Память - ее виды в компьютерах, скорость работы каждого.

(конспект, 2-3)

Внутренняя память - это электронное устройство, которое хранит информацию, пока питается электроэнергией. При отключении компьютера от сети информация из оперативной памяти исчезает. Программа во время ее выполнения хранится во внутренней памяти компьютера.

Оперативная память (Main memory), или память с произвольным доступом — это основное место хранения команд и данных текущих задач (программ) в персональных компьютерах. Часто для обозначения оперативной памяти используются термины "оперативное запоминающее устройство" (ОЗУ) (Random Access Memory (RAM)).

Кэш-память (Cache Memory) или сверхоперативная память (СОЗУ) — это одна из разновидностей быстродействующей оперативной памяти, для которой используются дорогостоящие микросхемы статической памяти. Основное назначение кэш-памяти в компьютере — служить местом временного хранения обрабатываемых в текущий момент времени кодов программ и данных. То есть ее назначение служить буфером между различными устройствами для хранения и обработки информации, например, между процессором и ОЗУ, между механической частью винчестера и ОЗУ

Внешняя память - это память, реализованная в виде внешних (относительно материнской платы) запоминающих устройств (ВЗУ) с разными принципами хранения информации. Это различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски. Сохранение информации на них не требует постоянного электропитания. Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — носителя.

Основные характеристики долговременной памяти:

· Емкость (объем) - максимальное количество информации (объем данных), который можно записать на носитель.

· Быстродействие определяется временем доступа к нужной информации, временем ее считывания/записи и скоростью передачи данных.

· Надежность хранения информации

· Стоимость

Память

Кэш-память. Особая высокоскоростная память процессора. Кэш используется как буфер для ускорения обмена данными между процессором и оперативной памятью, а также для сохранения копий инструкций и данных, что недавно использовались процессором. Значение из кэш-памяти извлекаются напрямую, без обращения к основной памяти.

Кэш первого уровня (L1 cache). Кэш, что находится внутри процессора. Она быстрее всех других типов памяти, но меньше по объему. Сохраняет недавно использованную информацию, которая снова может быть использована при выполнении коротких программных циклов.

Кэш второго уровня (L2 cache). Также находится внутри процессора. Информация, хранящаяся в ней, используется реже, чем информация, хранящаяся в кэш-памяти первого уровня, однако объем памяти в ней больше. Также в настоящее время в процессорах используется кэш третьего уровня.

Основная память. Гораздо большая по объему, чем кэш-память, и значительно менее быстродействующая.

Регистры - это внутренняя память процессора. Представляют собой ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, а также внутренними носителями информации микропроцессора. Регистр является устройством временного хранения данных, числа или команды и используется с целью облегчения арифметических, логических и пересыльных операций. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд).

Некоторые важные регистры имеют свои названия, например: сумматор - регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции; счетчик команд - регистр УП, содержание которого соответствует адресу очередной выполняемой команды, служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти; регистр команд - регистр УП для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, другие - для сохранения кодов адресов операндов.

Элементная база компьютера.

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ЭВМ

МЕХАНИЧЕСКИЕ ВМ

Вопреки сложившемуся стереотипу, история развития вычислительной техники начинается задолго до приручения человеком электричества. Ещё в XV в. Леонардо да Винчи представил чертёж машины, которая способна была складывать натуральные числа. Для этого машина использовала 13 стержней, поворот каждого из которых приводил к частичному повороту остальных. Примерно с тех же времён (XV-XVI вв.) на Руси появились счёты.

В 1642 г. Блез Паскаль, французский математик, изобрёл устройство, позволяющее складывать десятичные числа. В основе устройства были шестерни на стержнях.

В 1673 г. немецкий философ, математик, физик Готфрид Вильгейм Лейбниц создал "ступенчатый вычислитель" - счетную машину, позволяющую складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни, при этом использовалась двоичная система счисления. Арифмометр Лейбница

В 1822 г. английский математик Чарлз Бэббидж выдвинул идею создания программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати. "Разностная машина", так называлось детище Чарлза, работала на паровом двигателе и считывала данные с перфокарт.

В 1918 г. русский ученый М.А. Бонч-Бруевич и английские ученые В. Икклз и Ф. Джордан (1919) независимо друг от друга создали электронное реле, которое сыграло большую роль в развитии компьютерной техники.

РЕЛЕЙНЫЕ ЭВМ

1941 год. Немецкий ученый Конрад Цузе создал компьютер Z3, работающий на основе электрических реле. Всего было использовано 2600 реле. Компьютер мог обрабатывать величины с плавающей точкой. Во время 2 мировой войны компьютер и вся документация, включая фотографии, были уничтожены (Цузе к тому времени эмигрировал), остался только рисунок, сделанный самим Цузе в 1939 году. После войны Цузе создал в Германии компьютерную компанию Zuse KG, которая успешно работала многие годы. В 1961 году Цузе в своей компании воссоздал компьютер Z3, чтобы доказать свой патент на эту машину. Z3 экспонировался на нескольких выставках, а сейчас находится в музее в Мюнхене.

ЛАМПОВЫЕ ЭВМ

В 1943 год. В Великобритании был построен компьютер Colossus Mark 1 на 1500 электронных лампах для дешифровки перехваченных германских шифровок. В разработке математической модели компьютера участвовал Алан Тюринг. Компьютер был собран в декабре 1943 года, а первые реальные расшифровки были сделаны в январе 1944 г. после его установки в г. Bletchley Park.

Mark 1

1945 год - Джон фон Нейман (John von Neumann), американский ученый, выдвинул идею использования внешних запоминающих устройств, для хранения программ и данных. Нейман разработал структурную принципиальную схему компьютера. Схеме Неймана соответствуют и все современные компьютеры.

ТРАНЗИСТОРНЫЕ ДИСКРЕТНЫЕ ЭВМ

1955 год - изготовлен первый в мире компьютер на полупроводниковых транзисторах и диодах без использования электронных ламп - TRADIC, данный компьютер был разработан компанией Bell Labs для американских ВВС. В компьютере было 700 транзисторов и 10000 германиевых диодов.

TRADIC

ТРАНЗИСТОРНЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ЭВМ

В 1968 году был создан первый компьютер на интегральных схемах.

1971 год. Именно с этого года начинается развитие микропроцессоров, и создала первый микропроцессор американская фирма Intel. Назывался он Intel 4004. В этом же году появились интегральные схемы памяти.

В 1973 году появляется процессор Intel 8080, который становится стандартом процессоров на долгое время. Все процессоры, созданные Intel до 1999 года, поддерживают все функции, которыми обладал этот процессор.

Intel 4004

В 1979 году в Японии началась программа по разработке компьютеров 5-го поколения. Компьютеры пятого поколения должны были для достижения сверхпроизводительности интегрировать огромное количество процессоров. Цели программы достигнуты не были, т.к. подобные компьютеры хоть и были созданы, однако по мощности они отставали даже от коммерческих компьютеров того времени.

2. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Компьютеры для коммерческого и домашнего использования продолжают строиться на основе микропроцессоров, так как данная технология является относительно дешевой и при этом позволяет достичь значительной производительности. Суперкомпьютеры же разрабатываются на основе искусственных нейронных сетей, которые используют массовый параллелизм и способность к обучению и обобщению на основе большого количества взаимосвязанных процессоров невысокой вычислительной способности.

Одной из появившихся недавно элементных баз также является искусственный биокомпьютер - компьютер, который функционирует как живой организм или содержит биологические компоненты. Создание биокомпьютеров основываются на направлении в исследовании - молекулярные вычисления. В качестве вычислительных элементов используются белки и нуклеиновые кислоты, реагирующие друг с другом.

Суперкомпьютер СКИФ, разработанный белорусскими и российскими специалистами