Экзаменационная работа ученика 11 А класса МОУ СОШ № 4 Волкова Бориса по предмету информационные технологии по теме: “Внутренняя память ПК” Преподаватель: Садыкова И. Х Златоуст 2007 г.
Основные цели моей работы: q Память компьютера – это физическое устройство, которое можно взять в руки (в отличие от памяти человека). q Что общего между памятью человека и памятью компьютера. q Что компьютер “помнит” всю свою жизнь, а что “забывает” каждый день. q Как компьютер “узнает”, что у него появилось новое устройство или произошла замена устаревшего.
Содержание: M M M Введение. Структурная схема компьютера. Основные виды внутренней памяти. Основные характеристики внутренней памяти. Основные свойства внутренней памяти. Оперативная память. Постоянная память. Что такое CMOS память. Сверхбыстрая КЭШ – память. Информационная емкость носителей информации. Сравнительные таблицы.
Введение Так компьютер моделирует все информационные функции человека, то он должен иметь память для хранения информации. Память в компьютере используется нескольких типов, как следствие, способами хранения информации, а также конструктивно. Рассмотрим память компьютера, которая по отношению к процессору является внутренней. Она является обязательной частью любого компьютера и располагается на материнской плате. Такая память в свою очередь также различается по типам.
Структурная схема компьютера Процессор Устройство ввода Внутренняя память Внешняя память Устройство вывода
Структура внутренней памяти компьютера CMOS память Постоянная память (ПЗУ) Внутренняя память Сверхбыстрая память (КЭШ) Оперативная память (ОЗУ)
Основные характеристики внутренней памяти: q объем (главная характеристика всех видов памяти q время записи / чтения (для магнитных носителей – это время доступа + время позиционирования магнитной головки) q быстродействие
Основные свойства внутренней памяти: дискретность адресуемость энергозависимость
Дискретность Ячейка (бит) В ячейку можно записать только 0 или 1, т. е. 1 бит информации. Такая ячейка так и называется – “бит”. 0 0 … … 1 1 0 0 1 1 … … Это наименьшая частица памяти компьютера и в связи с этим память имеет битовую структуру, которая определяет первое свойство оперативной памяти – дискретность.
Адресуемость Бит является слишком маленькой единицей информации, поэтому биты объединили в группы по 8 – байты. В одном байте памяти можно сохранить 1 байт информации. 0 0 00001100. . . . Байт Каждый байт получает порядковый номер – адрес. Адресуемость – второе свойство оперативной памяти. Нумерация начинается с нуля. Таким образом, память можно представить себе в виде многоквартирного дома, в котором квартиры – это байты, а номер квартиры – адрес. Чтобы найти нужную информацию, необходимо знать адрес байта, в котором она хранится. Именно так поступает процессор, когда обращается за данными и программами к оперативной памяти.
Энергозависимость При выключении питания содержимое ОЗУ стирается, т. е. вся несохраненная информация теряется !
Оперативная память (RAM) Оперативная память – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Оперативная память является очень важным элементом компьютера. В ней хранятся программы и данные, с которыми непосредственно работает ПК. Основу ОЗУ составляет большие интегральные схемы (БИС), содержащие матрицы полупроводниковых элементов.
БИС (большая интегральная схема) БИС – это электронная схема, изготовленная по миллимикронной технологии внутри полупроводникового кристалла и содержащая десятки миллионов электронных элементов, способных выполнять логические операции и хранить информацию
Методы организации оперативной памяти: ü Метод строк/колонок (Row/column). При данном методе адресация ОП, последняя представляет собой матрицу, разделенную на строки и колонки. При обращении к ОП одна часть адреса определяет строку, а другая – колонку матрицы. Ячейка матрицы, оказавшаяся на пересечении выбранных строки и колонки считывается в память или обновляется ее содержимое. ü Метод статических колонок (Static-column). При данном методе адресации ОП информация, относящаяся к какой-либо программе, размещается в определенной колонке. Последующее обращение к данной программе происходит в ту же самую колонку. За счет статичности части адреса (ее не надо передавать по адресной шине) доступ к данным осуществляется быстрее.
