Как называется устройство компьютера для хранения программ

Содержание

Несмотря на огромное разнообразие вычислительной техники и ее стремительное совершенствование, фундаментальные принципы устройства машин во многом остаются неизменными. В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом — это:

• принцип программного управления;

• принцип однородности памяти;

Компьютеры, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру. Архитектура компьютера определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов (компонентов) компьютера. К основным компонентам относятся:

Процессор

Процессор является главным устройством компьютера, в котором происходит обработка всех видов информации. Кроме этого процессор обеспечивает согласованное взаимодействие всех узлов, входящих в состав компьютера. Наиболее важными, частями процессора являются арифметико-логическое устройство и устройство управления.

Каждый процессор способен выполнять вполне определенный набор универсальных инструкций, называемых чаще всего машинными командами. Работа ЭВМ состоит в выполнении последовательности таких команд, подготовленных в виде программы. Процессор способен организовать считывание очередной команды, ее.анализ и выполнение, а также при необходимости принять данные и отправить результаты их обработки на требуемое устройство. Выбрать, какую инструкцию программы исполнять следующей, также должен сам процессор, причем результат этого выбора часто может зависеть от обрабатываемой в данный момент информации.

Устройства хранения данных

Внутри процессора имеются специальные ячейки (регистры) для оперативного хранения обрабатываемых данных и некоторой служебной информации. Однако в нем не предусмотрено место для хранения программы. Для этой важной цели в компьютере служит другое устройство память.

Память

Память в целом предназначена для хранения как данных, так и программ их обработки: согласно фундаментальному принципу фон Неймана, для обоих типов информации используется единое устройство.

Начиная с самых первых ЭВМ, память сразу стали делить на внутреннюю и внешнюю. Исторически это было связано с размещением устройств памяти внутри или вне процессорного шкафа. Однако с уменьшением размеров машин внутрь основного процессорного корпуса удавалось поместить все большее количество устройств, и первоначальный непосредственный смысл данного деления постепенно утратился. Тем не менее, терминология сохранилась.

Под внутренней памятью современного компьютера понимают быстродействующую электронную память, расположенную на его системной плате. Сейчас такая память изготавливается на базе самых современных полупроводниковых технологий. Наиболее существенная часть внутренней памяти называется ОЗУ — оперативное запоминающее устройство.

Главное назначение ОЗУ — хранение данных и программ для решаемых в текущий момент задач. При выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается. Оперативная память обычно характеризуется сравнительно небольшим объемом (до 512 Мб) и очень высокой скоростью обращения к информации. Отсюда и ее название («оперативно» — значит быстро).

Устройство компьютера. Из чего состоит компьютер?

В состав внутренней памяти современного компьютера помимо ОЗУ также входят и некоторые другие разновидности памяти. Среди них — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Эта память используется компьютером только для чтения и служит для хранения программ и данных начальной загрузки компьютера и тестирования его узлов. Информация в ПЗУ не зависит от состояния компьютера.

Для долговременного хранения информации используется внешняя память. В качестве устройств внешней памяти обычно выступают накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на жестких магнитных дисках (винчестерах) и оптические накопители (CD-ROM и DVD-ROM). В конструкции устройств внешней памяти имеются механически движущиеся части, поэтому скорость их работы существенно ниже, чем у полностью электронной внутренней памяти. Тем не менее, внешняя память позволяет сохранить огромные объемы информации с целью последующего использования.

Внешние устройства

В составе любого компьютера необходимы специальные устройства ввода и вывода информации (так называемые внешние или периферийные устройства).

К устройствам ввода информации можно отнести:

• клавиатуру (служит для ввода числовой и текстовой информации);

• манипулятор-мышь (для ввода графической информации или работы с графическим интерфейсом программ);

• сканер (используется для ввода в компьютер фотографий или рисунков, позволяет не просто преобразовать картинку с листа бумаги в графический компьютерный файл, но и с помощью специального программного обеспечения распознать в прочитанном изображении текст и сохранить его в виде, пригодном для редактирования в обычном текстовом редакторе);

• цифровую камеру (формирует изображение сразу в компьютерном формате);

• микрофон (служит для ввода звуковой информации).

К наиболее универсальным устройствам вывода можно отнести монитор, на экране которого высвечивается числовая, текстовая, графическая и видеоинформация.

