Оперативное запоминающие устройство.

Оперативная память – специальное устройство для хранения обрабатываемой информации в процессе выполнения конкретных задач.

RAM (random access memory)

Набор микросхем, конструктивно: DIMM, SIMM, RIMM

Некоторые виды оперативной памяти:

1. DRAM – память динамического типа (1 или 0 заряда на конденсаторе) – основная память.

2. SRAM – память статического типа (ячейка из 4 транзисторов – триггер) – КЭШ-память.

3. SDRAM – синхронизированная память, динамического типа.

SDRAM II and DDR:

· Передача данных на обеих границах сигнала тактовой частоты.

Д/з: Преимущество RISC- процессоров:

Повышение производительности:

· Более эффективные компиляторы, которые максимально используют регистры хранения переменных

· Быстродействие благодаря отказу от микропрограммирования.

· Более эффективная работа конвейера команд (простой набор команд)

· Более быстрая реакция на прерывания (в промежутке между операциями)

Снижение сложности самих схем ЦП

Д/з: DDR, DDR2, DD3, DDR4 и их развитие:

 

	DDR	DDR2	DDR3	DDR4
Частота (МГц)
Скорость	100-400	400-800	800-1600
Напряжение	2,6 В +/- 0,1 В	1,8 В	1,5 В	от 1,1 до 1,2 В
Мощность	527 мВт	247 мВт
Интерфейс ВВ	SSTL_2	SSTL_18

 

1. Отличие модулей памяти DDR2 от DDR

a. 240 контактов (по 120 с каждой стороны)

2. Новые функции DDR2: ODT, OCD Calibration, Posted CAS, AL (Additive Latency)

3. Новые функции DDR3:

1. Предвыборка 8 байт
2. Функция асинхронного сброса с отдельным контактом
3. Поддержка компенсации времени готовности на системном уровне
4. Зеркальное расположение контактов, удобное для сборки модулей
5. Выполнение CAS Write Latency за такт
6. Встроенная терминация данных
7. Встроенная калибровка ввода/вывода (мониторинг времени готовности и корректировка уровней)
8. Автоматическая калибровка шины данных

4. DDR3 и DDR4:

a. 80%-м увеличение производительности памяти по сравнению с DDR3

b. Экономия на 40%

По способу данных:

1) Синхронные

2) Асинхронные

Основные характеристики:

· Емкость – максимальное количество хранимой информации

· Быстродействие.

Особенности ОЗУ:

· Небольшая по объему, но быстродействующая

· Энергозависимая

 

2.6.2. Кэш – память

Кэш-память – дополнительная быстродействующая память для хранения копий блоков информации из основной(оперативной) памяти. Вероятность обращения, к которым в ближайшее время велика.

· Различают КЭШи 1,2,3 – го уровня.

· Может быть встроена в процессор

 

2.6.3. ПЗУ (ROM - read only memory – только для чтения.)

Программа первоначальной загрузки и часть базовой системы ввода-вывода (БИОС)

Особенности:

1) Память только для чтения (постоянным)

2) Очень быстродействующая система

3) Энергонезависимая память

 

2.6.4. Долговременные запоминающие устройства (ДЗУ)

ДЗУ--->ОЗУ

Для долговременного хранения информации

ДЗУ – универсальное УВВ

Основные характеристики:

1) Емкость

2) Быстродействие – время доступа к ячейкам памяти

ДЗУ:

1. Прямого доступа (дисковые накопители)

2. Последовательного доступа (накопители на магнитной ленте)

 

2.6.4.1. Накопители магнитного диска

Стандарт: 3,5 дюйма

Емкость: 1,44 Мб

· Обязательно форматирование для любого дискового носителя.

· Форматирование – разбиение диска на дорожки и сектора.

· На 0 и 1-ой дорожке – записывается информация о всех файлах на диске.

· При форматировании вся информация может быть уничтожена.

· При быстром форматировании стирается 1 и 0.

 

2.6.4.2. Накопитель на жестком магнитном диске.

Жесткий диск или винчестер - энергонезависимое перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство.

Располагается в корпусе, в металлической коробочке (герметичная).

Конструкция жесткого диска:

· На шпинделе (стержень) закрепляется несколько металлических (или из пластмассы) дисков.

· Диски могут намагничиваться (покрытие)

· Намагничивает и считывает головка.

· Вращается с высокой скоростью, непрерывно

· Головка закреплена подвижна

· При выключении ПК, обязательно нужно выключать через «Пуск»

· В режиме сна – отключается

· Форматирование диска необходимо

 

Характеристики:

1. Интерфейсы: техническое средство взаимодействия 2-х разнородных устройств, что в случае с жестким диском является совокупностью линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих линии, и правило обмена.

a. ATA (IDE, PATA) – параллельный интерфейс подключения накопителей (жестких дисков и оптических накопителей) к компьютеру. В 1990-е годы был стандартом на платформе IBM PC. В настоящее время вытесняется своим последователем SATA. (Шлейфы ATA (IDE): 40-проводной сверху, 80-проводной с кабельной выборкой снизу)

b. SATA - последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA). (использует 7-контактный разъём)

i. SATA-устройства идентифицируются номером порта контроллера интерфейса SATA, в то время как устройства SAS идентифицируются их WWN-идентификаторами (WWN — англ. World Wide Name).

ii. Для подключений SATA-устройства к домену SAS используется специальный протокол STP (англ. Serial ATA Tunneled Protocol), описывающий согласование идентификаторов SAS и SATA.

iii. Устройства SATA 1 и SAS поддерживают тегированные очереди команд TCQ(англ. Tagged Command Queuing). В то же время, устройства SATA версии 2 поддерживают как TCQ, так и NCQ (англ. Native Command Queuing).

iv. SATA использует набор команд ATA, который позволяет работать с жёсткими дисками, в то время как SAS поддерживает более широкий набор устройств. (Накопители на оптическом диске, подключаемые через SATA, на самом деле являются целевыми устройствами SCSI, для доставки SCSI команд к которым используется SATA);

v. Аппаратура SAS поддерживает связь инициатора с целевыми устройствами по нескольким независимым линиям: в зависимости от реализации можно повысить отказоустойчивость системы и/или увеличить скорость передачи данных. Интерфейс SATA версии 1 такой возможности не имеет. В то же время, интерфейс SATA версии 2 использует дубликаторы портов для повышения отказоустойчивости.

vi. Преимущество SATA — в низком энергопотреблении и невысокой стоимости оборудования, а интерфейса SAS — большей надёжности.

c. eSATA – интерфейс подключения внешних устройств, поддерживающий режим «горячей замены» (англ. Hot-swap). Был создан несколько позже SATA (в середине 2004). (Использует 7,15-контактный разъём)

i. Разъёмы — менее хрупкие, и конструктивно рассчитаны на большее число подключений, чем SATA, но физически не совместимы с обычными SATA, добавлено экранирование разъема.

ii. Требует для подключения два провода: шину данных и кабель питания. В новых спецификациях планируется отказаться от отдельного кабеля питания для выносных eSATA-устройств.

iii. Длина кабеля увеличена до 2 м (по сравнению с 1 метровым у SATA), для компенсации потерь изменены уровни сигналов (повышен уровень передачи и уменьшен уровень порога приемника).

iv. Средняя практическая скорость передачи данных выше, чем у USB 2.0 или IEEE 1394.

v. Сигнально SATA и eSATA совместимы, но используют разные уровни сигнала

d. SCSI - (англ. Small Computer System Interface, произносится «скази») представляет собой набор стандартов для физического подключения и передачи данных между компьютерами и периферийными устройствами. SCSI стандарты определяют команды, протоколы и электрические и оптические интерфейсы. Разработан для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств:

i. Жесткий диск

ii. Магнитно опитечкий диск

iii. Приводы CD, DVD

iv. Стримеры

v. Сканеры

vi. Принтеры и др.

e. Serial Attached SCSI (SAS) — компьютерный интерфейс, разработанный для обмена данными с такими устройствами, как жёсткие диски и ленточные накопители. SAS использует последовательный интерфейс для работы с непосредственно подключаемыми накопителями (англ. Direct Attached Storage (DAS) devices). (Разъёмы SAS для подключения компактных накопителей размером 2,5 дюйма.)

i. SAS разработан для замены параллельного интерфейса SCSI

ii. Позволяет достичь более высокой пропускной способности, чем SCSI

iii. SAS обратно совместим с интерфейсом SATA: устройства 3Гбит/с и 6Гбит/с SATA могут быть подключены к контроллеру SAS, но устройства SAS нельзя подключить к контроллеру SATA.

iv. Хотя SAS использует последовательный интерфейс в отличие от параллельного интерфейса, используемого традиционным SCSI, для управления SAS-устройствами по-прежнему используются команды SCSI

v. SAS использует последовательный протокол передачи данных между несколькими устройствами, и, таким образом, использует меньшее количество сигнальных линий.

vi. Интерфейс SCSI использует общую шину. Таким образом, все устройства подключены к одной шине, и с контроллером одновременно может работать только одно устройство. Интерфейс SAS использует соединения точка-точка — каждое устройство соединено с контроллером выделенным каналом.

vii. В отличие от SCSI, SAS не нуждается в терминации шины пользователем.

viii. В SCSI имеется проблема, связанная с тем, что время распространения сигнала по разным линиям, составляющим параллельный интерфейс, может отличаться. Интерфейс SAS лишён этого недостатка.

ix. SAS поддерживает большое количество устройств (> 16384), в то время как интерфейс SCSI поддерживает 8, 16, или 32 устройства на шине.

x. SAS обеспечивает более высокую пропускную способность (1.5, 3.0 или 6.0 Гбит/с). Такая пропускная способность может быть обеспечена на каждом соединении инициатор-целевое устройство, в то время как на шине SCSI пропускная способность шины разделена между всеми подключёнными к ней устройствами.

xi. контроллеры SAS могут поддерживать подключение устройств с интерфейсом SATA, при прямом подключении - с использованием протокола SATA, при подключении через SAS-экспандеры - с использованием туннелирования через протокол STP (SATA Tunneled Protocol).

