Электронная память персонального компьютера

Контрольные работы, задания, педагогические программы      Постоянная ссылка | Все категории

Информатика, 10-11 класс

Мазитова, М. Г., ДВГГУ

ЭЛЕКТРОННАЯ ПАМЯТЬ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

Традиционно считается, что термин «электронная память» относится к тем узлам, которые выполнены на интегральных микросхемах. В данной статье рассмотрим наиболее важные виды электронной памяти – оперативную память, кэш-память и постоянную память.

Оперативная память (Main memory), или память с произвольным доступом – это основное место хранения команд и данных текущих задач (программ) в персональных компьютерах. Часто для обозначения оперативной памяти используются термины «оперативное запоминающее устройство» (ОЗУ) или, в английском варианте, «Random Access Memory» (RAM). Для создания оперативной памяти применяются микросхемы, припаиваемые на сменные модули памяти, которые, в свою очередь, устанавливаются в разъемы на системной плате. ОЗУ – наиболее быстродействующая адресуемая память в компьютере, причем именно от скорости обмена данными между процессором и микросхемами оперативной памяти зависит производительность компьютера. Наибольший недостаток микросхем ОЗУ заключается в том, что при выключении питания компьютера все данные, находящиеся в них, теряются. Емкость ОЗУ в персональном компьютере может достигать величины в 1 Гбайт и более. Для ОЗУ персонального компьютера используются микросхемы динамической памяти (DRAM – Dynamic RAM).

В кристаллах динамической памяти содержатся простейшие динамические элементы, представленные полевым транзистором и конденсатором паразитной емкости. Хранение в элементе логической единицы или нуля определяется наличием или отсутствием на конденсаторе заряда. Все элементы объединены и организованы в матрицу, доступ к которой осуществляется по строкам и столбцам.

Полевой транзистор в динамической ячейке работает в ключевом режиме, управляя передачей заряда к емкости.

Для динамической памяти введено очень много временных характеристик, но важнейшие из них три:

·  Время предзаряда памяти – представляет собой задержку, связанную с предварительным зарядом разрядных шин опорным напряжением.

·  Время доступа к памяти – обусловлено активизацией числовой шины, в результате чего на выходную шину данных памяти выкладывается информация.

·  Время цикла – состоит из задержек времени предзаряда и доступа.

Помимо задержек внутри DRAM существуют потери времени для доступа к ячейкам ОЗУ.

Так как в современном компьютере применяются микросхемы, содержащие сотни тысяч ячеек, то для упрощения управления запоминающие ячейки группируются в квадратные матрицы.

Для обращения к конкретной ячейке памяти используется адрес, формируемый из номера строки и столбца (рис.). Как только на шинах столбцов и строк будет установлен правильный адрес нужной ячейки, на выходе матрицы появится напряжение, соответствующее информации, записанной в ячейку памяти. Такой принцип адресации используется и для чтения или записи байта в оперативной памяти, но при этом за каждый разряд байта или слова отвечает своя запоминающая матрица, которая, чаще всего, находится в отдельной микросхеме.

Для записи информации в конкретную ячейку микросхемы предназначен всего один вывод. Когда на шине адреса установится нужный адрес ячейки памяти, то, хотя сигнал записи будет подан на все ячейки, запись произойдет только в ту ячейку, которая будет в данный момент выбрана (адресована).

После выключения ПК память DRAM информацию теряет. Это вызвано тем, что естественный процесс утечки тока с емкости приблизительно через 20 мс приводит к исчерпанию заряда емкости и потере данных.

Поскольку динамическая память энергозависима, она требует периодического восполнения энергии, которая содержится в паразитных емкостях. Для восстановления энергетической кондиции ячеек DRAM в ПК применяется стандартная процедура регенерации. Эта аппаратная процедура инициируется интервальным таймером (который расположен в чипсете) каждые 15,6 мкс и выполняется через канал прямого доступа к памяти (ПДП).

Очевидно, что процедура регенерации памяти задерживает работу системы, поскольку в этот момент времени обмен данными между процессором и ОЗУ невозможен.



ОЗУ поставляется в ПК в виде модулей, с одной или двух сторон которых распаяны микросхемы памяти. Для ПК используются модули памяти с односторонними выводами памяти SIMM (Single In-line Memory Module), модули памяти с двухсторонними выводами DIMM (Dual In-line Memory Module).

Для соединения модулей памяти с материнской платой используется так называемый ножевой разъем. В момент установки модуль прижимается к соответствующим контактам на плате, расположенным в неглубокой канавке, и в таком положении фиксируется с торцов при помощи специальных защелок.

Для микросхем ОЗУ характерны следующие показатели:

·  тип – обозначает статическую или динамическую память;

·  объем – показывает емкость микросхемы;

·  структура – определяет количество ячеек памяти и разрядность каждой из них;

·  время доступа к ячейке памяти – характеризует скорость работы микросхемы памяти, указывается в наносекундах (нс) в конце наименования микросхемы;

·  энергопотребление.

Кэш-память (Cache Memory) или сверхоперативная память (СОЗУ) – это одна из разновидностей быстродействующей оперативной памяти, для которой используются дорогостоящие микросхемы статической памяти. В отличие от ячеек динамической памяти, ячейки статической памяти (SRAM – Static RAM) на протяжении работы ПК информацию не утрачивают – данные теряются только при отключении питания. Принцип хранения битов информации в ячейках SRAM существенно отличается от DRAM. Ячейки памяти этой конструкции организованы на базе простейших электронных ключей – триггеров.

