домашнє завдання
Пам'ять - це пристрій комп'ютера, яке використовується для запису, зберігання та ви- дачі за запитом команд програми і даних.
З уществует велика кількість видів пам'яті, які розрізняються по влаштуванню, організації, функцій і т.д. Зазвичай виділяють внутрішню і зовнішню пам'ять. Терміни ці мають історичне походження, пов'язане з конструкцією перших ЕОМ: одна частина пам'яті перебувала всередині головного шафи (в якому розміщувався процесор), а інша - поза ним.
Внутрішня пам'ять призначена для зберігання програм і даних, які використовуються для завдань, що вирішуються в даний момент. А зовнішня пам'ять служить для того, щоб зберегти дані на тривалий термін, поки вони не будуть потрібні, саме тому її ще часто називають довготривалою.
Внутрішня пам'ять
Внутрішня пам'ять - частина пам'яті комп'ютера, яка використовується для зберігання програм і даних під час виконання завдання.
Часто її називають основною пам'яттю. До складу внутрішньої пам'яті входять ОЗУ і ПЗУ. Внутрішня пам'ять будується відповідно до базовими принципами. Основна відмінність внутрішньої пам'яті від зовнішньої - довільний доступ до окремих осередків пам'яті за їхніми адресами (звернення до зовнішньої пам'яті відбувається інакше, див. Далі). Інформація, що зберігається в ОЗУ, вважається тимчасовою (оперативної), тому користувач повинен сам зберігати необхідні дані у зовнішній пам'яті.
Існують два типи оперативної пам'яті, що відрізняються за технологією виготовлення - статична і динамічна. Перша будується на тригерах, а друга - на напівпровідникових конденсаторах. Конденсатор набагато простіше і менше тригера, так що на одному і тому ж кристалі можна зробити набагато більше запам'ятовуючих елементів динамічного типу, ніж статичного. Тому динамічна пам'ять має велику ємність і меншу вартість, ніж статична. На жаль, у неї є дуже суттєвий недолік: вона працює набагато повільніше статичної. Зараз в персональних комп'ютерах використовується динамічна оперативна пам'ять ..
Усередині комп'ютерів сімейства IBM PC є ще один особливий вид пам'яті - пам'ять конфігурації (CMOS-пам'ять). У ній зберігаються різноманітні настройки апаратного забезпечення, а також годинник і календар, завдяки яким комп'ютер завжди знає поточну дату і час. Дані зберігаються завдяки харчуванню від невеликої батарейки. CMOS-пам'ять - це особлива пам'ять, яка не входить в адресний простір внутрішньої пам'яті. Тому до неї неможливо звернутися просто за адресою, і в цьому сенсі вона швидше схожа на зовнішню пам'ять. Для роботи з пам'яттю конфігурації в ПЗУ сучасного ПК передбачена спеціальна програма (вона називається BIOS Setup), причому працювати з нею можна тільки до завантаження операційної системи (при включенні комп'ютера).
зовнішня пам'ятьЗовнішня пам'ять - частина пам'яті комп'ютера, яка використовується для довготривалого зберігання програм і даних.
До зовнішньої пам'яті відносяться різноманітні пристрої зберігання даних, починаючи від накопичувачів на магнітних дисках і закінчуючи сучасними зовнішніми пристроями, що запам'ятовують на основі напівпровідникової флеш-пам'яті.
Будь-який тип зовнішньої пам'яті складається з деякого носія інформації (наприклад, диска або напівпровідникового кристала) і електронної схеми управління (контролера).
Комп'ютерний носій інформації - це засіб тривалого зберігання даних в комп'ютерному форматі. Носій може бути знімним (як в накопичувачах на оптичних дисках), а може бути помещѐн всередину неразборного пристрої (жорсткий магнітний диск - вінчестер).
У переносних пристрої зовнішньої пам'яті, наприклад, у зовнішніх вінчестерах і флеш-накопичувачах, носій і схема управління об'єднані в єдиний блок. Такі пристрої підключаються до комп'ютера ззовні через роз'єм.
