Запоминающие устройства ПК

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(национальный  исследовательский университет»)

 

ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ  МАИ

КАФЕДРА «ПРИКЛАДНАЯ ИНФОРМАТИКА»

 

 

 

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ «ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ПК»

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, СЕТИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        Выполнил студентка     __________________________          Почуева А.Н

        группы 05-301   (ДАТА, ПОДПИСЬ)                                                                      

 

          Проверил                     ____________________________       Пятовский С.Е.

(ДАТА, ПОДПИСЬ)

 

 

 

Москва2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ПК 4

1.1. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ПАМЯТЬ (МПП) 7

1.2.КЭШ-ПАМЯТЬ (CACHE MEMORY) 8

1.3. ОСНОВНАЯ ПАМЯТЬ 10

2.КЛАССИФИКАЦИЯ ОЗУ 12

3.ПОСТОЯННАЯ  ПАМЯТЬ (ПЗУ) 15

4.ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ 19

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25

ЛИТЕРАТУРА 26

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Мы живем в веке, в котором человек стремится использовать каждую минуту максимально продуктивно, каждый из нас все больше и больше требователен к технике, которой пользуется ежедневно. Ведь именно она должна отвечать требованиям современного человека, то есть записывающие устройства должны иметь высокую скорость обработки и записи данных, а с увеличением огромного количества информации это становится все труднее.

Сегодня во всем мире трудно представить область, какой либо человеческой жизнедеятельности, где не используется компьютерные технологии.  Каждый человек, работа которого каким бы то ни было образом связана с компьютером, должен хотя бы приблизительно представлять устройство и принцип работы ПК.

Устройства памяти являются одним из основных составляющих персонального компьютера, предназначенные для хранения программ и обрабатываемых данных. Различают устройства внешней и внутренней памяти, каждые из которых отличаются своими принципами действия и характеристиками.

 В  своей работе я предлагаю рассмотреть различные запоминающие устройства персонального компьютера. Провести сравнения по видам оперативной памяти, выявить преимущества и недостатки, сделать выводы.

 

1. ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ПК

Памятью персонального компьютера принято называть совокупностью устройств, служащих для хранения, запоминания и выдачи информации.

Отдельные устройства, входящие в данную совокупность, называют запоминающими устройствами (ЗУ) того или иного типа.

Термин "запоминающее устройство" принято использовать, когда речь идет о принципе построения конкретного устройства памяти (например, полупроводниковое ЗУ, запоминающее устройство на жестком магнитном диске), а термин "память" – тогда когда хотят подчеркнуть выполняемую устройством памяти конкретную логическую функцию или место расположения в составе оборудования компьютера (например, оперативная память - ОП, внешняя память).

Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами и характеристиками. Так, например, персональные компьютеры имеют четыре иерархических уровня памяти:

● МПП - микропроцессорная память;

● регистровая кэш-память;

● ОП - основная память;

● ВЗУ - внешняя память.

Основными характеристиками памяти являются:

• Емкость, представляющая глобальный объем информации (в битах), что память может хранить.

• Время доступа, соответствующий временной интервал между чтением/ записи запроса и доступности данных.

• Время цикла, представляющий минимальный интервал времени между двумя последовательными обращениями.

• Пропускная, которая определяет объем передаваемой информации в единицу времени, выраженная в битах в секунду.

• Энергонезависимость, характеризует способность памяти хранения данных, когда ПК не снабжается электроэнергией.

 

В (таблице 1) приведены сравнение двух важнейших характеристик (емкость памяти и ее быстродействие) для различных типов памяти.

 

Таблица 1 Сравнение важнейших характеристик.

Тип памяти	Емкость	Быстродействие
МПП (микропроцессорная память)	Десятки байтов	tобр= 0,001-0,002 мкс
Кэш-память	Сотни килобайтов	tобр= 0,002-0,01 мкс
Основная память:
ОЗУ	Десятки-сотни мегабайтов	tобр= 0,005-0,02 мкс
ПЗУ	Сотни килобайтов	tобр= 0,035-0,01 мкс
Внешнее запоминающее устройство:
НМД (накопители на магнитных дисках)	Десятки-сотни мегабайтов	tдост =05-30 мс
		Vсчит= 500-3000 Кбайт/с
НГМД (накопители на гибких магнитных  дисках)	Единицы мегабайтов	tдост =65-100 мс
		Vсчит= 40 – 150 Кбайт/с
CD - ROM	Сотни — тысячи мегабайтов	tдост =50-300 мс
		Vсчит= 150 – 5000 Кбайт/с

 

 

 

Быстродействие первых трех типов запоминающих устройств измеряется временем обращения к ним, а быстродействие внешних запоминающих устройств - двумя параметрами: временем доступа и скоростью считывания:

tобр, - сумма времени поиска, считывания и записи информации;

tдост  - время поиска информации на носителе;

Vсчит  - скорость последовательного считывания смежных байтов информации.

(1c = 106 мс = 106 мкс = 109 нс).

 

 

 

1.1. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ПАМЯТЬ (МПП)

«Для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, предназначена микропроцессорная память. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора»1.

Микропроцессорная память состоит из быстродействующих регистров (разрядность не менее машинного слова). В разных микропроцессорах количество и разрядность регистров, различны: от 14 двухбайтных регистров у МП 8086, до нескольких десятков регистров разной длины у МП Pentium.

Каждые регистры микропроцессора делятся на регистры общего назначения и специальные.

Специальные регистры используются для хранения различных адресов (например, адреса команды), признаков результатов выполнения операций и режимов работы персонального компьютера (например, регистр флагов).

Регистры общего назначения являются универсальными, их возможно использовать для хранения любой информации, но некоторые из них должны быть обязательно задействованы при выполнении ряда процедур.

 

 

2. КЭШ-ПАМЯТЬ (CACHE MEMORY)

«Кэш-память или сверхоперативная память (СОЗУ) — это одна из разновидностей быстродействующей оперативной памяти, для которой используются дорогостоящие микросхемы статической памяти. Главное назначение кэш-памяти в компьютере — служить местом временного хранения обрабатываемых в текущий момент времени кодов программ и данных. Другими словами ее назначение это служить буфером между различными устройствами для хранения и обработки информации, например, между процессором и ОЗУ, между механической частью винчестера и ОЗУ. В зависимости от назначения и типа процессора объем кэш-памяти может составлять величину, например 8 и 16 Кбайт, 128 и 256 Кбайт, а в ряде случаев достигает 2—3 Мбайт. Вдобавок, кэш-память делится на уровни и, согласно, каждому уровню кэш-памяти использует свои, весьма различные по конструкции и быстродействию микросхемы. 
 Внутренний кэш процессора класса Pentium, он же первичный кэш, или кэш первого уровня (Level I Cache), находится на том же кристалле, что и процессор. Главное назначение этого кэша — хранение команд и данных, которые в текущий момент обрабатываются в процессоре. Основное отличие от всех разновидностей памяти у внутреннего кэша процессора в том, что доступ к ячейкам памяти происходит на тактовой частоте ядра процессора. Появление такого типа кэша было вызвано тем, что ядро процессора, начиная с 486, работает на частоте, которая превышает частоту внешней синхронизации. Помимо этого, для кэша первого уровня у современных процессоров применяют ассоциативную или наборно-ассоциативную память, в которой выбор данных из памяти происходит не по абсолютным адресам ячеек памяти, а по их содержимому, что значительно ускоряет работу системы процессор - кэш. Такой кэш можно сравнить с небольшой базой данных, которая обрабатывает запросы процессора (примерно как работает программа Microsoft Access).

Вторичный кэш, или кэш второго уровня (Level 2 Cache) — это или внешний кэш, который устанавливается на системной плате, или кэш-память значительного объема, которая находится на том же кристалле, что и процессор. Такой вариант возможен в процессоре Pentium II, где кэш второго уровня находится на отдельном кристалле внутри картриджа процессора. Исходя из того, что кэш второго уровня имеет объем от 128 Кбайт до 1—4 Мбайт, то для удешевления изготовления процессора он может работать (например, на половинной частоте ядра процессора). Кроме того, организация ячеек памяти в нем может значительно различаться от принятой для оперативной памяти.

