Память компьютера

Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации. Различают два основных вида памяти -- внутреннюю и внешнюю.

В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память постоянная память (ROM).

Оперативная память компьютера или ОЗУ (англ. RAM, Random Access Memory - память с произвольным доступом) - это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Оперативная память компьютера 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.

Оперативная память компьютера хранит инструкции для работы и промежуточные результаты вычислений и используется только для временного хранения данных и программ.Слово «оперативная» говорит о том, что обращение к этой памяти происходит достаточно быстро и информацию в ней можно легко менять.

При выключении компьютера Оперативная память очищается, и записанная в нее информация уничтожается. Это свойство называется энергозависимостью.Доступ к элементам оперативной памяти прямой - это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.

Оперативная память компьютера передаёт процессору команды и данные непосредственно, либо через кэш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.В современных вычислительных устройствах, оперативная память представляет собой динамическую память с произвольным доступом (англ. dynamic random access memory, DRAM). Понятие памяти с произвольным доступом предполагает, что в процессе обращения к данным не учитывается порядок их расположения в ней. Оперативно запоминающие устройство может изготавливаться как отдельный блок, или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера. Ячейка памяти - часть запоминающего устройства ЭВМ для хранения 1 машинного слова (числа) или его части (например, 1 байта). Общее число ячеек памяти всех запоминающих устройств определяет ёмкость памяти ЭВМ.

DDR SDRAM (от англ. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory - удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом) - тип оперативной памяти, используемой в компьютерах. При использовании DDR SDRAM достигается большая полоса пропускания, фактически почти удваивается скорость передачи данных, не увеличивая при этом частоты шины памяти.

DDR2 SDRAM (от англ. double data rate two synchronous dynamic random access memory - удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом).

DDR3 SDRAM (от англ. double-data-rate three synchronous dynamic random access memory - удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом) - это тип оперативной памяти используемой в компьютерах, разработанный как последователь DDR2 SDRAM. DDR3 имеет уменьшенное на 40 % потребление энергии по сравнению с модулями DDR2, что обусловлено пониженным (1,5 В, по сравнению с 1,8 В для DDR2 и 2,5 В для DDR) напряжением питания ячеек памяти.

Это достигнуто за счет хорошей отладки технологических процессов, что позволило значительно увеличить объемы производства и, как следствие, - снизить цены. Оптимальные размеры оперативной памяти зависят от многих параметров, но в целом для производительного компьютера на сегодняшний день рекомендуется не менее одного Гб.

Кэш память (англ. cache), или сверхоперативная память - очень быстрое запоминающее устройство небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Для заполнения пробела между памятью процессора и оперативной памятью 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.

Постоянная память - Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ROM - Read Only Memory, память только для чтения) также строится на основе установленных на материнской плате модулей (кассет) и используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ операционной системы, программ тестирования устройств компьютера и некоторых драйверов базовой системы ввода - вывода (BIOS) и т.д. К постоянно запоминающим устройствам принято относить энергонезависимые постоянные и «полупостоянные» запоминающие устройства, из которых оперативно можно только считывать информацию, запись информации в постоянно запоминающие устройства выполняется вне ПК в лабораторных условиях или при наличии специального программатора - в компьютере. По технологии записи информации можно выделить ПЗУ следующих типов :

Микросхемы, программируемые только при изготовлении - классические или масочные ПЗУ или ROM.

Микросхемы, программируемые однократно в лабораторных условиях - программируемые ПЗУ (ППЗУ) или programmable ROM (PROM).

Микросхемы, программируемые многократно - перепрограммируемые ПЗУ или erasable PROM (EPROM). Среди них следует отметить электрически перепрограммируемые микросхемы EEPROM (Electrical Erasable PROM), в том числе флэш-память.

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 памяти - модуль BIOS. BIOS (Basic Input/Output System - базовая система ввода-вывода) - совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера.

4. Внешняя память

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).

Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения -- носителя.

Основные виды накопителей:

накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

накопители на магнитной ленте (НМЛ);

накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.

Им соответствуют основные виды носителей:

гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5'' и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25'' и ёмкостью 1,2Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25'', тоже прекращён)), диски для сменных носителей; жёсткие магнитные диски (Hard Disk); кассеты для стримеров и других НМЛ; диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные - магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации, различают: электронные, дисковые и ленточные устройства.

