Раздел 7. Устройство памяти компьютера
7.1. Общая структура памяти персонального компьютера
Компьютерная память предназначена для обеспечения длительного хранения информации. Вместе с центральным процессором, компьютерная память (запоминающее устройство, ЗУ) ЗУ являются ключевыми звеньями, архитектуры фон Неймана.
Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединённых в группы по 8 битов, которые называются байтами. Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые также называют словами. Для каждого компьютера характерна длина слова — два, четыре или восемь байтов.
Как правило в одном машинном слове может быть представлено либо одно целое число, либо одна команда. Однако, допускаются переменные форматы представления информации.
Широко используются и более крупные производные единицы объёма памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Теребайт и Петабайт.
Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации.
Различают два вида памяти: внутреннюю и внешнюю.
В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям. В современной компьютерной технике часто используются физические свойства полупроводников, когда прохождение тока через полупроводник или его отсутствие трактуются как наличие логических сигналов 0 или 1. Устойчивые состояния, определяемые направлением намагниченности, позволяют использовать для хранения данных разнообразные магнитные материалы. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе также может быть положено в основу системы хранения. Отражение или рассеяние света от поверхности CD, DVD или Blu-ray-диска также позволяет хранить информацию.
Следует различать классификацию памяти и классификацию запоминающих устройств (ЗУ). Первая классифицирует память по функциональности, вторая же — по технической реализации. Здесь рассматривается первая — таким образом, в неё попадают как аппаратные виды памяти (реализуемые на ЗУ), так и структуры данных, реализуемые в большинстве случаев программно.
Процессор – это основная рабочая часть компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Общение процессора с памятью осуществляется через шины данных, шины адресов и шины управления. Шина адреса предназначена для передачи адреса устройства или ячейки памяти, к которой обращается процессор. По шине данных передается вся информация при записи и считывании. Процесс взаимодействия процессора и памяти сводится к двум операциям: записи и считывания информации. При записи процессор по шине адреса передает адрес в двоичном коде, по управляющей шине – управляющий сигнал в двоичном коде и по шине данных передает записываемую информацию также в двоичном коде.
Общий вид памяти представлен на рис.7.1. На нем показаны различные типы запоминающих устройств, не все обязательно входят в состав ЭВМ и характер связей может отличаться.
Рис.7.1. Состав памяти компьютера
Энергонезависимая память — память, реализованная ЗУ, записи в которых не стираются при снятии электропитания. К этому типу памяти относятся все виды памяти на ПЗУ и ППЗУ;
Энергозависимая память — память, реализованная ЗУ, записи в которых стираются при снятии электропитания. К этому типу памяти относятся память, реализованная на ОЗУ, кэш-память.
Последовательный доступ — ячейки памяти выбираются (считываются) последовательно, одна за другой, в очерёдности их расположения.
Произвольный доступ — вычислительное устройство может обратиться к произвольной ячейке памяти по любому адресу.
Реальная или физическая память — память, способ адресации которой соответствует физическому расположению её данных;
Виртуальная память — память, способ адресации которой не отражает физического расположения её данных