Микросхемы SRAM содержат большое число элементов и, в отличие от DRAM, очень громоздки. В связи с этим статическая память – малоёмкий накопитель.

Основное назначение кэш-памяти в компьютере – служить местом временного хранения обрабатываемых в текущий момент времени кодов программ и данных. Другими словами, ее назначение – служить буфером между различными устройствами для хранения и обработки информации. Например, между процессором и ОЗУ, между механической частью винчестера и ОЗУ и т. д. В зависимости от назначения и типа процессора объем кэш-памяти может составлять величину, например 8 и 16 Кбайт, 128 и 256 Кбайт, а в ряде случаев достигает 2-3 Мбайт. Кроме того, кэш-память делится на уровни и, соответственно, для каждого уровня кэш-памяти используются свои, весьма различные по конструкции и быстродействию микросхемы.

Внутренний кэш процессора класса Pentium, он же первичный кэш, или кэш первого уровня (Level I Cache), находится на том же кристалле, что и процессор. Основное назначение – хранение команд и данных, которые в текущий момент обрабатываются в процессоре. Главное отличие от всех остальных видов памяти у внутреннего кэша процессора в том, что доступ к ячейкам памяти происходит на тактовой частоте ядра процессора. Появление такого типа кэша было вызвано тем, что ядро процессора, начиная с 486, работает на частоте, которая превышает частоту внешней синхронизации. В старых процессорах внутреннего кэша не было, а термин «кэш-память» относился к микросхемам внешнего кэша. Кроме того, для кэша первого уровня у современных процессоров используют ассоциативную или наборно-ассоциативную память, в которой выбор данных из памяти происходит не по абсолютным адресам ячеек памяти, а по их содержимому, что значительно ускоряет работу системы процессор – кэш.

Вторичный кэш, или кэш второго уровня (Level 2 Cache) – это или внешний кэш, который устанавливается на системной плате, или кэш-память значительного объема, которая находится на том же кристалле, что и процессор. Возможен вариант как в процессоре Pentium II, где кэш второго уровня находится на отдельном кристалле внутри картриджа процессора.

Кэш третьего уровня (Level 3 Cache) имеют некоторые процессоры, которые предназначены для серверных приложений.

Постоянная память. Термин «постоянное запоминающее устройство» (ПЗУ) или Read-Only Memory (ROM) наиболее часто используется для обозначения микросхем, из которых можно только читать данные, но изменить их нельзя. В каждом персональном компьютере обязательно есть несколько микросхем ПЗУ. Например, после включения компьютера первой запускается программа BIOS, которая записана в микросхеме ПЗУ объемом в 1-2 Мбайт. Быстродействие микросхем ПЗУ почти на порядок ниже, чем у микросхем оперативной памяти. Разработано множество разнообразных типов микросхем ПЗУ – в некоторые можно записать данные всего один раз, а другие выдерживают многократную перезапись информации. В последнее время наиболее популярными для использования в ПЗУ стали микросхемы флэш-памяти, позволяющие перезаписывать информацию до 1 млн. раз.

Контрольная работа №3

Представленные ниже задачи являются контрольным заданием №3 для учащихся 10-11 классов. Решения необходимо оформить в отдельной тетради и выслать по адресу 680000, г. Хабаровск, ул. Дзержинского, 48, ХКЦТТ, ХКЗФМШ.

И10-11.3.1.  На памяти какого типа организована кэш-память?

a)  флэш;

b)  статической;

c)  динамической.

И10-11.3.2.  На каком принципе основана работа динамической памяти?

d)  на работе триггеров;

e)  на заряде паразитной емкости;

f)  на работе логики.

И10-11.3.3.  На каком принципе основана работа статической памяти?

g)  на работе триггеров;

h)  на заряде паразитной емкости;

i)  на работе логики.

И10-11.3.4.  От чего зависит деление кэш-памяти по уровням?

И10-11.3.5.  Чем обусловлена малая емкость кэш-памяти?

И10-11.3.6.  Каково основное назначение оперативной памяти?

j)  служить буфером между различными устройствами для хранения и обработки информации;

k)  для хранения команд и данных текущих задач;

l)  для хранения программы BIOS.

И10-11.3.7.  В каком виде поставляется оперативная память?

Литература

1)  Косцов, А. Персональный компьютер. Настольная книга пользователя / А. Косцов, В. Косцов. – М.: Мартин, 2003. _ 496 с.

2)  Соломенчук, В. Г. Аппаратные средства персональных компьютеров. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 512 с.: ил.

3)  Степаненко, О. С. Настройка персонального компьютера. Установки BIOS. Самоучитель.: – М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. – 336 с.: ил.

4)  Таненбаум, Э. Архитектура компьютера. – СПб.: Питер, 2002. – 704 с.: ил.

5)  Трасковский, А. В. Устройство, модернизация, ремонт IBM PC. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 608 с.: ил.

6)  Хамахер, К. Организация ЭВМ. 5-е изд. / К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки. – СПб.: Питер; Киев: Издат. группа BHV, 2003. – 848 с.: ил.

Контрольные работы, задания, педагогические программы      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника