1.3 Внешняя и внутренняя память

Память [memory, storage] – часть ЭВМ, предназначенная для приёма, хранения и выдачи данных. Различают внутреннюю и внешнюю память.

Различают устройства хранения информации, реализованные в виде электронных схем, и накопители информации, при помощи которых данные записываются на какой-либо носитель, например магнитный или оптический (см. рис. 3). Устройства, представляющие собой электронные схемы, отличаются небольшим временем доступа к данным, но не позволяют хранить большие объемы информации. Накопители информации наоборот дают возможность хранить большие объемы информации, но время ее записи и считывания там велико. Поэтому эффективная работа на компьютере возможна только при совместном использовании накопителей информации и устройств хранения, реализованных в виде электронных схем.

Рис. 3 Устройства памяти

Внутреннюю память можно разделить на две части: ОЗУ (RAM- Random Access Memory) и ПЗУ (ROM- Read Only Memory). Оперативная память предназначена для хранения исполняемых в данный момент программ и необходимых для этого данных. Иными словами, в ОЗУ хранится информация, с которой ведется работа в данный момент времени. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Конструктивно модули памяти имеют два выполнения - однорядные (SIMM - модули) и двурядные (DIMM - модули). SIMM - модули имеют объем 4, 8, 16, 32, 64 мегабайт; DIMM - модули - 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт.

Существует такое понятие, как специальная память. К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом “зашивается” в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.

Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты.

Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.

Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти — модуль BIOS.

BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для:

· автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера;

· загрузки операционной системы в оперативную память.

Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры (Hardware), а с другой строны — важный модуль любой операционной системы (Software).

Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM.

CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.

Интегральные схемы BIOS и CMOS

Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Set-up — устанавливать, читается "сетап").

Для хранения графической информации используется видеопамять.

Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Микросхемы основной памяти всегда работают медленнее процессора. Поэтому процессору часто приходится делать пустые такты, ожидая поступления данных из памяти. Чтобы частично решить эту проблему, используется память небольшого размера (порядка 128 – 512 Кб), которая выполнена на базе более скоростных (и более дорогих) микросхем памяти. Такая память называется кэшем [caсhe] или сверхоперативной памятью. Таким образом, кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки

Специальные платы:

Аудиоадаптер (Sound Blaster или звуковая плата) это специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования.

Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:

· аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (то есть, аналоговые) звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его на магнитный носитель;

· цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.

Профессиональные звуковые платы позволяют выполнять сложную обработку звука, обеспечивают стереозвучание, имеют собственное ПЗУ с хранящимися в нём сотнями тембров звучаний различных музыкальных инструментов.

Звуковые файлы обычно имеют очень большие размеры. Так, трёхминутный звуковой файл со стереозвучанием занимает примерно 30 Мбайт памяти. Поэтому платы Sound Blaster, помимо своих основных функций, обеспечивают автоматическое сжатие файлов.

Область применения звуковых плат — компьютерные игры, обучающие программные системы, рекламные презентации, "голосовая почта" (voice mail) между компьютерами, озвучивание различных процессов, происходящих в компьютерном оборудовании, таких, например, как отсутствие бумаги в принтере и т.п.

Видеоадаптер — это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения.

Наиболее распространенный видеоадаптер на сегодняшний день — адаптер SVGA (Super Video Graphics Array — супервидеографический массив), который может отображать на экране дисплея 1280х1024 пикселей при 256 цветах и 1024х768 пикселей при 16 миллионах цветов.

С увеличением числа приложений, использующих сложную графику и видео, наряду с традиционными видеоадаптерами широко используются разнообразные устройства компьютерной обработки видеосигналов:

Графические акселераторы (ускорители) — специализированные графические сопроцессоры, увеличивающие эффективность видеосистемы. Их применение освобождает центральный процессор от большого объёма операций с видеоданными, так как акселераторы самостоятельно вычисляют, какие пиксели отображать на экране и каковы их цвета.

