Глава 2 - Загальні принципи організації і роботи комп'ютерів

  1. 1. Оперативна пам'ять
  2. 2. Кеш-пам'ять
  3. 3. Спеціальна пам'ять

До складу внутрішньої пам'яті входять оперативна пам'ять, кеш-пам'ять і спеціальна пам'ять.

1. Оперативна пам'ять

Оперативна пам'ять (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory - пам'ять з довільним доступом) - це швидке пристрій не дуже великого обсягу, безпосередньо пов'язане з процесором і призначене для запису, зчитування і зберігання виконуваних програм і даних, які обробляються цими програмами.

Оперативна пам'ять використовується тільки для тимчасового зберігання даних і програм, так як, коли машина вимикається, все, що знаходилося в ОЗУ, пропадає. Доступ до елементів оперативної пам'яті прямий - це означає, що кожен байт пам'яті має свій індивідуальний адресу.

Обсяг ОЗУ зазвичай становить від 32 до 512 Мбайт. Для нескладних адміністративних завдань буває досить і 32 Мбайт ОЗУ, але складні завдання комп'ютерного дизайну можуть зажадати від 512 Мбайт до 2 Гбайт ОЗУ.

Зазвичай ОЗУ виповнюється з інтегральних мікросхем пам'яті SDRAM (синхронна динамічна ОЗУ). Кожен інформаційний біт в SDRAM запам'ятовується у вигляді електричного заряду крихітного конденсатора, утвореного в структурі напівпровідникового кристала. Через струмів витоку такі конденсатори швидко розряджаються, і їх періодично (приблизно кожні 2 мілісекунди) підживлюють спеціальні пристрої. Цей процес називається регенерацією пам'яті (Refresh Memory). Мікросхеми SDRAM мають ємність 16 - 256 Мбіт і більше. Вони встановлюються в корпуси і збираються в модулі пам'яті.

Більшість сучасних комп'ютерів комплектуються модулями типу DIMM (Dual-In-line Memory Module - модуль пам'яті з дворядним розташуванням мікросхем). У комп'ютерних системах на найсучасніших процесорах використовуються високошвидкісні модулі Rambus DRAM (RIMM) і DDR DRAM.



Мал. 2.6. Мікросхеми пам'яті RIMM (зверху) і DIMM (знизу)

Модулі пам'яті характеризуються такими параметрами, як обсяг - (16, 32, 64, 128, 256 або 512 Мбайт), число мікросхем, паспортна частота (100 або 133 МГц), час доступу до даних (6 або 7 наносекунд) і число контактів ( 72, 168 або 184). У 2001 р починається випуск модулів пам'яті на 1 Гбайт і дослідних зразків модулів на 2 Гб.

2. Кеш-пам'ять

Кеш (англ. Cache), або сверхоперативная пам'ять - дуже швидке ЗУ невеликого обсягу, що використовується при обміні даними між мікропроцесором і оперативною пам'яттю для компенсації різниці в швидкості обробки інформації процесором і трохи менш швидкодіючої оперативної пам'яттю.

Кеш-пам'яттю управляє спеціальний пристрій - контролер, який, аналізуючи виконувану програму, намагається передбачити, які дані і команди найімовірніше знадобляться найближчим часом процесору, і підкачує їх у кеш-пам'ять. При цьому можливі як "попадання", так і "промахи". У разі потрапляння, тобто, якщо в кеш підкачати потрібні дані, вилучення їх з пам'яті відбувається без затримки. Якщо ж необхідна інформація в кеші відсутній, то процесор зчитує її безпосередньо з оперативної пам'яті. Співвідношення числа влучень і промахів визначає ефективність кешування.

Кеш-пам'ять реалізується на мікросхемах статичної пам'яті SRAM (Static RAM), більш швидкодіючих, дорогих і малоёмкіх, ніж DRAM (SDRAM). Сучасні мікропроцесори мають вбудовану кеш-пам'ять, так званий кеш першого рівня розміром 8, 16 або 32 Кбайт. Крім того, на системній платі комп'ютера може бути встановлений кеш другого рівня ємністю 256, 512 Кбайт і вище.

3. Спеціальна пам'ять

До пристроїв спеціальної пам'яті відносяться постійна пам'ять (ROM), перепрограмувальна постійна пам'ять (Flash Memory), пам'ять CMOS RAM, що живиться від батарейки, відеопам'ять і деякі інші види пам'яті.

Постійна пам'ять (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory - пам'ять тільки для читання) - незалежна пам'ять, використовується для зберігання даних, які ніколи не вимагатимуть зміни. Зміст пам'яті спеціальним чином "зашивається" у пристрої при його виготовленні для постійного зберігання. З ПЗУ можна тільки читати. Перепрограмувальна постійна пам'ять (Flash Memory) - незалежна пам'ять, яка припускає багаторазову перезапис свого вмісту з дискети.

Перш за все в постійну пам'ять записують програму керування роботою самого процесора. У ПЗУ знаходяться програми управління дисплеєм, клавіатурою, принтером, зовнішньою пам'яттю, програми запуску і зупинки комп'ютера, тестування пристроїв.

Найважливіша мікросхема постійної або Flash-пам'яті - модуль BIOS. Роль BIOS двояка: з одного боку це невід'ємний елемент апаратури, а з іншого строни - важливий модуль будь-якій операційній системи.

BIOS (Basic Input / Output System - базова система введення-виведення) - сукупність програм, призначених для автоматичного тестування пристроїв після включення живлення комп'ютера і завантаження операційної системи в оперативну пам'ять.

Різновид постійного ЗУ - CMOS RAM.

CMOS RAM - це пам'ять з невисокою швидкодією і мінімальним енергоспоживанням від батарейки. Використовується для зберігання інформації про конфігурацію і склад устаткування комп'ютера, а також про режими його роботи.



Інтегральні схеми BIOS і CMOS

Вміст CMOS змінюється спеціальною програмою Setup, що знаходиться в BIOS (англ. Setup - встановлювати, читається "сетап").

Для зберігання графічної інформації використовується відеопам'ять.

Відеопам'ять (VRAM) - різновид оперативного ЗУ, в якому зберігаються закодовані зображення. Це ЗУ організовано так, що його різноманітні опції відображаються відразу двом пристроям - процесору і дисплею. Тому зображення на екрані змінюється одночасно з оновленням відеоданих в пам'яті.
Новости