Виды памяти в компьютере

В составе компьютера имеется несколько уровней, разновидностей памяти. Важ­нейшими для работы компьютера видами памяти являются оперативная память (ОП) и внешняя память (ВП).

Оперативной памятью называется устройство компьютера, предназначенное для хранения выполняющихся в текущий момент времени программ, а также всех дан­ных, необходимых для их выполнения.

Процессор компьютера имеет непосредственный доступ ко всей информации, которая находится в оперативной памяти, и именно поэтому программы, находя­щиеся в оперативной памяти, могут быть выполнены процессором, а данные, на­ходящиеся в оперативной памяти, могут быть по этим программам обработаны.

оперативную память называют еще прямоадресуемой памятью, памятью с прямым доступом и обозначают RAM (Random Access Memory — память произвольного доступа). Для оперативной памяти используются еще и некоторые другие названия и обо­значения: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), основная оператив­ная память (ООП), просто основная память (ОП).

Максимально возможный объем оперативной памяти, который иногда называют адресным пространством, и объем памяти, фактически присутствующий в соста­ве машины, являются важнейшими характеристиками данной модели в целом и конкретного экземпляра компьютера. Адресное пространство является величи­ной постоянной для данной модели, в то время как фактический объем опера­тивной памяти может у разных экземпляров быть разным, но он не может быть больше, чем адресное пространство для данной модели. У последних на сегодняш­ний день моделей персональных компьютеров семейства IBM PC максимально возможный объем оперативной памяти равен 64 Гбайт

Отличительными особенностями оперативной памяти являются ее энергозави­симостьи относительно высокая стоимость. Энергозависимость означает, что при отключении электропитания компьютера вся информация, которая хранится в оперативной памяти, безвозвратно теряется.

Кроме оперативной памяти в состав персонального компьютера входит родствен­ная ей кэш-память, или просто кэш (cache — запас, тайный склад или наличные, карманные деньги, то есть деньги, которые всегда «под рукой»). Это сверхбыст­рая память относительно небольшого объема до 1-2 Мбайт. По структуре и принципу работы кэш ничем не отличается от оператив­ной памяти. Однако скорость передачи данных при обмене с кэшем значительно выше, чем при обмене с оперативной памятью, но и стоит она дороже. Кэш исполь­зуется как промежуточное звено между процессором и оперативной памятью, которое обеспечивает повышение скорости вычислений.

Внешняя память

Внешней памятью называется группа устройств, которые предназначены для дол­говременного хранения больших массивов информации — программ и данных.

Несмотря на то что, фактически, эти устройства находятся внутри корпу­са персонального компьютера, для их обозначения используется термин «внеш­няя память», так как это сложилось исторически.

Процессор, то есть устройство, обеспечивающее задаваемую программой обра­ботку данных, не имеет непосредственного доступа к внешней памяти. Поэтому программа, находящаяся во внешней памяти, не может в ней выполняться, а дан­ные не могут быть каким-либо образом обработаны. В этом и состоит самое главное функциональное отличие внешней памяти от оперативной. Во внешней памяти программы и данные хранятся в «нерабочем состоянии», а в оперативной программы и данные хранятся во время выполнения (и только во время выполне­ния) программ. Для того чтобы выполнить какую бы то ни было программу, ее сначала нужно «взять со склада» — найти на внешнем устройстве и перенести в оперативную память, где она и сможет выполняться. Аналогичным образом, чтобы обработать данные, физически находящиеся во внешней памяти, их нуж­но сначала перенести в оперативную память.

Перенос программы из внешней памяти в оперативную называется загрузкой про­граммы, а инициирование начало) ее выполнения называют запуском программны или передачей управления этой программе.:

Важнейшей особенностью внешней памяти является ее энергонезависимость. Это означает, что информация хранится в ней независимо от того, включено или выключено электропитание компьютера. Кроме того, внешняя память гораздо дешевле и имеет значительно большие объемы по сравнению с оперативной.

В состав компьютера можно включить несколько жестких дисков. Но на практике персональный компьютер чаще всего оснащен только одним винчестером. Для удобства организации работы с данными предусмотрена воз­можность имитировать наличие в составе компьютера нескольких жестких дис­ков, разделив реально включенный в состав компьютера диск на ряд участков, каждый из которых ведет себя как самостоятельный диск. Такие участки реаль­ного диска принято называть логическими дисками.

Каждое из дисковых устройств, включенных в комплект персонального компьюте­ра, имеет собственное обозначение, которое состоит из одной буквы английского алфавита и двоеточия. Обычно в состав компьютера включают один дисковод для гибких дисков, который всегда обозначают А:. Жесткий диск, независимо от наличия или отсутствия дисковода для гибких дисков, всегда принято назы­вать С:. Если в составе компьютера имеются дополнительные реальные или ло­гические жесткие диски, дисководы для CD-ROM, CD-R, CD-RW или DVD, то для их обозначения используются следующие по алфавиту буквы английского алфавита — D:, E:, F: и т. д.

Процессор

Процессором называется основное устройство компьютера, которое обеспечивает задаваемую программой обработку данных.

Физически микропроцессор представляет собой созданный по специальной тех­нологии кристалл кремния общей площадью 1-3 см². Этот кристалл содержит огромное количество логических элементов, эквивалентных транзисторам Основная функций процессора складывается из двух компонентов — собственно действия по обработке данных и управления последовательностью выполнения таких действий. Процессор вычислительной машины «умеет» выполнять опре­деленный набор простейших, элементарных действий по обработке информации. Весь набор действий, которые могут быть выполнены процессором, называется системой команд данного процессора.

Конкретная последовательность машинных команд, которая обеспечивает необходимую обработку информации, образует програм­му, записанную на уровне машинного языка.

Именно в форме машинных команд вынуждены были писать свои програм­мны программисты, работавшие с машинами первого поколения. 'Затем были разработаны специальные алгоритмические языки, такие как Фор­тран, Алгол-60, Паскаль, Си и целый ряд других. Алгоритмы решения задач по об­работке данных на этих языках записываются в более привычном для человека виде, в терминах специально подобранных слов и обозначений, которые обеспе­чивают алгоритму все необходимые для него свойства (однозначность, конечность и т. д.). Алгоритм, записанный на одном из алгоритмических языков, также называется программой. Затем специальные программы — трансляторы (translate — перево­дить) — осуществляют автоматический перевод текста алгоритма на машинный язык, на уровень двоичных кодов. Полученная таким образом машинная про­грамма уже может быть выполнена процессором.

Для ускорения выполнения машинных команд в процессоре предусмотрен еще один вид памяти — регистровый. Регистр — это устройство для кратковременно­го хранения информации в процессе ее обработки. Еще раз обращаем внимание на то, что регистры входят в состав процессора, а не образуют отдельное устрой­ство. Регистр может хранить один или несколько символов, число, код машин­ной команды, какой-нибудь адрес оперативной памяти. Регистры представляют собой самый быстродействующий вид памяти, но процессор имеет всего несколь­ко десятков регистров.

Схема выполнения программы процессором довольно проста. Процессор по оче­реди (начиная с первой) выбирает (читает) из оперативной памяти машинные команды, из которых состоит программа.

Прочитав очередную команду, процессор по ее коду определяет, какое именно действие должно быть выполнено (сложение, умножение, сравнение и т. д.) и где взять данные, которые должны быть обработаны (над которыми должно быть выполнено заданное действие). Затем указанные данные считываются из опера­тивной или регистровой памяти и над ними выполняется нужное действие. Да­лее процессор, если это определено в команде, записывает результат обработки назад в оперативную или регистровую память. После чего цикл выполнения ко­манды повторяется — вновь считывание очередной команды из оперативной па­мяти, ее расшифровка, выполнение действий, запись результата и т. д. Этот цикл работы процессора выполняется до обнаружения в программе специальной ко­манды, предписывающей процессору прекращение действий по выполнению данной программы.

Процессоры вычислительных машин характеризуются рядом параметров. Основ­ными считаются тактовая частота и длина машинного слова. Количество тактовых импульсов, вырабатываемых тактовым генератором в секун­ду, называется тактовой частотой компьютера.

Тактовая частота различных процессоров может изменяться в широких преде­лах. Процессор выполняет каждую машинную команду программы за определен­ное число тактов. чем выше тактовая частота, тем бы­стрее работает компьютер. В настоящее время персональные компьютеры работают с тактовыми частотами до нескольких гигагерц. Можно ожидать появления в недалеком будущем микропроцессоров с тактовой часто­той порядка 10 ГГц. Однако следует заметить, что, согласно теоретическим оцен­кам, микропроцессоры, выполненные по современным технологическим под­ходам, не смогут превзойти частоты 30-40 ГГц.