Классификация основных видов памяти

Введение

 

Данная тема является актуальной, так как мы живем в веке информационных технологий. Сегодня невозможно себе представить ни одной области человеческой жизнедеятельности, в которой компьютерная техника не была бы хоть как-то задействована. А в экономической сфере компьютер жизненно необходим. И, по моему мнению, каждый человек, работа которого каким бы то ни было образом связана с компьютером, должен хотя бы приблизительно представлять устройство и принцип работы ПК. А без рассмотрения компьютерной памяти работу ЭВМ описать практически невозможно. Ведь, по сути, работа персонального компьютера основана на хранении различной информации в памяти, обмене этой информацией и перемещении её.

 

В курсовой работе я раскрою понятие память, приведу классификацию основных современных видов памяти и подробно остановлюсь на каждом из них. 

 

 

 

1. Память (общие сведения)

 

Память, наряду с процессором и устройствами ввода-вывода, является одним из основных компонентов компьютера. Система памяти ПК включает не только оперативную память, но также постоянную память и память на внешних устройствах. 
В оперативной памяти специального типа хранятся установки конфигурации компьютера, в постоянной перезаписываемой памяти хранится BIOS компьютера.

По определению, Память - "функциональная часть цифровой вычислительной машины, предназначенной для записи, хранения и выдачи информации, представленной в цифровом виде". Однако под это определение попадает как собственно память, так и внешние запоминающие, которые лучше отнести к устройствам ввода/вывода информации.

Таким образом, под компьютерной памятью в дальнейшем будет пониматься только "внутренняя память компьютера: ОЗУ, ПЗУ, кэш память".

 

Основной характеристикой  памяти является емкость.

Емкость памяти - это максимальный объем хранимой информации, измеряемой в байтах.

Память ЭВМ  построена из двоичных запоминающих элементов - битов (от binary digit - двоичная цифра), объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. Все байты пронумерованы. Номер байта называется адресом. Каждый байт информации доступен по указанию его адреса. Адресная шина процессора находит требуемую ячейку памяти по указанному процессором адресу.

 

В ПК существует два вида памяти: внутренняя и внешняя.

 

 

 

1.1 ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ

 

Внутренняя  память - это память, к которой процессор может обратиться непосредственно в процессе работы и немедленно использовать ее.

 

К внутренней памяти относятся:

 

Постоянная память (ПЗУ или ROM - Read Only Memory) - используется для хранения данных, которые никогда не требуют изменения.

 

Содержимое памяти заносится на заводе-изготовителе.

В ПЗУ записывают программу управления работой процессора, программу управления монитором, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки ПК, тестирования устройств.

Информация, занесенная в ПЗУ, предназначена только для чтения (read only). Вся информация, хранимая в ПЗУ энергонезависима, т.е. при выключении ПК она сохраняется. Объем ПЗУ невелик - измеряется в килобайтах. Микросхемы ПЗУ устанавливаются на "материнской" плате, расположенной в системном блоке.

 

Оперативная память (ОЗУ или RAM - Random Access Memory) - этот вид памяти предназначен для временного хранения информации и содержит обрабатываемые процессором в данный момент программы и данные. Распределение этой памяти осуществляется автоматически в процессе исполнения программ, которые перед началом работы загружаются в ОЗУ с жесткого диска.

Это энергозависимый вид памяти - при выключении ПК содержимое памяти стирается. Модули ОЗУ находятся на "материнской" плате.

 

КЭШ-память (cache) - это сверхоперативная память, предназначенная для обмена данными между процессором и ОЗУ, т.е. является буфером между ними. Используется для временного хранения промежуточных данных.

Наличие КЭШ-памяти увеличивает производительность ПК. Объем КЭШ-памяти зависит от объема оперативной памяти. КЭШ-память может иметь объем: 64, 128, 256, 512 Kb. Для ОЗУ в 8 Mb достаточно КЭШ размером 256 Kb, для ОЗУ в 16 Mb - 512 Kb.

 

CMOS-память – энергозависимая, перезаписываемая память, которая при своей работе, однако, почти не потребляет энергии.

 

 

 

1.2 ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ

 

В последнее время появилось огромное количество цифровых носителей информации. Сложно представить, что всего десять лет назад обычные диски и дискеты считались чем-то невообразимым и казались самыми совершенными устройствами для хранения и переноса информации. Но прошло всего пару лет и им на смену пришли флэш – карты, карты памяти и съемные жесткие диски. Дискетами уже никто не пользуется, да и диски стали потихоньку пропадать. Единственное, для чего используются диски – это фильмы и музыка. Но, кто знает, может, и они скоро перекочуют на более компактные электронные носители. 

Флэш – карты и карты памяти сейчас можно приобрести в любом магазине цифровой техники. Многие магазины также предлагают приобрести свою продукцию в интернете.

 

Современные носители информации гораздо удобнее своих предшественников. Одним из главных достоинств является их размер. Часто он может быть не больше обычной стирательной резинки. Поэтому не нужно складывать флэш – карту или карту памяти в специальный контейнер, чтобы они не сломались или не поцарапались. Кроме того, они вмещают гораздо больший объём информации. Если на обычный диск помещается всего около 700 мегабайт информации, то на стандартную флэш – карту можно записать уже целых 32 гигабайта.

 

Внешняя память (ВЗУ) - это вид памяти, предназначенный для долговременного хранения информации. Этот вид памяти обладает большим объемом и низким быстродействием.

Основное назначение внешней памяти компьютера — долговременное хранение большого количества различных файлов (программ, данных и т. д.).

 

Устройство, которое  обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем, а хранится информация на носителях.

 

Современные носители информации делятся в основном на три большие группы.

Первая  группа – магнитные накопители. Фактически, сейчас представлены жесткими дисками, так как дискеты, в том числе и продвинутые вроде Lomega ZIP окончательно сошли с дистанции уже давно. У жестких дисков отличное соотношение цена-объем, гигабайт их памяти обходится очень дешево, даже если речь о более дорогих внешних жестких дисках. Правда, это будет довольно тяжелое устройство, размеров в лучшем случае с ладонь (например, Western Digital My Passport), а в большинстве случаев и больше. Жесткие диски, в том числе и защищенные, по-прежнему боятся ударов и сильных магнитных полей, так что они не слишком хорошо подходят для повседневного ношения. Кроме того, некоторые модели, считающиеся стационарными, имеют внешнее питание, и там, где нет розетки, просто бесполезны. Такие диски подходят для использования в качестве накопителя в домашних условиях с возможностью быстрой и незатратной перевозки в другое место.

Вторая  группа – оптические носители. Это всем нам хорошо знакомые компакт-диски: CD,DVD, Blu-ray и HD DVD. Появление на массовом рынке устройств для записи дисков сделало их действительно народным носителем информации. К сожалению, не самым долговечным. Даже диски фабричного производства выходят из строя довольно быстро, а записанные самостоятельно могут перестать работать, даже если просто год пролежат в коробке. Выходят из строя диски практически непредсказуемо, боятся физических повреждений и температурных перепадов. Кроме того, габариты компакт-дисков не позволяют их использовать в компактных устройствах.

И, наконец, третья группа – флеш-память, те самые «флешки», карты памяти, SSD накопители, так всем хорошо знакомые. Сравнительно недорогие и при этом компактные и долговечные, флешки быстро завоевали себе потрясающую популярность, став абсолютным лидером среди запоминающих устройств для телефонов и КПК. 
    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ПОСТОЯННАЯ  ПАМЯТЬ (ПЗУ)

Постоянная  память, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) (Read Only Memory, ROM) — тип памяти (ЗУ), предназначенный для хранения и считывания данных, которые никогда не изменяются. Запись данных на ПЗУ производится в процессе его изготовления, поэтому пользователем изменяться не может. Наиболее распространены ПЗУ, выполненные на интегральных микросхемах и оптических (компакт-) дисках (CD-ROM).

Постоянная  память компьютера используется для  хранения программного обеспечения  базовой системы ввода вывода BIOS, включающей набор программ ввода-вывода, с помощью которых операционная система и прикладные программы  могут взаимодействовать как с устройствами компьютера, так и внешними устройствами.

Помимо этих программ в BIOS содержится программа  тестирования - POST (Power ON Self Test), выполняющаяся  каждый раз при запуске компьютера. POST проверяет общую исправность  основных устройств компьютера. В случае успешного вьшолнения теста выполняется программа начальной загрузки, также находящаяся в BIOS. Программа начальной загрузки выполняет загрузку операционной системы с соответствующего накопителя. Накопитель, с которого должна загружаться операционная система, указывается в установках конфигурации, хранящихся в памяти RTC CMOS RAM.

В процессе дальнейшей работы для обслуживания стандартные  периферийных устройств выполняются  хранящиеся в BIOS программы обслуживания - драйверы. Для хранения программ BIOS необходима энергонезависимая память, в качестве которой могут использоваться постоянные запоминающие устройства.

Но в процессе модернизации компьютера совершенствования BIOS может возникнуть потребность  изменения содержимого такой  микросхемы, в связи с чем более удобно использование постоянных запоминающих устройств с возможностью перезаписи их содержимого.

 

 

 

 

 

3. Классификация оперативной памяти (ОЗУ)

 

Оперативная память - это основная системная память компьютера, предназначенная для хранения текущих данных, выполняемых программ, а также копий отдельных модулей операционной системы. Большинство программ в процессе выполнения занимают часть ОЗУ для хранения своих данных. От объема и быстродействия установленной оперативной памяти зависит производительность компьютера.

 
Используемая русскоязычная аббревиатура названия оперативной памяти - ОЗУ (оперативное  запоминающее устройство). Поскольку  при доступе к ячейкам памяти, чтение и запись могут осуществляться в любую выбранную ячейку, память имеет и другое название - RAM (Random Access Memory).

 

Особенностью  оперативной памяти является то, что  после отключения питания хранящееся в ячейках памяти содержимое стирается. Существует много различных видов оперативной памяти, но их все можно подразделить на две основные подгруппы - статическая память (Static RAM) и динамическая память (Dynamic RAM). 

 

 
Статистическая RAM:  
В современных компьютерах SRAM используется как кэш второго уровня и имеет сравнительно небольшой объем. В кэше она используется именно потому, что к нему предъявляются очень серьезные требования в плане надежности и производительности. Основную же память компьютера составляют микросхемы динамической памяти. SRAM - очень модифицируемая технология - существует множество ее типов, которые отличаются электрическими и архитектурными особенностями.

 

 

Динамическая RAM:  
Память типа DRAM гораздо шире распространена в вычислительной технике благодаря двум своим достоинствам перед SRAM - дешевизне и плотности хранения данных. Эти две характеристики динамической памяти компенсируют в некоторой степени ее недостатки - невысокое быстродействие и необходимость в постоянной регенерации данных. Сейчас существуют около 25-ти разновидностей DRAM, так как производители и разработчики памяти пытаются угнаться за прогрессом в области центральных процессоров. 

Микросхемы  динамической памяти используются в  качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической  памяти используются в качестве вспомогательной  памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. SRAM

 

Статическая оперативная память с произвольным доступом (SRAM, static random access memory) — полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный или троичный разряд хранится в схеме с положительной обратной связью, позволяющей поддерживать состояние сигнала без постоянной перезаписи, необходимой в динамической памяти (DRAM). Тем не менее, сохранять данные без перезаписи SRAM может только пока есть питание, то есть SRAM остается энергозависимым типом памяти. Произвольный доступ (RAM — random access memory) — возможность выбирать для записи/чтения любой из битов (тритов) (чаще байтов (трайтов), зависит от особенностей конструкции), в отличие от памяти с последовательным доступом (SAM — sequental access memory).

 

 

 

4.1 Двоичная SRAM

 

Типичная ячейка статической двоичной памяти (двоичный триггер) на КМОП-технологии состоит из двух перекрёстно (кольцом) включённых инверторов и ключевых транзисторов для обеспечения доступа к ячейке. Часто для увеличения плотности упаковки элементов на кристалле в качестве нагрузки применяют поликремниевые резисторы. Недостатком такого решения является рост статического энергопотребления.

Переключение  триггеров через транзисторы доступа является неявной логической функцией приоритетного переключения, которая в явном виде, для двоичных триггеров, строится на двухвходовых логических элементах 2ИЛИ-НЕ или 2И-НЕ. Схема ячейки с явным переключением является обычным RS-триггером. При явной схеме переключения линии чтения и записи разделяются, отпадает нужда в транзисторах доступа (по 2 транзистора на 1 ячейку), но в самой ячейке требуются двухзатворные транзисторы.