Організація і основні характеристики пам'яті комп'ютера

мікросхеми ОП

Пам'ять (memory) - функціональна частина ЕОМ, призначена для запису, зберігання та видачі інформації.

Завантажити презентацію «Характеристики пам'яті ПК»

Завантажити тест по темі «Характеристики пам'яті ПК»

Всю пам'ять ЕОМ можна розділити на:

1. ОЗУ (оперативне запам'ятовуючий пристрій)
2. ПЗУ (постійний запам'ятовуючий пристрій)
3. РОН (регістри загального призначення) внутрішня пам'ять процесора - його регістри.
4. CMOS (Complement Metal Oxide Semiconductor - комплементарні пари метал-оксид-напівпровідник вказує на технологію виготовлення даної пам'яті) - пам'ять системних установок (конфігурації).
5. ВЗП (зовнішній пристрій)
6. Відеопам'ять - електронна пам'ять, розміщена на відеокарті, використовується в якості буфера для зберігання кадрів динамічного зображення.

1,2,3,6 - електронна пам'ять, 5 - електромеханічна пам'ять.

Характеристики оперативної пам'яті

Внутрішня пам'ять ПК володіє двома основними властивостями: дискретністю і адресованих.

Дискретність - пам'ять складається з бітів (біт - елемент пам'яті, частка інформації, зберігає двійковий код 0 або 1. Слово біт походить від англ. «Binary digit» - двійкова цифра).

Біт - найменша частинка пам'яті комп'ютера.

Отже, у слова «біт» є два сенсу: це одиниця вимірювання кількості інформації і частка пам'яті комп'ютера. Обидва ці поняття пов'язані між собою в такий спосіб:
В одному бите пам'яті зберігається один біт інформації.

Пам'ять - це впорядкована послідовність двійкових розрядів (біт). Ця послідовність ділиться на групи по 8 розрядів. Кожна така група утворює байт пам'яті.

Отже «біт» і «байт» позначають не тільки назви одиниць виміру кількості інформації, але і структурні одиниці пам'яті ЕОМ.
1Кб = 210 байт = 1024б
1Мб = 210 Кбайт = 1024Кб
1Гб = 1024Мб

Осередок пам'яті - група послідовних байтів внутрішньої пам'яті, що вміщає в собі інформацію, доступну для обробки окремою командою процесора.
Вміст комірки пам'яті називається машинним словом. Байти внутрішньої пам'яті пронумеровані. Нумерація починається з 0.
Порядковий № байта називається адресою байта. Принцип адресується пам'яті полягає в тому, що будь-яка інформація заноситься в пам'ять і витягується з неї за адресами, тобто щоб взяти інформацію з комірки пам'яті або помістити її туди, необхідно вказати адресу цього осередку. Адреса комірки пам'ять дорівнює адресою молодшого байта, що входять в осередок.
Адресація пам'яті починається з 0. Адреси осередків кратні кількості байтів в машинному слові.

Структура оперативної пам'яті

Оперативна пам'ять (ОП) (ОЗУ)

З ОП ЦП бере вихідні дані для обробки, в неї записуються отримані результати. Назва «оперативна» пам'ять одержала тому що працює швидко.
Є енергозалежною, дані і програми зберігаються в ній тільки до тих пір, поки ПК включений, при виключенні ПК вміст ОП стирається.
ОЗУ призначена для зберігання поточної, швидкоплинні інформації і допускає зміну свого вмісту в ході виконання процесором обчислень.
Використовується два основних типи оперативної пам'яті: статична пам'ять (SRAM-Static RAM - КЕШ) і динамічна пам'ять (DRAM-Dynamic RAM - ОЗУ).
Ці два різновиди пам'яті розрізняються швидкодією і питомою щільністю (ємністю), що зберігається.

Швидкодія пам'яті характеризується двома параметрами: часом доступу (access time) і тривалістю циклу пам'яті (cycle time).
Ці величини, як правило, вимірюються в наносекундах. Чим більше ці величини, тим більше швидкодія пам'яті.
Час доступу являє собою проміжок часу між формуванням запиту на читання інформації з пам'яті і моментом надходження з пам'яті запитаного машинного слова (операнда).
Загальна тривалість циклу визначається мінімальним допустимим временим між двома послідовними зверненнями до пам'яті.

У статичної пам'яті елементи побудовані на тригерах - схемах з двома стійкими станами. Для побудови одного тригера потрібно 4-6 транзисторів. після
запису інформації в статичний елемент пам'яті він може зберігати інформацію як завгодно довго (поки подається електричне живлення).
Статична пам'ять має високу швидкодію і низьку щільність розміщення даних, що зберігаються. Цей вид пам'яті доріг і енергоємний, отже, може відбуватися перегрів,
що знижує надійність система, тому вся ОП не може бути побудована по статичному принципу.

