Контрольные вопросы и задания:

1. Почему информация в ЭВМ представляется в виде 0 и 1?

2. Какие имена у логических элементов?

3. Какие системы исчисления кроме двоичной вам известны?

4. Переведите в двоичную систему число текущего года, вашего года рождения, номер вашего студенческого билета.

5. Сложите, затем перемножьте следующие числа, а результаты переведите в десятичную систему: 1000111011100; 1000111111.

8. Память, ее характеристики

8.1. Определения. Единицы емкости памяти

Мы уже говорили, что самой важной частью машины является процессор или микропроцессор (в зависимости от типа машины), а микропроцессор содержит запоминающее устройство или память.

Под памятью или запоминающим устройством (ЗУ) понимается устройство, служащее для запоминания, хранения и представления информации.

Разные типы ЭВМ имеют, как и люди, разную память. Про человеческую память говорят, что она лучше или хуже, а про компьютерную, что компьютер обладает памятью большей или меньшей емкости. Емкость же памяти измеряется битами или байтами.

Бит - это двоичный разряд, элементарная единица информации, принимающая значение 0 или 1.

Слово бит – это аббревиатура от BInary digiT, придумана в 1946 году американским ученым-статистиком Джоном Тьюки.

Байт - это общепринятая единица информации, используемая для указания объема памяти, скорости передачи информации и других характеристик ЭВМ. Один байт информации состоит из 8 битов. При представлении символьной информации каждая буква, цифра или другой знак, занимают 1 байт.

Слово байт(BYTE) – это аббревиатура слов BinarY TErm

Современные ПЭВМ имеют память (ОЗУ) от нескольких сотен Кбайт до десятка Мбайт. Емкость жестких дисков составляет несколько десятков или сотен Мбайт.

Значения единиц измерения информации, используемые для определения емкости памяти в настоящее время, следующие:

1 Килобайт = 2 ¹⁰байт = 1024 байт;

1 Мегабайт = 2 ²⁰байт = 1024 Кбайт;

1 Гигабайт = 2 ³⁰байт = 1024 Мбайт;

1 Терабайт = 2 ⁴⁰байт = 1024 Гигабайт;

1 Петабайт = 2 ⁵⁰байт = 1024 Терабайт;

1 Экзабайт = 2 ⁶⁰байт = 1024 Петабайт;

1 Зеттабайт = 2 ⁷⁰байт = 1024 Экзабайт;

1 Йоттабайт = 2 ⁸⁰байт = 1024 Зеттабайт

Часто емкость ОЗУ измеряется числом машинных слов. Длина слова кратна байту, т.е. равна 8, 16, 32, 64 бит.

Например, емкость ОЗУ компьютера СМ-4 в двухбайтовых словах -128 килослов (Кслов).

Чтобы проиллюстрировать возможности современных ЭВМ, приведем примеры того, сколько информации может храниться в 100 Мб памяти:

• 50000 страниц текста или около 150 романов;

• свыше 150 цветных слайдов высокого качества;

• аудиозапись 1,5 часовой речи;

• 10 минутный фильм качества CD-стерео;

• 15 секундный фильм высокого качества;

• 1000-летний протокол операций с банковским счетом крупной фирмы.

8.2. Принципы устройства памяти

Производительность и вычислительные способности ЭВМ в значительной мере определяются организацией и характеристиками имеющейся у нее памяти. Так как стоимость памяти составляет существенную часть общей стоимости ЭВМ, то в целях оптимального объема, быстродействия и стоимости, память строится по иерархическому принципу, включая несколько типов памяти, отличающихся организацией характеристиками и назначением.

Минимальный элемент памяти бит способен хранить минимально возможный объем информации – одну цифру двоичного исчисления. Биты в памяти любого вида объединяются в байты – восьмерки битов, каждый байт имеет свое имя. Зная имя байта, можно совершать с ним две основные операции: читать из байта и записывать в байт для именования байтов принято использовать неотрицательные целые числа и говорить о номерах или адресах байтов.

Взаимодействие процессора с памятью производится с помощью проводов, называемых шинами адресов и шинами данных. По шине адреса передается в ту или в другую сторону адрес байта, а по шине данных сам байт для записи в память или чтения из памяти (рис. 8.1.) передачи адресов и байтов происходят одновременно.

Число проводов в шине данных называется разрядностью шины. Обычно разрядность равна 8, 16, 32 или 64 бит. Если шина восьмиразрядная, за одно обращение к памяти можно передать 1 байт или один адрес, а если 16-разрядная, то 2 байта данных и последовательно два адреса этих двух байтов и т. д. Шина адреса тоже может иметь разрядность. По 20-разрядной шине можно передавать одновременно 2²⁰=1048576 адресов и, соответственно, обслуживать 1 мегабайт памяти. Для работы на 20-разрядной шине, с памятью более 1 Мб, нужно разбить адрес на две части и передавать в два приема. Такой метод называется мультиплексирование, он позволяет иметь большее количество адресов за счет увеличения времени на передачу адреса.

Рис. 8.1. Взаимодействие процессора с памятью

Для того, чтобы компьютер знал что нужно делать с информацией – записывать или считывать, шина адреса и шина данных дополняются еще двумя проводами – один называется запрос чтение, другой - запрос записи. Если по одному из них передается 1 бит информации, то производится соответствующая операция. Передача 1 сразу по двум проводам запрещена.

Основные характеристики памяти это ее объем в байтах и время доступа (запись/чтение в микро- и наносекундах (мкс и нс)). При этом под шириной доступа понимается объем считанной/записанной за одно обращение к памяти информации. Время доступа и ширина доступа определяют производительность операций с памятью ЭВМ.