычно 256 или 512 Кбайт.

Рис. 8.2 Структурная схема памяти персонального компьютера

3) основная оперативная память и постоянная память (ОП и ПЗУ, соответственно)

Следующий уровень иерархии занимает оперативная память. Ее размер в современных ПК составляет от 1 до 512 Мбайт и больше, а время доступа — от 70 до 200 нс. По организации и методу доступа постоянная память ничем не отличается от оперативной, поэтому ее относят к этому же иерархическому уровню. Объем ПЗУ редко превышает 64-128 Кбайт. Используется она в основном для хранения редко изменяющейся информации, например, программ базовой системы ввода-вывода (Basic Input/Output System—BIOS).

Размер оперативной памяти, установленной на вашем компьютере, можно определить в начальный момент его загрузки, при ее тестировании, если эта опция установлена в BIOS. Размер оперативной памяти можно также определить, открыв Мой компьютер — Панель управления — Система и на вкладке Общие появится нужная вам информация. Следует отметить, что тип компьютера Windows 95 определяет неправильно.

Оперативная память большой емкости, как известно, может быть построена на микросхемах памяти двух типов: динамического и статического . Ячейка динамической памяти по сути представляет собой конденсатор, образованный структурой полупроводникового кристалла. Зарядка этого конденсатора до некоторого уровня напряжения соответствует переходу ячейки в состояние 1, а разрядка до величины, близкой к нулю, означает переход в состояние 0. Поскольку процессы зарядки и разрядки емкости требуют немалого времени, то это является одной из причин ограниченного быстродействия этого типа памяти. Кроме того, время хранения заряда конденсатором ограничено, так как сопротивление изоляции между его обкладками конечно и, следовательно, всегда присутствуют паразитные токи утечки, которые и приводят к его разрядке. Поэтому, чтобы избежать потери данных, записанных в ячейку, необходимо восстановление в ней информации. Эта процедура выполняется в специальных циклах, получивших название циклов регенерации. Необходимость восстановления информации — один из основных недостатков динамической памяти, так как этот процесс требует не только времени, но и дополнительного оборудования.

Память статическою типа строится на элементах памяти с двумя устойчивыми состояниями — триггерах. Поскольку переход триггера из одного состояния в другое возможен только в случае подачи сигнала на соответствующий установочный вход, то отпадает необходимость в регенерации информации, что существенно упрощает управление памятью. Помимо прочего, переход триггера из одного состояния в другое происходит за время существенно меньшее, чем зарядка/разрядка конденсатора, выполняющего роль элемента памяти в микросхемах динамического типа. Вместе с тем статической памяти присущи и недостатки, ограничивающие ее использование при построении запоминающих устройств большой емкости. Во-первых, по сравнению с динамической памятью, она потребляет большую мощность, так как для реализации одной ячейки требуется большее количество электронных компонентов (ячейку памяти динамического типа можно реализовать на одном транзисторе, а статического типа — как минимум на четырех). Во-вторых, она существенно дороже и при одинаковой степени интеграции с динамической памятью обладает существенно меньшей информационной емкостью. Поэтому оперативная память современных компьютеров строится, в основном, на микросхемах памяти динамического типа.

4) внешняя память Верхний уровень структуры занимает внешняя память. Она реализуется в

виде различных накопителей со сменными и несменными носителями (накопители на жестких и гибких магнитных дисках, стримеры, накопители на оптических дисках и т.д.). Эта память самая медленная, но самая большая по объему, в частности, информационная емкость накопителей на жестких дисках достигает нескольких десятков гигабайт. По этой причине ее иногда называют массовой.

Зачем нужен кэш. Реализация оперативной памяти на микросхемах динамического типа обеспечивает достаточно большую информационную емкость, но низкое быстродействие, поскольку время выборки для них лежит в пределах 70-200 не.