У динамічної пам'яті елементи пам'яті побудовані на основі напівпровідникових конденсаторів, що займають набагато більш меншу площу, ніж тригери в статичної пам'яті.
Для побудови динамічного елемента пам'яті потрібно 1-2 транзистора. Кожен біт ОП представляється у вигляді наявності чи відсутності заряду на конденсаторі, утвореному в структурі
напівпровідникового кристала. Осередки динамічної пам'яті дуже компактні, але з часом конденсатор відчуває витік заряду, тому періодично (приблизно 1000 разів в сек.)
виконується автоматичне відновлення інформації в кожному осередку. Це знижує швидкість роботи динамічної пам'яті і є основним її недоліком.

ОП часто позначають RAM (Random Access memory) - пам'ять з довільним доступом (тип доступу до пам'яті при якому осередку пам'яті пронумеровані, тобто адресованих і, отже, звернення до них може здійснюватися в довільному порядку).

Термін «довільний доступ» означає, що можна вважати (записати) інформацію в будь-який момент часу з будь-якої комірки.

Зауважимо, що існує і інша організація пам'яті, при якій перш ніж вважати потрібну інформацію потрібно «виштовхнути» раніше надійшли операнди.

Від обсягу ОП, встановленим на ПК безпосередньо залежить з яким ПО Ви зможете на ньому працювати. При нестачі ОП програми не запускаються, видається повідомлення: "Out of memory", або працюють вкрай повільно.

Чим більше ОП в ПК, тим краще. При необхідності обсяг ОП можна наростити (обмежується параметрами ОП, підтримуваної конкретної материнської плати, уважно см.спеціфікацію до системної плати).

Розподіл пам'яті в ПК (Розділи ОЗУ)

RAM влаштована досить складно, вона ієрархічна (багатоповерхові). ОП поділяють на кілька типів. Розподіл це обумовлено історичними причинами.
Перші комп'ютери були виконані так, що вони могли працювати максимально з 640Кб пам'яті. Виділяють 4 види пам'яті:

• Стандартна (conventional memory area)
• Верхня (upper memory blocks (area))
• Додаткова (expanded memory specification)
• Розширена (extended memory specification)

Стандартна (conventional memory area) - базова, перші 640 Кб, також його часто називають lower.
В мл. адреси цієї пам'яті завантажується ОС і драйвери пристроїв. Частину, що залишилася вільну частину пам'яті займають призначені для користувача програми.
Резидентні програми так само залишаються в цій пам'яті.

Верхня (upper memory аrea) - 640Кб - 1Мб використовується для зберігання службової інформації: пам'яті відеоадаптера, BIOS.
Спец. драйвер Himem.sys дозволяють завантажувати в вільні ділянки цієї області резидентніпрограми і драйвера пристроїв.

High memory - перші 64 Кб після 1 Мб. ОС MS DOS дозволяє завантажити частину резидентної DOS в цю область, звільняючи при цьому істотну частину
базової пам'яті для роботи прикладних програм. Особливо це корисно для програм, що використовують всю ОП. Використовуючи спец. утиліти (для DOS emm386.exe)
в верхні розділи пам'яті можна завантажувати також і резидентні програми (команди LH для autoexec.bat і DEVICEHIGT для config.sys).

Вся пам'ять понад 1 Мб може бути розглянута як додаткова (expanded) або як розширена (extended). В ОС менеджер пам'яті дозволяє використовувати пам'ять і як розширену і як додаткову, автоматично забезпечуючи той тип взаємодії з даними, який потрібен прикладним програмам. Тобто користувачу нових сучасних ПК (від Pentium) немає необхідності розподіляти пам'ять «в ручну», менеджер виділити пам'ять таким чином, як це вимагає прикладна програма.

Додаткова (expanded) пам'ять - посторінкова, тобто ОП розбивається на сторінки, кожній сторінці ставиться у відповідність певний адресу в основний пам'яті. При зверненні до такого адресою EMM (expanded memory manager) драйвер розширеної пам'яті (менеджер пам'яті) дозволяє комп'ютеру зчитати інформацію з відповідної сторінки пам'яті.

Розширена (extended) пам'ять порядкової організації (Smartdrv - драйвер розширеної пам'яті) використовується для створення тимчасового логічного диска (віртуального диска), як буфер обміну з жорстким диском.

