7. Запоминающие устройства: классификация, принцип работы, основные характеристики. Системная память: ОЗУ, ПЗУ, кэш. Внешняя память: винчестер, стример, накопитель на гибких магнитных дисках, накопители на компакт дисках.

Запоминающее устройство (ЗУ), блок вычислительной машины или самостоятельное устройство, предназначенное для записи, хранения и воспроизведения информации. Наибольшее распространение ЗУ получили в цифровых вычислительных машинах

Классификация запоминающих устройств

По устойчивости записи и возможности перезаписи ЗУ делятся на:

• Постоянные ЗУ (ПЗУ), содержание которых не может быть изменено конечным пользователем (например, BIOS). ПЗУ в рабочем режиме допускает только считывание информации.

• Записываемые ЗУ (ППЗУ), в которые конечный пользователь может записать информацию только один раз (например, CD-R).

• Многократно перезаписываемые ЗУ (ПППЗУ) (например, CD-RW).

• Оперативные ЗУ (ОЗУ) обеспечивают режим записи, хранения и считывания информации в процессе её обработки. Быстрые, но дорогие ОЗУ (SRAM) строят на триггерах, более медленные, но дешёвые разновидности ОЗУ — динамические ЗУ (DRAM) строят на конденсаторах. В обоих видах ЗУ информация исчезает после отключения от источника питания (например, тока).

По типу доступа ЗУ делятся на:

• Устройства с последовательным доступом (например, магнитные ленты).

• Устройства с произвольным доступом (RAM) (например, оперативная память).

• Устройства с прямым доступом (например, жесткие магнитные диски).

• Устройства с ассоциативным доступом (специальные устройства, для повышения производительности БД)

По геометрическому исполнению:

• дисковые (магнитные диски, оптические, магнитооптические);

• ленточные (магнитные ленты, перфоленты);

• барабанные (магнитные барабаны);

• карточные (магнитные карты, перфокарты, флэш-карты, и др.)

• печатные платы (карты DRAM, картриджи).

По физическому принципу:

• перфорационные (с отверстиями или вырезами)

  • перфокарта

  • перфолента

• с магнитной записью

  • ферритовые сердечники

  • магнитные диски

    • Жёсткий магнитный диск

    • Гибкий магнитный диск

  • магнитные ленты

  • магнитные карты

• оптические

  • CD

  • DVD

  • HD-DVD

  • Blu-ray Disc

• магнитооптические:

  • CD-MO

• использующие накопление электростатического заряда в диэлектриках (конденсаторные ЗУ, запоминающие электроннолучевые трубки);

• использующие эффекты в полупроводниках (EEPROM, флэш-память)

• звуковые и ультразвуковые (линии задержки);

• использующие сверхпроводимость (криогенные элементы);

• другие.

По форме записанной информации выделяют аналоговые и цифровые запоминающие устройства.

Основные характеристики ЗУ Важнейшими характеристиками ЗУ являются информационная емкость и быстродействие. Важными характеристиками ЗУ являются также надежность, масса устройства, габариты, потребляемая мощность и стоимость. Информационная емкость ЗУ определяется количеством единиц информации, которое может храниться в нем. Как правило, информационной емкостью называется только полезный объем хранимой информации, в нее не включается размер памяти, занятый служебной информацией, например резервные области, синхродорожки, инженерные цилиндры и пр.

Быстродействие ЗУ характеризуется его временными характеристиками, к которым относятся:

Время обращения (время цикла) характеризуем максимальную частоту обращения к данному ЗУ при считывании или записи информации. Время считывания (выборки) информации - интервал времени обращения к ЗУ от подачи сигнала считывания и до получения выходного сигнала. Время записи информации - интервал времени от момента подачи сигнала обращения к ЗУ до момента готовности ЗУ к приему следующей порции информации.

Системная память: ОЗУ, ПЗУ, кэш.

system memory - оперативная память - память, использующаяся для хранения активных программ и данных. Количество и быстродействие оперативной памяти оказывают чрезвычайно серьезное воздействие на быстродействие современных компьютеров. Работает на частоте системной шины. Доступ процессора к оперативной памяти происходит через кэш 2-го уровня. Некоторые подсистемы компьютера способны обращаться к оперативной памяти напрямую, минуя процессор.

ОЗУ - память, в которой хранятся исполняемые программы и данные или RAM (Random Access Memory) — память со свободным доступом.

ОЗУ позволяет записывать и считывать информацию из ячейки, обращаясь к ней по ее номеру или адресу. Ячейка памяти имеет стандартное число двоичных разрядов. В настоящее время стандартный размер ячейки ОЗУ равняется одному байту. Информация в ОЗУ сохраняется все время, пока на схемы памяти подается питание, т.е. она является энергозависимой.

Существует два вида ОЗУ, отличающиеся техническими

характеристиками: динамическое ОЗУ и статическое ОЗУ

Разряд динамического ОЗУ построен на одном транзисторе и конденсаторе, наличие или отсутствие заряда на котором определяет значение, записанное в данном

бите.

Поэтому быстродействие динамического ОЗУ на порядок ниже, чем у статического ОЗУ, разряд которого представляет собой триггер на четырех или шести транзисторах.

Скорость работы ОЗУ ниже, чем быстродействие процессора, поэтому применяются различные методы для повышения ее производительности. Одним из способов увеличения быстродействия динамического ОЗУ является размещение в одном корпусе микросхемы СБИС нескольких модулей памяти с чередованием адресов.

Находится в одном адресном пространстве с ОЗУ

ПЗУ - специальная память, предназначенная для постоянного хранения таких программ,

как тестирование и начальная загрузка компьютера, управление

внешними устройствами.

Она является энергонезависимой, т.е. сохраняет записанную информацию при отсутствии напряжения питания.

Постоянные запоминающие устройства можно разделить по способу записи в них информации на следующие категории:

— ПЗУ, программируемые однократно. Программируются при изготовлении и не позволяют изменять записанную в них информацию.

— Перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ). Позволяют перепрограммировать их многократно. Стирание хранящейся в ППЗУ информации осуществляется или засветкой полупроводникового кристалла ультрафиолетовым излучением, или электрическим

сигналом повышенной мощности, для этого в корпусе микросхемы предусматривается специальное окно, закрытое кварцевым стеклом.

Кэш (от англ. cache — запас) - сверхбыстродействующая буферная

память, выполненная на микросхемах статической памяти.

дополнительно устанавливается для уменьшения влияния времени обращения

процессора к ОЗУ и увеличения производительности компьютера.

Время обращения к данным в кэш-памяти на порядок ниже, чем у ОЗУ, и

сравнимо со скоростью работы самого процессора.

Запись в кэш-память осуществляется параллельно с запросом процессора к ОЗУ. Данные, выбираемые процессором, одновременно копируются и в кэш-память.

Управление записью и считыванием данных в кэш-память выполняется автоматически. Когда кэш-память полностью заполняется, то для записи последующих данных устройство управления кэш памяти по специальному алгоритму автоматически удаляет те данные, которые реже всего использовались процессором на текущий момент. Использование процессором кэш-памяти увеличивает производительность процессора, особенно в тех случаях, когда происходит последовательное преобразование относительно небольшого числа данных, которые постоянно во время преобразования хранятся в кэш-памяти.