Информатика 10 класс
Память – это устройство компьютера, которое используется для записи, хранения и выдачи по запросу команд программы и данных. Выделяют внешнюю и внутреннюю память. Внутренняя память – часть памяти компьютера, которая используется для хранения программ и данных во время решения задачи. Её называют основной памятью. В состав внутренней памяти входят ОЗУ и ПЗУ. Информация, хранящаяся в ОЗУ, считается временной, поэтому пользователь должен сам сохранять необходимые данные во внешней памяти. Самые первые ЭВМ имели ОЗУ на электронно-лучевых трубках, причем их количество соответствовала разрядности памяти. Затем появилась память на магнитных сердечниках. Существуют два типа оперативной памяти, отличающиеся по технологии изготовления, – статическая и динамическая. Первая строится на триггерах, а вторая – на полупроводниковых конденсаторах. Динамическая работает намного медленнее статической. Затем появились программируемые ПЗУ, которые потребитель мог заполнить сам, поместив «чистую» микросхему в специальное устройство – программатор. Позднее появились перепрограммируемые ПЗУ, в которых очистка информации сначала производилась ультрафиолетовыми лучами, а затем – с помощью электрических импульсов. В IBM -совместимых компьютерах есть еще один особый вид памяти – память конфигурации ( CMOS -память). Внешняя память – часть памяти компьютера, которая используется для долговременного хранения программ и данных. 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. 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. Первоначально программы и данные сохранялись на бумажных перфокартах и перфолентах. Затем произошел переход к магнитным носителям: магнитным лентам, барабанам и дискам. На магнитных дисках биты данных хранятся в виде небольших намагниченных (или не намагниченных) областей. Секторы размещаются на концентрических окружностях, которые называются дорожками. Операционная система берет на себя все технические детали, предоставляя пользователю работу с некоторыми наборами данных – файлами. Таким образом, начиная с дисковых накопителей, наличие файловой системы – это характерная черта внешней памяти, которая существенно отличает ее от внутренней. Самая быстрая память – это регистры процессора. Кэш-память – это память, ускоряющая работу другого (более медленного) типа памяти, за счет сохранения прочитанных данных на случай повторного обращения к ним. Современные операционные системы используют идею виртуальной памяти. Информационная емкость – это максимально возможный объем данных, который может сохранить данное устройство памяти. Время доступа – интервал времени от момента посылки запроса информации до момента получения результата на шине данных. Средняя скорость передачи данных – это количество передаваемых за единицу времени данных после непосредственного начала операции чтения.
Память
Память – способность компьютера обеспечивать хранение данных в запоминающих устройствах. Функции памяти: прием информации от других устройств, запоминание, выдача информации другим устройствам компьютера.
В компьютере несколько видов памяти и запоминающих устройств, отличающихся емкостью памяти, временем хранения, методом и скоростью доступа к данным, избирательностью выдачи данных, надежностью работы (рис. 3.8.).
Для персонального компьютера самая быстрая – внутренняя память (взаимодействующая с процессором) имеет несколько уровней:
- • постоянную (только читаемую) память, в которой хранятся программы, необходимые для запуска компьютера;
- • оперативную память для хранения обновляемых данных;
- • кеш-память, увеличивающую производительность процессора.
Внешняя память более медленная, но и более вместительная – жесткие диски, сменные накопители и носители (магнитные ленты, дисководы, компакт-диски CD и DVD, флеш-карты).
Постоянная память: ПЗУ и система BIOS. Работа компьютера после включения начинается только при условии, что
Рис. 3.8. Виды памяти ЭВМ
процессор получит из памяти данные и программы для обработки. Сразу «после пробуждения» процессору необходимы инициирующие команды и данные, которые сохраняются при отключении питания и предоставляются процессору при включении. Для этих целей в компьютере предусмотрено постоянное запоминающее устройство.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – устройство энергонезависимой памяти, которая постоянно, даже после выключения компьютера, хранит фиксированные («вшитые») программу и данные и использует их для загрузки операционной системы и подключения устройств (рис. 3.9). Для хранения параметров конфигурации компьютера предназначена постоянная память на основе полупроводников – G’il/05-память. Для хранения видеоизображений, выводимых на экран монитора, служит видеопамять.