ü Метод чередования адресов (Interleaved). Впервые стал применяться в 386 моделях АТ компьютерах. Данный метод предполагает считывание (или запись) информации не по одному, а сразу по нескольким адресам: I, i+1, i+2 и т. д. Количество одновременно опрашиваемых адресов, по которым происходит считывание информации, определяет кратность чередования адресов, что соответствует количеству блоков ОП. На практике обычно используется 2 -х или 4 -х кратное чередование адресов, т. е. ОП делится на 2 или 4 блока. Запись информации в блоки осуществляется независимо друг от друга. Информация по адресу I хранится в первом блоке, по адресу i+1 – во втором блоке и т. д. Считываемая с блоков информация далее переписывается в кэш-память для последующей переработки. ü Метод страничной организации (Page-mode). При данном методе организации память адресуется не по байтам, а по границам страниц. Размер страницы обычно равен 1 или 2 Кбайта. Данный метод предполагает наличие в системе кэш-памяти емкостью не менее 128 Кб куда предварительно считываются требуемые страницы ОП для последующей переработки МП или другим устройством. Обновленная информация периодически из кэш-памяти сбрасывается в ОП
Виды оперативной памяти Оперативная память Ячейки динамической памяти (DRAM) Ячейки статической памяти (SRAM)
Память типа DRAM Динамическая оперативная память (Dynamic RAM – DRAM) используется в большинстве систем оперативной памяти персональных компьютеров. Эти ячейки можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти.
Принцип действия DRAM В устройствах DRAM для хранения одного бита используется только один транзистор и пара конденсаторов, поэтому они более вместительны, чем микросхемы других типов памяти. Транзистор для каждого однозарядного регистра DRAM использует для чтения состояния смежного конденсатора. Если конденсатор заряжен, в ячейке записана 1; если заряда нет – записан 0. Заряды в крошечных конденсаторах все время ‘’стекают’’, вот почему память должна постоянно регенерироваться. Даже мгновенное прерывание подачи питания или какой-нибудь сбой в циклах регенерации приведет к потере заряда в ячейки DRAM, а следовательно, к потере данных.
Преимущества памяти DRAM Основное преимущество этого типа памяти состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, т. е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно построить память большой емкости. Многие преимущества дает и использование синхронного интерфейса.
Что такое синхронный интерфейс ? С асинхронным интерфейсом процессор должен ожидать, пока DRAM закончит выполнение своих внутренних операций, которые обычно занимают около 60 нс. С синхронным управлением DRAM происходит защелкивание информации от процессора под управлением системных часов. Тригеры запоминают адреса, сигналы управления и данных, что позволяет процессору выполнять другие задачи. После определенного количества циклов данные становятся доступны, и процессор может считывать их с выходных линий. Другое преимущество синхронного интерфейса заключается в том, что системные часы задают только временные границы, необходимые DRAM. Это исключает необходимость наличия множества стробирующих импульсов. В результате упрощается ввод, т. к. контрольные сигналы адреса данных могут быть сохранены без участия процессора и временных дорожек. Подобные преимущества также реализованы и в операциях вывода.
Недостатки памяти DRAM Недостатки этого типа памяти связаны, во – первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно. Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойства рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро. Если оперативную память постоянно не “подзаряжать”, утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация ячеек оперативной памяти. Регенерация осуществляется несколько сотен раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы
Режим FPM динамической оперативной памяти Чтобы сократить время ожидания, стандартная память DRAM разбивается на страницы. Обычно для доступа к данным в памяти требуется выбрать строку и столбец адреса, что занимает некоторое время. Разбиение на страницы обеспечивает более быстрый доступ ко всем данным в пределах данной строки памяти, то есть изменяет не номер строки, а номер столбца. Такой режим доступа к данным памяти называется (быстрым) постраничным режимом (Fast Page Mode), а сама память - памятью Fast Page Mode. Другие вариации постраничного режима называются Static Column или Nibble Mode. Страничная организация памяти – простая схема повышения эффективности памяти, в соответствии с которой память разбивается на страницы длиной от 512 байт до нескольких килобайтов. Электронная схема пролистывания позволяет при обращении к ячейкам памяти в пределах страницы уменьшить количество состояний ожидания. Если нужная ячейка памяти находится вне текущей страницы, то добавляется одно или больше состояний ожидания, так как система выбирает новую страницу.