Центральний процесор не може безпосередньо звертатися до даних на носіте- ле, він працює з ними через контролер зовнішньої пам'яті. На малюнку схематично показано, як читаються дані з зовнішнього носія інформації в ОЗУ.
Для зв'язку з контролером процесор використовує порти - регістри контролера, до яких процесор може звернутися за номером. Процесор передає контролеру «завдання» на передачу даних, і контролер бере керівництво процесом на себе. В цей час цін-тральні процесор може паралельно виконувати програму далі або вирішувати інше завдання. Таким чином, виконати читання (і запис) даних з зовнішньої пам'яті набагато складніше, ніж з внутрішньої пам'яті
Для зовнішньої пам'яті характерні такі риси:
- обміном даними управляють контролери;
- перш ніж процесор зможе безпосередньо використовувати програму або дані, що зберігаються в зовнішній пам'яті, їх потрібно попередньо завантажити в ОЗУ;
- дані розташовується блоками (на дисках їх прийнято називати секторами);
- блок даних читається і пишеться як єдине ціле, що істотно прискорює процедуру обміну; працювати з частиною блоку неможлива.
Як зовнішня пам'ять використовуються найрізноманітніші носії. Спочатку програми і дані зберігалися на паперових перфокартах і перфострічках. Підписані звичайною ручкою або олівцем, вони сортувалися програмістами вручну. Потім відбувся перехід до магнітних носіїв: магнітних стрічок, барабанів і дисків.
перфокарта
Наступною технологією зберігання інформації стали оптичні компакт-диски (англ. CD = Compact Disk). При запису даних (одним із способів) промінь лазера «випалює» на поверхні диска доріжку, в якій чергуються западини і піднесення. При зчитуванні також застосовується промінь лазера, тільки меншої інтенсивності, щоб не раз- руйнувати дані. Для розпізнавання нулів і одиниць використовується різне відображення від перепадів глибини і рівній поверхні диска. На відміну від магнітних дисків, де інформація зберігається у вигляді на окремих замкнутих доріжках, дані на оптичному дис- ке записуються уздовж безперервної спіралі, як на старих грампластінках27.
Зараз широко використовуються оптичні диски наступних поколінь: DVD (англ. Digital Versatile Disk - цифровий багатоцільовий диск, ємність до 17 Гбайт) і Blu-ray-диски (ємністю до 66 Гбайт). Вони мають той же діаметр, що і CD-диски, але для підвищення щільності запису використовують лазер з меншою довжиною хвилі.
Нарешті, останнє досягнення в області пристроїв зовнішньої пам'яті - пристрої, що запам'ятовують на базі флеш-пам'яті. У ній немає рухомих частин, а носієм інформації служить напівпровідниковий кристал. Дані у флеш-пам'яті оновлюються тільки блоками, але для пристроїв зовнішньої пам'яті це цілком природно. Максимальна кількість перезаписів даних для кожного блоку хоча і велике, але все ж обмежена. Тому вбудований контроллер при записі використовує спеціальний алгоритм для вибору вільних блоків, намагаючись завантажувати сектора диска якомога більш рівномірно. Крім широко поширених флеш-дисків ( «флешок»), цей вид пам'яті використовується в картах пам'яті для фотоапаратів, плеєрів і телефонів, а також в твердотільних вінчестерах. Нагадаємо, що ПЗУ також може виготовлятися на базі флеш-пам'яті.
Флеш карта
Взаємодія різних видів пам'яті
Ієрархія пам'яті.
Кешування.
Найшвидша (і дуже невелика) пам'ять - це регістри процесора. Набагато більше за обсягом, але помітно повільніше, внутрішня пам'ять (ОЗУ і ПЗУ). Далі слід величезна, але ще більш повільна зовнішня пам'ять. Нарешті, останній рівень - це дані, які можна отримати з комп'ютерних мереж.
Д ля редагування файлу з диска (зовнішня пам'ять) програма обробки завантажує його в ОЗУ (внутрішня пам'ять), а конкретні символи, з якими в ці частини секунди працює процесор, «піднімаються» по ієрархії вище - в регістри процесора.