xii. SAS, также как и параллельный SCSI, использует команды SCSI для управления и обмена данными с целевыми устройствами.

f. IEEE 1394 (FireWire, i-Link) — последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами.

i. Горячее подключение — возможность переконфигурировать шину без выключения компьютера

ii. Различная скорость передачи данных — 100, 200 и 400 Мбит/с в стандарте IEEE 1394/1394a, дополнительно 800 и 1600 Мбит/с в стандарте IEEE 1394b и 3200 Мбит/с в спецификации S3200.

iii. Гибкая топология — равноправие устройств, допускающее различные конфигурации (возможность «общения» устройств без компьютера)

iv. Высокая скорость — возможность обработки мультимедиа-сигнала в реальном времени

v. Поддержка изохронного трафика

vi. Поддержка атомарных операций — сравнение/обмен, атомарное увеличение (операции семейства LOCK — compare/swap, fetch/add и т. д.).

vii. Открытая архитектура — отсутствие необходимости использования специального программного обеспечения

viii. Наличие питания прямо на шине (маломощные устройства могут обходиться без собственных блоков питания). До полутора ампер и напряжение от 8 до 40 вольт.

ix. Подключение до 63 устройств.

x. Шина IEEE 1394 может использоваться для:

xi. Создания компьютерной сети.

xii. Подключения аудио и видео мультимедийных устройств.

xiii. Подключения принтеров и сканеров.

xiv. Подключения жёстких дисков, массивов RAID.

g. FibreChannel (FC) (англ. fibre channel — волоконный канал) — семейство протоколов для высокоскоростной передачи данных. Изначальное применение FC в области суперкомпьютеров впоследствии практически полностью перешло в сферу сетей хранения данных, где FC используется как стандартный способ подключения к системам хранения данных уровня предприятия.

2. Емкость – количество данных, которые могут храниться накопителем.

3. Физический размер – 3,5(стационарный) или 2,5(ноутбук) дюймов

4. Время случайного доступа – от 5 до 15 мс

5. Скорость вращения шпинделя – количество оборотов шпинделя в минуту. 10000 об/м – на серверах. 7200 – ПК

6. Надежность – среднее время наработки на отказ

7. Потребление энергии

8. Уровень шума - шум, который производит механика накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во выключенном и включенном состоянии.

 

2.6.4.3. НОД

· CD-R

· CD-RW

· DVD-RW

· BLU-RAY

Принцип записи – выжигание микроуглублений на поверхности диска лучом лазера.

Диски на машинах влияют на определение скорости?

 

2.6.4.4. Накопление на магнитной ленте (НМЛ)

НМЛ – кассеты, черный ящик, в космосе, в исследованиях

Устройства: Стример, Бернулли

Недостаток: замедленный поиск

Запись: дискретная

 

2.6.5. Флеш-память – разновидность твердотельной полупроводниковой энергозависимой перезаписываемой памяти.

· Большой объем

· Маленький размер

· Подключение через USB-порт

· Возможно подключение при включенном компьютере

Физические основы:

Ø Не содержит подвижных частей, более надежна и компактна.

Ø Меньшая скорость, чем у жестких дисков.

Ø Ячеек больше чем у винчестера.

Ø В каждой ячейке содержится 1 бит (0 или 1)

Ø Такая ячейка состоит из транзистора(с изолированной областью – плавающий затвор – для долговременного сохранения заряда) есть – 0, нету – 1

Ø Способы помещения заряда в область плавающего затвора:

o Метод туннелирования – добавление энергии электрону для преодоления им потенциального барьера из диэлектрика

o Метод инжекции «горячих электронов» - на сток и управляющий затвор подает высокое напряжение. Электроны инжектируются на плавающий затвор. Горячие, потому что им сообщается энергия, достаточная для преодоления барьера из тонкой пленки диэлектрика.

Ø Стирание ячейки – снятие заряда с ПЗ, подача напряжения на исток(куда и переходят электроны)

 

2.6.6. Видео – память

Видео память – кадровый буфер в котором хранится в цифровом формате изображение, генерируемое и постоянно графическим процессором и выводимое на экран монитора (или несколько мониторов)

Чем больше палитра и разрешение, тем больше должна быть видеопамять

В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимое на экране элементы изображения и другие данные

Прямой доступ процессора организуется драйвером видеоадаптера через шину AGP или PCIE

ДЗ:

· Расширение: 1366*768

· Глубина цвета: 32 бита

· Расчет: 1366*768*32=33570816 бит = 4196352 байта = 4098 кб = 4 мб

VRAM – двух портовая DRAM

WRAM – вариант VRAM с увеличенной пропускной способностью и поддержкой некоторых часто применяемых функций

 

2.6.7. Лирическое отступление

Athlon 220 DDR 128 Mb 40 Gb Cd 52x

2.7. Устройство ввода

· Клавиатура

· Мышь, трекбол, джойстик

· Световое перо, сенсорный экран

· Сканер (ручной, барабанный, планшетный)

· Дигитайзер

· Микрофон

Клавиатура – набор кнопок или клавиш предназначенных для управления каким либо устройством или ввода

Музыкальные и алфавитно–цифровые