Чтобы увеличить скорость доступа к памяти, были разработаны другие схемы доступа к динамической оперативной памяти. Одним из наиболее существенных изменений было внедрение пакетного (burst) режима доступа в процессоре 486 и более поздних. Преимущества пакетного режима доступа проявляется в том, что в большинстве случаев доступ к памяти является последовательным. После установки строки и столбца адреса в пакетном режиме можно обращаться к следующим трем смежным адресам без дополнительных состояний ожидания. К первому поколению высокоскоростных DRAM главным образом относят EDO DRAM, SDRAM и RDRAM, а к следующему – ESDRAM, DDR SDRAM, Direct RDRAM, SLDRAM (ранее Synch. Link DRAM) и т. д. Рассмотрим некоторые из этих типов оперативной памяти.
EDO Начиная с 1995 года, в компьютерах на основе Pentium используется новый тип оперативной памяти – EDO (Extended Data Out). Это усовершенствован - ный тип памяти FPM; его иногда называют Hyper Page Mode. Память типа EDO была разработана и запатентована фирмой Micron Technology. Память EDO собирается из специально изготовленных микросхем, которые учитывают перекрытие синхронизации между очередными операциями доступа. Как следует из названия – Extended Data Out, драйвера вывода данных на микросхеме, в отличии от FPM, не включается, когда контроллер памяти удаляет столбец адреса в начале следующего цикла. Это позволяет совместить (по времени) следующий цикл с предыдущим, экономя 10 нс в каждом цикле. Таким образом, контроллер памяти EDO может начать выполнение новой команды выборки столбца адреса, а данные будут считываться по текущему адресу. Это почти идентично использованию различных банков для чередования памяти, но в отличии от чередования, не нужно одновременно устанавливать два идентичных банка памяти в системе.
SDRAM (Synchronous DRAM) – это тип динамической оперативной памяти DRAM, работа которой синхронизируется с шиной памяти. SDRAM передает информацию в высокоскоростных пакетах. Использующих высокоскоростной синхронизированный интерфейс. SDRAM позволяет избежать использование большинства циклов ожидания, необходимых при работе асинхронной DRAM, поскольку сигналы, по которым работает память такого типа, синхронизированы с тактовым генератором системной платы. SDRAM способна работать на частоте, превышающей частоту работы EDO DRAM. Первоначально SDRAM работала на частоте от 66 до 100 МГц. Сейчас существует память, работающая на частотах от 125 до 143 МГц и даже выше. Следующим преимуществом SDRAM перед EDO заключается в том, что EDO не работает на частотах свыше 66 МГц, а SDRAM доступна частота шины памяти до 100 МГц.
Пример : Модуль SDRAM на 256 Мбайт
SDRAM PC 100 Выпустив чипсет 440 ВX с официальной поддержкой тактовой частоты системной шины до 100 МГц, Intel сделала оговорку, что модули памяти SDRAM неустойчиво работают на такой скорости. После заявления Intel представила новую спецификацию, описывающую все тонкости, - SDRAM PC 100. Спецификация PC 100. Ключевые моменты q Определение минимальной и максимальной длины пути для каждого сигнала в модуле. q Определение ширины дорожек и расстояния между ними. q 6 – слойные платы с отдельными сплошными слоями масса и питания. q Детальная спецификация расстояний между слоями. q Строгое определение длины тактового импульса, его маршрутизации, момента начала и окончания. q Подавляющие резисторы в цепях передачи данных. q Детальная спецификация компонента SDRAM. Модули должны содержать чипы памяти SDRAM, совместимые с Intel SDRAM Component SPEC (version 1. 5).
Пример : Стандартный модуль памяти SDRAM PC 100
Данной спецификации отвечают только 8 -нс чипы, а 10 -нс чипы, по мнению Intel, неспособны устойчиво работать на частоте 100 МГц. ý Детальная спецификация программирования EEPROM. Модуль должен включать интерфейс SPD, совместимый с Intel SPD Component SPEC (version 1. 2). ý Особые требования к маркировке. ý Подавление электромагнитной интерференция. ý Местами позолоченные печатные платы. Введение стандарта Pc 100 в некоторой степени можно считать рекламной уловкой, но все известные производители памяти и системных плат поддержали эту спецификацию, а с появлением следующего поколения памяти переходят на его производство. Спецификация PC 100 является очень критичной, одно описание с дополнениями занимает больше 70 страниц.
