Системы, расположенные на материнской плате

ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ (RAM, ОЗУ)

Оперативная память (Ram – Random Access Memory – память со свободным доступом) – это рабочая память компьютера, величина которой определяет число и размер одновременно выполняющихся программ. При запуске операционной системы или прикладных программ происходит загрузка данных из внешней памяти в оперативную. Данная память энергозависимая. При выключении питания компьютера все данные в ОЗУ теряются.

Модули памяти изготавливаются в виде микросхем (рисунок 8)

Рисунок 8

Наиболее важными характеристиками памяти являются:

- тип;

- емкость;

- время доступа, которое необходимо для осуществления полного цикла обращения к информации, хранящейся по случайному адресу. Время доступа к памяти обычно маркируется на корпусе модуля. Время доступа к современной памяти составляет 5 нс.

Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память и статическую память.

Статическая память (SRAM), в которой запоминающая ячейка представляет собой триггер на биполярных или полевых транзисторах (не требует питания для хранения информации). Один разряд такой памяти представляет собой триггер на 4 или 6 транзисторах. Микросхемы статической памяти используют в качестве кэш-памяти.

Кэш-память (называемая также сверхоперативной памятью) представляет собой высокоскоростное запоминающее устройство небольшой емкости для временного хранения данных, значительно более быстродействующее, чем основная память, но, в отличии от оперативной памяти, не адресуемое непосредственно и "невидимое" для программиста. В задачи кэша входит обеспечение быстрого доступа к интенсивно используемым данным; согласование интерфейсов процессора и контроллера памяти; упреждающая загрузка данных; отложенная запись данных.

Динамическая память (DRAM), в которой основным элементом памяти является конденсатор (или емкость затвора полевого транзистора), что требует питания для постоянного восстановления записанной информации в процессе хранения. Кроме того при записи или чтении из такой ячейки памяти требуется время для накопления (стекания) заряда на конденсаторе. Поэтому быстродействие динамической памяти на порядок ниже, чем у статической. Однако из-за большого числа элементов на один разряд в одну микросхему статической памяти помещается гораздо меньше элементов, чем у динамической памяти. Соответственно емкость динамической памяти выше, чем статической. Микросхемы динамической памяти используются в качестве основной оперативной памяти компьютера.

Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули вставляются в соответствующие разъемы на материнской плате.

С точки зрения организации элементов памяти существует два наиболее распространенных вида модулей памяти:

SIMM (Single In-Line Memory Module) – одинарный модуль памяти;

DIMM (Dual In-Line Memory Module) – двойной модуль памяти.

С точки зрения применяемых технологий, существует семь разных типов памяти:

– FPM (Fast Page Mode – быстрый постраничный режим);

– EDO ( Extended Data Out – расширенные данные);

– BEDO (Burst EDO – взрывные расширенные данные);

– EDRAM (Enhanced DRAM – расширенная динамическая память);

– SDRAM (Synchronous DRAM – синхронная динамическая память);

– DRDRAM (Direct Rambus DRAM – прямая динамическая память);

– DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM – синхронная память с двойной скоростью передачи данных.)

Наиболее известные фирмы-производители микросхем и модулей оперативной памяти: Fujitsu, Hitachi, Hynix, IBM, Infineon, Kingston, Micron, Mitsubishi, Mosel Vitelic, NEC, Samsung, Siemens, Toshiba и др.

ПРОЦЕССОР

Это основная микросхема компьютера, производящая все вычисления (рисунок 9).

Рисунок 9

Конструктивно состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называются регистры. Управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано выполнение программ. Для работы с вещественными данными в состав процессора входит сопроцессор.

С остальными устройствами компьютера процессор связан несколькими группами проводников – шинами:

· Адресная шина. У процессоров Pentium она 32-разрядная, к ней подключается процессор для копирования данных из ячейки оперативной памяти с указанным 32-разрядным адресом в один из своих регистров.

· Шина данных. По ней происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В современных ПК она 64-разрядная, т.е. за один раз на обработку поступает 8 байт.

· Шина команд. Это 32-разрядная шина для засылки команд из оперативной памяти в процессор, чтобы он мог обрабатывать данные.

Совокупность всех команд, которые может выполнить процессор, образуют систему команд процессора. Система команд процессора Pentium насчитывает более тысячи различных команд.

Основными параметрами процессоров являются:

· Рабочее напряжение. Раньше оно было 5 В, сейчас 2 В. Понижение напряжения позволяет увеличивать производительность без угрозы перегрева процессора.

· Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт. Современные процессоры – 32-разрядные.

· Рабочая тактовая частота. Чем выше тактовая частота, тем больше команд сможет исполнить процессор в единицу времени. Сегодня рабочие тактовые частоты некоторых процессоров уже превосходят 3 миллиарда тактов в секунду (3ГГц).

· Кэш-память – буферная память внутри процессора. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, то он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит обращение в оперативную память.

· Архитектура – определяет, какие машинные инструкции входят в набор выполняемых им команд, каков объем внутренней памяти, какова разрядность внутренней шины данных и адресов (от 4 до 64 бит). В современных персональных компьютерах разных фирм применяются процессоры двух основных архитектур.

CISC (Complex Instruction Set Computer)– полная система команд переменной длины. Такая архитектура имеет обширный набор команд, но это усложняет внутреннее устройство управления процессора, увеличивает время исполнения команды на микропрограммном уровне (команды имеют различную длину и время исполнения).

RISC (Reduced Instruction Set Computer) – сокращенный набор команд фиксированной длины. Такая архитектура имеет ограниченный набор команд и каждая команда выполняется за один такт работы процессора. Небольшое число команд упрощает устройство управления процессора. Недостаток лишь в том что, если требуемой команды в наборе нет, программист вынужден реализовывать ее с помощью нескольких команд из имеющегося набора, увеличивая размер программного кода.

· Степень интеграции – количество транзисторов на кристалл. У процессора Intel Pentium 4 а одном ядре 125 млн. транзисторов на площади 1,12 см кв.

Структурно микропроцессор представляет собой большую интегральную схему (БИС)

БИС может иметь структуру:

– секционную;

– однокристальную.

Секционная – позволяет повышать разрядность и емкость запоминающего устройства, но приводит к увеличению габаритов и энергопотребления.

Однокристальная – обладает постоянной разрядностью и позволяет выполнять заранее определенный набор команд, хранящихся в памяти процессора. Процессоры с такой структурой обеспечивают высокое быстродействие, малые габариты и энергопотребление.

Некоторые процессоры для современных ПК:

Intel Core (2006 г.) – фирма Intel

Celeron – вариант Pentium 4 (более дешевая версия)

Athlon (K7) – фирма AMD (Advanced Micro Devices)