Тактовые частоты современных микропроцессоров давно перешли рубеж 1 ГГц, и нетрудно сделать вывод о том, что низкое быстродействие основной оперативной памяти стало одним из основных сдерживающих факторов повышения производительности персональных компьютеров. И действительно, даже при времени выборки из памяти, равном 70 нс, считать из нее информацию за один цикл работы шины не представляется возможным. Следовательно, для согласования скорости работы процессора и памяти необходимо вводить дополнительные циклы ожидания, а это ведет к резкому снижению производительности системы. Реализация основной памяти на быстрых микросхемах статического типа приведет к существенному удорожанию системы и снижению ряда ее эксплуатационных характеристик

(увеличению габаритных размеров, веса, росту потребляемой мощности и т.д.). Однако проблема может быть решена, если между медленной оперативной памятью и быстрым процессором поставить буферную память относительно небольшой емкости, но с возможностью работы на тактовой частоте цен трального процессора. Такая память получила название кэш-памяти, и предназначена она для согласования скорости работы процессора и основной памяти системы.

Кэш используется не только для обмена данными между центральным процессором и оперативной памятью, но также между оперативной памятью и внешними накопителями.

В основу работы кэш-памяти положен принцип локальности программ . Суть этого принципа заключается в следующем. Поскольку обращения к памяти носят не случайный характер, а выполняются в соответствии с исполняемой программой, то при считывании данных из памяти с высокой степенью вероятности можно предположить, что в ближайшем будущем она опять обратится к этим данным (принцип временной локальности). Кроме того, весьма вероятно и то, что в ближайшем будущем программа обратится к ячейке, которая следует за той, к которой она обращается в текущий момент времени (принцип пространственной локальности).

В соответствии с принципом временной локальности информацию в буфере целесообразно хранить в течение некоторого времени, а принцип пространственной локальности предполагает считывание в кэш нескольких соседних ячеек памяти, то есть блока информации. Каждый блок хранится в строке буфера, а набор таких строк и составляет кэш-память.

Таким образом, информация из основной памяти загружается в кэш блоками по 2-4 слова и хранится в нем в течение некоторого времени. При обращении центрального процессора к оперативной памяти сначала проверяется наличие запрашиваемых данных в буфере, и, если их там не оказывается, осуществляется загрузка в кэш информационного блока из оперативной памяти. Следовательно, при правильной организации алгоритма

работы буфера можно добиться того, что в подавляющем большинстве случаев процессор будет обращаться к нему, а не к более медленной оперативной памяти, что существенно повысит производительность системы.

Виды оперативной памяти Оперативную память условно можно разделить на четыре вида:

1. Обычная ( стандартная ) — Conventional .

Иногда ее называют нижняя память. Она простирается от 0 до 640 Кб. Стандартная память—это та самая память, с которой собственно и работает компьютер. Ее общий размер и остаток после загрузки драйверов мы видим, когда нажимаем комбинацию клавиш Ctrl+L в Norton Commander или в FAR. Это та память, которой, как правило, не хватает ПК для работы с некоторыми программами, и ПК информирует пользователя о нехватке памяти.

2. Верхняя ( Upper ) — очень важный вид памяти. Она простирается от 640 Кб до 1 Мб и равна 384 Кб.

(1024 Кб – 640 Кб = 384 Кб)

Часть этой памяти используется видеоадаптером, контроллером жесткого диска, BIOS и другими устройствами, с которыми активно работает процессор. При этом в верхней памяти остаются незанятые участи. Программно можно создать так называемые блоки верхней памяти, куда можно загрузить часть драйверов устройств и — главное — организовать связь процессора

с Дополнительной памятью.

нормальной работы не только Windows, но и всего компьютера.

Ее размеры в принципе не ограничены: от нескольких мегабайт до десятков Гб. Собственно дополнительная память — это та самая память, про которую мы говорим оперативная память, правда, за минусом стандартной памяти.

Дополнительная память обеспечивается драйвером HI-MEM. SYS. Иногда этот вид памяти называют расширенной памятью.

Для эффективной работы Windows в расширенном режиме требуется не менее 16 Мбайт ОЗУ (а лучше 32 Мбайт).

Спецификация дополнительной памяти (XMS), т.е. порядок, условия и т.п., определяет правила организации и доступа к этому виду памяти. Поэтому иногда дополнительную память называют XMS-память (extended memory specification).

4. Высокая —от 1 Мб до 1 Мб 64 Кб минус 16 байт—используется для внутренних нужд компьютера.Необходимо отметить еще два вида памяти, представленной в компьютере.