Для сохранения информации на бумаге служит принтер, а для вывода на бумагу сложных чертежей, рисунков и схем большого формата — плоттер (графопостроитель).

Вывод звуковой информации осуществляется с помощью акустических колонок или наушников.

Каждое внешнее устройство подключается к ПК через специальную электронную схему, которая называется контроллером (или адаптером) и служит для преобразования информации, поступающей от процессора в управляющие сигналы, «понятные» соответствующим внешним устройствам.

Процесс общения процессора с внешним миром через устройства ввода-вывода по сравнению с информационными процессами внутри него протекает в сотни и тысячи раз медленнее. Это связано с тем, что устройства ввода и вывода информации часто имеют механический принцип действия (принтеры, клавиатура, мышь) и работают медленно. Чтобы освободить процессор от простоя при ожи-;злни окончания работы таких устройств, в компьютер вставляют специализированные микропроцессоры-контроллеры. Получив от центрального процессора компьютера команду на вывод информации контроллер самостоятельно управляет работой внешнего устройства. Окончив вывод информации, контроллер сообщает процессору о завершении выполнения команды и готовности к получению следующей.

Число таких контроллеров соответствует числу подключенных к процессору устройств ввода и вывода. Так, для управления работой клавиатуры и мыши используется свой отдельный контроллер. Таким образом, использование специальных контроллеров для управления устройствами ввода-вывода, усложняя устройство компьютера, одновременно разгружает его центральный процессор от непроизводительных трат времени и повышает общую производительность компьютера.

Взаимосвязь основных устройств

Все контроллеры устройств взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных (системную шину). Системная шина является основной интерфейсной системой компьютера, реализующей сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина обеспечивает передачу информации в трех направлениях:

• между процессором и основной памятью;

• между процессором и внешними устройствами;

• между основной памятью и внешними устройствами.

Центральные устройства (процессор и основная память) подсоединены к шине непосредственно, а периферийные — через устройства сопряжения (контроллеры или адаптеры). Таким образом, персональный компьютер состоит из отдельных модулей, объединяемых системной магистралью. При этом можно заменять отдельные модули на более современные, а также добавлять новые модули. Такой принцип построения компьютера называется принципом открытой архитектуры (магистралъно-модульным).

Программный принцип работы компьютера

Любая программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, т. е. компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда, поэтому над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник: studopedia.ru

Устройство памяти эвм

Памятью компьютера называется совокупность устройств для хранения программ, вводимой информации, промежуточных результатов и выходных данных. Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементовах, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется адресом.

Байты могут объединяться в ячейки, которые называются словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова – два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использование ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово). Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо число, либо одна команда. Однако допускаются переменные форматы представления информации. Разбиение памяти на слова для четырехбайтовых компьютеров представлено в таблице 1.

ДВОЙНОЕ СЛОВО

Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также в последнее время Терабайт и Петабайт.

Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые различаются по назначению, временным характеристикам, объему хранимой информации и стоимости хранения одинакового объема информации.

Классификация памяти представлена на рисунке:

Рисунок 3. Классификация памяти

Внутренняя память предназначена для хранения относительно небольших объемов информации при ее обработке микропроцессором.

Внешняя память предназначена для длительного хранения больших объемов информации, независимо от того включен или выключен компьютер.

Энергозависимой называется память, которая стирается при выключении компьютера.

Энергонезависимой называется память, которая не стирается при выключении компьютера.

К энергонезависимой внутренней памяти относится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, англ. ROM – Read Only Memory – память только для чтения). Обычно в ПЗУ записываются программы, обеспечивающие минимальный базовый набор функций управления устройствами компьютера.

ПЗУ содержит программы BIOS, необходимые для управления многими компонентами компьютера. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, тестирования устройств, входящих в ЭВМ. BIOS доступна постоянно, независимо от работоспособности внешних компонентов, таких как системные загрузочные дискеты. В BIOS есть программа System Setup, — именно с ее помощью пользователь управляет самыми глубокими настройками системы В современных материнских платах используются, как правило, микросхемы Flash BIOS, программы в которых могут перезаписываться, что обеспечивает модернизацию этой программы при появлении новых устройств, которым нужно обеспечить поддержку (например, новых типов микросхем оперативной памяти).

При включении компьютера первоначально управление передается программе из ПЗУ, которая тестирует компоненты компьютера и запускает программу-загрузчик операционной системы. Эта память составлена из микросхем, как правило, небольшого объема.

Важным компонентом, размещенным на системной плате, является микросхема CMOS RAM-памяти. Эта память с невысоким быстродействием и минимальным потреблением энергии от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Информация в ней может изменяться по мере необходимости программой Setup.

Поэтому при загрузке компьютера BIOS берет необходимую для своей работы информацию об изменяемых параметрах компонентов ПК именно из этой памяти. Так, из CMOS RAM-памяти считывается информация о МП, о типах и емкости оперативной и всех видах дисковой памяти, о работоспособности устройств компьютера и т.д.

К энергозависимой внутренней памяти относятся оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), видеопамять и кэш-память. В оперативном запоминающем устройстве в двоичном виде запоминается обрабатываемая информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты работы.

ОЗУ обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причём в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти – это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес. Это отражено в англоязычном названии ОЗУ – RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом). Доступ к этой информации в ОЗУ осуществляется очень быстро. Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как при выключении машины все данные, находящиеся в ОЗУ, пропадают.

Объем ОЗУ обычно составляет от 32 до 512 Мбайт. Для несложных административных задач бывает достаточно и 32 Мбайт ОЗУ, но сложные задачи компьютерного дизайна могут потребовать до 2 Гбайт ОЗУ.

Обычно ОЗУ исполняется на интегральных микросхемах памяти SDRAM (синхронное динамическое ОЗУ). Каждый информационный бит в SDRAM запоминается в виде электрического заряда крохотного конденсатора, образованного в структуре полупроводникового кристалла.

Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются, и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают. Этот процесс называется регенерации памяти (Refresh Memory). Микросхемы CDRAM имеют емкость 16-256 Мбит и более.

Большинство современных компьютеров комплектуются модулями типа DIMM (Dual-In-Line Memory Module — модуль памяти с двухрядным расположением микросхем) и высокоскоростные модули Rambus DRAM (RIMM) и DDR DRAM. Модули памяти характеризуются такими параметрами как объем – (16, 32, 64, 128, 256 и 512 Мбайт), число микросхем, паспортная частота (100 или 133 МГц), время доступа к данным (6 или 7 наносекунд) и число контактов (73, 168 или 184). Разработан и выпускается модули памяти 1-2 Гбайта.

Для хранения графической информации используется видеопамять. Видеопамять (VRAM) – разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Центральный процессор компьютера направляет данные в видеопамять, а графический процессор видеокарты считывает оттуда информацию.

Кроме того, в видеопамяти хранится кадровый буфер и промежуточные данные, необходимые графическому процессору. Современные видеокарты оснащены памятью типа Grafic DDR3 объемом до 512 Мбайт. Рабочей частотой 1300 МГц, шиной разрядностью 126-256 бит. Среднее значение задержек на массовых видеокартах Составляет до 1.6 Нс.

Объем видеопамяти, установленный на корте, важен в первую очередь для обработки трехмерных изображений с текстурами в высоком разрешении разрешения при большой глубине цвета. Для плоской графики достаточно 32 Мбайта видеопамяти, что обеспечивает работу с разрешением 1600х1200 пиксел при 32-битном цвете. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам – процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, целостность ее зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке

стройства внешней памяти весьма разнообразны. Их можно классифицировать: по виду носителя, по типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, по методу доступа и т.д. при этом под носителем понимается материальный объект, способный хранить информацию. Один из возможных вариантов классификации ВЗУ приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Классификация внешних запоминающих устройств

В зависимости от типа носителя все ВЗУ можно подразделить на накопителя на магнитной ленте и дисковые накопители.

Внешняя память может быть с произвольным доступом и последовательным доступом. Устройства памяти с произвольным доступом позволяют получить доступ к произвольному блоку данных примерно за одно и то же время доступа.

Винчестеры, как и другие магнитные накопители с прямым доступом, имеют дорожковую организацию дисковой памяти. Это означает, что поверхность магнитных дисков разбивается на концентрические кольца разного диаметра – дорожки, начиная с внешнего края. Далее структуру информации на винчестере следует рассматривать отдельно с точки зрения физической и логической структур. Чаще всего путаница возникает при сравнении параметров, относящихся к различным структурам.

Источник: studfile.net