В процессе развития вычислительной техники люди вольно или невольно пытались по образу и подобию собственной памяти проектировать и создавать различные технические устройства хранения информации. Чтобы лучше понять назначение и возможности различных запоминающих устройств компьютера, можно провести аналогию с тем, как хранится информация в памяти человека.
Внутренняя память состоит из нескольких частей: оперативной, постоянной и кэш-памяти. Это связано с тем, что используемые процессором программы можно условно разделить на две группы: временного (текущего) и постоянного использования. Программы и данные временного пользования хранятся в оперативной памяти и кэш-памяти только до тех пор, пока включено электропитание компьютера. После его выключения выделенная для них часть внутренней памяти полностью очищается. Другая часть внутренней памяти, называемая постоянной, является энергонезависимой, то есть записанные в нее программы и данные хранятся всегда, независимо от включения или выключения компьютера.
Что такое память компьютера? (часть 20)| Криптография | Программирование
Внешняя память компьютера по аналогии с тем, как человек обычно хранит информацию в книгах, газетах, журналах, на магнитных лентах и пр., тоже может быть организована на различных материальных носителях: на дискетах, на жестких дисках, на магнитных лентах, на лазерных дисках (компакт-дисках).
Классификация видов компьютерной памяти по назначению показана на рисунке 18.1.
Постоянная память — устройство для долговременного хранения программ и данных.
Существует две основные разновидности микросхем постоянной памяти: однократно программируемые (после записи содержимое памяти не может быть изменено) и многократно программируемые. Изменение содержимого многократно программируемой памяти производится путем электронного воздействия.
Оперативная память хранит информацию, необходимую для выполнения программ в текущем сеансе работы: исходные данные, команды, промежуточные и конечные результаты. Эта память работает только при включенном электропитании компьютера. После его выключения содержимое оперативной памяти стирается, так как микросхемы являются энергозависимыми устройствами.
Оперативная память — устройство для хранения программ и данных, которые обрабатываются процессором в текущем сеансе работы.
Устройство оперативной памяти обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причем в любой момент времени возможен доступ к любой ячейке памяти. Часто оперативную память называют RAM (англ. Random Access Memory — память с произвольным доступом).
Тема: Базовая система ввода-ввода.
BIOS(Basic Input/Output System) – это базовая система ввода-вывода. В состав этой системы входят различные программы ввода-вывода, которые обеспечивают взаимодействие между операционной системой, прикладными программами с одной стороны и устройствами, входящими в состав компьютера (внутренними и внешними) с другой.
Первоначально она предназначалась для осуществления тестирования компьютера при включении – так называемых POST(Power On Self Test) или BIST(Built In Self Test)-процедур, и обеспечивания последующей загрузки ОС. Это справедливо для ПК семейств i8086, i8088 и для значительной части семейства 80286.
Информатика. 7 класс. Компьютерная память /16.09.2020/
В настоящее время BIOS представляет собой сложную систему, состоящую из большого количества утилит, предназначенных для автоматического распознавания установленного на компьютер оборудования, его настройки и проверки функционирования. Вызов программ BIOS, как правило, осуществляется через программные или аппаратные прерывания. При включении питания компьютера BIOS тестирует (POST — Power-On-Self-Test) компоненты системы — процессор, память, приводы дисков (как жестких, так и флоппи-дисководов), клавиатуру т.д.
BIOS реализован в виде микросхемы, установленной на материнской плате компьютера. Заметим, что название ROM BIOS в настоящее время не совсем справедливо, ибо «ROM» предполагает использование постоянных запоминающих устройств (Read Only Memory), а для хранения кодов BIOS в настоящее время применяют в основном перепрограммируемые запоминающие устройства. Наиболее перспективной для хранения системы BIOS является флэш-память. Она позволяет модифицировать функции для поддержки новых устройств, подключаемых к компьютеру.
Система BIOS неразрывносвязанас СMOS RAM (CMOS — Complementary Metal Oxide Semiconductor). Это память, в которой хранится информация о текущих установках BIOS (время, количество памяти, типы жестких дисков и т.д.). В этой информации нуждаются программные модули системы BIOS. CMOS-память относительно энергонезависима так как имеет независимое питание — либо от аккумулятора, который расположен на системной плате, либо от батареи на корпусе системного блока.
Изменение установок в CMOS производится через программу SETUP. Чаще всего SETUP может быть вызван нажатием специальной комбинации клавиш (DEL, ESC, CTRL-ESC, или CRTL-ALT-ESC) во время начальной загрузки (некоторые BIOS позволяют запускать SETUP в любое время, нажимая CTRL-ALT-ESC).