5. Отображаемая ( Expanded ) — часть дополнительной памяти, доступ к

этой памяти неудобен и требует достаточно много времени. Большинство программ и Windows не используют эту память.

Для эмуляции отображаемой памяти (т.е. создания, возможности обращаться к ней) и управления верхней памятью была создана так называемая спецификация отображаемой памяти — EMS — позволяющая программам MS-

DOS иметь доступ к адресам памяти за пределами 640 Кб. Для этого был создан специальный драйвер LMM386.EXE.

6. Виртуальная — существует только в Windows. Heпутать с виртуальным логическим диском, который создается за счет дополнительной памяти и который существует пока включен компьютер. Размер виртуальной памяти, используемой Windows, составляет несколько десятков мегабайт.

Управление памятью компьютера и ее конфигурирование осуществляется с помощью двух файлов: config.sys и autoexec.bat ).

Для просмотра загрузки оперативной памяти (и стандартной, как части оперативной памяти) можно воспользоваться специальной утилитой mem.exe, находящейся в папке Windows\Command. Запускается программа двойным щелчком мыши, при этом Windows входит в режим сеанса MS-Dos.

Как известно, Windows работает в так называемом защищенном режиме. В этой связи для нас особый интерес представляют три режима работы микропроцессора—реальный, защищенный и режим виртуального микропроцессора i8086. В первом обеспечивалась совместимость на уровне объектных кодов с устройствами i8086 и i80286, работающими в реальном режиме. Одно из основных ограничений реального режима было связано с предельным объемом адресуемой памяти, равным / Мбайт. От него свободен защищенный режим, позволяющий воспользоваться всеми преимуществами архитектуры нового процессора. Размер адресного пространства в этом случае увеличивался до 4 Гбайт. Системы защищенного режима обладают более высоким быстродействием и возможностями организации истинной многозадачности.

Наконец, режим виртуального МП открывает возможность одновременного исполнения ОС и прикладных программ, написанных для МП J8086, i80286 и 80386. Поскольку объем памяти, адресуемой 386-м процессором, не ограничен значением 1 Мбайт, он позволял формировать несколько виртуальных сред I8086.

Компьютеры с процессором i80386/486 и выше могут адресовать до 4 Гбайт оперативной памяти. Такая возможность появляется только при защищенном режиме работы процессора (protected mode), который операционная система MS-DOS не поддерживает. Расширенная (extended) память располагается выше области адресов 1 Мбайт. Для работы с extendedпамятью микропроцессор должен переходить из реального в защищенный режим и обратно. Современные микропроцессоры выполняют эту операцию достаточно легко. При наличии соответствующего программного драйвера расширенную память можно эмулировать как дополнительную.


Операти́вная па́мять (англ. Random Access Memory , память с произвольным доступом; комп. жарг. Память, Оперативка, Мозги) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти [источник не указан 128 дней] .

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:

  1. непосредственно,
  2. либо через сверхбыструю память, 0-го уровня — регистры в АЛУ, либо при наличии кэша — через него.

Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение, то есть, компьютер включён. Пропадание на модулях памяти питания, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному уничтожению данных в ОЗУ.

В общем случае, оперативная память содержит данные операционной системы и запущенных на выполнение программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию, например однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

Содержание

История

ЭВМ первого поколения можно считать ещё экспериментальными, поэтому в них использовалось множество разновидностей запоминающих устройств: на ртутных линиях задержки, электронно-лучевых и электростатических трубках. В качестве оперативной памяти использовался также магнитный барабан: он обеспечивал достаточное для компьютеров тех времён быстродействие и использовался в качестве основной памяти для хранения программ и вводимых данных.

Второе поколение требовало более технологичных в производстве схем оперативной памяти. Наиболее распространённым видом памяти в то время стала память на магнитных сердечниках.

Начиная с третьего поколения большинство узлов компьютеров стали выполнять на микросхемах, в том числе и оперативную память. Наибольшее распространение получили два вида ОЗУ: на основе конденсаторов (динамическая память) и триггеров (статическая память). Оба этих вида памяти не способны сохранять данные при отключении питания — для этой цели используется Энергонезависимая память.

ОЗУ современных компьютеров

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые ИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим массовую оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кеш-памяти внутри микропроцессора.

