Память персонального компьютера.

Устройство, которое хранит вашу информацию для компьютера в течение короткого промежутка времени, называется компьютерной памятью. Даже если вы совсем не знаток компьютера ,но наверняка слышали об ОЗУ, жестких дисках, компакт-дисках и цифровых видеодисках. Все они предназначены для хранения информации компьютера.Различаются они между собой вместимостью и разновидностью скорости для хранения информации на них.

Оперативная память

Оперативная память занимает значительную часть адресного пространства компьютера. Ее установленный объем и быстродействие оказывают огромное влияние на быстродействие персонального компьютера в целом (порой даже большее, чем скорость процессора). Надежность ее работы во многом определяет надежность всего компьютера. Поэтому всеми разработчиками ей уделяется большое внимание.

Все персональные компьютеры используют оперативную память динамического типа (DRAM — Dynamic Random Access Memory), основным преимуществом которой перед статической оперативной памятью (SRAM — Static RAM) является низкая цена. Связано это с тем, что если элемент статической памяти (триггер) требует 4—6 транзисторов, то элемент динамической памяти — это интегральный конденсатор, для обслуживания которого требуется 1—2 транзистора. Отсюда следуют и основные недостатки динамической памяти: она требует регенерации (то есть постоянного возобновления заряда на разряжающемся конденсаторе) и имеет в несколько раз меньшее быстродействие по сравнению со статической памятью. К тому же во время регенерации динамическая память недоступна для обмена, что также снижает быстродействие.

Типы памяти компьютера.

В типичном персональном компьютере имеется:

• Кэш первого и второго уровня
• Обычная оперативная память
• Виртуальная память
• Жесткий диск

Почему их так много скажете Вы? Ответ на этот вопрос, можно узнать прочитав статью дальше,а также многое узнать о памяти компьютера. Во-первых, мощным центральным процессорам для достижения максимальной производительности нужно обеспечить быстрый и легкий доступ к большим объемам данных.Если процессор не может получить нужные ему данные, он в буквальном смысле слова прекращает работу и ждет их поступления. Современные процессоры, работающие на частоте около 3 ГГц, могут обрабатывать большие объемы данных – теоретически миллиарды байт в секунду. Проблема, с которой столкнулись конструкторы компьютеров, заключается в том, что стоимость памяти, способной удовлетворить потребности 3 ГГц центрального процессора, очень высока, намного больше, чем сумма, которую согласились бы заплатить за большой объем такой памяти покупатели.

Конструкторы решили проблему высокой стоимости путем создания «многоярусной» памяти – использования дорогой памяти небольшого объема и резервирования ее более дешевой памятью большого объема.

Самой дешевой широко распространенной памятью с оперативной записью и считыванием является жесткий диск. Жесткие диски располагают большими объемами недорогой энергонезависимой памяти. Память на них стоит считанные рубли за мегабайт, однако считывание записанной таким образом информации занимает много времени (до секунды на один мегабайт). Поскольку место на жестком диске такое дешевое и его достаточно много, этот способ хранения информации создает последний уровень иерархии памяти центрального процессора, именуемый виртуальной памятью.

Предпоследний уровень иерархии образует оперативная память. Функционирование оперативной памяти подробно рассмотрено в статье о том, как работает оперативная память, однако некоторые особенности необходимо указать в этом материале.

Разрядность центрального процессора указывает на то, сколько байт информации он может одновременно получить из оперативной памяти. Например, 16-битный центральный процессор может одновременно обрабатывать 2 байта (1 байт = 8 бит, следовательно, 16 бит = 2 байта), а 64-битный процессор может одновременно обрабатывать 8 байтов.

Мегагерц – мера скорости работы центрального процессора, или тактовой частоты, измеряется миллионами в секунду. Таким образом, 32-бит 800-МГц процессор Pentium III может обрабатывать одновременно 4 байта информации и производить операции 800 миллионов раз в секунду (при конвейеризации может и больше!). Задача системы памяти состоит в том, чтобы она удовлетворяла этим требованиям.

Сама оперативная память компьютера не обладает достаточным быстродействием, чтобы работать с той же тактовой частотой, что и центральный процессор. Поэтому необходимо применять кэш (о нем чуть позже). Тем не менее, чем быстрее работает оперативная память, тем лучше. В наше время продолжительность цикла большинства чипов составляет от 20 до 50 наносекунд. Скорость считывания / записи, как правило, зависит от типа используемой оперативной памяти, например, динамического ОЗУ (DRAM), синхронной динамической памяти (SDRAM), либо памяти RDRAM. Эти различные виды оперативной памяти рассмотрим позже.

Кэш и регистры памяти

Кэш устраняет это узкое место, сохраняя наиболее часто используемые процессором данные и при необходимости предоставляя их процессору с очень малой задержкой. Для достижения большого быстродействия память небольшого объема, именуемая первичным кэшем или кэшем первого уровня, встраивается непосредственно в центральный процессор. Кэш первого уровня очень мал, обычно его объем составляет от 2 до 64 килобайт.

Кэш второго уровня, так же расположен на кристалле процессора.  В большинстве систем нужные центральному процессору данные извлекаются из кэша в течение приблизительно 95 процентов рабочего времени, что существенно сокращает время простоя процессора, связанного с ожиданием поступления данных из оперативной памяти.

Чаще всего в качестве кэш-памяти используют определенный тип ОЗУ, а именно статическое ОЗУ (static random access memory, SRAM). В статическом ОЗУ каждая ячейка памяти состоит из нескольких транзисторов, обычно от четырех до шести, образующих запоминающий элемент, называемый бистабильным мультивибратором, причем этот мультивибратор способен переключаться между двумя устойчивыми состояниями. Это значит, что данные в ОЗУ не нужно постоянно обновлять, как в динамическом ОЗУ (DRAM). Каждая ячейка памяти может хранить имеющиеся в ней данные сколь угодно долго, нужно лишь, чтобы на нее все это время подавалось электропитание. Поскольку нет необходимости в постоянном обновлении, статическое ОЗУ может работать очень быстро. Однако из-за сложности схемы каждой ячейки использовать такую память в качестве стандартной оперативной памяти было бы недопустимо дорого.

Статическое ОЗУ кэша может быть асинхронным и синхронным. Синхронное статическое ОЗУ точно синхронизируется с тактовой частотой центрального процессора, тогда как асинхронное такими возможностями не располагает. Маленький бит синхронизации влияет на производительность. Согласование с тактовой частотой процессора – хорошая вещь, поэтому всегда следует отдавать предпочтение синхронному статическому ОЗУ.

Заключительной ступенью памяти являются регистры. Эти ячейки памяти встраиваются прямо в центральный процессор и предназначаются для хранения определенных данных, в которых нуждается процессор, в частности данных для арифметико-логического устройства (ALU, АЛУ). Являясь составной частью центрального процессора, они управляются непосредственно компилятором, отправляющим информацию на процессор для обработки. Больше о работе регистров можно узнать из статьи о том, как работают микропроцессоры.