Память это одно из основных устройств ЭВМ, которое используется для записи, хранения и выдачи по запросу информации, необходимой для решения задачи на ЭВМ. В памяти хранятся не только данные решаемых задач, но и программы их обработки.

Память внешняя и внутренняя Термин этот имеет историческое происхождение: та память, которая в старых ЭВМ находилась внутри центрального процессорного шкафа, получила вполне естественное название внутренней, а память, сконструированная в виде отдельных устройств, стала называться внешней. По мере развития технологий производства размеры всех электронных устройств уменьшились настолько, что большинство из них удалось разместить внутри единого корпуса (системного блока), тем не менее указанные названия памяти сохранились до наших дней. При этом стало отчетливо видно, что две эти составляющие памяти на самом деле должны выделяться не столько по конструктивной близости к процессору, сколько по особенностям функционирования: критерием является механизм обмена данными с тем или иным запоминающим устройством. Таким образом, очень важный вывод состоит в том, что доступ процессора к информации во внутренней и внешней памяти реализуется принципиально по- разному.

внутренняя память внутренняя память это электронная (полупроводниковая) память, устанавливаемая на системной плате или модулях ее расширения.

внешняя внешняя память, реализованная в виде устройств с различными принципами хранения информации (магнитная, оптическая и магнитооптическая, а также флэш-память). Устройства внешней памяти часто монтируются внутри системного блока, например, жесткий диск или накопитель на оптических дисках.

ОЗУ Основная часть внутренней памяти представляет собой запоминающее устройство, в котором информацию можно без каких-либо ограничений считывать и записывать. Такой вид памяти принято называть оперативное запоминающее устройство (ОЗУ; соответствующий английский термин, который часто встречается в технической литературе, RAM, т.е. Random Access Memory память с произвольным доступом). В ОЗУ хранятся оперативные данные и программы (быть может, фрагменты программ) их обработки.

Физические принципы устройства Технологическая основа ОЗУ может быть различной. Первые ЭВМ имели память на ртутных линиях задержки или электронно- лучевых трубках, затем использовались запоминающие элементы на магнитных сердечниках. В настоящее время память изготовляется на полупроводниковой основе, т.е. производится теми же методами, что и микропроцессоры.

Характерные особенности ОЗУ Современное ОЗУ обладает следующими характерными особенностями. Во-первых, возможность считывать и записывать информацию из произвольного места памяти (сравните с магнитной лентой, где информация может считываться только последовательно). Во-вторых, высокая скорость работы ОЗУ, приближающаяся к быстродействию микропроцессора. И, наконец, необходимость специальных мер по сохранению информации из ОЗУ после завершения работы.

ПЗУ Другим важным видом внутренней памяти компьютера является также постоянное запоминающее устройство (ПЗУ; английское название ROM, т.е. Read Only Memory память только для чтения). Его содержимое можно только читать: исполняемая программа пользователя не может изменить записанную там информацию, поэтому она всегда неизменна и постоянно доступна компьютеру.

Техника формирования содержимого ПЗУ еще более разнообразна, чем ОЗУ. Самые последние разработки позволяют производить обновление информации чисто электрическим путем, причем даже не вынимая микросхему из платы (в момент выполнения процедуры перепрограммирования компьютер в традиционном понимании неработоспособен!), ПЗУ такого рода реализуется на базе флэш-памяти (flash memory).

Роль ПЗУ ПЗУ играет в современных компьютерах очень важную роль. Прежде всего каждый компьютер содержит ПЗУ с программой начальной загрузки. В этой же самой микросхеме обычно хранятся минимальные программы работы с клавиатурой и другими устройствами, поэтому ее часто называют BIOS Basic Input/Output System (данные программы можно сравнить с врожденными безусловными рефлексами у живого существа; роль приобретенных рефлексов играют загруженные в компьютер программы).

Адресация Будучи разновидностью внутренней памяти, ПЗУ адресуется теми же способами, что и ОЗУ, оба запоминающих устройства имеют общее адресное пространство. Запись и чтение информации в обоих случаях основываются на принципе адресации, входящем в перечень базовых принципов устройства компьютера

КЭШ Еще одна разновидность памяти, получившая в последнее время повсеместное распространение, так называемая кэш-память. Кэш является вспомогательным видом памяти, и объяснение его сущности носит технический характер. Кэш невидим для пользователя, а данные, хранящиеся там, недоступны для прикладного программного обеспечения.

Системный блок: кэш-память Кэш-память (cache – тайник, запас) – быстродействующая память, расположенное между процессором и ОЗУ. Проблема – тактовая частота работы процессора значительно выше, чем тактовая частота ОЗУ, процессор «простаивает», ожидая данные. кэш-память ОЗУ Чтение из ОЗУ – сначала в кэш. Если нужная ячейка уже есть в кэше, она берется из кэша (быстро). медленно быстро

Основная идея работы кэш-памяти Основная идея работы кэш-памяти заключается в том, что извлеченные из ОЗУ данные или команды программы копируются в кэш; одновременно в специальном каталоге адресов запоминается, откуда информация была извлечена. Если эти данные потребуются повторно, то уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ их можно получить из кэш-памяти значительно быстрее. Поскольку объем кэш существенно меньше объема оперативной памяти, его контроллер (управляющая схема) тщательно следит за тем, какие данные следует сохранять в кэш, а какие заменять: удаляется та информация, которая используется реже или совсем не используется. Контроллер обеспечивает и своевременную запись измененных данных из кэш обратно в основное ОЗУ.

Системный блок: кэш-память увеличение скорости работы, если часто нужны одни и те же ячейки неэффективно, если все время нужны разные ячейки Многоступенчатое кэширование: процессор ядро ОЗУ L1 L2 64 Кб 128 Кб…4Мб L1 быстрее L2!

Общие принципы построения ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Иерархический принцип построения памяти ЭВМ: сверхоперативное запоминающее устройство небольшой емкости кэш-память или память блокнотного типа кэш L1 (Е п = Кбайта с временем доступа 1-2 такта процессора); кэш L2 (Е п = Кбайт с временем доступа 3-5 тактов) кэш L3 (Е п = 2-4 Мбайта с временем доступа 8-10 тактов). оперативное запоминающее устройство постоянное запоминающее устройство внешнее запоминающее устройство

внутренняя организация ОЗУ Говоря об устройстве ОЗУ, нельзя обойти вниманием его внутреннюю организацию. Наиболее просто была устроена память в ЭВМ первых двух поколений. Она состояла из отдельных ячеек, каждая из которых считывалась или записывалась как единое целое. Любая ячейка имела свой номер (адрес); очевидно, что адреса соседних ячеек были последовательными целыми числами. В первых ЭВМ использовались данные только одного типа числа, причем их длина из соображений простоты, как правило, выбиралась равной длине машинной команды. Ячейка типичной ЭВМ того времени состояла из 30–40 двоичных разрядов.

В ЭВМ третьего и четвертого поколений идеология построения памяти существенно изменилась: минимальная порция информации для обмена с ОЗУ была установлена равной 8 двоичным разрядам, т.е. 1 байту. Введение байтовой структуры памяти сделало возможным обрабатывать несколько типов данных разной длины, например, символы текста 1 байт, целые числа 2 байта, вещественные числа обычной или двойной точности 4 и 8 байт соответственно. Важно подчеркнуть, что минимальный объем адресуемой информации в ОЗУ составляет 1 байт. Зато для более крупных данных современный процессор способен извлечь из ОЗУ 4–8 байт одновременно.

Принцип адресации данных применительно к ОЗУ с байтовой организацией выглядит так: каждый байт имеет свой номер, а положение много байтовой информации задается адресом первого байта и их количеством.

Структура памяти Память состоит из нумерованных ячеек. Линейная структура (адрес ячейки – одно число). Байт – это наименьшая ячейка памяти, имеющая собственный адрес (4, 6, 7, 8, 12 бит). На современных компьютерах 1 байт = 8 бит. 0123… Слово = 2 байта Двойное слово = 4 байта

Максимальное количество единовременно адресуемых байт адресное пространство зависит от количества двоичных разрядов шины адреса и в настоящее время измеряется гигабайтами. Емкость запоминающих устройств количество структурных единиц информации, которые одновременно можно разместить в памяти

Структура и характеристики ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Бит одна двоичная цифра, наименьшая структурная единица информации 1 бит (binary digit – двоичное число) = 0 или 1, 1 байт = 8 бит, 1 килобайт (1Кб) = 2 13 бит = 2 10 байт, 1 мегабайт (1Мб) = 2 23 бит = 2 10 Кбайт = 2 20 байт, 1 гигабайт (1Гб) = 2 33 бит = 2 10 Мбайт, 1 терабайт (1Тб) = 2 43 бит = = 2 10 Гбайт, 1 петабайт (1Пб) = 2 53 бит, 1 экзабайт (1Эб) = 2 63 бит.