К выбору видеокарты (графической карты, видеоадаптера) следует подходить очень тщательно. Именно видеокарта преобразует изображения, находящиеся в памяти компьютера в видеосигнал для монитора. От выбранной видеокарты в основном зависит качество отображения различных игр. Чем мощнее видеокарта, тем мощнее и «продвинутее» игрушки она поддерживает. Поэтому, выбирая видеокарту, следует определиться, как Вы в дальнейшем планируете ее использовать.

Если Ваш компьютер служит Вам только для работы с документами, Интернетом, электронной почтой и Вы не собираетесь играть в современные трехмерные игрушки или заниматься построением трехмерных моделей, то Вам подойдет любая недорогая современная видеокарта. Если же Вы – заядлый геймер или моделируете в 3D, то Вам нужен видеоадаптер с хорошими характеристиками производительности.

Вообще, при выборе графической платы следует обращать внимание на такие параметры:

Графический процессор. Графический процессор (GPU) – это микропроцессор, который отвечает за вычисление и формирования изображения, которое передается на монитор. Важной характеристикой графического процессора является его тактовая частота, чем она выше, тем производительней процессор. Современные графические процессоры работают на частоте в диапазоне от 300 до 500 МГц.

Видеопамять. Видеопамять или кадровая память – это буферная память, в которой хранятся все данные, необходимые для вывода изображения на экран. Важную роль при выборе видеокарты играют тип, объем и частота видеопамяти. Существуют такие типы видеопамяти: DDR, DDR2, GDDR3 и GDDR4. GDDR3 и GDDR4 – наиболее современные типы видеопамяти и предназначены для использования именно в графических платах, в отличие от DDR и DDR2. Частота видеопамяти – это количество переключений транзисторами чипов памяти в секунду и в современных видеоадаптерах равна примерно 1 ГГц. Объем видеопамяти – это суммарная емкость чипов, установленный на графическом адаптере. Объем видеопамяти связан с производительностью графического процессора. Чем выше уровень производительности GPU, тем больший объем видеопамяти нужен для хранения данных, поэтому большое значение объем видеопамяти играет только для высокопроизводительных графических процессоров. Для игровых комплектаций компьютера требуются видеокарты с объемом памяти выше 512 Мб, для неигровых достаточно 256 Мб или даже 128 Мб.

Ширина (разрядность) шины памяти. Шина памяти отвечает за передачу информации от чипов памяти видеокарты к графическому процессору. Чем шире шина памяти, тем большее количество данных может быть передано за один такт процессора и, значит, тем производительнее шина памяти и вся видеокарта.

Тип разъема. Современные видеокарты оснащены разъемом PCI Express x16 (PCI-E), устаревшие модели – AGP. Эти типы разъемов не совместимы между собой и карту с разъемом PCI-E нельзя вставить в AGP-разъем на материнской плате и наоборот.

Тип охлаждения. Видеокарты изготавливаются с двумя типами охлаждения: активным и пассивным. Пассивное охлаждение осуществляется за счет распределения тепла, выделяемого видеокартой, в окружающий воздух при помощи алюминиевого или медного радиатора. Активная система охлаждения включает в себя радиатор и вентилятор и называется обычно кулером. Вентилятор принудительно направляет поток воздуха на радиатор, за счет чего охлаждение происходит интенсивнее. Кроме того, во многих высокопроизводительных видеокартах применяется активное охлаждение при помощи жидкости. Жидкость циркулирует по замкнутой системе охлаждения и, вбирая в себя тепло от видеокарты, распределяет его в окружающий воздух.

Производитель видеокарты. На сегодняшний день основными производителями на рынке видеокарт являются фирмы ATI и NVIDIA, которые выпускают графические платы Radeon и GeForce соответственно.