Для комфортной работы с приложениями, требующими высокого быстродействия, разработано следующее поколение синхронной динамической памяти – SDRAM PC 133. В продаже можно найти модули, поддерживающие эту спецификацию, причем цена на них превышает цены соответствующих моделей PC 100 на 10 -30%. Насколько это оправданно, судить довольно сложно. Продвижением данного стандарта на рынке занимается уже не Intel, а их главный конкурент на рынке процессоров AMD. Intel же решил поддерживать память от Rambus, мотивируя это тем, что она лучше сочетается с шиной AGP 4 X. 133 -МГц чипы направлены на использование с новым семейством микропроцессоров, работающих на частоте системной шины 133 МГц, и полностью совместимы со всеми PC 100 – продуктами. Такими производителями, как VIA Technologies Inc. , Acer Laboratories Inc. (ALI), Silicon Integrated Systems (SIS) и Standard Microsystems Corporation (SMC), разработаны чипсеты, поддерживающие спецификацию PC 133.
А недавно появилась еще одна интересная технология – Virtual Channel Memory. VCM использует архитектуру виртуального канала, позволяющую более гибко и эффективно передавать данные с использованием каналов регистра на чипе. Данная архитектура интегрирована в SDRAM VCM, помимо высокой скорости передачи данных, совместима с существующими SDRAM, что позволяет делать апгрейд системы без значительных затрат и модификаций. Это решение также нашло поддержку у некоторых производителей чипсетов.
Enhanced SDRAM (ESDRAM) Для преодоления некоторых проблем с задержкой сигнала, присущих стандартным DRAM – модулям, производители решили встроить небольшое количество SRAM в чип, т. е. создать на чипе Кеш. Одним из таких решений, заслуживающих внимания, является ESDRAM от Ramtron International Corporation. ESDRAM – это по существу SDRAM плюс немного SRAM. При малой задержке и пакетной работе достигается частота до 200 МГц. Как и в случае внешней Кэш – памяти, DRAM – кэш предназначен для хранения наиболее часто используемых данных. Следовательно, уменьшается время доступа к данным медленной DRAM.
DDR SDRAM (SDRAM II) DDR SDRAM (Double Date Rate SDRAM) является синхронной памятью, реализующей удвоенную скорость передачи данных по сравнению с обычной SDRAM. DDR SDRAM не имеет полной совместимости с SDRAM , хотя использует метод управления, как у SDRAM, и стандартный 168 – контактный разъем DIMM. DDR SDRAM достигает удвоенной пропускной способности за счет работы на обеих границах тактового сигнала (на подъеме и спаде), а SDRAM работает только на одной
SLDRAM Стандарт SLDRAM является открытым, т. е. не требует дополнительной платы за лицензию, дающую право на производство чипов, что позволяет снизить их стоимость. Подобно предыдущей технологии, SLDRAM использует обе границы тактового сигнала. Что касается интерфейса, то SLDRAM перенимает протокол, названный Synch Link Interface. Эта память стремится работать на частоте 400 МГц. У всех предыдущих DRAM были разделены линии адреса, данных и управления, которые накладывают ограничения на скорость работы устройств. Для преодоления этого ограничения в некоторых технологических решениях все сигналы стали выполняться на одной шине. Двумя из таких решений являются технологии SDRAM и DRDRAM. Они получили наибольшую популярность и заслуживают внимания. Ниже представлен модуль памяти DRDRAM.
Пример : Модуль памяти DRDRAM
RDRAM (Rambus DRAM) RDRAM представляет спецификацию, созданную Rambus Inc. Частота работы памяти равна 400 МГц, но за счет использования обеих границ сигнала достигается частота, эквивалентная 800 МГц. Спецификация Rambus сейчас наиболее интересна и перспективна. Direct Rambus DRAM – это высокоскоростная динамическая память с производным доступом, разработанная Rambus Inc. Она обеспечивает высокую пропускную способность по сравнению с большинством других DRAM. Direct Rambus DRAMs представляет интегрированную на системном уровне технологию. Технология Direct Rambus представляет собой третий этап развития памяти RDRAM. Впервые память RDRAM появилась в 1995 г. , работала на частоте 150 МГц и обеспечивала пропускную способность 600 Мбайт/с. Она использовалась в станциях SGI Indigo 2 IMPACTtm, в приставках Nintendo 64, а также в качестве видеопамяти. Следующее поколение RDRAM появилось в 1997 г. под названием Concurrent RDRAM. Новые модули были полностью совместимы с первыми. Но за год до этого события в жизни компании произошло не менее значимое событие. В декабре 1996 г. Rambus Inc. и Intel Corporation объявили о совместном развитии памяти RDRAM и продвижение ее на рынок персональных компьютеров
Память типа SRAM Существует тип памяти, совершенно отличный от других, статическая оперативная память (Static RAM – SRAM). Она названа так потому , что, в отличии от динамической оперативной памяти , для сохранения ее содержимого не требуется периодической регенерации. Но это не единственное ее преимущество. SRAM имеет более высокое быстродействие, чем динамическая оперативная память, и может работать на той же частоте, что и современные процессоры. Время доступа SRAM не более 2 нс, это означает, что такая память может работать синхронно с процессорами на частоте 500 МГц или выше. Однако для хранения каждого бита в конструкции SRAM используется кластер из 6 транзисторов. Использование транзисторов без каких либо конденсаторов означает, что нет необходимости в регенерации. Пока дается питание, SRAM будет помнить то, что сохранено.