Продуктивність комп'ютера в першу чергу залежить від «верхніх» рівнів пам'яті - процесорної пам'яті і ОЗУ. Швидкодія процесорів значно вище, ніж швидкість роботи ОЗУ, тому процесору доводиться чекати, поки до нього дійдуть дані з оперативної пам'яті. Щоб поліпшити ситуацію, між процесором і ОЗУ додають ще один шар пам'яті, який називають кеш-пам'яттю (від англ. Cache - тай- нік, ховати).
Кеш-пам'ять - це пам'ять, яка прискорює роботу іншого (більш повільного) типу пам'яті, за счѐт збереження прочитаних даних на випадок повторного звернення до них
Кеш-пам'ять - це статична пам'ять, яка працює значно швидше дина- мічного ОЗУ. У ній немає власних адрес, вона працює не за фон-Неймановская принципу адресності. При читанні з ОЗУ процесор звертається до контролера кеш-пам'яті, який хра- нит список всіх осередків ОЗУ, копії яких знаходяться в кеші. Якщо потрібну адресу вже є в цьому списку, то запитувати ОЗУ не потрібно, і контролер передає процесору значення, пов'язане (асоційоване) до цієї адреси. Такий принцип організації пам'яті називається асоціативним.
Якщо потрібних даних немає в кеш-пам'яті, вони читаються з ОЗУ, але одночасно по- падають і в кеш - при наступному зверненні їх вже не потрібно читати з ОЗУ.
Підкреслимо, що термін «кешування» в обчислювальній техніці має досить широкий зміст: йдеться про збереження інформації в більш швидкодіючої пам'яті з метою повторного використання. Наприклад, браузер кешує файли, отримані з Інтернету, зберігаючи їх на вінчестері в спеціальній папці. У накопичувачі на жорсткому диску також використовується кешування. Таким чином, кеш може бути організований як за допомогою апаратних засобів (кеш процесора), так і програмно (кеш браузера).
Основні характеристики пам'яті
Інформаційна ємність - це максимально можливий обсяг даних, який мо- жет зберегти даний пристрій пам'яті.
Ємність пам'яті вимірюється в тих же самих одиницях, що і обсяг інформації, тобто в бітах, байтах і похідних одиницях (найчастіше - в мегабайтах або гігабайтах).
Для дисків часто говорять про форматованої і неформатований ємності. Перша величина - це обсяг «корисною» пам'яті, а друга включає ще й ту область диска, яку займає службова розмітка.
Для оцінки швидкодії пам'яті використовують кілька величин. Будь-яка операція обміну даними включає не тільки саму передачу даних, а й підготовчу частину. Це може бути, наприклад, пошук потрібного сектора диска або установка адреси всередині мікросхеми ОЗУ. Час підготовки порівнянно з часом передачі, так що нехтувати ним не можна. Загальний час обміну даними від початку підготовки до закінчення передачі називають часом доступу.
Час доступу - інтервал часу від моменту посилки запиту інформації до моменту отримання результату на шині даних.
При вимірі цієї величини зазвичай розглядають найскладніший випадок, коли дані з читав або записуються в випадкових місцях пам'яті. На практиці байти або сектора часто читаються по порядку, тому час введення або виведення зменшується.
Для ОЗУ час доступу вимірюється в наносекундах (1 нс = 10-9 с), а для вінчестерів - в мілісекундах (1 мс = 10-3 с). Така різниця пов'язана з тим, що дисковод повинен спочатку перемістити прочитує головку в потрібне положення. Оскільки пристрої зовнішньої пам'яті працюють з цілими блоками даних, для їх характеристики потрібно якийсь додатковий показник.
Середня швидкість передачі даних - це кількість переданих за одиницю часу даних після безпосереднього початку операції читання (тобто без урахування підготовчої стадії).
Ця характеристика зазвичай вимірюється в мегабайтах в секунду (Мбайт / с).
Для оцінки вартості пам'яті використовують відношення вартості модуля пам'яті до його інформаційної ємності. Часто говорять про вартість одного біта або вартості одного гігабайта. Для дискових накопичувачів часто вказують частоту обертання (в оборотах на хвилину). Чим швидше обертається диск, тим вище може бути швидкість зчитування і запису.