инфопособие2013

				Таблица 6.1
	Сравнительная характеристика ОЗУ и ПЗУ
Постоянная память, или			Оперативная память, или
постоянное запоминающее устройство			оперативное запоминающее устройство
(ПЗУ или ROM)			(ОЗУили RAM)
Служит для	хранения	программ	Предназначена	для	хранения
начальной загрузки компьютера и			информации, изменяющейся в ходе
тестирования	его	узлов.	выполнения процессором операций
Используется только для чтения.			по ее обработке. Используется как
			для чтения, так и для записи
			информации.
Энергонезависима, т. е. записанная			Энергозависима,	т.е.	вся
в ней информация не изменяется			информация хранится в этой памяти
после выключения компьютера.			только тогда, когда компьютер
			включен.

6.4 .Структура памяти персонального компьютера

Современный персональный компьютер относится к машинам

фоннеймановского	типа,	поэтому	его	память	организована
по иерархическому	принципу.	Но в	современных ПК,		как показано

на рис. 6.3, разновидностей памяти около полутора десятков. 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 РОН обычно лежит в пределах 16 – 64. Но при небольшой емкости этот уровень памяти имеет самое высокое быстродействие – время доступа не превышает 5 – 7 нс (10-9).

83

Рис. 6.3. Структурная схема памяти персонального компьютера

2)буферная память (кэш-память или просто кэш)занимает промежуточное положение между регистровой и основной оперативной памятью. 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 КБ, а внешнего – от 64 КБ до 1 МБ, обычно 256 или 512 КБ.

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

Следующий уровень иерархии занимает оперативная память. Еѐ размер в современных ПК составляет от 1 до 512 – МБ 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 КБ.

84

Используется она в основном для хранения редко изменяющейся информации, например, программ базовой системы ввода-вывода (Basic

Input/Output System – BIOS).

4)внешняя память занимает верхний уровень структуры. 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 сотен гигабайт. По этой причине ее иногда называют массовой;

5)кэш – о ней уже упоминалось выше.

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 нс.

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

ипамяти необходимо вводить дополнительные циклы ожидания, а это резко снижает производительность системы. Решить эту проблему можно реализовав основную память на быстрых микросхемах статического типа, но это приведет к существенному удорожанию системы и снижению ряда ее эксплуатационных характеристик (увеличению габаритных размеров, веса, потребляемой мощности и т.д.).

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 це трального процессора. Такая память получила название кэшпамяти. Предназначена она для согласования скорости работы процессора

иосновной 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
						85

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).

Всоответствии с принципом временной локальности информацию

вбуфере целесообразно хранить в течение некоторого времени, а принцип пространственной локальности предполагает считывание в кэш нескольких соседних ячеек памяти, т. е. блока информации. Каждый блок хранится

встроке 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.

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 виден, 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 он информирует пользователя о еѐ нехватке.

2.Верхняя (Upper) — очень важный вид памяти. Она простирается от 640 КБ до 1 МБ и равна 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.

3.Дополнительная (extended) — эта память очень нужна для нормальной работы не только Windows, но и всего компьютера.

Ее размеры в принципе не ограничены: от нескольких мегабайт до сотен гигабайт. Собственно дополнительная память – это та самая

86

память, про которую называют оперативной, правда, за минусом стандартной памяти. Т. е.

ДП = ОП – СтП.

Иногда этот вид памяти называют расширенной памятью.

4.Высокая – от 1 МБ, используется для внутренних нужд компьютера.

5.Отображаемая (Expanded) – часть дополнительной памяти, доступ к ней 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 разработана 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 –	не	путать
с виртуальным логическим диском,	который	создается	за	счет

дополнительной памяти и существует, пока включен компьютер. Размер виртуальной памяти, используемой Windows, составляет несколько десятков МБт.

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 DОS.

Программа показывает полную раскладку всех видов оперативной памяти, все драйверы и объемы памяти, ими занимаемые. Такая информация очень полезна при оптимизации памяти компьютера, а часто и для ответа на вопрос «Куда делась память?».

6.5.Внешние запоминающие устройства

Всвязи с тем, что этот тип памяти – внешняя память играет существенную роль в использовании не только компьютеров, но и для использования различных современных устройств обработки информации,

атакже, что разновидностей этого рода памяти становится всѐ больше,

то рассмотрим внешние запоминающие устройства (ВЗУ) отдельно.

Такого рода устройства служат для хранения больших массивов информации, обращение компьютера к этим устройствам занимает

87

значительно больше времени, чем к прочим видам памяти (от 10 -3с до нескольких минут.

