Память

Память

Память – это устройство компьютера, которое используется для записи, хранения и выдачи по запросу команд программы и данных.

Существует большое количество видов памяти, которые различаются по устройству, организации, функциям и т.д. Обычно выделяют внутреннюю и внешнюю память.

Внутренняя память предназначена для задач, решаемых в данный момент. Внешняя память служит для того, чтобы сохранять данные на длительный срок, пока они не потребуется, именно поэтому ее еще часто называют долговременной.

Внутренняя память

Внутренняя память – часть памяти компьютера, которая используется для хранения программ и данных во время решения задачи.

Часто ее называют основной памятью. В состав внутренней памяти входят ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство).

Основное отличие внутренней памяти от внешней – произвольный доступ к отдельным ячейкам памяти по их адресам.

Информация, хранящаяся в ОЗУ, считается временной (оперативной), поэтому пользователь должен сам сохранять необходимые данные во внешней памяти.

Внутренняя память может быть построена на основе самых разных технологий. Самые первые ЭВМ имели ОЗУ на электронно-лучевых трубках, причем их количество соответствовало разрядности памяти (каждый бит числа считывался из отдельной трубки). Затем появилась память на магнитных сердечниках. Намагниченное состояние сердечника соответствовало единичному состоянию бита, ненамагниченное – нулевому. Развитие микроэлектроники позволило изготовить компактную полупроводниковую память, которая сейчас применяется в персональных компьютерах.

Существуют два типа оперативной памяти, отличающиеся по технологии изготовления, - статическая и динамическая. Первая строится на триггерах, а вторая – на полупроводниковых конденсаторах. Конденсатор намного проще и меньше триггера, так что на одном и том же кристалле можно сделать гораздо больше запоминающих элементов динамического типа, чем статического. Поэтому динамическая память имеет большую емкость и меньшую стоимость. Но есть недостаток: она работает намного медленнее статической.

Первоначально информация в ПЗУ заносилась только на заводе. Затем появились программируемые  ПЗУ, которые потребитель мог заполнить сам, поместив «пустую» микросхему в специальное устройство – программатор. В микросхемах использовали токопроводящие перемычки. Наличие перемычки означало единицу. Программатор импульсами тока пережигал нужные перемычки, тем самым устанавливая биты в нулевое состояние. Процесс записи информации был необратимым.

Позднее появились перепрограммируемые ПЗУ, в которых очистка информации сначала производилась ультрафиолетовыми лучами, а затем – с помощью электрических импульсов. Современные перепрограммируемые ПЗУ используют флэш-память. Изменить содержимое такого ПЗУ можно без программатора, запустив специальную программу.

Компьютер содержит микросхему ПЗУ, в которой записано встроенное программное обеспечение – набор программ, обеспечивающих проверку аппаратуры, начальную загрузку компьютера и обмен данными с некоторыми устройствами (клавиатурой, монитором). В компьютерах IBM PC такое программное обеспечение называется BIOS (базовая система ввода/вывода).

В IBM-совместимых компьютерах есть еще один вид памяти – память конфигурации (CMOS-память). В ней хранятся разнообразные настройки аппаратного обеспечения, а также часы и календарь, благодаря которым компьютер всегда «знает» текущую дату и время. Данные сохраняются благодаря питанию от батарейки.

Внешняя память

Внешняя память – часть памяти компьютера, которая используется для долговременного хранения программ и данных.

Устройства внешней памяти часто называют накопителями. К ним относятся накопители на магнитных и оптических дисках, а так же современные внешние запоминающие устройства.

Внешняя память любого типа состоит из некоторого носителя информации и электронной схемы управления (контроллера).

Компьютерный носитель информации – это средство длительного хранения данных в компьютерном формате. Носитель может быть съемным, а может быть помещен внутрь неразборного устройства.

Магнитные и оптические диски для обеспечения доступа к любому блоку данных быстро вращаются, а читающая головка перемещается вдоль радиуса диска. В более современных видах внешней памяти никаких движущихся частей нет, а для чтения и записи данных используются только электрические импульсы.

В переносных устройствах внешней памяти носитель и схема управления объединены в единый блок. Такие устройства подключаются к компьютеру снаружи через разъем.

Центральный процессор не может непосредственно обращаться к данным на носителе, он работает с ними через контроллер внешней памяти.

Для связи с контроллером процессор использует порты – регистры контроллера, к которым процессор может обратиться по номеру.

Характерные черты внешней памяти:

•          Обменом данными управляют контроллеры;
•         Прежде чем процессор сможет непосредственно использовать данные или программу их нужно предварительно загрузить в ОЗУ;
•          Данные располагаются блоками.

Первоначально программы и данные сохранялись на бумажных перфокартах и перфолентах. Они сортировались программистами вручную. Затем произошел переход к магнитным носителям: магнитным лентам, барабанам и дискам.
На магнитных дисках биты данных хранятся в виде небольших намагниченных (или ненамагниченных) областей. Секторы размещаются на концентрических окружностях, которые называются дорожками.
Появление магнитных дисков вызвало создание специального ПО для работы с ними – операционных систем (ОС).
Следующей технологией хранения данных стали оптические компакт-диски (CD). При записи данных луч лазера «выжигает» на поверхности диска дорожку, в которой чередуются впадины и возвышения.
Сейчас широко используются оптические диски следующих поколений: DVD и Blu-ray-диски.
Были разработаны также комбинированные магнитооптические диски. Носителем информации в них служит магнитное вещество.
Запоминающие устройства на базе флэш-памяти не имеют движущихся частей, а носителем информации служит полупроводниковые кристалл.

Самая быстрая память – это регистры процессора. Гораздо больше по объему, но заметно медленнее внутренняя память (ОЗУ или ПЗУ). Далее следует огромная, но еще более медленная внешняя память. Последний уровень – это данные, которые можно получить из компьютерных сетей.

Иерархия памяти

Производительность компьютера в первую очередь зависит от процессорной памяти и ОЗУ. Быстродействие процессоров значительно выше, чем скорость работы ОЗУ. Между процессором и ОЗУ есть еще один слой памяти, который называют кэш-памятью, или кэшем.
Кэш-память – это память, ускоряющая работу другого (более медленного) типа памяти, за счет сохранения прочитанных данных на случай повторного обращения к ним.
Кэш-память – это статическая память, которая работает значительно быстрее динамического ОЗУ.