Основными производителями BIOS являются фирмы AWARD и AMI.
Тема: Системная плата.
Системная плата (System board) — второй по важности компонент в устройстве персонального компьютера . Кроме термина «системная плата», используется название «материнская плата» (Motherboard) . Основное назначение системной платы — соединение всех узлов компьютера в одно устройство, так что, по большому счету, это всего лишь набор проводов между контактами процессора и контактами модулей памяти и периферийных устройств. Все остальные расположенные на ней элементы носят второстепенные функции, служа только для развязки и согласования сигналов. Конечно, какой-то блок на системной плате может носить гордое название «контроллер», но даже в этом случае его назначение— выполнение вспомогательных функций.
Конструктивно системная плата ПК выполняется в виде многослойной текстолитовой печатной платы.Количество слоев может достигать 12, но чаще всего используют 8 (если не считать краски и лака). Между каждым слоем располагаются печатные проводники, выполненные из металлической фольги (может использоваться метод осаждения или напыления), которые соединяют контактные выводы микросхем, резисторов, конденсаторов и разъемов между собой. Ниже показан разрез системной платы производства компании Gigabyte, которая предложила увеличить толщину медных слоев для питания и заземления до 70 мкм.
 |
Как правило, толщина проводников в два раза меньше, поэтому увеличение толщины медных шин улучшает охлаждение элементов системной платы, но при этом возникает масса технологических сложностей. Так как современные процессоры работают с внешними устройствами на частоте в несколько сотен мегагерц, то длина и расположение печатных проводников теперь рассчитывается по тем же принципам, что и для СВЧ- устройств, когда каждый лишний сантиметр проводника играет огромную роль.
Между процессором, модулями оперативной памяти и внешними устройствами расположен чипсет (chipset)— набор микросхем, которые выполняют служебные функции по распределению сигналов между всеми блоками. При подаче напряжения питания чипсет вырабатывает определенную последовательность команд, которая активизирует процессор.
Процессор, в свою очередь, по программе BIOS тестирует и активизирует остальные устройства, установленные и подключенные к системной плате. Если старт компьютера прошел успешно, то микросхемы чипсета связывают процессор, память и периферийные устройства в единое целое — вычислительное устройство, готовое выполнить команды пользователя или определенным образом реагировать на появление сигналов в интерфейсных линиях.
Поток информации от процессора к оперативной памяти и обратно проходит через электронику чипсета. Даже если в чипсете есть только буферные цепи, то и они, увы, вносят небольшую задержку времени, пусть даже в идеале и в один такт системной шины.
Для современных компьютерных систем подобная задержка— это уже много, поэтому сначала корпорация AMD, а потом и Intel перенесли контроллер памяти на кристалл процессора. При таком принципе построения процессор работает с памятью непосредственно, и ликвидируются лишние звенья, что повышает общую производительность системы. Существуют и другие варианты построения системных плат, которые зависят от архитектуры процессора. Например, в последнее время становится популярным перенос интерфейса видеокарты (для PCI-E) с чипсета на цепи, расположенные на кристалле процессора, что ускоряет работу графической подсистемы. В частности, допустимо все контролеры внешних устройств смонтировать на кристалле процессора, заметим, что подобная схема применяется еще со времен процессоров Intel 80186, но в настольных компьютерах не прижилась.
Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 1218 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник: studopedia.net
домашнее задание
Память – это устройство компьютера, которое используется для записи, хранения и вы- дачи по запросу команд программы и данных.
С уществует большое количество видов памяти, которые различаются по устройству, организации, функциям и т.д. Обычно выделяют внутреннюю и внешнюю память. Термины эти имеют историческое происхождение, связанное с конструкцией первых ЭВМ: одна часть памяти находилась внутри главного шкафа (в котором размещался процессор), а другая – вне его.
Внутренняя память предназначена для хранения программ и данных, которые используются для задач, решаемых в данный момент. А внешняя память служит для того, чтобы сохранить данные на длительный срок, пока они не потребуются, 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 и ПЗУ. Внутренняя память строится в соответствии с базовыми принципами. Основное отличие внутренней памяти от внешней – произвольный доступ к отдельным ячейкам памяти по их адресам (обращение к внешней памяти происходит иначе, см. далее). Информация, хранящаяся в ОЗУ, считается временной (оперативной), поэтому пользователь должен сам сохранять необходимые данные во внешней памяти.
