Оперативное запоминающее устройство

Оперативное запоминающее устройство предназначено для хранения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в вычислительном процессе на текущем этапе функционирования ПК. Она организована как одномерный массив ячеек памяти размером 1 байт. Помимо программы и данных в ОЗУ практически всегда присутствуют другие программы или их фрагменты, не имеющие прямого отношения к работающей программе. Это так называемые «резидентные» части операционной системы, программы-оболочки, драйверы внешних устройств (например, клавиатуры, принтера) и т.д.

ОЗУ – энергозависимая память: при отключении напряжения питания информация, хранящаяся в ней, теряется. Основу ОЗУ составляют большие интегральные схемы, содержащие матрицы полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров).

Элементы оперативной памяти для ПК реализуются в виде модулей памяти. Модуль памяти (рис. 7) конструктивно представляет собой узкую текстолитовую плиту с печатным монтажом и «ножевыми» контактными разъемами, количество которых зависит от вида модуля памяти.

 

 

Рис.7. Модуль памяти

Существуют различные виды модулей памяти, отличающиеся друг от друга внешним видом и способом подключения. Перечислим основные виды в примерном хронологическом порядке.

v Dual Inline Pin Package (DIP). Это прямоугольная микросхема с двумя рядами ножек с каждой стороны, придающими ей сходство с насекомыми. Модули DIP широко использовались в системах до 386-х. Позже использовался как кэш-память второго уровня на большинстве 486-х и на некоторых материнских платах класса Pentium. Сейчас такая память практически бесполезна.

v Single Inline Memory Module (SIMM) имеет 72 контакта. Объем памяти на одной такой плате мог составлять 1 М байт, 4 Мбайт или 16 Мбайт.

v Dual Inline Memory Module (DIMM). Это двусторонние модули, имеющие контакты по обе стороны печатной платы, количество которых, как правило, 168, но может быть 100, 144, 184. Модули DIMM бывают трех типов: SDR-SDRAM, DDR-SDRAM и EDO.

v Small Outline DIMM (SODIMM). Специальный модуль, используемый в портативных компьютерах и некоторых графических адаптерах.

Модули памяти состоят из отдельных чипов, которые отличаются друг от друга емкостью. Емкости чипов указываются в мегабитах (Мбит, Mb), а не в мегабайтах (Мбайт, MB). Поскольку в каждом байте 8 бит, модуль памяти с восемью чипами обладает объемом памяти в мегабайтах, равным объему памяти одного чипа в мегабитах. Например, модуль с восемью чипами по 128 Мбит может хранить 128 Мбайт данных.

В современных модулях памяти используются чипы объемом 16, 64, 128, 256 и 512 Мбит. Например, модуль памяти 256 Мбайт может состоять из 8 чипов по 256 Мбит или из 16 чипов оп 128 Мбит.

Постоянное запоминающее устройство

ПЗУ используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ операционной системы, программ тестирования устройств компьютера и некоторых драйверов базовой системы ввода-вывода (BIOS) и др. BIOS представляет собой первую из программ, с которой начинает работать компьютер непосредственно после его включения. Из ПЗУ можно только считывать информацию, запись информации в ПЗУ выполняется вне ЭВМ в лабораторных условиях. ПЗУ – энергонезависимое запоминающее устройство.

 

Кэш-память

Одним из революционных технических решений в компьютерном мире стало изобретение кэш-памяти. Это быстрая (или даже сверхбыстрая) память хранит набор наиболее важных команд микропроцессора или данных и обеспечивает упреждающий вызов нужных команд и данных. Вначале она применялась в больших ЭВМ, а затем появилась в персональных компьютерах и даже была включена в кристалл микропроцессоров нового поколения, начиная с 486-х.

Кэш-память – это буферная, не доступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. В нее загружаются коды команд микропроцессора или данные, которые часто используются в работе микропроцессора.

Упреждение основано на том, что многие команды микропроцессора заранее предполагают какие-то действия. Например, прежде чем выполнить арифметическую операцию, нужно вывести данные из определенных регистров микропроцессора. На этом и основано действие кэш-памяти. Если востребованная команда или данные находятся в кэш-памяти, то говорят о попадании запроса. В этом случае команда или данные быстро извлекаются из кэш-памяти (гораздо быстрее, чем из ОЗУ или накопителя). При этом процессор не тратит времени на ожидание. Если происходит пропуск, то команда или данное изымается из ОЗУ в обычном порядке, что замедляет работу микропроцессора и приводит к тактам ожидания.

Система кэш-памяти имеет ряд уровней. В современных компьютерах обязательно имеется хотя бы один уровень кэш-памяти, чаще всего их два, а иногда бывает и три.

Первый уровень L1 – сверхбыстрая кэш-память небольшого объема, встроенная в кристалл самого микропроцессора. Кэш-память микропроцессора очень быстрая (время доступа – несколько наносекунд), поэтому эффективность ее весьма высока, хотя объем этой памяти невелик – от 4 до 32 Кбайтов у разных типов микропроцессоров. Для ускорения операций кэширования у большинства микропроцессоров используются две области кэш-памяти – отдельно для данных и для команд. Количество и тип кэш-памяти L1 зависят от процессора, который установлен в ПК, и нельзя изменить ее параметры, не поменяв процессор.

Второй уровень кэширования L2 – внешняя кэш-память. На материнскую плату устанавливаются микросхемы быстрой статической кэш-памяти с временем доступа 10-20 нс (для сравнения – динамическое ОЗУ имеет время доступа 50-100 нс). Хотя они не столь быстры, как элементы кэш-памяти микропроцессора, у них есть важное преимущество – существенно больший объем памяти, достигающий 256-512 Кбайт у наиболее мощных ПК и меньше – у менее мощных. В такой кэш помещаются целые программы или их крупные фрагменты. Объем КЭШа, установленного на материнской плате, можно увеличить, добавив новые микросхемы, тогда как интегрированный кэш (в системах Celeron, Pentium II/III/4, Athlon/Duron) модернизации не подлежит.

Третий уровень кэширования – кэш-память некоторых периферийных устройств. Чаще всего она применяется в контроллерах жесткого диска, поскольку такие диски обмениваются с ПК большими объемами информации. Такое кэширование носит частный характер. Например, контроллеры дисков с кэшированием резко сокращают время поиска информации на диске, но никоим образом не влияют на скорость обмена информацией между микропроцессором и ОЗУ.

Кэш-память программно недоступна. Для обращения к ней используют аппаратные средства процессора и компьютера.

Отмечено, что наличие кэш-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность ПК примерно на 20%.

Включают или отключат кэш-память в разделе настройки параметров чипсета (Chipset Setup) программы CMOS Setup.

Внешняя память

Рис. Винчестер: внешний вид (слева) и со снятой крышкой (справа)

Рис. Флэш-память

Рис. Материнская плата