Розподіл ОП в ПК з ОС MS-DOS

1Mб + 64Кб ​​High High Розширена або додаткова пам'ять Резидентні програми і драйвери пристроїв Частина ОС 1Mб Upper Верхня пам'ять ПЗУ BIOS Відеопам'ять (текстовий буфер) Відеопам'ять (графічний буфер) 640Кб Convertional Memory Area (base) Стандартна (базова пам'ять) Вільна частина (command.com ) транзитна частина Вільна частина для програм користувача Command.com (резидентна частина) Програми DOS, драйвери Файли io.sys msdos.sys Дані для DOS і BIOS і інша службова інформація

Мікросхеми ОП (модулі ОП)

Продуктивність ПК залежить від типу і розміру ОП, а це в свою чергу залежить від набору інтегральних схем на материнській платі.

Зовнішній вигляд мікросхем ОП: пластикова смужка, на ній розташовані крем'яні «черепашки» - чіпи-мікросхеми (тобто використовується напівпровідникова технологія) і є «ножові» контактні роз'єми.

Пристрої пам'яті характеризуються такими основними показниками:

1. часом доступу (швидкодією). Час доступу - проміжок часу, за який може бути записано (прочитано) вміст комірки пам'яті.
2. ємністю (визначає кількість осередків (бітів) в пристрої пам'яті).
3. вартістю.
4. споживаної потужністю (електроспоживання балансується).

Існує 2 модуля пам'яті, що відрізняються формою, внутрішньою архітектурою, швидкістю роботи: SIMM і DIMM.
I. SIMM (SINGLE IN-LINE MEMORY MODULES) (SRAM)
бувають двох типів (що відрізняються кількістю контактів).

1. 30-контактні модулі SIMM. Бувають 1 і 4 Мб. Практично сьогодні зникли з продажу для комп'ютерів 386, 286-процесором. Сьогодні їм знайшлося цікаве застосування - в якості ОП, яка встановлюється в деякі звукові плати, наприклад, Greafive Sound Blaster 32 (AWE-32) Gravis UltraSound PnP. Однак нова карта AWE-64 вже містить свої модулі ОП, ця пам'ять не потрібна.

2. 72-контактні SIMM (на 1, 4, 8, 16, 32, 64 Мб, рідко 128 Мб). Зовнішній вигляд незмінний, а ось тип установлюваної на них пам'яті змінюється (тип пам'яті вказується на мікросхемі).

a) найстаріший (рідко зараз зустрічається) - FPM DRAM (або просто DRAM - Dynamic Random Access Memory - динамічна ОП). Працювала на 486 і перших Pentium.

b) модифікований тип EDO DRAM (або EDO - Extended data output).

Мікросхеми SIMM випускаються одинарної і подвійної щільності, з контролем парності і без (використання контролю парності дозволяє парирувати одиночну помилку пам'яті). Модулі відрізняються і за швидкістю доступу 60 і 70 наносекунд, ніж швидкість менше, тим швидше доступ. 60 наносекунд швидше 70 наносекунд. Модулі SIMM в материнській платі Pentium і Pentium MMX встановлюються тільки попарно, утворюючи так званий банк.

Приклад необхідно 32 Мб => 2 модуля SIMM по 16 Мб.
необхідно 64 Мб => 4 модуля SIMM по 16 Мб або 2 модуля SIMM по 32Мб.

В рамках одного банку можна використовувати тільки однакові по ємності і швидкості доступу модулі SIMM. Якщо на вашій материнській платі 4 слота для модулів пам'яті SIMM, то можна сформувати два банки різної ємності.

II. DIMM (SDRAM DUAL IN-LINE MEMORY MODULES).

З'явився вперше у MMX- комп'ютерів, став основою для PII., Тому у PII рідко бувають SIMM-роз'єми. DIMM не обов'язково має бути парне число. Модулі DIMM бувають ємністю 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мб

Види DIMM.

1. EDO SD RAM (Synchronous DRAM) - синхронізуються динамічна ОП)
   SD RAM (SINGLE DATA RATE RANDOM ACCESS MEMORY) .ЗУПВ з одинарної швидкістю передачі даних, яка в залежності від тактової частоти називається пам'яттю PC100 і PC133. Мікросхема на 168 контактів, є сьогодні найбільш «повільної» з сімейства DIMM-модулів пам'яті, Час доступу = 10-20 наносекунд. Верхня межа її тактової частоти 133 МГц. І все ж цей тип ОП цілком підходить для більшості офісних і
   домашніх ПК. Пропускна здатність 1Гб / с.
   SPD - це невелика мікросхема, встановлена ​​в модулі пам'яті SD RAM DIMM і містить детальну інформацію про тип встановленої пам'яті і деякі інші пристрої. Рс133 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) найшвидша з класу класичної ОП. (Були і РС66, РС100). Тепер це найповільніший тип ОЗУ. Фізично являє собою масив мікроскопічних конденсаторів, «упакованих» в мікросхеми пам'яті. Логічно кожен конденсатор є не що інше, як елементарна однобітових інформаційна осередок з 2-ма станами: 0 - якщо конденсатор не заряджений, 1 - якщо заряджений. Ці осередки об'єднуються в двовимірну матрицю, де кожна клітинка адресується номерами рядка і стовпця, на перетині яких вона знаходиться. До мікросхемі підводяться шини командна (передає команди, що керують роботою мікросхем ОП), адресна (адреси рядків і стовпців), і даних. Всі три синхронізуються імпульсами однієї і тієї ж частоти. (133). SDRAM - синхронна пам'ять і логіка роботи мікросхем пам'яті цього типу жорстко синхронізується з тактовим сигналом. Наприклад, контролер пам'яті точно знає, протягом скількох тактів мікросхеми пам'яті готуватимуть запитані дані для передачі і на якому такті почнеться власне їх передача. Сьогодні дана мікросхема зустрічається рідко.
2. Rambus (RD RAM) Двоканальна ОП (мікросхема фірми Intel). Direct Rambus - це нова шина пам'яті, в якій управління адресацією відокремлено від роботи з даними. Система складається з контролера Direct Rambus, приєднаного до одного або декількох модулів Direct Rambus DRAM, які називаються RIMM, на відміну від звичайних мікросхем пам'яті, що з'єднуються паралельно, RIMM з'єднуються послідовно. Канал Direct Rambus включає двосторонню шину даних і шину адреси, тобто адреси пам'яті передаються одночасно з даними. Кожна мікросхема RDRAM може містити до 32 незалежних банків, SD RAM - від 2 до 8. Вільно працює на високих тактових частотах.
   Мікросхема на 184 контакту Мікросхеми ОП з тактовою частотою від 600 до 800 МГц. Коли використовується мікросхема PC800 (частота синхронізації 400 МГц), пропускна здатність шини «пам'ять-процесор» досягає 3,2 Гб / с. При використанні PC600 (300 МГц) цей параметр = 2,6 Гб / с.
   У вільні гнізда пам'яті Rambus необхідно встановлювати заглушки Continuity Rimm (CRIMM). Без них система не стане працювати, оскільки модулі в обох каналах Rambus включаються каскадно, тобто тактові і керуючі сигнали проходять через роз'єми Rimm послідовно. Ємність ОЗУ може бути до 3 Гб.
   Забезпечують значне швидкодія при виконанні складних додатків на ПК і робочих станціях. Питання про швидкодію ОП сьогодні дуже спірне.
3. DDR SDRAM (Double Data Rate) - подвійна швидкість передачі даних - це по суті модифікації звичайної SDRAM і відрізняється від неї тим, що в ній запис і читання даних відбуваються і по передньому і по задньому фронту тактового імпульсу. Тому за один такт по шині передається вдвічі більше даних, і її ефективна частота виявляється вдвічі більше фізичної.
   2х канальна пам'ять DDR266 DDR333 і DDR400 і системи з нею не поступаються пам'яті RDRAM. ОП з подвоєною швидкістю передачі даних, а інакше називається PC200 і PC266 в залежності від тактової частоти системної шини. Чи не така дорога, ніж (3) і явно сприяє підвищенню швидкодії ПК на відміну від (2). В основному завдяки використанню цієї пам'яті ПК на базі Athlon 1,2 Ггц обійшов на багатьох тестах 1,5 Ггц Р-IV з пам'яттю RD RAM.
   Сьогодні, поки, покупець не може просто вибрати бажаний для нього тип ОП, так як вона пов'язана з інтегральною схемою на системній платі, а та з ЦП. Так, поки, Р-IV працює з набором ІС 850 компанії Intel і дорогої пам'яттю RD RAM. (В середині 2001 року планується поява мікросхем, сумісних з пристроями SD RAM і DDR). Якщо ви хочете придбати Р-IV, то автоматично будете змушені придбати і дорогу ОП. Набори інтегральних схем сімейства Athlon використовують ОП SD RAM і DDR, але не можуть RD RAM.

Модуль пам'яті Kingston DDR PC3200

Модуль пам'яті Kingmax DDR2-667

Пропускна спроможність

Найважливішою характеристикою модулів оперативної пам'яті є пропускна здатність.

Пропускна здатність дорівнює добутку розрядності шини даних і частоти операцій запису або зчитування інформації з осередків пам'яті:

Пропускна здатність = Розрядність шини даних × Частота

Розрядність шини даних = 64 біта.