Кэш третьего уровня (Level 3 Cache) обладают некоторые процессоры, которые используют для серверных приложений.

Внешний кэш, он же кэш второго уровня у современных процессоров, в старых компьютерах находится на системной плате и работает на частоте системной шины процессора, например, 33 или 66 МГц. В таких компьютерах с процессорами 386, 486 и первыми поколениями Pentium скорость работы кэша немногим отличается от быстродействия микросхем оперативной памяти, а преимущество заключается в том в производительности получался за счет исключения простоя процессора в те моменты, когда микросхемы оперативной памяти выполняли циклы регенерации»2.

 

1.2. ОСНОВНАЯ ПАМЯТЬ

Основная (внутренняя) память — это запоминающее устройство ПК, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для хранения исполняемых программ и данных, конкретно участвующих в вычислениях.

Доступ к внутренней памяти компьютера осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объем, который определяется системой адресации машины. Внутренняя память распределяется на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ) память.

Оперативное запоминающее устройство  - быстрая, полупроводниковая, энергозависимая память, имеющая сравнительно небольшой объем (обычно от 64 до 512 Мбайт). В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. Другими словами, когда мы запускаем любую компьютерную программу, находящуюся на диске, она копируется в оперативную память, после чего процессор начинает выполнять команды, изложенные в этой программе. Часть ОЗУ, называемая "видеопамять", содержит данные, идентичные текущему изображению на экране. То есть это память, которая применяется как для чтения, так и для записи информации. При отключении электропитания информация в ОЗУ исчезает, что объясняется энергозависимостью.

Оперативная память является хранилищем всех потоков информации, которые необходимо обработать процессору или же они дожидаются в оперативной памяти своей очереди. Все устройства, связывается с оперативной памятью через системную шину, а с ней в свою очередь обмениваются через кэш или же напрямую.

Random Access Memory - память с произвольным (прямым) доступом.

 

Рисунок 1 — Пример памяти с произвольным доступом.

Другими словами при необходимости, память может напрямую (Рисунок 1) обратиться к одному, необходимому блоку, не затрагивая при этом остальные. Скорость прямого доступа не изменяется от места нахождения необходимой информации, это в свою очередь, является огромным плюсом.

Оперативная память, кардинально отличается от энергозависимой памяти, практически нулевым влиянием количества операций (чтения, записи) на весь срок службы и долговечность. При соблюдении всех нюансов при производстве, внутренняя память очень редко выходит из строя. В большинстве случаев, повреждённая память, начнет допускать ошибки, которые приведут к краху системы или нестабильной работе многих устройств компьютера.

При рассмотрении структуры основной памяти можно говорить как о физической структуре, то есть об основных ее конструктивных компонентах, так и о логической структуре, то есть о ее различных областях, условно выделенных для организации более удобных режимов их использования и обслуживания.

 

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОЗУ

Оперативное запоминающее устройство или оперативная память в настоящее время делится на статическое ОЗУ (SRAM) и динамическое ОЗУ (DRAM) (рисунок 2).

 

Рисунок 2 – Классификация ОЗУ.

 

 

  «Статическая память - SRAM (Static Random Access Memory), как и следует из ее названия, способна хранить информацию в статическом режиме - то есть сколь угодно долго при отсутствии обращений (но при наличии питающего напряжения). Ячейки статической памяти реализуются на триггерах - элементах с двумя устойчивыми состояниями. По сравнению с динамической памятью эти ячейки более сложны и занимают больше места в кристалле, однако они проще в управлении и не требуют регенерации. Быстродействие и энергопотребление статической памяти определяется технологией изготовления и схемотехникой запоминающих ячеек »3.

Достоинства:

• быстрый доступ (доступ к любой ячейке памяти в любой момент занимает одно и тоже время);
• нет необходимости регенерации ячеек;
• простая схемотехника – SRAM не требуются сложные контроллеры;
• низкое энергопотребление;

Недостатки:

• невысокая плотность записи (шесть-восемь элементов на бит, вместо двух у DRAM);
• вследствие чего – дороговизна килобайта памяти;
• небольшой объем;
• высокое энергопотребление.