“Плюсы” и “минусы” SRAM Микросхемы SRAM не используются для всей системной памяти потому, что по сравнению с динамической оперативной памятью быстродействие SRAM намного выше, но плотность ее намного ниже, а цена довольно высокая. Более низкая плотность означает, что микросхемы SRAM имеют большие габариты, хотя их информационная емкость намного меньше. Большое число транзисторов и кластиризованное их размещение не только увеличивает габариты SRAM, но и значительно повышают стоимость технологического процесса по сравнению с аналогичными параметрами для микросхем DRAM. Несмотря на это, разработчики все-таки применяют память типа SRAM для повышения эффективности компьютера. Но во избежание значительного увеличения стоимости устанавливается только небольшой объем высокоскоростной памяти SRAM, которая используется в качестве кэш-памяти.
Структура оперативной памяти Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Если к разъемам есть удобный доступ, то операцию можно выполнить своими руками. Если удобного доступа нет, может потребоваться неполная разборка узлов системного блока, и в таких случаях операцию поручают специалистам.
Основные типы модулей памяти Модули памяти Однорядные модули памяти (SIMM - модули) Двухрядные модули памяти (DIMM - модули)
Разъемы SIMM и DIMM В большинстве современных компьютеров вместо отдельных микросхем памяти используются модули SIMM или DIMM, представляющие собой небольшие платы, которые устанавливаются в специальные разъемы на системной плате или плате памяти. Отдельные микросхемы так припаяны к плате модуля SIMM или DIMM, что выпаять и заменить их практически невозможно. При появлении неисправности приходиться заменять весь модуль. По существу, модуль SIMM или DIMM можно считать одной большой микросхемой. В PC – совместных компьютерах применяются два типа модулей SIMM: 30 -контактные (9 разрядов) и 72 -контактные (36 разрядов). Первые из них меньше по размерам. Микросхемы в модулях SIMM могут устанавливаться как на одной, так и на обеих сторонах платы. Использование 30 контактных модулей неэффективно, поскольку для заполнения одного банка памяти новых 64 -разрядных систем требуется восемь таких модулей.
72 -пиновые разъемы SIMM ожидает та же учесть, которая несколькими годами раньше постигла их 30 -пиновых предшественников: те уже давно не производятся. Им на смену в 1996 году пришел новый разъем DIMM со 168 контактами, а сейчас появляется еще разъем RIMM. Если на SIMM реализовывались FDM и EDO RAM, то на DIMM – более современная технология SDRAM. В системную плату модули SIMM необходимо было вставлять только попарно, а DIMM можно выбрать по одному, что связано с разрядностью внешней шины данных процессоров Pentium. Такой способ установки предоставляет больше возможностей для варьирования объема оперативной памяти. Модуль памяти DIMM выглядит следующим образом: Модуль памяти Registered DIMM
Первоначально материнские платы поддерживали оба разъема, но уже довольно продолжительное время они комплектуются исключительно разъемами DIMM. Это связано с упомянутой возможностью устанавливать их по одному модулю и тем, что SDRAM обладает большим быстродействием по сравнению с FPM и EDO RAM. Если для FPM и EDO памяти указывается время чтения первой ячейки в цепочке (время доступа), то для SDRAM указывается время считывания последующих ячеек. Цепочка – это несколько последовательных ячеек. На считывание первой ячейки уходит довольно много времени (60 -70 нс) независимо от типа памяти, а вот время чтения последующих сильно зависит от типа. В качестве оперативной памяти также используются модули RIMM, SO-DIMM и SO-RIMM. Все они имеют разное количество контактов. Модули SIMM сейчас встречаются только в старых моделях материнских плат, а им на смену пришли 168 -контактные DIMM. Модули SO-DIMM и SO-RIMM, имеющие меньшее количество контактов, чем стандартные DIMM и RIMM, широко используются в портативных устройствах. Модули RIMM можно встретить в платах на новом чипсете Intel 840.
