Процессор и оперативная память комьютера

Оперативна пам’ять комп'ютера

Оперативна пам'ять є одним з найважливіших елементів комп'ютера. Саме з

її процесор бере програми і вихідні дані для обробки, у неї він записує

отримані результати. Назва “оперативна” ця пам'ять одержала тому, що

вона працює дуже швидко, так що процесору практично не приходиться

чекати при читанні даних з чи пам'яті запису в пам'ять. Однак дані, що

містяться в ній, зберігаються тільки поки комп'ютер включений. При

вимиканні комп'ютера вміст оперативної пам'яті стирається. Часто для

оперативної пам'яті використовують позначення RAM (Random Access Memory,

тобто пам'ять з довільним доступом) .

Важко недооцінити все значення і усю важливість цих невеликих по своїх

розмірах плат. Сьогоднішні програми стають усе вимогливіше не тільки до

кількості, але і до швидкодії ОЗУ. Однак донедавна ця область

комп'ютерної індустрії практично не розвивалася (у порівнянні з іншими

напрямками) . Узяти хоча б відео, аудиоподсистеми, продуктивність

процесорів і. т.д. Удосконалення були, але вони не відповідали темпам

розвитку інших компонентів і стосувалися лише таких параметрів, як час

вибірки, був доданий кеш безпосередньо на модуль пам'яті, конвеєрне

виконання запиту, змінений керуючий сигнал висновку даних, але

технологія виробництва залишалася колишньої, що вичерпала свій ресурс.

Пам'ять ставала вузьким місцем комп'ютера, а, як відомо, швидкодія всієї

системи визначається швидкодією самого повільного її елемента. І от

кілька років назад хвиля технологічного бума докотилася і до оперативної

пам'яті. Стали з'являтися нові типи RAM мікросхем і модулів.

Зустрічаються такі поняття, як FPM RAM, EDO RAM, DRAM, VRAM, WRAM,

SGRAM, MDRAM, SDRAM, SDRAM II (DDR SDRAM) , ESDRAM, SLDRAM, RDRAM,

Concurrent RDRAM, Direct Rambus. Більшість з цих технологій

використовуються лише на графічних платах, і у виробництві системної

пам'яті комп'ютера використовуються лише деякі з них.

У пам'яті комп'ютера зберігаються програми й оброблювана інформація.

Основними характеристиками різних типів і пристроїв пам'яті є їхні обсяг

і швидкодія.

Внутрішня пам'ять — це електронні схеми. Внутрішня пам'ять дискретна —

це означає, що вона складається з певних «часток» — комірок. Комірка

пам'яті називається біт. Один біт — це двійковий розряд пам'яті. Він

зберігає двійковий код (0 або 1). Слово «біт» — скорочення від

англійського binary digit — двійкова цифра. Отже, пам'ять комп'ютера —

це впорядкована послідовність двійкових розрядів (біт). Ця послідовність

поділяється на групи по 8 розрядів; кожна така група утворює байт

пам'яті.

Отже, слова «біт» і «байт» позначають назви основних одиниць виміру

ємності запам'ятовувальних пристроїв. Також використовуються похідні

одиниці: кілобайт (1 Кбайт (Кб) = 210 байта = 1024 байта), мегабайт:

(1 Мбайт (Мб) - 1024 Кбайт). гігабайт: (1 Гбайт (Гб) - 1024 Мбайт).

Внутрішня пам'ять складається з оперативного запам'ятовуючого пристрою

(ОЗП), або оперативної пам'яті (ОП), і постійного запам'ятовуючого

пристрою (ПЗП).

(ПЗП).

ОЗП — швидка напівпровідникова енергозалежна пам'ять. В ОЗП зберігаються

програма, що виконується в даний момент, і дані, з якими вона

безпосередньо працює. ОЗП — це пам'ять, яку використовують як для

читання, так і для запису інформації. У разі відключення електроживлення

інформація в ОЗП зникає (енергозалежність). Англійська назва ОЗП —

Random Access Memory (RAM), що перекладається як «пам'ять із довільним

доступом». Цією назвою підкреслюється той факт, що процесор може

звертатися до комірок пам'яті в довільному порядку, при цьому час

читання/запису інформації для всіх комірок є однаковим (він вимірюється

мікросекундами).