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, чем статическая. К сожалению, у нее есть очень существенный недостаток: она работает намного медленнее статической. Сейчас в персональных компьютерах используется динамическая оперативная память..
Внутри компьютеров семейства IBM PC есть еще один особый 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 небольшой батарейки.
CMOS-память – это особая память, которая не входит в адресное пространство внутренней памяти. Поэтому к ней невозможно обратиться просто по адресу, и в этом смысле она скорее похожа на внешнюю память. Для работы с памятью конфигурации в ПЗУ современного ПК предусмотрена специальная программа (она называется BIOS Setup), причем работать с ней можно только до загрузки операционной системы (при включении компьютера).
Внешняя память
Внешняя память – часть памяти компьютера, которая используется для долговременного хранения программ и данных.
К внешней памяти относятся разнообразные устройства хранения данных, начиная от накопителей на магнитных дисках и кончая современными внешними запоминающими устройствами на основе полупроводниковой флэш-памяти.
Любой тип внешней памяти состоит из некоторого носителя информации (например, диска или полупроводникового кристалла) и электронной схемы управления (контроллера).
Компьютерный носитель информации – это средство длительного хранения данных в компьютерном формате. Носитель может быть съемным (как в накопителях на оптических дисках), а может быть помещѐн внутрь неразборного устройства (жесткий магнитный диск – винчестер).
В переносных устройства внешней памяти, например, во внешних винчестерах и флэш-накопителях, 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 носите- ле, он работает с ними через контроллер внешней памяти. На рисунке схематично показано, как читаются данные с внешнего носителя информации в ОЗУ.
Для связи с контроллером процессор использует порты – регистры контроллера, к которым процессор может обратиться по номеру. Процессор передает контроллеру «задание» на передачу данных, и контроллер берет руководство процессом на себя. В это время цен- тральный процессор может параллельно выполнять программу дальше или решать другую задачу. Таким образом, выполнить чтение (и запись) данных из внешней памяти гораздо сложнее, чем из внутренней памяти
Для внешней памяти характерны следующие черты:
- обменом данными управляют контроллеры;
- прежде чем процессор сможет непосредственно использовать программу или данные, хранящиеся во внешней памяти, их нужно предварительно загрузить в ОЗУ;
- данные располагается блоками (на дисках их принято называть секторами);
- блок данных читается и пишется как единое целое, что существенно ускоряет процедуру обмена; работать с частью блока невозможна.
В качестве внешней памяти используются самые разные носители. Первоначально программы и данные сохранялись на бумажных перфокартах и перфолентах. Подписанные обычной ручкой или карандашом, они сортировались программистами вручную. Затем произошел переход к магнитным носителям: магнитным лентам, барабанам и дискам .
перфокарта
Следующей технологией хранения информации стали оптические компакт-диски (англ. CD = Compact Disk). При записи данных (одним из способов) луч лазера «выжигает» на поверхности диска дорожку, в которой чередуются впадины и возвышения. При считывании также применяется луч лазера, только меньшей интенсивности, чтобы не раз- рушить данные.
Для распознавания нулей и единиц используется различное отражение от перепадов глубины и ровной поверхности диска. В отличие от магнитных дисков, где информация хранится в виде на отдельных замкнутых дорожках, данные на оптическом дис- ке записываются вдоль непрерывной спирали, как на старых грампластинках27.
Сейчас широко используются оптические диски следующих поколений: DVD (англ. Digital Versatile Disk – цифровой многоцелевой диск, емкость до 17 Гбайт) и Blu-ray-диски (емкостью до 66 Гбайт). Они имеют тот же диаметр, что и CD-диски, но для повышения плотности записи используют лазер с меньшей длиной волны.
Наконец, последнее достижение в области устройств внешней памяти – запоминающие устройства на базе флэш-памяти. В ней нет движущихся частей, а носителем информации служит полупроводниковый кристалл. Данные во флэш-памяти обновляются только блоками, но для устройств внешней памяти это вполне естественно.
Максимальное количество перезаписей данных для каждого блока хотя и велико, но все же ограничено. Поэтому встроенный контроллер при записи использует специальный алгоритм для выбора свободных блоков, стараясь загружать сектора диска как можно более равномерно. Кроме широко распространенных флэш-дисков («флэшек»), этот вид памяти используется в картах памяти для фотоаппаратов, плееров и сотовых телефонов, а также в твердотельных винчестерах . Напомним, что ПЗУ также может изготовляться на базе флэш-памяти.
Флэш-карта
Взаимодействие разных видов памяти
Иерархия памяти.
Кэширование.
Самая быстрая (и очень небольшая) память – это регистры процессора. Гораздо больше по объему, но заметно медленнее, внутренняя память (ОЗУ и ПЗУ). Далее следует огромная, но еще более медленная внешняя память. Наконец, последний уровень – это данные, которые можно получить из компьютерных сетей.
Д ля редактирования файла с диска (внешняя память) программа обработки загружает его в ОЗУ (внутренняя память), а конкретные символы, с которыми в данные доли секунды работает процессор, «поднимаются» по иерархии выше – в регистры процессора.
Производительность компьютера в первую очередь зависит от «верхних» уровней памяти – процессорной памяти и ОЗУ. Быстродействие процессоров значительно выше, чем скорость работы ОЗУ, поэтому процессору приходится ждать, пока до него дойдут данные из оперативной памяти. Чтобы улучшить ситуацию, между процессором и ОЗУ добавляют еще один слой памяти, который называют кэш-памятью (от англ. cache – тай- ник, прятать).
Кэш-память – это память, ускоряющая работу другого (более медленного) типа памяти, за счѐт сохранения прочитанных данных на случай повторного обращения к ним
Кэш-память – это статическая память, которая работает значительно быстрее дина- мического ОЗУ. В ней нет собственных адресов, она работает не по фон-неймановскому принципу адресности. При чтении из ОЗУ процессор обращается к контроллеру кэш-памяти, который хра- нит список всех ячеек ОЗУ, копии которых находятся в кэше. Если требуемый адрес уже есть в этом списке, то запрашивать ОЗУ не нужно, и контроллер передает процессору значение, связанное (ассоциированное) с этим адресом. Такой принцип организации памяти называется ассоциативным.
Если нужных данных нет в кэш-памяти, они читаются из ОЗУ, но одновременно по- падают и в кэш – при следующем обращении их уже не нужно читать из ОЗУ.
Подчеркнем, что термин «кэширование» в вычислительной технике имеет довольно широкий смысл: речь идет о сохранении информации в более быстродействующей памяти с целью повторного использования. Например, браузер кэширует файлы, полученные из Интернета, сохраняя их на винчестере в специальной папке. В накопителе на жестком диске также используется кэширование. Таким образом, кэш может быть организован как с помощью аппаратных средств (кэш процессора), так и программно (кэш браузера) .
Основные характеристики памяти
Информационная емкость – это максимально возможный объем данных, который мо- жет сохранить данное устройство памяти.
Емкость памяти измеряется в тех же самых единицах, что и объем информации, т.е. в битах, байтах и производных единицах (чаще всего – в мегабайтах или гигабайтах).
Для дисков часто говорят о форматированной и неформатированной емкости. Первая величина – это объем «полезной» памяти, а вторая включает еще и ту область диска, которую занимает служебная разметка.
Для оценки быстродействия памяти используют несколько величин. Любая операция обмена данными включает не только саму передачу данных, но и подготовительную часть. Это может быть, например, поиск нужного сектора диска или установка адреса внутри микросхемы ОЗУ. Время подготовки соизмеримо со временем передачи, так что пренебрегать им нельзя. Общее время обмена данными от начала подготовки до окончания передачи называют временем доступа.
Время доступа – интервал времени от момента посылки запроса информации до момента получения результата на шине данных.
При измерении этой величины обычно рассматривают самый сложный случай, когда данные с читываются или записываются в случайных местах памяти. На практике байты или сектора часто читаются по порядку, поэтому время ввода или вывода уменьшается.
Для ОЗУ время доступа измеряется в наносекундах (1 нс = 10-9 с), а для винчестеров – в миллисекундах (1 мс = 10-3 с). Такая разница связана с тем, что дисковод должен сначала переместить считывающую головку в нужное положение. Поскольку устройства внешней памяти работают с целыми блоками данных, для их характеристики требуется какой-то дополнительный показатель.
Средняя скорость передачи данных – это количество передаваемых за единицу времени данных после непосредственного начала операции чтения (т.е. без учета подготовительной стадии).
Эта характеристика обычно измеряется в мегабайтах в секунду (Мбайт/с).
Для оценки стоимости памяти используют отношение стоимости модуля памяти к его информационной емкости. Часто говорят о стоимости одного бита или стоимости одного гигабайта. Для дисковых накопителей часто указывают частоту вращения (в оборотах в минуту). Чем быстрее вращается диск, тем выше может быть скорость считывания и записи.
Источник: sysoevaa.blogspot.com
Устройство компьютера
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.
Источник: ystroystvo.blogspot.com