Пример : Модуль памяти SO - DIMM
При установке совпадение форм-факторов модуля и разъема не всегда стопроцентно гарантирует работоспособность модуля. Для сведения к минимуму риска использования неподходящего устройства применяются так называемые ключи. В модулях памяти такими ключами являются один или несколько вырезов. Этим вырезам на разъеме соответствуют специальные выступы. Так в модулях DIMM используются два ключа. Один из них (вырез между 10 и 11 контактами) отвечает за буферизованность модуля (модуль может быть буферизованным или небуферизованным), а второй (вырез между 40 и 41 контактами) – за рабочее напряжение (может быть 5 в или 3, 3 в). Использование модулей памяти с покрытием контактов, отличным от покрытия контактов разъема также допускается. Хотя утверждают, что материал, используемый для покрытия модулей и разъемов, должен совпадать. Мотивируя это тем, что при различных материалах возможно появление гальванической коррозии, и, как следствие, разрушение модуля. Хотя такое мнение не лишено оснований, но, как показывает опыт, использование модулей и разъемов с разным покрытием никак не сказывается на работе компьютера. Также не всегда бывает, что после установки в компьютер модуля SIMM большей емкости он нормально работает. Модули большой емкости можно использовать только в том случае, если их поддерживает системная плата. Допустимую емкость и необходимое быстродействие модулей SIMM можно выяснить в документации к компьютеру
Пример : Модуль памяти DDR DIMM
Производители чипов Существуют много фирм, производящих чипы и модули памяти. Их можно разделить на brand-name и generic-производителей. При покупке (особенно на рынках) хорошо бы лишний раз убедиться в правильности предоставляемой информации (как говориться доверяй, но проверяй). Произвести такую проверку можно расшифровав имеющуюся на чипе строку букв и цифр (как правило, самую длинную) с помощью соответствующего databook и материалов, находящихся на сайте производителя. Но часто бывает, что необходимой информации не оказывается под рукой. И все же своей цели можно добиться, т. к. большинство производителей придерживаются более или менее стандартного вида предоставления информации (исключения составляют Samsung и Micron). По маркировке чипа можно узнать производителя, тип памяти, рабочее напряжение, скорость доступа, дату производства и другое.
В конце прошлого года после долгого ожидания появились первые системные платы на чипсете Intel 820, поддерживающие память Direct Rambus. Правда, в наших магазинах пока нельзя приобрести ни таких плат, ни память. Немаловажным вопросом при переходе на новую систему является ее стоимость. При покупке системной платы на i 820 скорее всего придется приобретать новую память, т. к. этот чипсет поддерживает DRDRAM. Технология производства DRDRAM не очень сильно отличается по стоимости от производства SDRAM, но необходимо учесть, что стандарт RDRAM является закрытым и, следовательно, чтобы производить эти чипы, фирма должна приобрести соответствующую лицензию. Естественно, все эти дополнительные расходы на производство отразятся на конечном пользователе (по некоторым данным, память Direct Rambus стоит в пять раз дороже SDRAM). Помимо использования другой технологии, модули Direct Rambus используют и более низкое рабочее напряжение по сравнению с DIMM (2, 5 В в Direct Rambus против 3, 3 В в SDRAM).
Основные характеристики модулей памяти: Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и время доступа. SIMM – модули поставляются объемами 4, 8, 16, 32 Мбайт, а DIMM – модули – 16, 32, 64, 128 Мбайт и более. Время доступа показывает, сколько время необходимо для обращения к ячейкам памяти – чем оно меньше, тем лучше. Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс). Типичное время доступа к оперативной памяти для SIMM – модулей – 50 – 70 нс. Для современных DIMM – модулей оно составляет 7 – 10 нс.