Максимально можлива в даний час (2006 рік) частота шини даних збігається з частотою системної шини і дорівнює 1 064 МГц.

Пропускна здатність модулів пам'яті = 64 біта × 1064 МГц = 68 096 Мбіт / с =

= 8 512 Мбайт / с ≈ 8 Гбайт / с.

Модулі пам'яті маркуються своєї пропускною спроможністю, вираженої в Мбайт / с: РС3200, РС4200, РС8500 і ін.

Фізична і віртуальна пам'ять

Обсяг використовуваної програмами пам'яті можна збільшити шляхом додавання до фізичної пам'яті (модулів оперативної пам'яті) віртуальної пам'яті.

Віртуальна пам'ять виділяється в формі області жорсткого диска. В ОС Windows це файл підкачки.

Розмір файлу підкачки і його розміщення в ієрархічній файловій системі можна змінити.

Швидкодія жорсткого диска і, відповідно, віртуальної пам'яті істотно менше швидкодії оперативної пам'яті.

Уповільнення швідкодії віртуальної пам'яті может відбуватіся в результате фрагментації даних до файлі. Для того щоб цього не відбувалося, рекомендується провести дефрагментацію диска і встановити для файлу підкачки сталу суму.

ПЗУ (постійний запам'ятовуючий пристрій)

У ПЗУ інформація залишається незмінною.
Запис в ПЗУ зазвичай здійснюється електричним або механічним способом, в процесі виготовлення материнської карти. Ці дані, як правило, не можуть бути змінені, виконувати не ПК
програми можуть їх тільки зчитувати У ПЗП зберігається інформація, присутність якої постійно необхідно в комп'ютері.

Часто її називають ROM (Read Only Memory) - пам'ять тільки для читання. В постійній пам'яті зберігаються програми для перевірки обладнання комп'ютера, ініціювання завантаження ОС і виконання базових
функцій з обслуговування пристроїв ПК. Часто вміст постійної пам'яті називають BIOS (Basic Input Output System) - базова система введення / виведення.
BIOS - це система контролю і управління пристроями, підключеними до ПК (жорсткий диск, ОП, годинник, календар). Це частина програмного забезпечення ПК, що підтримує управління адаптерами
зовнішніх пристроїв, екранні операції, тестування, початкове завантаження і установку OS. BIOS знаходиться на материнській платі (окрема мікросхема з автономним живленням від батарейки в ПК).

На сьогоднішніх ПК BIOS можна перезапісивать.BIOS сьогодні може сам визначати нові пристрої, підключені до ПК (стандарт PnP - Plug-And-Play) включи і працюй.
Управління пристроями здійснюється через механізм переривань.

Переривання можуть бути:

• апаратні (ініціюються апаратними засобами),
• логічні (ініціюються мікропроцесором - нестандартні ситуації в роботі мікропроцесора),
• програмні (ініціюються будь-яким програмним забезпеченням).

При включенні ПК автоматично завантажується і виконується спец.программа POST (Power-On Self-Test) зі складу BIOS.

Ця програма робить самоперевірку і тестування при завантаженні:

• перевірка перемикачів і CMOS-пам'яті на системній (материнській) платі (визначення обладнання, яке підключено до ПК),
• тестування ОЗУ,
• виконання дій по завантаженню ОС (завантаження в ОЗУ і запуск Блоку Початковою Завантаження ОС),
• виконує інші специфічні дії з підготовки ПК і додатково-го обладнання до роботи.

BIOS

Є своєрідною програмною оболонкою навколо апаратних засобів ПК (найнижчого рівня), реалізуючи доступ до апаратних засобів ПК через механізм переривань.
CMOS-пам'ять - ПЗУ (з можливістю модифікації), де міститься деяка настрочені інформація по конфігурації ЦЬОГО ПК і деякого додаткового обладнання. Володіє низьким електроспоживанням. Живиться від аккуммуляторной батарейки.
«Вхід» в редагування CMOS-пам'яті, як правило, після натискання клавіші DELETE (DEL) (на клавіатурі) відразу після включення ПК в процесі роботи POST-програми (завантаження програми Setup).

Зміст CMOS-пам'яті (основне):

• системний годинник,
• інформація за результатами діагностики POST-програми,
• інформація по наявності і типу FDD,
• інформація по наявності і типу HDD,
• розмір ОЗУ,
• наявність додаткового обладнання.
  

Завантажити презентацію «Характеристики пам'яті ПК»

Завантажити презентацію з Яндекса «Характеристики пам'яті ПК»

Завантажити тест «Оперативна пам'ять ПК»

strong / td

Давайте дружити!