ПЗП — швидка, енергонезалежна пам'ять. ПЗП — це пам'ять, призначена

тільки для читання. Інформація заноситься в неї один раз (зазвичай у

заводських умовах) і зберігається постійно (за ввімкненого й вимкненого

комп'ютера). У ПЗП зберігається інформація, наявність якої постійно

необхідна в комп'ютері.

Зовнішня пам'ять комп'ютера призначена для довгострокового зберігання

інформації в компактній формі. До пристроїв зовнішньої пам'яті належать

гнучкі й жорсткі магнітні диски, оптичні, магнітооптичні диски тощо.

Суттєве значення мають такі їхні показники, як інформаційна ємність, час

доступу до інформації, надійність її зберігання, час безвідмовної

роботи.

В основу запису, зберігання і зчитуваная інформації на пристроях

зовнішньої пам'яті покладено два принципи — магнітний і оптичний, які

забезпечують зберігання інформації і після вимикання комп'ютера.

В основі магнітного запису лежить цифрова інформація (у вигляді нулів і

одиниць), перетворена на змінний електричний струм, що супроводжується

змінним магнітним полем. Намагнічена ділянка відповідає 1, а

ненамагнічена — 0.

Оперативний запам'ятовуючий пристрій є, мабуть, одним з найперших

побудов обчислювальної машини. Оперативна пам’ять була присутня вже в

першому поколінні ЕОМ по архітектурі, створених у сорокових — на початку

п'ятидесятих років двадцятого століття. За ці п'ятдесят років

перемінилося не одне покоління елементної бази, на яких була побудована

пам'ять.

ЕОМ першого покоління по елементній базі були вкрай ненадійними. Так,

середнє брешемо роботи до відмовлення для ЕОМ “ENIAC” складала 30

хвилин. Швидкість рахунка при цьому була не порівнянна зі швидкістю

рахунка сучасних комп'ютерів. Тому вимоги до збереження даних у пам'яті

комп'ютера при відмовленні ЕОМ були суворіше, ніж вимоги до швидкодії

оперативної пам'яті. Унаслідок цього в цих ЕОМ використовувалася

енергонезалежна пам'ять.

Енергонезалежна пам'ять дозволяла зберігати введені в неї дані тривалий

час (до одного місяця) при відключенні харчування. Найчастіше як

енергонезалежну пам'ять використовувалися ферритові сердечники. Вони

являють собою тор, виготовлених зі спеціальних матеріалів — ферритів.

Ферріти характеризуються тим, що петля гістерезиса залежності їхньої

намагніченості від зовнішню магнітну підлогу носить практично

прямокутний характер.

Унаслідок цього намагніченість цього сердечника міняється стрибками

яється стрибками

(положення двоїчного 0 чи 1).

Пам'ять на ферритових сердечниках працювала повільно і неефективно: адже

на перемагнічування сердечника був потрібно час і затрачалося багато

електричної енергії. Тому з поліпшенням надійності елементної бази ЕОМ

енергонезалежна пам'ять стала витіснятися енергозалежною — більш

швидкою, ощадливої і дешевий. Проте, учені різних країн як і раніше

ведуть роботи з пошуку швидкої енергозалежної пам'яті, що могла б

працювати в ЕОМ для критично важливих додатків, насамперед військових.

На відміну від пам'яті на ферритових сердечниках напівпровідникова

пам'ять енергозависимая. Це значить, що при вимиканні харчування її

вміст губиться.

Перевагами ж напівпровідникової пам'яті перед її замінниками є:

мала потужність, що розсіюється;

висока швидкодія;

компактність.

Ці переваги набагато перекривають недоліки напівпровідникової пам'яті,

що роблять її незамінної в ОЗУ сучасних комп'ютерів.

Напівпровідникова оперативна пам'ять у даний час поділяється на статичне

ОЗУ (SRAM) і динамічне ОЗУ (DRAM). Перш, ніж пояснювати різницю між

ними, розглянемо еволюцію напівпровідникової пам'яті за останні сорок

років.

Тригером називають елемент на транзисторах, що може знаходитися в одному

з двох стійких станів (0 і 1), а по зовнішньому сигналі він здатний

змінювати стан [Інформатика в поняттях і термінах/М., Освіта, 1991 р. —

208 с.: іл. — стор. 91]. Таким чином, тригер може служити коміркою

пам'яті, що зберігає один біт інформації. Любою тригер можна створити з

трьох основних логічних елементів: И, ЧИ, НЕ. Тому усе, що відноситься

до елементної бази логіки, відноситься і до тригерів. Сама ж пам'ять,

заснована на тригерах, називається статичної (SRAM).

