Логическая организация оперативной памяти

Находящаяся в распоряжении пользователя оперативная память может быть разделена на следующие категории (этот материал носит в основном справочный характер – для ознакомления с принятой терминологией и историей совершенствования организации оперативной памяти).

Базовая память(convential memory). Это оперативная память объемом до 640 Кб, которая обслуживалась операционной системой MS-DOS. Любая программа, работающая под управлением данной системы, могла быть загружена в эту область памяти и использовать её без каких-либо ограничений. Поскольку первый микропроцессор 8088 позволял использовать память до 1 МБ, оставшиеся 384Кб были названы памятью в верхних адресах (UMB - Upper Memory Blocks или UMA - Upper Memory Area) и использовались для размещения видеопамяти, ROM BIOS (это понятие рассматривается далее) и дополнительных ROM носят название.

“Теневая память” ( shadow memory ) - это область памяти в верхних адресах позволяла переместить в нее из медленного ПЗУ системный ROM BIOS и BIOS видеоадаптера, что повышало скорость работы с жестким диском и видеоадаптером.

Дополнительная память(expanded memory). На первых персональных компьютерах область памяти в верхних адресах редко оказывается полностью заполненной. На этом и была основана спецификация дополнительной памяти EMS (Expanded Memory Specification), разработанная фирмами Lotus Development, Intel и Microsoft в 1985 году. Целью данного стандарта была попытка преодолеть ограничение на размер памяти, с которой мог работать микропроцессор 8088. Основой стандарта EMS было такое использование свободной области UMB, когда в ней выделяется 64-Кбайтное окно (page frame), которое разбито на четыре 16-Кбайтные страницы, а разработанные программные средства позволяют копировать содержимое произвольного 16-Кбайтный сегмента дополнительной памяти в любую страницу окна. Таким образом, спецификация EMS позволяла расширить объем адресуемой памяти до 32 Мбайт. В 1987 году фирма Intel внесла расширенные возможности стандарта EMS в свой новый микропроцессор 80386, и с того времени процесс отображения дополнительной памяти поддерживался аппаратно. Данный стандарт позволял программам под управлением MS-DOS использовать expanded - память для хранения своих команд и данных, а также делал возможным многозадачный режим работы.

Расширенная память(extended memory). Все компьютеры, начиная с микропроцессора 80386, могли работать в защищенном режиме и адресовать от 16 Мбайта до 4 Гбайт памяти. Этот режим операционной системой MS-DOS не поддерживался, и данная область памяти использовалась при работе под управлением новых операционных систем UNIX, OS/2, Windows и других. Для этого режима были разработаны специальные программы (драйверы) EMM386, QEMM, которые позволяют эмулировать расширенную память в дополнительную (наличии специальных микросхем).

Область HMA (High Memory Area). Эта область памяти расположенная выше 1 Мбайта и имевшая размер 64 Кбайта фактически являлась частью extended - памяти доступной системе в реальном режиме работы. Получение доступа к HMA использовалась для размещения модулей самой системы, резидентных программ, драйверов устройств. Работа с этой областью памяти осуществлялась через функции диспетчера памяти HMA (например, HIMEM.SYS, LOADHI.SYS и др.).

Сегодня, благодаря переходу на новые технологии построения интегральных схем изменилась как логическая организация хранения информации, так и методы доступа к ней, а объемы оперативной памяти, пригодной для прямого доступа, достигают десятков Гбайт.

Кэш - память

Кэш - память (cache memory, cache). Сверхбыстрая память, являющаяся промежуточным звеном между микропроцессором и оперативной памятью. Функцией кэш - памяти является согласование скорости работы сравнительно медленных устройств, таких как динамическая память, с гораздо более быстрым микропроцессором. Микропроцессор построен по принципу статической памяти, поэтому его быстродействие существенно выше, чем у динамической памяти (в 2 - 15 раз). Следовательно, процессор вынужден простаивать несколько своих циклов, пока необходимые для работы данные из микросхем памяти будут переданы по системной шине. В момент ожидания микропроцессор оказывается в режиме ожидания, что приводит к снижению общей производительности компьютера. Кэш позволяет хранить блоки команд и данных, используемых процессором, как в данном, так и последующих циклы работы. Управление своевременным перемещением необходимых микропроцессору в данный момент времени данных и команд в кэш осуществляется контроллером кэш-памяти.

ROM BIOS

Базовая система ввода-вывода BIOS (Basic Input Output System) включающая в себя аппаратные и программные средства реализована в виде одной или двух микросхем c ROM памятью 64 Кбайта. Эти микросхемы хранят набор программ ввода-вывода, используя которые операционная система и прикладные программы могут взаимодействовать с различными устройствами персонального компьютера. Кроме того, BIOS содержит программу тестирования компьютера при включении питания (POST (Power-On-Self-Test)) и программу начального загрузчика. Программа POST тестирует все устройства персонального компьютера и после этого выводит на монитор информацию об их типе и количестве. При нахождении неисправности выводится сообщение о том, какое устройство не прошло тестирование. Программа начального загрузчика осуществляет загрузку операционной системы в оперативную память.

CMOS RAM

Cистема ввода-вывода BIOS тесно связана с системной памятью CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). CMOS предназначена для хранения информации о конфигурации компьютера: количество оперативной памяти, количество и тип установленных накопителей, тип видеоадаптера, системное время, системная дата, пароль пользователя и другие данные. Программа POST тестирует все устройства, указанные в CMOS. Если происходит изменение конфигурации компьютера, то необходимо внести соответствующие изменения в CMOS. В противном случае запуск ПК может привести к зависанию системы. Для корректирования данной памяти используется специальная программа системы BIOS - Setup. Программа Setup вызывается нажатием определенной комбинации клавиш, которая обычно высвечивается на экране монитора после включения питания.

CMOS реализована в виде элемента динамической памяти размером 64-128 Кбайт с очень низким энергопотреблением. Данная память имеет свой источник питания (батарейка или аккумулятор), который находится на материнской плате.