| Оперативная память

Оперативная и долговременная память
Оперативная память используется для хранения программ, выполняемых в текущий момент, и используемых в них цифровых данных. Она представляет собой совокупность специальных электронных ячеек, каждая из которых может хранить конкретную комбинацию из нулей и единиц - один байт. Каждая такая ячейка имеет адрес (адрес байта) и содержимое (значение байта). Адрес нужен для обращения к содержимому ячейки – для записи и считывания информации. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) хранит информацию только во время работы компьютера, другими словами, оно является энергозависимым. При отключении или временном нарушении электропитания компьютера ОЗУ тут же "забывает" заложенную в ней информацию. Известный программист П. Нортон назвал оперативную память черновиком, в который временно записываются программы, данные и результаты обработки (т.е. полуфабрикаты). Объем оперативной памяти современного ПК составляет 32 - 512 Мегабайт и более.

При выполнении микропроцессором вычислительных операций в любой момент должен быть обеспечен доступ к любой ячейке оперативной памяти. Поэтому ее называют памятью с произвольной выборкой RAM (Random Access Memory). RAM выполняется на микросхемах двух типов – динамического (DRAM – Dynamic RAM) и статического (SRAM – Static RAM) типов.

В памяти динамического типа биты представляются в виде отсутствия или наличия заряда на конденсаторе в структуре полупроводникового кристалла. Конструктивно она выполняется в виде модуля SIMM (Single In line Memory Module). Каждый бит информации записывается в отдельной ячейке памяти, состоящей из конденсатора и транзистора. Наличие заряда на конденсаторе соответствует 1 в двоичном коде, а его отсутствие –0. Транзистор при переключении дает возможность считывать бит информации или производить запись нового бита в пустую ячейку памяти. Поиск ячейки по адресу осуществляется специальными дешифрующими схемами, которые образуют "матрицу", т.е. пересекают кристалл памяти двумя полосами – по горизонтали и вертикали. Когда центральный процессор компьютера сообщает адрес нужной ячейки, горизонтальные дешифраторы указывают нужный столбец, а вертикальные – строку, на пересечении которых находится нужная ячейка. После определения ячейки по заданному адресу производится выборка из нее байта данных (8 бит).

В памяти статического типа в качестве ячеек памяти используются так называемые статические триггеры. Статическая память требует для реализации большего числа транзисторов, но зато обладает более высоким быстродействием по сравнению с динамической.

Кроме оперативной памяти в персональном компьютере для согласования работы быстродействующего микропроцессора с более "тихоходными" оперативной памятью и долговременными запоминающими устройствами используется сверхоперативная, так называемая кэш-память (S-RAM). Для ее реализации используется статическая память.

Чтобы процессор не простаивал, пока идет медленное считывание из ОЗУ или запись в него, вводится небольшая, но сравнительно быстродействующая кэш-память. Пока процессор занят другими операциями, она медленно считывает из ОЗУ заранее заказанную информацию, а затем быстро сбрасывает ее процессору. С введением кэш-памяти сократились вынужденные простои процессора, а значит, увеличилось его реальное быстродействие. Описанная промежуточная память - так называемая кэш-память второго уровня. Но есть и кэш-память первого уровня: она сформирована на самом кристалле процессора, то есть находится в его корпусе. Из ОЗУ информация поступает в кэш второго уровня, затем, с возрастающей скоростью, - в кэш первого уровня и, наконец, еще быстрее - в процессор. Оперативная память реализуется в виде твердотельных микросхем и поэтому вообще не содержит подвижных деталей.

В компьютере есть еще и постоянная память (ПЗУ), хранящая информацию даже при отключении питания. В ней содержится наиболее важная информация – базовая система ввода-вывода. (Basic Input Output System – BIOS). Запись информации в постоянную память выполняют "аппаратно" - с помощью специальных устройств. Микросхемы постоянной памяти разделяются на программируемые изготовителем (ROM-Read Only Memory), однократно программируемые пользователем (PROM - Programmable ROM) и многократно программируемые пользователем (EPROM - Erasable PROM).

Еще один вид постоянной памяти - CMOS (Complimentary Metal-Oxide-Semicondactor) или CMOS RAM - служит для сохранения некоторых характеристик ПК и среды. Эта микросхема питается от аккумуляторов и поэтому энергонезависима. Это дает возможность постоянно сохранять важные характеристики, используемые при загрузке операционной системы.

Для долговременного хранения, накопления и считывания цифровой информации используются долговременные запоминающие устройства – носители и накопители. Все они являются энергонезависимыми, – т.е. хранят информацию вне зависимости от того, включен или выключен компьютер.

Это – магнитные диски (дискеты, жесткие диски - винчестеры), магнитооптические диски, оптические диски. Они используются совместно с соответствующими приводами (дисководами). Исключение составляет новейший вид - твердотельная полупроводниковая флэш-память. Она не содержит подвижных деталей и не требует использования приводов. Носители - это устройства долговременной памяти, на которые можно осуществить однократную запись информации, ее хранение и многократное считывание. К ним относятся, например, оптические диски CD-ROM, CD-R и DVD.

Накопители - это устройства, способные осуществлять Накопители - это устройства долговременной памяти, способные осуществлять запись, хранение, стирание и многократную перезапись и считывание информации. Они представляют собой совокупность носителя (например, дискеты или оптического диска CD-RW) и соответствующего устройства, служащего для записи и последующего считывания информации. К этим устройствам относятся, в частности, дисководы гибких дисков (дискет), жесткие диски (винчестеры), дисководы CD-RW оптических дисков. В то же время, дисковод CD-ROM к накопителям не принадлежит, так как предназначен только для считывания цифровой информации с оптического диска CD-ROM - носителя информации, а запись осуществлять не может. По сравнению с оперативной памятью носители и накопители имеют значительно большую емкость памяти, однако быстродействие их значительно меньше.