Основные характеристики накопителей и носителей:

информационная ёмкость;

скорость обмена информацией;

надёжность хранения информации;

Остановимся подробнее на рассмотрении вышеперечисленных накопителей и носителей.

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей - дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую.

Для операционной системы данные на дисках организованы в дорожки и секторы. Дорожки (40 или 80) представляют собой узкие концентрические кольца на диске. Каждая дорожка разделена на части, называемые секторами. При чтении или записи устройство всегда считывает или записывает целое число секторов независимо от объёма запрашиваемой информации. Размер сектора на дискете равен 512 байт. Цилиндр -- это общее количество дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок. Поскольку гибкий диск имеет только две стороны, а дисковод для гибких дисков -- только две головки, в гибком диске на один цилиндр приходится две дорожки. В жестком диске может быть много дисковых пластин, каждая из которых имеет две (или больше) головки, поэтому одному цилиндру соответствует множество дорожек. Кластер (или ячейка размещения данных) -- наименьшая область диска, которую операционная система использует при записи файла. Обычно кластер -- один или несколько секторов.

Перед использованием дискета должна быть форматирована, т.е. должна быть создана её логическая и физическая структура.

Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель (носители) и устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейсную часть, называемую контроллером жесткого диска. Типичной конструкцией жесткого диска является исполнение в виде одного устройства -- камеры, внутри которой находится один или более дисковых носителей, помещённых на один ось, и блок головок чтения/записи с их общим приводящим механизмом. Обычно, рядом с камерой носителей и головок располагаются схемы управления головками, дисками и, часто, интерфейсная часть и (или) контроллер. На интерфейсной карте устройства располагается собственно интерфейс дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом располагается на самом устройстве. С интерфейсным адаптером схемы накопителя соединяются при помощи комплекта шлейфов.

Принцип функционирования жёстких дисков аналогичен этому принципу для ГМД.

Основные физические и логические параметры ЖД.

Диаметр дисков. Наиболее распространены накопители с диаметром дисков 2.2, 2.3, 3.14 и 5.25 дюймов.

Число поверхностей -- определяет количество физических дисков, нанизанных на ось.

Число цилиндров -- определяет, сколько дорожек будет располагаться на одной поверхности.

Число секторов -- общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя.

Число секторов на дорожке -- общее число секторов на одной дорожке. Для современных накопителей показатель условный, т.к. они имеют неравное число секторов на внешних и внутренних дорожках, скрытое от системы и пользователя интерфейсом устройства.

Время перехода от одной дорожки к другой обычно составляет от 3.5 до 5 миллисекунд, а у самых быстрых моделей может быть от 0.6 до 1 миллисекунды. Этот показатель является одним из определяющих быстродействие накопителя, т.к. именно переход с дорожки на дорожку является самым длительным процессом в серии процессов произвольного чтения/записи на дисковом устройстве.

Время установки или время поиска -- время, затрачиваемое устройством на перемещение головок чтения/записи к нужному цилиндру из произвольного положения.

Скорость передачи данных, называемая также пропускной способностью, определяет скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходимое положение. Измеряется в мегабайтах в секунду (MBps) или мегабитах в секунду (Mbps) и является характеристикой контроллера и интерфейса.

В настоящее время используются в основном жёсткие диски ёмкостью от 10 Гб до 80 Гб. Наиболее популярными являются диски ёмкостью 20, 30, 40 Гб.

Кроме НГМД и НГМД довольно часто используют сменные носители. Довольно популярным накопителем является Zip. Он выпускается в виде встроенных или автономных блоков, подключаемых к параллельному порту. Эти накопители могут хранить 100 и 250 Мб данных на картриджах, напоминающих дискету формата 3,5'', обеспечивают время доступа, равное 29 мс, и скорость передачи данных до 1 Мб/с. Если устройство подключается к системе через параллельный порт, то скорость передачи данных ограничена скорость параллельного порта.

К типу накопителей на сменных жёстких дисках относится накопитель Jaz. Ёмкость используемого картриджа -- 1 или 2 Гб. Недостаток -- высокая стоимость картриджа. Основное применение -- резервное копирование данных.

В накопителях на магнитных лентах (чаще всего в качестве таких устройств выступают стримеры) запись производится на мини-кассеты. Ёмкость таких кассет -- от 40 Мб до 13 Гб, скорость передачи данных -- от 2 до 9 Мб в минуту, длина ленты -- от 63,5 до 230 м, количество дорожек -- от 20 до 144.

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.

Считывание информации с диска происходит за счёт регистрации изменений интенсивности отражённого от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приёмник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был рассеян или поглощён. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления. Фотодатчик воспринимает рассеянный луч, и эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.

Скорость считывания информации с CD-ROM сравнивают со скоростью считывания информации с музыкального диска (150 Кб/с), которую принимают за единицу. На сегодняшний день наиболее распространенными являются 52х-скоростные накопители CD-ROM (скорость считывания 7500 Кб/с).

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.

Таким образом, здесь приведён обзор основных устройств внешней памяти с указанием их характеристик.

Вывод

Любое устройство, которое хранит вашу информацию для компьютера в течение короткого промежутка времени, называется компьютерной памятью. Даже если вы совсем мало времени проводите за компьютером, вы все же слышали об ОЗУ, жестких дисках, компакт-дисках и цифровых видеодисках. Все они предназначены для хранения информации компьютера. Они различаются между собой вместимостью и разновидностью скорости для хранения информации на них. Центральный процессор компьютера связан с оперативной памятью. Основная оперативная память компонента полезна для хранения данных и программ, которые запускаются в центральном процессоре. В компьютерах оперативная память, как твердотельная память, присоединена к центральному процессору, и она использует шину памяти. Шину памяти также называют адресной шиной. Оперативная память - это самая важная часть компьютерной памяти, она сделана из интегрированных полупроводниковых микросхем Основополагающая характеристика, которая отличает оперативную память от других типов памяти - это факт того, что к любой ячейке памяти ОЗУ можно обратиться почти с той же самой скоростью произвольным способом.

Это значительное отличие в подходе к доступу, который используется в других подобных устройствах. Некоторые микросхемы оперативной памяти энергозависимы и это означает, что как только электропитание отключается от этих чипов, они теряют все данные. Некоторые компьютеры также используют «теневую» оперативную память, которая копирует представление данных в ROM для того, чтобы сделать доступ к данным более быстрым, таким образом, увеличивая скорость компьютера. В прежние времена, стоимость компьютерных аппаратных средств была огромной, поэтому всякий раз, когда требовалось обновление, было намного дешевле покупать компоненты и улучшать компьютер, а не покупать новый. С тех пор все изменилось. Нынче стоимость аппаратных средств понизилась, и проще заменить компьютер полностью, чем покупать отдельные части. Это понижение в ценах относится к настольным компьютерам, которые только используются простыми домовладельцами. Замена компьютера на более новые модели все еще очень дорога. Так, в случае, когда требуется любая новая функция или расширение способности, проще и дешевле заменить компоненты, к примеру, компьютерную память.

Конфигурация оперативной памяти (ОЗУ)Микросхемы оперативной памяти ноутбуков и ПК доступны в различных конфигурациях в пределах от 128 Мб до 1 Гб. Для нормального функционирования вашего компьютера необходима большая оперативная память. Если вы желаете запускать много игр, смотреть фильмы или работать с графикой, то вам понадобится больше оперативной памяти, поскольку все эти приложения зависимы от памяти. В таких случаях, покупка новой системы в целостном виде - не очень хорошее решение. Все компьютеры и ноутбуки выпускаются с внутренними слотами расширения, которые могут быть использованы для увеличения памяти.

Оптимальное количество компьютерной памяти является основой для вашего компьютера на сегодня. Обычно, когда мы работаем за компьютером, мы одновременно запускаем email клиента, messenger и музыку. Все эти приложения требуют своей доли памяти, оставляя при этом меньшую долю памяти для запуска желаемого приложения, необходимого для нашей работы.

Компьютер содержит множество типов памяти. Есть устройства, которые содержат временную информацию, некоторые могут быть запрограммированы, а третьи - хранят информацию. Чтобы постоянно хранить огромное количество данных используются: - жёсткие диски; - дисководы для гибких дискет; - CD-ROM и DVD-ROM устройства. В дополнение к этим внешним устройствам память также встраивается в системную плату. BIOS, который является одним из видов ROM или Read only Memory (Память только для чтения) - один из тех видов памяти.