Разъемы для устройств вывода. Современные видеокарты оснащаются такими разъемами для устройств вывода: VGA, DVI, HDMI. VGA – это разъем для аналоговых мониторов (на электронно-лучевых трубках). На сегодняшний день считаются устаревшими. DVI – это разъем, который чаще всего используется для вывода цифрового видеосигнала на ЖК-мониторы, считается стандартным. HDMI – разъем для интерфейса HDMI (High Definitin Multimedia InterFace).

Жесткий диск или винчестер – это ПЗУ, устройство для постоянного хранения данных на компьютере. От качества жесткого диска зависит сохранность Ваших данных. При поломке жесткого диска информацию с него восстановить очень трудно, а иногда и невозможно. Поэтому к выбору жесткого диска следует подходить очень тщательно.

Характеристики жесткого диска

Емкость. Емкость – это параметр, который определяет, какой объем информации может поместиться на жестком диске. Емкость современных винчестеров измеряется в гигабайтах или даже терабайтах. Чем выше емкость, тем больше данных может «влезть» на жесткий диск. Современные жесткие диски имеют большую емкость: 500-700 Гб или даже несколько терабайтов.

Скорость вращения. Этот параметр влияет на скорость считывания информации и записи информации на жесткий диск. Измеряется в оборотах за минуту. Чем выше скорость вращения жесткого диска, тем выше скорость считывания и записи информации. В наше время наиболее распространены скорости вращения, равные 7200, 5400 и 4500 rpm (об/мин).

Интерфейс подключения. Интерфейс подключения определяет способ подключения жесткого диска к материнской плате. Сейчас стандартным считается интерфейс SATA (Serial ATA), который является усовершенствованной версией устаревшего на сегодняший день интерфейса ATA (AT Attachment for Disk Drives - интерфейс для подключения дисковых накопителей к компьютерам PC AT), называемого также IDE (Integrated Drive Electronics - накопитель со встроенным контроллером). Скорость передачи данных от материнской платы к жесткому диску выше с интерфейсом подключения SATA.

Объем кэш-памяти. Этот параметр определяет объем буферной памяти жесткого диска. В обычном режиме работы мало влияет на производительность жесткого диска, однако при записи информации с одного винчестера на другой, может сыграть значительную роль в скорости записи. В большинстве современных винчестеров объем кэш-памяти равен 8, 16 или 32 Мб. Жесткие диски с большим объемом кэш-памяти более дорогие.

Выбирая жесткий диск для своего компьютера, всегда сначала определитесь, для каких целей Вы его приобретаете. Если Вы не планируете хранить большие объемы информации на своем компьютере, устанавливать множество современных игр, требующих много места, то покупать жесткий диск с огромной емкостью не стоит. Также, если Ваш компьютер предназначен для работы в офисе или дома, не гонитесь за высокой скоростью и объемом КЭШа, обычно в таком режиме работы все преимущества столь высоких характеристик малозаметны.

В качестве внешней памяти в ПЭВМ применяются носители, использующие различные физические принципы.

Магнитные диски - [magnetic disk] – это основные носители информации внешней памяти ПЭВМ. К ним относятся:

накопители на жёстких магнитных дисках - НЖМД или винчестеры [hard disk drive – HDD.

гибкие магнитные диски [floppy disk] FDD – это основные переносные носители. Надёжность хранения информации невысока и ёмкость невелика. Большое преимущество гибких дисков перед другими переносными носителями заключается в низкой их стоимости. Емкость – 1,44 Мбайт. Для чтения и записи FDD служат специальные устройства флоппи-дисководы.

Магнитные ленты [magnetic tape] – это основные носители для резервного копирования данных и архивирования. Устройства чтения-записи магнитных лент именуются стриммером.

Оптические диски [optical disk] СD, DVD– эти носители также используются для резервного копирования и архивирования.

Основными характеристиками памяти являются:

ёмкость (в основном измеряется в МB (мега байтах),

время доступа (нс),

стоимость хранения единицы информации.