Память динамического типа (англ. DRAM (Dynamic Random Access Memory) )

Память статического типа (англ. SRAM (Static Random Access Memory) )

ОЗУ, которое не надо регенерировать (и обычно схемотехнически собранное на триггерах), называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Используется для организации сверхбыстрого ОЗУ, критичного к скорости работы.

Урок "Оперативная и долговременная память" в 8 классе. Урок рассчитан на 1 час. По программе Н.Д.Угринович (34 часа). Приложение: тест по теме в конце урока на усвоение материала плюс презентация.
По новым ФГОС эта тема седьмого класса.

ВложениеРазмер
Презентация 1.11 МБ
Разработка урока 52 КБ
Тест 71.5 КБ


Бесплатный марафон подготовки к ЕГЭ на зимних каникулах

Учи.Дома запускает бесплатный марафон в котором каждый день. В течении 5 дней утром ты будешь получать одно задание по выбранному предмету, а вечером его решение. Твоя задача, успеть выполнение задание до того как получишь ответ.

Бесплатно, онлайн, подготовка к ЕГЭ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Оперативная и долговременная память компьютера Автор: Орлова Елена Альбертовна Учитель информатики и ИКТ ГБОУ СОШ № 451, Санкт-Петербург

Оперативная память Номер ячейки Информация в ячейке 1 073 741 823 11111111 …… .. …… .. 4 00000000 3 11110000 2 00001111 1 10101010 0 01010101 Оперативная память представляет собой последовательность пронумерованных, начиная с нуля, ячеек. В каждой ячейке может храниться двоичный код, длиной восемь знаков.

Оперативная память Объем оперативной памяти компьютера можно определить по формуле: I оп = I яч * N где: I яч – количество информации, хранящейся в ячейке N – количество ячеек Пример: В компьютере количество ячеек памяти равно 1 073 741 824 Количество информации в каждой ячейке, I яч = 8 битов = 1 байт Тогда информационный объём оперативной памяти данного компьютера равен: I оп = I яч * N = 1 байт * 1 073 741 824 = 1 073 741 824 байтов/1024 = 1 048 576 Кбайт/1024 = 1024 Мбайт = 1 Гбайт

Оперативная память Оперативная память изготавливается в виде Модули памяти устанавливаются в специальные разъёмы на системной плате компьютера модулей памяти

Долговременная память жёсткий диск оптический диск Карта памяти ( flash -память) Flash -диск дискета

Долговременная память Жёсткий магнитный диск

Долговременная память Оптический диск Поверхность оптического диска имеет участки с различной отражающей способностью. Луч лазера дисковода падает на поверхность диска, отражается и преобразуется в цифровой компьютерный код (отражает – 1, не отражает – 0).

Долговременная память Энергонезависимая память Карта flash -памяти представляет собой большую интегральную схему (БИС), помещенную в миниатюрный плоский корпус. Для считывания информации с карт памяти используются специальные адаптеры.

Домашнее задание Учебник, §§ 2.2.4, 2.2.5, контрольные вопросы устно, задания 2.1, 2.2 письменно в тетради.

Предварительный просмотр:

Тип урока: ознакомление с новым материалом.

Вид урока: смешанный.

На момент проведения урока учащиеся должны
знать:

- основные компоненты компьютера, состав системного блока;

- магистрально-модульный принцип построения компьютера;

- устройства ввода и устройства вывода информации;

- назначение и основные характеристики процессора;

- назначение и устройство системной платы.

- определять характеристики основных устройств компьютера;

- кратко конспектировать основные моменты урока;

- чётко формулировать свой ответ.

- научить использовать полученные знания на практике.

воспитательная: формирование информационной культуры.

развивающая: развитие мышления, памяти, внимательности.

В результате изучения данной темы учащиеся должны

- назначение оперативной и долговременной памяти компьютера;

- особенности разных видов компьютерной памяти;

- устройство оператиной и долговременной памяти компьютера.

- вычислять информационный объем оперативной памяти;

- сопоставлять информационный объём разных носителей информации.

1.Организационный момент:
- приветствие, доклад дежурного об отсутствующих.

2.Актуализация знаний, проверка домашнего задания:
- Фронтальный опрос:

1. Назначение процессора в компьютере?

( ответ: Процессор - устройство, выполняющее все арифметические и логические операции и управляющее другими устройствами компьютера ).

2. Какие характеристики процессора влияют на его производительность?

( ответ: Производительность процессора зависит от тактовой частоты и разрядности ).

3. Для чего предназначена системная плата?

( ответ: Системная плата - это аппаратное устройство компьютера. На ней расположены все основные системы компьютера ).

4. Что установлено на системной плате?

( ответ: процессор, платы оперативной памяти (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), шины - набор проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера)

5. Какие разъемы имеются на системной плате?

(ответ: разъёмы для установки процессора и модулей оперативной памяти, разъёмы для подсоединения дополнительных устройств (слоты), разъёмы для подключения внешних устройств ).

- Визуальная проверка домашнего задания.

3. Изучение нового материала.

У компьютера тоже есть долговременная память, где информация хранится постоянно, до тех пор, пока пользователь не удалит ее за ненадобностью. И есть оперативная память, где информация храниться до тех пор, пока компьютер включен. При отключении компьютера вся информация из оперативной памяти удаляется.

И все-таки, разница между памятью человека и памятью компьютера колоссальная – работа компьютера подчинена заложенной в него программой, а человек сам управляет своими действиями.

Итак, давайте разберёмся, как работает оперативная память компьютера (слайд 2).

Оперативная память представляет собой последовательность пронуменованных, начиная с нуля, ячеек. В каждой ячейке оперативной памяти может храниться двоичный код длиной восемь знаков.

(слайд 3) Объём I оп оперативной памяти компьютера можно определить, если количество информации I яч , хранящейся в каждой ячейке, умножить на N – количество ячеек.

Количество информации, хранящееся в каждой ячейке, I яч = 8 битов = 1 байт. Зная количество ячеек оперативной памяти, можно рассчитать объём оперативной памяти компьютера. Напимер, количество ячеек равно 1 073 741 824. Тогда:

I оп = I яч * N = 1 байт * 1 073 741 824 = 1 073 741 824 байтов/1024 = 1 048 576 Кбайт/1024 = 1024 Мбайт = 1 Гбайт

(слайд 4) Оперативная память изготавливается в виде модулей памяти, которые представляют из себя пластины с электрическими контактами, по бокам которых размещаются большие интегральные схемы (БИС). Модули памяти устанавливаются в специальные разъёмы на системной плате компьютера.

Для долговременного хранения информации используется долговременная (внешняя) память. На таких носителях информация хранится в виде двоичного кода, т.е. в форме последовательностей нулей и единиц .

К устройствам долговременной памяти относятся: (слайд 5)

- жёсткий магнитный диск (винчестер);

- оптические диски (CD, DVD);

- до недавнего времени использовались гибкие магнитные диски (дискеты), но из-за своего маленького информационного объёма (1,44 Мб), они ушли в прошлое.

Давайте познакомимся с этими устройствами поближе.

Жёсткий магнитный диск - несколько тонких металлических дисков, очень быстро вращающихся на одной оси, заключены в металлический корпус. Информация на дисках хранится на концентрических дорожках, на которых чередуются намагниченные и ненамагниченные участки. Намагниченный участок хранит компьютерную единицу 1, а ненамагниченный – компьютерный ноль 0. Для записи или считывания информации магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска и производится запись или считывание информации.

Оптические диски. Информация на оптическом диске хранится на одной спералевидной дорожке, идущей от центра диска к периферии и содержащей чередующиеся участки с плохой и хорошей отражающей способностью.

В процессе считывания с информации с оптического диска луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность оптического диска имеет участки с различной отражающей способностью, отраженный луч так же меняет свою интенсивность и преобразуется в цифровой компьютерный код (отражает – 1, не отражает – 0).

Существует несколько типов оптических дисков:

- CD и CD-RW-диски. На них может быть записано до 700 Мб информации;

- DVD и DVD-RW-диски. Ёмкость таких дисков 4,7 Гбайт.

CD и DVD-диски не предназначены для перезаписи. На них информация записывается один раз. На CD-RW и DVD-RW-диски информацию можно записывать многократно (но ограниченное количество раз).

Энергонезависимая память - карты flash-памяти и flash-диски. Они не требуют подключения источника электрического напряжения и не имеют движущихся частей, поэтому обеспечивают высокую сохранность данных.

Карта flash-памяти представляет собой большую интегральную схему (БИС), помещенную в миниатюрный плоский корпус. Для записи и считывания информации с карт памяти используются специальные адаптеры (встроенные в портативные устройства или подключаемые к компьютерам с помощью – USB-разъёма).

Flash-диск представляет собой БИС памяти, помещённую в миниатюрный корпус и подключается к USB-разъёму компьютера.

4. Закрепление материала.

Запись домашнего задания, выставление оценок.

Оценки выставляются по итогам тестирования, с учётом работы на уроке отдельных учащихся.

(слайд 10) Домашнее задание: Учебник Н.Д.Угринович. Информатика и ИКТ. 8 класс. §§ 2.2.4, 2.2.5, контрольные вопросы устно, задания 2.1, 2.2 письменно в тетради.

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), оно же RAM ("Random Access Memory" - память с произвольным доступом), представляет собой область временного хранения данных, при помощи которой обеспечивается функционирование программного обеспечения. Физически, оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей (содержащих микросхемы), которые обычно подключаются к системной плате.

В процессе работы память выступает в качестве временного буфера (в ней хранятся данные и запущенные программы) между дисковыми накопителями и процессором благодаря значительно большей скорости чтения и записи данных.

Примечание. Совсем новички часто путают оперативную память с памятью жесткого диска (ПЗУ - постоянное запоминающее устройство), чего делать не нужно, т.к. это совершенно разные виды памяти. Оперативная память (по типу является динамической - Dynamic RAM), в отличие от постоянной - энергозависима, т.е. для хранения данных ей необходима электроэнергия, и при ее отключении (выключение компьютера) данные удаляются. Пример энергонезависимой памяти ПЗУ - флэш-память, в которой электричество используется лишь для записи и чтения, в то время как для самого хранения данных источник питания не нужен.

Ячейки представляют собой конденсаторы, способные накапливать электрический заряд. С помощью специальных усилителей аналоговые сигналы переводятся в цифровые, которые в свою очередь образуют данные.

Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит некий сигнал, который зовется RAS (Row Address Strobe), а для адреса столбца — сигнал CAS (Column Address Strobe).

Как работает оперативная память?

Обмен данными между процессором и памятью может происходить напрямую, но чаще все же бывает с участием кэш-памяти.

Кэш-память является местом временного хранения наиболее часто запрашиваемой информации и представляет собой относительно небольшие участки быстрой локальной памяти. Её использование позволяет значительно уменьшить время доставки информации в регистры процессора, так как быстродействие внешних носителей (оперативки и дисковой подсистемы) намного хуже процессорного. Как следствие, уменьшаются, а часто и полностью устраняются, вынужденные простои процессора, что повышает общую производительность системы.

Оперативной памятью управляет контроллер, который находится в чипсете материнской платы, а точнее в той его части, которая называется North Bridge (северный мост) - он обеспечивает подключение CPU (процессора) к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер (смотрите изображение).

Примечание. Важно понимать, что если в процессе работы оперативной памяти производится запись данных в какую-либо ячейку, то её содержимое, которое было до поступления новой информации, будет безвозвратно утеряно. Т.е. по команде процессора данные записываются в указанную ячейку, одновременно стирая при этом то, что там было записано ранее.

Зачем нужна оперативная память?

Как мы уже знаем, обмен данными между процессором и памятью происходит чаще всего с участием кэш-памяти. В свою очередь, ею управляет специальный контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их, т.е. кэш-контроллер загружает в кэш-память нужные данные из оперативной памят­и, и возвращает, когда нужно, модифицирован­ные процессором данные в оперативку.

После процессора, оперативную память можно считать самым быстродействующим устройством. Поэтому основной обмен данными и происходит между этими двумя девайсами. Вся информация в персональном компьютере хранится на жестком диске. При включении компа в ОЗУ с винта записываются драйверы, специальные программы и элементы операционной системы. Затем туда записываются те программы – приложения, которые мы будем запускать, при закрытии последних они будут стерты из оной.