От чего зависит размер оперативной памяти ? Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. В настоящее время в процессорах Intel Pentium и некоторых других принята 32 – разрядная адресация, а это означает, что всего независимых адресов может быть 2 в 32 степени. Таким образом в современных компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 4 294 967 296 байт (4, 3 Гбайт). Однако это отнюдь не означает, что именно столько оперативной памяти непременно должно быть в компьютере. Предельный размер поля оперативной памяти, установленный в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно составляет несколько сот Мбайт
Немного истории ! Представление о том, сколько оперативной памяти должно быть в типовом компьютере непрерывно меняется. В середине 80 – х годов поле памяти размером 1 Мбайт казалось огромным, в начале 90 – х годов достаточным считался объем 4 Мбайт, к середине 90 – х годов он увеличился до 8 Мбайт, а затем до 16 Мбайт. Сегодня типичным считается размер оперативной памяти 32 – 64 Мбайт, но очень скоро эта величина будет превышена в 2 – 4 раза даже для моделей массового потребления
Постоянная память (ROM) В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего – ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения. Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам. Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти – постоянное запоминающее устройство.
Постоянное запоминающее устройство Постоянная память используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ и ОС, программ тестирования устройств компьютера и выполнения базовых функций по их обслуживанию. Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Большая часть этих программ связана с обслуживанием процессов ввода – вывода, поэтому содержимое ПЗУ часто называют BIOS.
Сердце компьютера Если процессор считать мозгом компьютера, то BIOS – это его сердце. BIOS – это существенная часть системного программного обеспечения компьютера, без которой он превратится в бесполезный металлический ящик. Что такое BIOS ? Английское сокращение “BIOS” означает “базовая система ввода – вывода” (Basic Input / Output System). BIOS выполняет “базовые”, то есть основные функции, обеспечивая доступ к жесткому диску или выполнение программ, которые на нем записаны. Хотя BIOS – это тоже программа, она запускается не с жесткого диска, а хранится в постоянной памяти компьютера. Эта память устанавливается на материнскую плату, при сборке и представляет собой микросхему. Поэтому BIOS часто называют “микропрограммой” или Firmware. Важнейшая функция BIOS – это выполнение процедур запуска компьютера. Сами по себе не запустятся ни операционная система, ни любые другие программы, записанные на жестком диске. Запуск операционной системы – задача BIOS.
Изготовители BIOS В начале восьмидесятых годов, когда на рынке появились первые компьютеры IBM PC, производством BIOS занималась сама фирма IBM. Производители IBM – совместимых компьютеров, так называемых клонов, не могли ни купить, ни скопировать BIOS, так как она была защищена авторскими правами. Поэтому производители клонов нашли другое решение. Они написали свои собственные варианты BIOS “с нуля”. Это, конечно, было непросто. Первые “ IBM – совместимые“ компьютеры часто оказывались несовместимыми или работали нестабильно. Одним из первых независимых разработчиков BIOS, которому удалось добиться коммерчески стабильной работы программы, оказалось компания Phoenix Technologies. BIOS этой компании можно встретить и по сей день.
Структура ПЗУ Конструктивно ПЗУ выполняется из полупроводниковых модулей (кассет) и в отличии от ОЗУ является энергозависимым. Данные В ПЗУ заносятся при его изготовлении и не могут быть изменены пользователем, именно по этому эти программы называют “зашитыми”. Объем постоянной памяти значительно меньше, чем оперативной, и не превышает нескольких сотен Кбайт.
Хороший вопрос ! Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами. Так, например, изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной вычислительной системы. Для того чтобы начать работу с другим оборудованием, программы входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры. По очевидным причинам их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве. Что же делать?
Вот и ответ - CMOS память Специально для этого на материнской плате есть микросхема ”энергозависимой памяти”, по технологии изготовителя называемая CMOS. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компьютера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы. Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки. Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы микросхема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать несколько лет.
Задачи CMOS памяти В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии) тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS. Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.
Сверхбыстрая память (КЭШ) Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – так называемую КЭШ – память. Это как бы “сверхоперативная память”. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в КЭШ – память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в КЭШ – память. “Удачные” обращения в КЭШ – память называют попаданиями в КЭШ. Процент попаданий тем выше, чем больше размер КЭШ – памяти , поэтому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом КЭШ - памяти
Виды КЭШ – памяти Нередко КЭШ – память распределяют по нескольким уровням. КЭШ первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт. КЭШ второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. КЭШ – память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора. КЭШ – память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.
Информационная емкость носителей информации Носители информации характеризуются информационной емкостью, то есть количеством информации, которое они могут хранить. Наиболее информационно емкими являются молекулы ДНК, которые имеют очень малый размер и плотно упакованы. Это позволяет хранить огромное количество информации, что дает возможность организму развиваться из одной – единственной клетки, содержащей всю необходимую генетическую информацию. Современные микросхемы памяти позволяют хранить в одном кубическом сантиметре до 100 000 000 битов информации, однако это в 100 миллиардов раз меньше, чем в ДНК. Можно сказать, что современные технологии пока существенно проигрывают биологической эволюции. Однако если сравнивать информационную емкость традиционных носителей информации (книг) и современных компьютерных носителей, то прогресс очевиден. На каждом гибком магнитном диске может хранится книга объемом около 600 страниц, а на жестком магнитном диске или DVD – целая библиотека, включающая десятки тысяч книг.
История развития вычислительной техники Первое автоматическое вычислительное устройство Год выпуска, производитель Первая ЭВМ Первая отечественная ЭВМ 1832, Чарльз Беббидж, Великобритания 1946, США 1950, СССР ENIAC (Electronic МЭСМ (Малая Integrator and Электронная Счетная Название устройства Аналитическая машина Computer) Машина Механические Электронные лампы Элементная база устройства (18900 шт. ) (6000 шт. ) 5 тысяч операций Мельница 5 тысяч операций сложения в секунду (арифметическое Быстродействие сложения в секунду устройство) Разрядность 30 бит 16 бит Оперативная память Склад (устройство для хранения чисел) 600 бит 1800 бит Долговременная память Перфокарты 4 100 магнитных элементов питания Магнитный барабан на 5 000 чисел
История развития персональных компьютеров Персональный компьютер ЭВМ Первый отечественный персональный компьютер Современный персональный компьютер 1976, фирма Apple 1983, корпорация IBM 1985, СССР 2002 Тип компьютер Apple 2 IBM PC / XT Агат Платформа Windows Процессор, частота Motorola, 6502, 1 МГц 1 МГц Intel Pentium 4 2 ГГц Разрядность процессора 8 бит 16 бит 8 бит 64 бит Оперативная память 48 Кбайт 640 Кбайт 48 Кбайт 128 Мбайт Долговременная память НГМД, 1400 Кбайт НЖМД, 10 Мбайт, НГМД, 360 Кбайт НГМД, 840 Кбайт НЖМД, 50 Гбайт, DVD-ROM Первый персональный компьютер Год выпуска, производитель Inter 8086 МГц 10
Схема назначения постоянной и оперативной памяти Read Only Memory Только чтение Сохраняется Функции ДОС и системы Типы памяти Random Access Memory Вид использования Когда питание ВЫКЛЮЧЕНО Общая память будет стерта Программы Прикладные программы
Классификация возможностей компьютера , в зависимости от объема оперативной памяти Размер операти вной памяти 1 Мбайт На компьютере возможна работа только в среде DOS. Такие компьютеры можно использовать и менее для корректировки текстов или ввода данных Возможности На компьютере возможна работа в среде DOS, Windows 3. 1 и Windows for Workgroups. Работа в DOS вполне комфортна, а в Windows – нет: некоторые Windows – программы при таком 4 Мбайта объеме памяти не работают, а некоторые позволяют обрабатывать лишь небольшие и несложные документы. Одновременный запуск нескольких Windows – программ также может быть затруднен Обеспечивается комфортная работа в среде Windows 3. 1, Windows for Workgroups, при этом дальнейшее увеличение объема оперативной памяти уже практически не повышает 8 Мбайт быстродействие для большинства офисных приложений. Использование более новых операционных систем, как Windows 95 и OS/2 Warp, в принципе возможно, но работать они будут явно медленно Обеспечивается комфортная работа в операционных системах windows 95, OS/2, причем 16 Мбайт дальнейшее увеличение объема памяти уже практически не повышает быстродействие при выполнении большинства офисных приложений. Возможно использование Windows NT Такой объем оперативной памяти может требоваться для серверов локальных сетей, 32 компьютеров, используемых для обработки фотоизображений или видеофильмов, и в Мбайта и некоторых других приложениях. Полезен он может быть и для компьютеров, работающих под более управлением OC Windows NT
При выключении питания содержимое ОЗУ стирается, т. е. вся не сохраненная информация теряется !
Конец
Скачать презентацию Экзаменационная работа ученика 11 А класса МОУ СОШ
fe61e508d0c326fc7edf0f1fae29ab2a.ppt