Схема ПЗУ постоянно хранит программу BIOS (англ. Base Input Output System – базовая система ввода-вывода), которую процессор выполняет для проверки устройств во время запуска, загрузки операционной системы или установки новой. Кроме того, программа BIOS устанавливает поток данных между операционной системой компьютера и подсоединенными устройствами: жестким диском, клавиатурой, мышью, принтером, видеосистемой, управляет потребляемой мощностью и питанием ПК. Данные в ПЗУ записываются в процессе изготовления, сохраняются после выключения питания компьютера и могут только читаться, результаты своей работы компьютер здесь не сохраняет (для ПЗУ используется и английский термин Read Only Memory, ROM – память только для чтения).
При включении компьютера процессор обращается к ПЗУ, считывает программу BIOS, начинает ее выполнять и осуществляет тестирование основных устройств: клавиатуры, оперативной памяти, дисководов и др. Если устройства не обнаружены или не работают, BIOS сообщает об ошибках звуковыми сигналами или текстом па экране. Если устройства обнаружены и работают должным образом, устанавливается связь системной платы с устройствами, подключаются клавиатура, жесткий диск и начинается процесс загрузки операционной системы ПК.
Рис. 3.9. ПЗУ на системной плате
После успешной загрузки операционной системы в оперативную память дальнейшее управление компьютером берет на себя операционная система, которая в последующем выполняет загрузку и управление прикладной программой или передает его какой-нибудь прикладной программе, например текстовому процессору Word.
В современных компьютерах система BIOS записывается в так называемой флеш-памяти (англ. in a flash – мгновенно) – в запоминающее устройство с возможностью перепрограммирования. Флеш-память, как и обычное ПЗУ, энергонезависима, т.е. данные не пропадают после отключения питания, но флеш-память позволяет обновлять, перезаписывать находящиеся в ней данные.
Система BIOS хранит программу установки Setup (англ. set up – установить). Сообщение о работе этой программы иногда высвечивается при загрузке компьютера на черном фоне экрана: «Чтобы войти в Setup, нажмите клавишу F1″ (или Del, или другую). Программа позволяет пользователю установить клавишами клавиатуры некоторые настройки BIOS, которые записываются в отдельную постоянную CMOS-память, питаемую от аккумуляторной батарейки. CMOS-память (Complimentary Metal Oxide Semiconductor Memory) представляет собой память для хранения конфигурации компьютера. Она имеет низкое энергопотребление и не изменяется при отключении питания. Эта память располагается на контроллере периферии, для электропитания которого используются специальные аккумуляторы. В CMOS хранятся некоторые настройки системы, текущая дата и время (их можно настроить также с помощью операционной системы), пароль на вход в компьютер. О пребывании в программе Setup свидетельствует характерный «старомодный», под DOS, вид экрана и заголовок типа Award BIOS Setup (если BIOS компании Award).
Помимо основной системы BIOS в компьютере есть местные, например видеосистемы BIOS.
Оперативная память – память временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения операций в текущем сеансе работы. Отличается особо быстрым доступом к чтению и записи данных процессором или другими устройствами. Работа компьютера – это прежде всего работа процессора с оперативной памятью.
При включении компьютера в оперативную память загружаются с диска программы и данные для работы операционной системы и работы отдельных устройств, а затем прикладные программы, которые открывает пользователь. Оперативная память хранит данные только на время, пока компьютер включен, поэтому она временная (на время сеанса работы) и энергозависимая (пока подает энергию источник питания). Данные в памяти утрачиваются при выключении компьютера или перезагрузке операционной системы.
Процессор выполняет вычисления по программе, размещенной в оперативной памяти, обменивается с памятью данными, отправляет данные из памяти во внешние запоминающие устройства или сеть. Доступ к данным оперативной памяти происходит гораздо быстрее, чем к данным внешней памяти, например жесткого диска, поэтому она и называется оперативной – быстродействующей.
Объем оперативной памяти определяет, насколько большие программы могут выполняться, а также сколько данных будет подготовлено им для доступа, сколько программ могут выполняться одновременно, что очень важно для быстродействия. В современные персональные компьютеры устанавливается память объемом 1 Гбайт и более.
Процессор выполняет операции с двоичными числами. Чем большей разрядности число может обработать процессор единовременно и чем больше оперативной памяти он может использовать для размещения обрабатываемых данных, тем выше быстродействие компьютера, тем лучше он работает с большими объемами данных.
Ячейка памяти – минимальная адресуемая область памяти, хранящая данные в виде двоичного числа определенной длины. Двоичное число (1 или 0) в ячейке памяти определяется наличием или отсутствием электрического заряда. Восемь ячеек оперативной памяти имеют индивидуальный адрес. Адрес – число, которое идентифицирует отдельные части памяти. Процессор рассматривает оперативную память как кипу страниц с пометками, пронумерованными записками, куда можно быстро заглянуть по номеру. Процессор, обладающий способностью работать с двоичными числами больших разрядов, может нумеровать и использовать очень много таких «страниц и записей». Способность адресовать оперативную память позволяет процессору найти ячейку по адресу (как камеру хранения по номеру). Английский термин RAM (Random Access Memory – память произвольного доступа) отражает свойство предоставлять с одинаковой скоростью доступ к любой ячейке памяти независимо от адреса ячейки.
Процессор одновременно обрабатывает несколько разрядов чисел. Повышение максимальной разрядности чисел позволяет увеличить количество ячеек оперативной памяти, а значит, возможный максимальный ее объем. Так, 32-разрядный процессор и 32-разрядная адресация могут адресовать 232 байта, т.е. 4 Гбайт оперативной памяти (если такой объем оперативной памяти доступен на компьютере). Перенос данных из памяти процессору выполняется 32-разрядной программой в несколько раз быстрее, чем 16-разрядной программой.
В компьютере с 64-разрядным процессором и 64-разрядной возможностью адресации предел оперативной памяти увеличивается до 264 = 1,8 • 1021 байт. Прикладные программы с 64-разрядным кодом, применяемые в Windows 7 и Windows 8, быстрее, чем в Windows ХР, выполняют операции перемещения данных в памяти, сложения, вычитания, деления, умножения, сравнения крупных массивов чисел.
Развитие технологии процессоров направлено на повышение разрядности обрабатываемых двоичных чисел. Для увеличения разрядности и скорости выполнения программ кристалл интегральной схемы плотнее насыщают транзисторными элементами, уменьшают размеры, применяют новые технологии производства.
Физически оперативная память выполняется в виде модулей из многих запоминающих ячеек (каждая со своим адресом), представляющих собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются микросхемы памяти (рис. 3.10).
Модули памяти могут различаться между собой по размеру и количеству контактов, по быстродействию, по информационной емкости и т.д. Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие, которое зависит от максимально возможной частоты операций записи или считывания информации из ячеек памяти. Современные модули памяти обеспечивают время доступа к информации менее 10 наносекунд (10-9 с).
В персональных компьютерах объем адресуемой памяти и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются. Хотя объем адресуемой памяти может достигать 4 Гбайт, величина фактически
Рис. 3.10. Модуль ОЗУ
установленной оперативной памяти может быть значительно меньше, например «всего» 1 Гбайт.
Кеш-память может размещаться как вспомогательная между оперативной памятью и процессором, между оперативной памятью и диском. Кеш-память – это буферная, недоступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. Например, для ускорения операций с основной памятью организуется регистровая кеш-память внутри микропроцессора (кеш-память первого и второго уровня) или вне микропроцессора на материнской плате; для ускорения операций с дисковой памятью организуется кеш-память на ячейках электронной памяти.
Внешняя память – компьютерная память долговременного хранения программ и данных, недоступная процессору для непосредственного обращения. Процессор получает доступ к внешней памяти через оперативную память, команды ввода-вывода поручают оперативной памяти обменяться данными с внешней памятью.
Устройства внешней памяти – это накопители данных на магнитных или оптических носителях. В конструкции устройств внешней памяти имеются механические части, поэтому скорость их работы значительно ниже, чем у оперативной памяти. В системном блоке компьютера располагаются накопитель на жестком магнитном диске (винчестер), накопитель для оптических носителей – дисковод компакт- дисков CD/DVD. Стример (накопитель с магнитной лентой) выполняется как отдельное устройство.
1. Оперативная память
Для хранения информации в компьютере используется память. Память бывает двух видов: внутренняя и внешняя.
Исторически сложилось, что все устройства, расположенные внутри «шкафа», назывались внутренними. Внутри «шкафа» располагались все виды памяти.
Рассмотрим оперативную память.
Оперативная память — это энергозависимая память, в которой хранятся исполняемые файлы программ или данные, необходимые компьютеру для работы в данный момент.