Данные, записанные в оперативной памяти, передаются в CPU (он же не раз упомянутый процессор, он же Central Processing Unit), там обрабатываются и записываются обратно. И так постоянно: дали команду процессору взять биты по таким-то адресам (как то: обработатьих и вернуть на место или записать на новое) – он так и сделал (смотрите изображение).

Компоновка модулей

Практически все модули памяти состоят из одних и тех же конструктивных элементов.

Для примера используем модули стандарта SD-RAM (1): DDR (1.1); DDR2 (1.2).

Виды и объем памяти

Плата на сегодняшний день может иметь объем в несколько десятков гигабайт. Современные технические средства позволяют использовать её максимально быстро. Большинство операционных систем оснащаются возможностью взаимодействовать с такими устройствами. Имеется пропорциональная зависимость между объемом ОЗУ и стоимостью. Чем больше её размер, тем более она дорогая. И наоборот.

Все современные ОЗУ можно разделить на две разновидности:

Статический тип

Более дорогой на сегодняшний день является микросхема статическая. Маркируется она как SDRAM. Динамическая же является более дешевой.

Отличительными чертами SDRAM-разновидности являются:

  • двоичные и троичные разряды сохраняются при положительной обратной связи;
  • поддерживается постоянное состояние без осуществления регенерации.

Также отличительной особенностью RAM является наличие возможности осуществлять выбор того бита, в который будет осуществлена запись какой-либо информации.

К недостаткам можно отнести:

  • малую плотность записи;
  • относительно высокую стоимость.

Устройства оперативной памяти компьютера всевозможного вида (SDRAM и DRAM) имеют внешние отличия. Они заключаются в длине контактной части. Также имеет отличия её форма. Обозначение оперативной памяти находится как на этикетке-наклейке, так и пропечатано непосредственно на самой планке.

Сегодня существует множество различных модификаций SDRAM.

Обозначается она как:

Динамический тип

Ещё один вид микросхем обозначается как DRAM. Он является также полностью энергозависимым, доступ к битам записи осуществляется произвольным образом. Данная разновидность широко используется в большинстве современных ПК. Также она применяется в тех компьютерных системах, где высоки требования к задержкам – быстродействие DRAM на порядок выше SDRAM.

Чаще всего данная разновидность имеет форм-фактор типа DIMM. Такое же конструктивное решение используется и для изготовления статической схемы (SDRAM). Особенностью DIMM-исполнения является то, что контакты имеются с обеих сторон поверхности.

Параметры ОП

  • частота работы;
  • тайминг;
  • напряжение.

Все они зависят от типа конкретной модели. Например, ДДР 2 будет выполнять различные действия однозначно быстрее, чем планка ДДР 1, так как обладает более выдающимися рабочими характеристиками.

Таймингами называется время задержки информации между различными компонентами устройства. Маленькие тайминги позволяют увеличить скорость выполнения различных операций. Но чем выше быстродействие оперативно-запоминающего устройства, тем больше значения таймингов.

Выходом из данного положения служит повышение рабочего напряжения – чем оно выше, тем меньше становятся тайминги. Количество выполненных операций за единицу времени в то же время возрастает.

Частота и скорость

Чем выше пропускная способность ОЗУ, тем больше её скорость. Частота является параметром, определяющим пропускную способность каналов, через которые осуществляется передача данных различного рода в ЦП через материнскую плату.

Желательно, чтобы данная характеристика совпадала с допустимой скоростью работы материнской платы.

Например, если планка поддерживает частоту 1600 МГц, а материнская плата – не более 1066 Мгц, то скорость обмена данными между ОЗУ и ЦП будет ограничена именно возможностями материнской платы. То есть скорость будет не более 1066 МГц.

Производительность

Быстродействие зависит от многих факторов. Очень большое влияние на данный параметр оказывает количество используемых планок. Двухканальная ОЗУ работает на порядок быстрее, чем одноканальная. Наличие возможности поддерживать режимы многоканальности обозначается на наклейке, расположенной поверх платы.

Данные обозначения имеют следующий вид:

  • Single (одиночный);
  • Dual (двойной);
  • Triple (тройной).

Для определения того, какой режим является оптимальным для конкретной материнской платы, необходимо посчитать общее количество слотов для подключения, и разделить их на два. Например, если их 4, то необходимо 2 идентичных планки от одного производителя. При их параллельной установке активируется режим Dual.

Принцип работы и функции

  • на требуемую строку подается электрический сигнал;
  • происходит открытие транзистора;
  • электрический заряд, присутствующий в конденсаторе, подается на нужный столбец.

Каждый столбец подключен к чрезвычайно чувствительному усилителю. Он регистрирует потоки электронов, возникающие в случае, если конденсатор разряжается. При этом подается соответствующая команда. Таким образом, происходит осуществление доступа к различным ячейкам, расположенным на плате. Есть один важный нюанс, который следует обязательно знать. Когда подается электрический импульс на какую-либо строку, он открывает все её транзисторы. Они подключены к ней напрямую.

Из этого можно сделать вывод, что одна строка является минимальным объемом информации, который можно прочитать при осуществлении доступа. Основное назначение ОЗУ – хранить различного рода временные данные, которые необходимы, пока персональный компьютер включен и функционирует операционная система. В ОЗУ загружаются наиболее важные исполняемые файлы, ЦП осуществляет их выполнение напрямую, просто сохраняя результаты выполненных операций.

Также в ячейках хранятся:

  • исполняемые библиотеки;
  • коды клавиш, нажатие на которые было осуществлено;
  • результаты различных математических операций.

При необходимости все, что находится в RAM, центральный процессор может сохранить на жесткий диск. Причем сделать это в том виде, в котором это необходимо.

Статическая оперативная память

Статическая память используется в кэше центрального процессора, а динамическая в качестве системной оперативной памяти компьютера.

Принцип работы оперативной памяти компьютера, ноутбука

Оперативная память хранит в себе данные, необходимые для работы всей системы в определённый момент времени. При создании чипов оперативной памяти используют динамическую память, которая медленнее, но дешевле чем статическая, которая используется при создании кеш памяти процессоров. Если нам нужно прочитать память, то на определённую строку страницы памяти, подаётся сигнал, который открывает транзистор и пропускает электрический заряд, который содержится (или не содержится) в конденсаторе на соответствующий столбец. К каждому столбцу подключен чувствительный усилитель, который реагирует на незначительный поток электронов выпущенных с конденсатора. Но тут есть нюанс – сигнал, поданный на строку матрицы, открывает все транзисторы данной строки, так как они все подключены на данную строку, и таким образом происходит чтение всей строки. Исходя из вышесказанного, становится ясно, что строка в памяти, является минимальной величиной для чтения – прочитать одну ячейку, не затронув другие невозможно. Процесс чтения памяти является деструктивным, так как прочитанный конденсатор отдал все свои электроны, что бы его услышал чувствительный усилитель. И по этому, после каждого чтения строки, её нужно записать заново. онденсатор, который служит хранителем данных, имеет микроскопические размеры и как следствие маленькую ёмкость, и ввиду этого не может долго хранить заряд заданный ему, по причине саморазряда. Для борьбы с этой проблемой, используется регенерация памяти, которая, с определённой периодичностью считывает ячейки и записывает заново. Благодаря подобному явлению, эта память и получила название динамической.

EDO-DRAM (Extended Data Out DRAM) – динамическая память с усовершенствованным выходом. В этом типе памяти адрес следующего считываемого слова передавался до завершения считывания линии данных памяти, то есть до того, как считанные данные из памяти были переданы процессору.

Приступить к считыванию нового слова данных, до завершения чтения предыдущего, стало возможным, благодаря вводу, так называемых, регистров – защелок, которые сохраняли последнее считанное слово даже после того, как начиналось чтение или запись следующего слова.

Сочетая в себе также новшества памяти FPM RAM, новый тип памяти давал прирост производительности в пике, достигавший 15-20%.

Однако прогресс не стоял на месте, тактовые частоты работы процессоров, системной шины и естественно памяти росли. С повышением тактовой частоты все сложнее было добиваться стабильной работы памяти EDO-DRAM, так как из-за непредвиденных задержек чтение нового слова данных могло начаться прежде, чем предыдущее слово данных было сохранено с помощью регистров-защелок.

Читайте также: