Внутренняя и внешняя память компьютера

Память компьютера

Системная память

Долговременная память

Системная (внутренняя) память компьютера

Для реализации функции хранения информации в компьютере используются следующие основные типы памяти:

• Кэш память
• ПЗУ
• Оперативная память (ОЗУ )

• Долговременная (внешняя) память .

Первые три типа памяти образуют внутреннюю (системную) память компьютера. Основными характеристиками любого типа памяти являются объем , время доступа и плотность записи информации .

Системная (внутренняя) память компьютера

Объем памяти — это максимальное количество информации, которое может быть помещено в эту память . Объем памяти из­ меряется в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах.

Время доступа к памяти — это минимальное время, достаточное для размещения в памяти единицы информации . Время доступа обычно измеряется в наносекундах (наносекунда — это одна миллиардная часть секунды).

Плотность записи информации представляет собой количество информации, записанной на единице поверхности носителя .

Системная (внутренняя) память компьютера. Кэш-память

Кэш-память является элементом микропроцессора . (сказано ранее).

Физически кэш-память основана на микросхемах статической памяти SRAM.

Статическая память работает гораздо быстрее динамической , но к ее недостаткам относятся высокая стоимость и низкая плотность хранения информации .

Эти два недостатка не позволяют использовать статическую память в качестве ОЗУ .

Системная (внутренняя) память компьютера.

Постоянно запоминающее устройство (ПЗУ)

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — энергонезависимая память , используемая только для чтения.

Данный вид памяти используется для хранения только такой информации, которая обычно не меняется в ходе эксплуатации компьютера. Типичным примером использования ПЗУ является хранение в нем базового программного обеспечения, используемого при загрузке компьютера (BIOS). Микросхемы ПЗУ располагаются на материнской плате.

Из всех трех типов системной памяти ПЗУ имеет самое большое время доступа, т.е. является наиболее медленной. Ее объем равен 128 или 256 Кбайт.

Системная (внутренняя) память компьютера.

ОПЕРАТИВНОЕ запоминающее устройство (оЗУ)

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) — энергозависимая память, применяемая для временного хранения команд и данных, необходимых процессору для выполнения текущих операций.

Как вы уже знаете, наименьшей частицей памяти является бит , в котором хранится либо 0, либо 1.

Отдельные биты объединяются в ячейки, каждая из которых имеет свой адрес, поэтому процессор при необходимости может обратиться к любой ячейке за одну операцию. Минимальной адресуемой ячейкой оперативной памяти является байт .

Для выбора нужной ячейки используется ее адрес, передаваемый по адресной шине.

Системная (внутренняя) память компьютера.

ОПЕРАТИВНОЕ запоминающее устройство (оЗУ)

Физически ОЗУ строится на микросхемах динамической памяти DRAM . В динамической памяти ячейки построены на основе областей с накоплением зарядов (конденсаторов), занимающих гораздо меньшую площадь, чем триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении.

При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, сохраняющийся в течение 2-4 миллисекунд. Но для сохранения заряда ячейки необходимо постоянно регенерировать (перезаписывать) ее содержимое .

Системная (внутренняя) память компьютера.

ОПЕРАТИВНОЕ запоминающее устройство (оЗУ)

В связи с этим скорость доступа к ячейкам ОЗУ ниже, чем к статической памяти . Для создания ячейки динамической памяти достаточно всего одного транзистора и одного конденсатора, поэтому она дешевле статической памяти и имеет большую плотность упаковки .

Системная (внутренняя) память компьютера.

ОПЕРАТИВНОЕ запоминающее устройство (оЗУ)

Оперативная память изготавливается в виде небольших печатных плат с рядами контактов, на которых размещаются интегральные схемы памяти.

Модули памяти различаются по размеру и количеству контактов (в зависимости от типа используемой памяти), а также по быстродействию и объему.

Объемы оперативной памяти современных компьютеров могут измеряться несколькими гигабайтами (в среднем от 1 до 8 Гбайт).

Долговременная (внешняя) память компьютера

Долговременная (внешняя) память — это энергонезависимая память , предназначенная для длительного хранения информации.

Процессор не имеет прямого доступа к содержимому внешней памяти. Чтобы процессор мог обработать данные из долговременной памяти, они должны быть сначала загружены в оперативную память. В настоящее время к основным устройствам долговременной памяти относятся жесткие магнитные диски, накопители на оптических дисках, устройства флеш-памяти.

Ранее для длительного хранения информации использовались также магнитные ленты, дискеты, магнитооптические диски.

Долговременная (внешняя) память компьютера

Жесткий магнитный диск

Основным устройством внешней памяти является жесткий магнитный диск . Внутри жест-кого диска находятся одна или несколько плас-тин, насаженных на общий шпиндель . Данные записываются на обеих сторонах каждой пластины.

Запись и чтение информации осуществляются с помощью головок чтения/записи . Под пластинами располагается двигатель, который вращает их с достаточно большой скоростью.

Первые жесткие диски имели скорость вращения 3600 rpm. В современных жестких дисках скорость вращения возросла до 7200, 10 000 и 15 000 оборотов в минуту.

Долговременная (внешняя) память компьютера

Жесткий магнитный диск

В процессе записи цифровая информация, хранящаяся в оперативной памяти , преобразуется в переменный электрический ток , который поступает на магнитную головку, а затем передается на магнитный диск , но уже в виде магнитного поля .

Перед использованием жесткого диска необходимо выполнить операцию его форматирования, которое включает в себя три этапа:

• Низкоуровневое форматирование диска
• Разбиение на разделы
• Высокоуровневое форматирование

Долговременная (внешняя) память компьютера

Жесткий магнитный диск

• Низкоуровневое форматирование диска

При этом процессе на жестком диске создаются физические структуры: дорожки, секторы, управляющая информация. Этот процесс выполняется заводом-изготовителем на пластинах, которые не содержат еще никакой информации .

2. Разбиение на разделы

Этот процесс разбивает жесткий диск на логические диски (С:, D: и т.д.). Эту функцию выполняет операционная система.

Долговременная (внешняя) память компьютера

Жесткий магнитный диск

3. Высокоуровневое форматирование

Этот процесс также выполняется операционной системой и зависит от ее типа. При высокоуровневом форматировании создаются логические структуры, ответственные за правильное хранение файлов, а также, в некоторых случаях, системные загрузочные файлы в начале диска.

Емкость современных жестких дисков измеряется сотнями гигабайтов. Существуют жесткие диски объемом 1 терабайт (1 терабайт = 1024 гигабайта) и более.

Долговременная (внешняя) память компьютера

Оптические диски

Жесткие диски изначально создавались в качестве внутренних устройств и не были предназначены для резервного копирования и переноса информации с одного компьютера на другой. Около 10-15 лет назад самым распространенным устройством, предназначенным для этих целей, были дискеты (гибкие магнитные диски).

Однако их емкость по современным меркам была очень мала (1,44 Мбайт), поэтому на смену им пришли оптические диски CD (компакт-диски), позволяющие хранить достаточно большие объемы информации (650-800 Мбайт) и намного превосходящие дискеты по степени надежности.

Долговременная (внешняя) память компьютера

Оптические диски

Диски только для чтения – CD-ROM

Для чтения и многократной записи – CD-RW

Диски DVD с более высокой плотностью записи данных (4,7 Гб или 8,5 Гб).

Blu-ray диски (синий лазер) – емкость от 25 до 50 Гб.

Долговременная (внешняя) память компьютера

Флеш-память

По устройству флеш-память (flash-память) напоминает микросхему динамической энергозависимой памяти, в которой вместо конденсаторов в ячейках памяти установлены транзисторы. При подаче напряжения транзистор принимает одно из фиксированных положений — закрытое или открытое. Он остается в этом положении до тех пор, пока на него не будет подан новый электрический заряд, изменяющий его состояние.

Таким образом, последовательность логических нулей и единиц формируется в этом типе памяти подобно статической памяти: закрытые для прохождения электрического тока ячейки распознаются как логические единицы, открытые — как логические нули.

Долговременная (внешняя) память компьютера

Флеш-память

Можно сказать, что флеш-память объединяет в себе качества статической и динамической памяти: она позволяет сравнительно быстро записывать и считывать данные и хранит их даже после выключения питания. Эта особенность позволяет использовать микросхемы флеш-памяти в качестве альтернативы компакт-дискам и жестким дискам.

USB flash drive — устройство на основе флеш-памяти для хранения и переноса данных с одного компьютера на другой. Флеш-память заключена в корпус, напоминающий по внешнему виду брелок. Ин­терфейс подключения к компьютеру — USB.

Емкость современных флеш-накопителей дости­гает 16-64 Гб и продолжает расти быстрыми темпами.

Литература:

Л-2, стр. 61-68

Семакин И.Г. Информатика.

10 кл. часть 2.

Самостоятельная (внеаудиторная) работа: