Класифікація видів пам’яті ПК

Класифікація  видів пам’яті  ПК

    Пам'ять  комп'ютера побудована з двійкових  запам'ятовуючих елементів —  бітів, об'єднаних в групи по 8 бітів, які називаються байтами.

    Розрізняють два основні види пам'яті - внутрішню  і зовнішню. До складу внутрішньої  пам'яті входить оперативна пам'ять, кеш-пам'ять і постійна пам'ять.

    Оперативна  пам'ять (ОЗП) — це пристрій, що швидко запам'ятовує інформацію не дуже великого об'єму, безпосередньо пов'язаний з  процесором і призначений для  запису, прочитування і зберігання виконуваних програм і даних, що обробляються цими програмами.

Рис.1 Класифікація видів пам’яті ПК

    Оперативна  пам'ять використовується тільки для  тимчасового зберігання даних і  програм, оскільки, коли машина вимикається, все, що знаходилося в ОЗП, пропадає.

    Постійна пам'ять (ПЗП) — незалежна пам'ять, використовується для зберігання даних, які ніколи не  змінюються. З ПЗП можна тільки читати інформацію.

    У ПЗП записують програми управління роботою самого процесора (управління дисплеєм, клавіатурою, принтером, зовнішньою пам'яттю і т.д.).

    Найважливіша  мікросхема постійної пам'яті —  модуль BIOS — сукупність програм, призначених: автоматичного тестування пристроїв після включення живлення комп'ютера; завантаження операційної системи в оперативну пам'ять.

    Кеш-пам'ять  — це невелика за розміром буферна пам'ять, яка дозволяє пришвидшувати процеси обміну даними між МП і ОП за рахунок значно меншого, ніж до ОП, часу доступу до даних та розташування в ній даних, які найчастіше використовуються.

Внутрішня пам'ять комп'ютера

    Під внутрішньою пам'яттю розуміють всі види запам'ятовуючих пристроїв, що розташовані на материнській платі. До них відносяться:

• оперативна пам'ять,
• постійна пам'ять,
• енергонезалежна пам'ять.

    Оперативна  пам'ять RAM (Random Access Memory).

    Пам'ять RAM - це масив кристалічних комірок, що здатні зберігати дані. Вона використовується для оперативного обміну інформацією (командами та даними) між процесором, зовнішньою пам'яттю та периферійними системами. З неї процесор бере програми та дані для обробки, до неї записуються отримані результати. Назва "оперативна" походить від того, що вона працює дуже швидко і процесору не потрібно чекати при зчитуванні даних з пам'яті або запису. Однак, дані зберігаються лише тимчасово при включеному комп'ютері, інакше вони зникають.

Рис. 2. Оперативна пам'ять

    За  фізичним принципом дії розрізняють  динамічну пам'ять DRAM і статичну пам'ять SRAM. Комірки динамічної пам'яті  можна представити у вигляді  мікроконденсаторів, здатних накопичувати електричний заряд. Недоліки пам'яті DRAM: повільніше відбувається запис і читання даних, потребує постійної підзарядки. Переваги: простота реалізації і низька вартість. Комірки статичної пам'яті можна представити як електронні мікроелементи - тригери, що складаються з транзисторів. У тригері зберігається не заряд, а стан (включений/виключений). Переваги пам'яті SRAM: значно більша швидкодія. Недоліки: технологічно складніший процес виготовлення, і відповідно, більша вартість. Мікросхеми динамічної пам'яті використовуються як основна оперативна пам'ять, а мікросхеми статичної - для кеш-пам'яті.

    Кожна комірка пам'яті має свою адресу, яка виражається числом. В сучасних ПК на базі процесорів Intel Pentuim використовується 32-розрядна адресація. Це означає, що всього незалежних адрес є 232, тобто можливий адресний простір складає 4,3 Гбайт. Однак, це ще не означає, що саме стільки оперативної пам'яті має бути в системі. Граничний розмір обсягу пам'яті визначається чіпсетом материнської плати і зазвичай складає декілька сот мегабайт.

    Оперативна  пам'ять у комп'ютері розміщена на стандартних панельках, що звуться модулями. Модулі оперативної пам'яті вставляють у відповідні роз'єми на материнській платі. Конструктивно модулі пам'яті мають два виконання - однорядні (SIMM - модулі) та дворядні (DIMM - модулі). На комп'ютерах з процесорами Pentium однорядні модулі можна застосовувати лише парами (кількість роз'ємів для їх встановлення на материнській платі завжди парне). DIMM - модулі можна встановлювати по одному. Комбінувати на одній платі різні модулі не можна. Основними характеристиками модулів оперативної пам'яті є:об'єм пам'яті та час доступу. SIMM- модулі є об'ємом 4, 8, 16, 32 мегабайти; DIMM - модулі - 16, 32, 64, 128, 256 Мбайт. Час доступу показує, скільки часу необхідно для звертання до комірок пам'яті, чим менше, тим краще. Вимірюється у наносекундах. SIMM - модулі - 50-70 нс, DIMM - модулі - 7-10 нс.

    Постійна  пам'ять ROM (Read Only Memory)

    В момент включення комп'ютера в  його оперативній пам'яті відсутні будь-які дані, оскільки оперативна пам'ять не може зберігати дані при вимкненому комп'ютері. Але процесору необхідні команди, в тому числі і відразу після включення. Тому процесор звертається за спеціальною стартовою адресою, яка йому завжди відома, за своєю першою командою. Ця адреса вказує на пам'ять, яку прийнято називати постійною пам'яттю ROM або постійним запам'ятовуючим пристроєм (ПЗП). Мікросхема ПЗП здатна тривалий час зберігати інформацію, навіть при вимкненому комп'ютері. Кажуть, що програми, які знаходяться в ПЗП, "зашиті" у ній - вони записуються туди на етапі виготовлення мікросхеми. Комплект програм, що знаходиться в ПЗП утворює базову систему введення/виведення BIOS (Basic Input Output System). Основне призначення цих програм полягає в тому, щоб перевірити склад та працездатність системи та забезпечити взаємодію з клавіатурою, монітором, жорсткими та гнучкими дисками.

    Енергонезалежна пам'ять CMOS

    Робота  таких стандартних пристроїв, як клавіатура, може обслуговуватися програмами BIOS, але такими засобами неможливо  забезпечити роботу з усіма можливими пристроями (у зв'язку з їх величезною різноманітністю та наявністю великої кількості різних параметрів). Але для своєї роботи програми BIOS вимагають всю інформацію про поточну конфігурацію системи. З очевидних причин цю інформацію не можна зберігати ні в оперативній пам'яті, ні в постійній.

    Спеціально  для цих цілей на материнській платі є мікросхема енергонезалежної пам'яті, яка по технології виготовлення називається CMOS. Від оперативної  пам'яті вона відрізняється тим, що її вміст не зникає при вимкненні комп'ютера, а від постійної пам'яті вона відрізняється тим, що дані можна заносити туди і змінювати самостійно, у відповідності з тим, яке обладнання входить до складу системи. Мікросхема пам'яті CMOS постійно живиться від невеликої батарейки, що розташована на материнській платі. У цій пам'яті зберігаються дані про гнучкі та жорсткі диски, процесори і т.д. Той факт, що комп'ютер чітко відслідковує дату і час, також пов'язаний з тим, що ця інформація постійно зберігається (і обновлюється) у пам'яті CMOS. Таким чином, програми BIOS зчитують дані про склад комп'ютерної системи з мікросхеми CMOS, після чого вони можуть здійснювати звертання до жорсткого диска та інших пристроїв. 
 

Зовнішня  пам'ять

    Зовнішня  пам'ять - це пам'ять, що реалізована  у вигляді зовнішніх, відносно материнської плати, пристроїв із різними принципами збереження інформації і типами носія, призначених для довготривалого зберігання інформації. Зокрема, в зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення комп'ютера. Пристрої зовнішньої пам'яті можуть розміщуватись як в системному блоці комп'ютера так і в окремих корпусах. Фізично зовнішня пам'ять реалізована у вигляді накопичувачів. Накопичувачі - це запам'ятовуючі пристрої, призначені для тривалого (що не залежить від електроживлення) зберігання великих обсягів інформації. Ємність накопичувачів в сотні разів перевищує ємність оперативної пам'яті або взагалі необмежена, якщо мова йде про накопичувачі зі змінними носіями.

    Накопичувач можна розглядати як сукупність носія  та відповідного приводу. Розрізняють накопичувачі зі змінними і постійними носіями.

    Привід - це поєднання механізму читання-запису з відповідними електронними схемами  керування. Його конструкція визначається принципом дії та виглядом носія. Носій - це фізичне середовище зберігання інформації, на зовнішній вигляд може бути дисковим або стрічковим. За принципом запам'ятовування розрізняють магнітні, оптичні та магнітооптичні носії. Стрічкові носії можуть бути лише магнітними, у дискових носіях використовують магнітні, магнітооптичні та оптичні методи запису-зчитування інформації.

    Найбільш  поширеними є накопичувачі на магнітних  дисках, які поділяються на накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД) та накопичувачі на гнучких магнітних  дисках (НГМД), та накопичувачі на оптичних дисках, такі як накопичувачі CD-ROM, CD-R, CD-RW та DVD-ROM.

    Накопичувачі  на жорстких магнітних дисках (НЖМД)

    НЖМД - це основний пристрій для довготривалого збереження великих об'ємів даних  та програм. Інші назви: жорсткий диск, вінчестер, HDD (Hard Disk Drive). Ззовні, вінчестер являє собою плоску герметично закриту коробку, всередині якої знаходяться на спільній осі декілька жорстких алюмінієвих або скляних пластинок круглої форми. Поверхня кожного з дисків покрита тонким феромагнітним шаром (речовини, що реагує на зовнішнє магнітне поле), власне на ньому зберігаються записані дані. При цьому запис проводиться на обидві поверхні кожної пластини (крім крайніх) за допомогою блоку спеціальних магнітних головок. Кожна головка знаходиться над робочою поверхнею диска на відстані 0,5-0,13 мкм. Пакет дисків обертається безперервно і з великою частотою (4500-10000 об/хв), тому механічний контакт головок і дисків недопустимий.

Рис. 3. Жорсткий диск

    Запис даних у жорсткому диску здійснюється наступним чином. При зміні сили струму, що проходить через головку, відбувається зміна напруженості динамічного магнітного поля в щілині між поверхнею та головкою, що приводить до зміни стаціонарного магнітного поля феромагнітних частин покриття диску. Операція зчитування відбувається у зворотному порядку. Намагнічені частинки феромагнітного покриття спричиняють електрорушійну силу самоіндукції магнітної головки. Електромагнітні сигнали, що виникають при цьому, підсилюються й передаються на обробку.

    Роботою вінчестера керує спеціальний апаратно-логічний пристрій - контролер жорсткого диска. В минулому це була окрема дочірня плата, яку під'єднували через слоти до материнської плати. У сучасних комп'ютерах функції контролера жорсткого диска виконують спеціальні мікросхеми, розташовані в чіпсеті.

    У накопичувачі може бути до десятьох дисків. Їх поверхня розбивається на кола, що називаються  доріжками (track). Кожна доріжка має  свій номер. Доріжки з однаковими номерами, що розташовані одна над  одною на різних дисках утворюють циліндр. Доріжки на диску розбиті на сектори (нумерація починається з одиниці). Сектор займає 571 байт: 512 відведено для запису потрібної інформації, решта під заголовок (префікс), що визначає початок і номер секції та закінчення (суфікс), де записана контрольна сума, потрібна для перевірки цілісності збережених даних. Сектори й доріжки утворюються під час форматування диска. Форматування виконує користувач за допомогою спеціальних програм. Ніяка інформація не може бути записана на неформатований диск. Жорсткий диск може бути розбитий на логічні диски. Це зручно, оскільки наявність декількох логічних дисків спрощує структуризацію даних, що зберігаються на жорсткому диску.

    Серед інших параметрів, що впливають на швидкодію HDD слід відзначити такі:

• швидкість обертання дисків - в наш час випускаються накопичувачі EIDE із частотою обертання 4500-7200 об/хв, і накопичувачі SCSI - 7500-10000 об/хв;
• ємність кеш-пам'яті - у всіх сучасних дискових накопичувачах встановлюється кеш-буфер, який дає змогу прискорити обмін даними; чим більша його ємність, тим вища ймовірність того, що в кеш-пам'яті буде необхідна інформація, якої не треба прочитувати з диску; ємність кеш-буфера в різних пристроях може змінюватися в межах від 64 Кбайт до 2Мбайт;
• середній час доступу - це час (у мілісекундах), на протязі якого блок головок зміщуються з одного циліндра на інший. Залежить від конструкції приводу головок і складає приблизно 10-13 мілісекунд;
• час затримки - це час від моменту позиціювання блоку головок на потрібний циліндр до позиціювання конкретної головки на конкретний сектор, іншими словами, це час пошуку потрібного сектора;
• швидкість обміну - визначає об'єми даних, які можуть бути передані з накопичувача до мікропроцесора та в зворотному напрямку за певні проміжки часу. Максимальне значення цього параметра дорівнює пропускній здатності дискового інтерфейсу і залежить від того, який режим використовується PIO або DMA; в режимі PIO обмін даними між диском і контролером відбувається за безпосередньої участі центрального процесора, чим більший номер режиму PIO, тим вища швидкість обміну; робота в режимі DMA дозволяє передавати дані безпосередньо в оперативну пам'ять без участі процесора; швидкість передавання даних у сучасних жорстких дисках коливається в діапазоні 30-60 Мбайт/с.

Накопичувачі  на гнучких магнітних  дисках (НГМД)

    НГМД  або дисковод вмонтований у системний  блок. Гнучкі носії для НГМД випускають у вигляді дискет (інша назва флопі-диск). Власне носій - це плоский диск зі спеціальної, достатньо міцної плівки, покритий феромагнітним шаром і поміщений у захисний конверт із рухомою засувкою у верхній частині. Дискети використовуються, в основному, для оперативного перенесення невеликих об'ємів інформації з одного комп'ютера на інший. Дані, записані на дискеті можна захистити від стирання чи перезапису. Для цього потрібно пересунути маленьку захисну засувку в нижній частині дискети таким чином, щоб утворилося відкрите віконце. Для того, щоб дозволити запис цю засувку слід перемістити назад і закрити віконце.