Пока компьютер включён, в оперативной памяти сохраняются программы и необходимые для быстрой работы компьютера данные. После отключения компьютера она очищается. Оперативную память ещё называют ОЗУ — оперативное запоминающее устройство.
Объём памяти сегодня измеряется в гигабайтах, а в компьютерах первого поколения был равен всего \(2\) килобайтам.
Оперативная память технически представлена в виде микросхемы.
Память можно представить в виде листа в клеточку, в каждой «клетке» хранится либо \(0\), либо \(1\). Как ты уже знаешь, все данные и программы хранятся в компьютере в двоичном коде, т. е. в \(0\) и \(1\). «Клетка» памяти — это бит, в одном бите памяти хранится один бит информации.
как узнать размер ОЗУ в твоём компьютере? Найди на Рабочем столе значок Компьютер (Этот компьютер), вызови контекстное меню (нажав правую кнопку мыши), затем выбери пункт Свойства и на экране увидишь информацию о своей системе. Например, так:
Память компьютера
Основными характеристиками любого типа памяти являются:
- Объем памяти — это максимальное количество информации, которое может быть помещено в эту память. (измеряется в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах)..
- Время доступа к памяти — это минимальное время, достаточное для размещения в памяти единицы информации (обычно измеряется в наносекундах).
- Плотность записи информации – это количество информации, записанной на единице поверхности носителя.
Внутренняя память компьютера
Постоянное запоминающее устройство — энергонезависимая память, используемая только для чтения (ROM).
Данный вид памяти размещается на системной плате и применяется для хранения информации, которая обычно не меняется в ходе эксплуатации компьютера, например, микропрограммы тестирования компонентов компьютера и первого этапа загрузки операционной (BIOS). Из всех видов внутренней памяти является наиболее медленной
Оперативное запоминающее устройство — энергозависимая память, применяемая для временного хранения команд и данных, необходимых процессору для выполнения текущих операций.
Физически ОЗУ строится на микросхемах динамической памяти DRAM (Dynamic Random Access Memory). Скорость доступа к DRAM ниже чем к памяти основанной на микросхемах статической памяти SRAM (Static Random Access Memory).
После отключения компьютера содержимое ОЗУ «обнуляется».
Кэш-память
Кэш-память является элементом процессора. Это сверхбыстрая память физически построенная на микросхемах статической памяти SRAM (Static Random Access Memory). В кэш-памяти хранится содержимое наиболее часто используемых ячеек оперативной памяти, а также части программы, к которым процессор может обратится с наибольшей долей вероятности
Долговременная (внешняя) память компьютера
Внешняя память — это энергонезависимая память, предназначенная для длительного хранения информации.
Процессор не имеет прямого доступа к содержимому внешней памяти. Чтобы процессор мог обработать данные из долговремен¬ной памяти, они должны быть сначала загружены в оперативную память.
К основным устройствам долговременной памяти относятся:
Магнитный диск — основное устройство внешней памяти
Перед использованием жесткого диска необходимо его отформатировать. Операция форматирования включает в себя три этапа:
- низкоуровневое форматирование диска (создаются физические структуры: дорожки, секторы, управляющая информация);
- разбиение на разделы (процесс разбиения жесткого диска на логические диски (С:, D: и т. д.);
- высокоуровневое форматирование (создаются логические структуры, ответственные за хранение файлов, а также, в некоторых случаях, системные загрузочные файлы в начале диска).
Для повышения надежности хранения данных, а также для повышения скорости чтения/записи информации при работе с большими объемами данных используются массивы из нескольких дисков — RAID-массивы.
Оптические диски
- Компакт-диск (англ. Compact Disc, CD) — оптический носитель информации, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера.
- DVD (англ. Digital Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск) — оптический носитель информации, имеющий более плотную структуру рабочей поверхности, чем компакт — диск.
- Blu-ray (Blu-ray Disc) является названием формата оптического диска следующего поколения.
Флеш-память
Принцип работы флеш-памяти основан на полупроводниковой технологии. Изменение заряда («запись» и «стирание») изолированной области («карман») происходит при подаче напряжения между затвором и истоком данной области. Флеш-память позволяет сравнительно быстро записывать и считывать данные и хранит их после выключения питания.
Copyright © 2014-2021, Урок информатики
Все права защищены