РТЛ —резистивно-транзисторна логіка. Історично є першої елеентной базою

логіки, що працює на ЕОМ другого покоління. Володіє великою потужністю,

що розсіює, (понад 100 мвт на логічний елемент). Не застосовувалася вже

в ЕОМ третього покоління. 

ТТЛ, чи Т2Л —транзисторно-транзисторна логіка. Реалізована на біполярних

транзисторах. Використовувалася в інтегральних схемах малого і

середнього ступеня інтеграції. Має час затримки сигналу в логічному

елементі 10— нс, а споживана потужність на елемент —10 мвт.

Ттл-шотки —це модифікація ТТЛ із використанням діода Щотки. Має менший

час затримки (3 нс) і високою потужністю, що розсіюється, (20 мвт). 

ІІЛ, чи І2Л —інтегральна інжекторна логіка. Це різновид ТТЛ, базовим

елементом якої є не біполярні транзистори одного роду (pnp чи npn), а

горизонтально розташованого p+n+p транзистора і вертикально

розташованого npn транзистора. Це дозволяє створити високу щільність

елементів на БІСА і СБИС. При цьому споживана потужність дорівнює 50

мквт на елемент і час затримки сигналу —10 нс. 

ЕСЛ —логічні елементи з еміттерними зв'язками. Ця логіка також

побудована на біполярних транзисторах. Час затримки в них —0,5 —2 нс,

споживана потужність —25 —50 мвт. 

Елементи на МДП (МОП) —транзисторах. Це схеми, у яких біполярні

транзистори замінені на польові. Час затримки таких елементів складає

інені на польові. Час затримки таких елементів складає

від 1 до 10 нс, споживана потужність —від 0,1 до 1,0 мвт. 

CMOS) КМОП —логіка (комплементарна логіка.) У цій логіці

використовуються симетрично включені n-моп і p-моп транзистори.

Споживано потужність у статичному режимі —50 мквт, затримка —10 —50 нс.

Як видно з цього огляду, логіка на біполярних транзисторах найшвидша,

але одночасно найдорожча і має високу потужність розсіювання (і значить

—краще “гріється”.) За інших рівних умов логіка на польових транзисторах

більш повільна, але володіє меншим електроспоживанням і меншою вартістю.

Для того, щоб здешевити оперативну пам'ять, у 90-х роках XX століття

замість дорогого статичного ОЗУ на тригерах стали використовувати

динамічне ОЗУ (DRAM). Принцип пристрою DRAM наступний: система

метал-діелектрик-напівпровідник здатні працювати як конденсатор. Як

відомо, конденсатор здатний якийсь час “тримати” на собі електричний

заряд. Позначивши “заряджене” стан як 1 і “незаряджене” як 0, ми

одержимо комірку пам'яті ємністю 1 біт. Оскільки заряд на конденсаторі

розсіюється через деякий проміжок часу (який залежить від якості

матеріалу і технології його виготовлення), те його необхідно періодично

“підзаряджати” (регенерувати), зчитуючи і знову записуючи в нього дані.

Через цього і виникло поняття “динамічна” для цього виду пам'яті.

За 10 років, що пройшли з часу створення перших мікросхем DRAM, їхній

розвиток йшло “семимильними" кроками в порівнянні з SRAM. Еволюція DRAM

розглядається в наступному підрозділі.

Динамічне ОЗУ з часу своєї появи пройшло кілька стадій росту, і процес

її удосконалювання не зупиняється. За свою десятилітню історію DRAM

змінювала свій вид кілька разів. Спочатку мікросхеми динамічного ОЗУ

вироблялися в DIP-корпусах. Потім їх перемінили модулі, що складаються з

декількох мікросхем: SIPP, SIMM і, нарешті, DIMM і RIMM.

Використана література

Фигурнов В. Э “IBM PC для пользователя” Издание 7-ое. Москва, Инфра-М,

1998.

Рорбоу Л “Модернизация вашего ПК” . Москва, Диалектика, 1997г.

Жарков С. “Оперативная память” . www. info. rambler. ru.