Внешние запоминающие устройства можно разделить на устройства

спроизвольным и последовательным доступом. Примером устройства

споследовательным доступом может служить магнитная лента (рис. 6.4). Данные с нее можно считывать или записывать на нее только последовательно, а если порядок нарушается, нужно ждать пока лента будет перемотана на нужное место. Достоинство магнитных лент в том, что они могут содержать очень большое количество информации. Устройства для работы с магнитными лентами называются стримерами. Скорость записи на магнитную ленту составляет 4 – 5 МБ/ мин. Дешевизна магнитных лент позволяет использовать их для длительного хранения больших объемов информации. Обычные видеокассеты теперь тоже могут

спомощью специальных устройств использоваться для записи цифровой информации. На одной кассете может храниться около 2 ГБ информации.

Рис. 6.4 Устройства с последовательным доступом к информации

Устройства с произвольным доступом (рис. 6.5), дают возможность доступа к произвольной порции данных за одно и то же время. Этот вид памяти наиболее распространен сейчас. К таким устройствам относятся дискеты. Данные на них хранятся на концентрированных магнитных дорожках с двух сторон дискеты, поэтому чтение и запись на дискету можно производить в любом месте, подождав время, необходимое не более чем требуется для одного оборота.

88

Рисунок 6.5. Дискеты размером 8, 5.25 и 3.5 дюйма

Скорость работы с дискетой – несколько КБ/с. Среднее время доступа – 250 мс. В настоящее время они почти не используются.

Рис. 6.6. Первый ноутбук «Осборн 1» с двумя устройствами для работы с дискетами размером 5.25 дюйма

Винчестеры (рис.6.7) – жесткие несъемные магнитные диски. Емкость современных винчестеров варьируется от сотен МБ до гига- и терабайт. Скорость передачи данных достигает 1,5 Мб/с. Среднее время доступа – 10 мс.

89

Оптические диски (рис. 6.8) – при чтении с них используется лазер, дорожка с информацией – спиральная. Они имеют те же форматы, что и аудио-диски и позволяют воспроизводить с них звуковую информацию на компьютере через звуковую плату.

Рис. 6.7. Жесткий диск – винчестер

Если первые диски CD-R были рассчитаны на емкость > 525 Мбайт, что эквивалентно 60-минутному звуковому воспроизведению, то в настоящее время выпускаются оптические диски емкостью 650 Мбайт (74 минуты звучания), 700 Мбайт (80 минут звучания), 800 Мбайт (90 минут звучания), 870 Мбайт (99 минут звучания).Диски DVD имеют емкость 4,7 ГБ.

Рабочая скорость комбинированного накопителя на компакт-дисках CD-RW указывается комбинацией из трех чисел (например, 52/24/52). Первое число характеризует записывающую часть устройства – CD-R, второе – перезаписывающую часть механизма CD-RW, которая позволяет удалить прежние данные, заменив их новыми, а третье число означает скорость считывания компонентом CD-ROM. Цифровой универсальный диск (DigitalVersatileDisk – DVD) – устройство дисковой памяти, обладающее высокой информационной емкостью и универсальностью.

Накопители DVD используются для хранения цифровых данных любого типа – аудио, видео, графики, текстовых файлов документов. Стандарт DVD описывает показатели одностороннего, однослойного диска, который содержит 4,7 ГБ информации. Диск имеет такой же диаметр (120 мм), как и CD-ROM, и толщину 1,2 мм.

90

Рис. 6.8. Оптический диск в устройстве для чтения – оптическом приводе

Накопители DVD позволяют работать с двухслойными односторонними DVD-дисками емкостью 8,5 ГБ, двухсторонними однослойными дисками емкостью 9,4 ГБ, а также двухслойными двухсторонними дисками емкостью 17,1 ГБ. В накопителе DVD диск вращается против часовой стрелки (если смотреть со стороны считывания). Существуют однослойные, двухслойные, односторонние и двухсторонние диски DVD. Все слои диска DVD штампуются отдельно, после чего объединяются и склеиваются. Двухсторонние диски получаются после склеивания тыльных сторон двух односторонних дисков. Скоростная формула DVD представляет собой две характеристики: одна определяет скорость считывания дисков DVD, а другая – скорость считывания CD-

ROM, например 16х/48х.

В конце 80-х гг. ХХ в. появился наиболее популярный вид памяти – флэш-память (флэшка). Она относится к устройствам с произвольным доступом, энергонезависима и перезаписываема. Для доступа к компьютеру имеет USB-разъѐм. В настоящее время емкость этих устройств достигает 64 ГБ, а дизайн поражает разнообразием (рис. 6.10).

91

Рисунок 6.10. Разновидности флэш-памяти

К флэш-памяти относят также и карты памяти, которые применяются не только для хранения компьютерной информации, но и используются в разнообразных электронных устройствах: фото- и видеокамерах, сотовых телефонах, электронных книгах и т.п. (рис. 6.11).

Рис. 6.11. Карты памяти различного формата

92