Лекция 5 и проверочная работа по дисциплине Технические средства информатизации


Лекция 5. Организация памяти компьютера
Внутренняя память
Компьютер использует три вида памяти — оперативную, постоянную, внешнюю.
Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций. Она обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации. В любой момент времени доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке, поэтому оперативную память называют "память произвольного доступа" — RAM (Random Access Memory). Является энергозависимой.
Постоянная память предназначена для хранения информации, которая не должна меняться в ходе выполнения процессором программы. Ее называют ROM (Read Only Memory) — память только для чтения. Она обеспечивает только режимы считывания и хранения. Постоянная память энергонезависима, сохраняет информацию и при отключенном питании компьютера.
Оперативная и постоянная память относятся к внутренней памяти.
Внешняя память реализована на магнитных или оптических носителях.
Виртуальная память - представляет собой совокупность всех ячеек памяти оперативной и внешней, имеющих сквозную нумерацию от нуля до предельного значения адреса. Виртуальная память - ресурсы оперативной или внешней памяти, выделяемые прикладной программе операционной системой. Физическое расположение виртуальной памяти на реальных носителях может не совпадать с логической адресацией данных в прикладной программе. Преобразование логических адресов программы в физические адреса запоминающих устройств обеспечивается аппаратными средствами и операционной системой. 

Внутренняя память компьютера различается по типам.      В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.
Оперативная память
8445538735Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объема, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Она изготавливается в виде модулей памяти. Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются БИС (большие интегральные схемы) памяти.       Модули памяти могут различаться по размеру и количеству контактов, быстродействию, информационной емкости (объёму).
      Важнейшей характеристикой модулей ОЗУ является быстродействие, которое зависит от максимально возможной частоты операций записи или считывания информации из ячеек памяти.
Для обеспечения нормальной работы любого персонального компьютера требуется специальное программное обеспечение, способное организовать ввод, обработку и вывод различной информации. После включения питания машины эти программы должны стать доступны для взаимодействия с процессором, который, сможет обеспечить обмен данными между различным оборудованием ПК, реагировать на действия пользователя, организовать вывод результатов работы на монитор или принтер. Все эти программы считываются с носителей информации в специальный аппаратный модуль, называемый оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), которое в англоязычной документации нередко обозначается также термином RAM (Random Access Memory), а в русском переводе – оперативной памятью или просто памятью.
ОЗУ является энергозависимым устройством, иными словами, информация хранится в микросхемах оперативной памяти только до тех пор, пока на материнскую плату компьютера подается электропитание.
Помимо собственно программ, в оперативную память временно записывается вся информация, с которой в текущую минуту работает пользователь, например, там хранится редактируемый им в данный момент времени текст или прослушиваемая мелодия. Как только пользователь завершает сеанс работы с тем или иным файлом, он удаляется из оперативной памяти, чтобы освободить в ней место для других данных.
Объем оперативной памяти современного компьютера измеряется в мегабайтах (Мb), гигабайтах (Гб) и может достигать до нескольких гигабайт. Физически в архитектуре персонального компьютера оперативная память представлена в виде небольшой платы или нескольких плат, содержащих набор специальных микросхем. Одна такая плата, которую принято называть модулем памяти, имеет некий конечный объем. Модули RAM устанавливаются в специальные разъемы на материнской плате компьютера.
Основными характеристиками памяти являются ее тактовая частота, от которой зависит ее пропускная способность  и объем. От оперативной памяти напрямую зависит производительность всего компьютера. Чем больше объём RAM – тем больше данных в неё может поместиться, а, следовательно, тем выше быстродействие компьютера.
Не менее важным показателем для памяти является поколение, к которому оно относится. Естественно, что память разных поколений имеет совершенно разные характеристики (напряжение питания, энергопотребление, тактовую частоту, пропускную способность, и т.д.). Разъемы для установки модулей памяти для разных поколений различны, и это необходимо учитывать при выборе связки оперативная память – материнская плата.
Давайте рассмотрим существующие стандарты модулей оперативной памяти более подробно.
1. Тип памяти. На компьютерах устаревших модификаций, собранных на базе процессоров 80386, i486, а также первых моделей Pentium использовались модули памяти SIMM (Single Inline Memory Module). На Pentium-совместимых компьютерах платы SIMM устанавливались в специальные разъемы попарно: например, для того чтобы оснастить компьютер 32 Мb ОП, требовалось подключить к материнской плате 2 модуля SIMM по 16 Мb или 4 модуля емкостью 8 Мb каждый.
Постепенно стандарт SIMM был практически полностью вытеснен новой технологией, получившей название DIMM (Double Inline Memory Module). Модули памяти DIMM имели 168 контактов (в отличие от 72-контактного SIMM) и обладали значительно большим быстродействием, причем к материнской плате можно было подключить как один, так и несколько таких модулей, емкостью от 32 до 128 Mb каждый.
В современных ПК использовались модули памяти модификации DIMM DDR (Double Data Rate), емкость одного такого модуля варьировалась в диапазоне от 64 Mb до 1 Gb. Память типа DDR на сегодняшний день уже устарела. Поэтому, самые распространённые сейчас – DDR2 и DDR3.
Память типа DDR2. Основное отличие её от типа DDR - удвоенная частота шины, по которой идёт передача данных. Возросла скорость передачи данных, но задержки остались прежними. Память DDR2 выполняется в виде DIMM-модулей (планок) с 240 контактами и одним пробелом в полосе контактов (ключом, предназначенным для установки в единственно верном положении модуля на материнскую плату). Между собой модули различаются по объёму и пропускной способности.
Память типа DDR3 является дальнейшим развитием DDR2. Она имеет пониженное примерно на 40% (по сравнению с DDR2) энергопотребление. Это достигнуто путём понижения питающего напряжения на модулях.
Следует учесть, что планку одного типа (будь то DDR, DDR2 или DDR3) физически нельзя вставить в слот для памяти другого типа. Поэтому при покупке ОЗУ нужно проверить, какой тип памяти поддерживает материнская плата. Сейчас распространены платы со слотами типа DDR2, типа DDR3 и со смешанными слотами (DDR2 + DDR3). То есть в плату со смешанным типом слотов можно поставить либо DDR2, либо DDR3 память (каждую в слот определённого типа). Оба типа памяти одновременно на материнскую плату установить нельзя.
1154430107315
2. Объём.      Объем (информационная емкость) оперативной памяти зависит от количества разрядов, отведенных под адрес. Объем оперативной памяти увеличивается из поколения в поколение. В современных компьютерах он составляет от 512 Мбайт до 4 Гигабайт. Перед покупкой следует определиться, какой объём необходим вам. Если вы планируете использовать компьютер в офисных или «мультимедийных» целях (Интернет, работа с офисными приложениями, прослушивание музыки и др.) - вам хватит 2 Гб памяти. Для компьютерных игр, работы с графикой или звуком достаточно 2 - 4 Гб. Для требовательных компьютерных игр, работы с видео, звукозаписи и сведения музыкальных композиций в домашних условиях – 4 Гб ОЗУ. Следует также отметить, что 32-битные версии (x86) Windows не поддерживают объём оперативной памяти свыше 3 гигабайт. Также отметим, что операционные системы Windows Vista и Windows 7 для комфортной работы с ними требуют как минимум 1 Гб оперативной памяти, а при включении всех графических эффектов - до 1.5 гигабайт.
3. Тактовая частота модулей памяти. Рекомендуется, чтобы эта частота совпадала с частотой, поддерживаемой материнской платой. Например, если вы поставите память DDR2-800 в слот, поддерживающий только DDR2-667, то эта память будет работать как DDR-667 (т.е. понизятся её частота и пропускная способность). Иногда это может приводить даже к ошибкам при загрузке операционной системы или в ходе её работы.
Например, DDR3-1066. Это значит, что память работает на частоте 1066 МГц. Соответственно, чем выше частота, тем выше производительность ОЗУ. Сейчас самой распространённой является память типа DDR2 на 800 и 1066 МГц. Постепенно набирает популярность память типа DDR3 на тактовой частоте 1066 МГц и выше. DDR3 пока что ещё дороже памяти DDR2.
4. Тайминги. Тайминги - это задержки при обращении к микросхемам памяти. Естественно, чем они меньше - тем быстрее работает модуль. Дело в том, что микросхемы памяти на модуле имеют матричную структуру - представлены в виде ячеек матрицы с номером строки и номером столбца.
При обращении к ячейке памяти считывается вся строка, в которой находится нужная ячейка.Сначала происходит выбор нужной строки, затем нужного столбца. На пересечении строки и номера столбца и находится нужная ячейка. С учетом огромных объемом современной RAM такие матрицы памяти не целиковые - для более быстрого доступа к ячейкам памяти они разбиты на страницы и банки.Сначала происходит обращение к банку памяти, активизация страницы в нем, затем уже происходит работа в пределах текущей страницы: выбор строки и столбца. Все эти действия происходит с определенно задержкой друг относительно друг друга.
Теперь давайте посмотрим, как выглядит название модуля памяти в реальном каталоге компьютерной компании, и попытаемся в нем разобраться. Например:
«Оперативная память 4Gb PC3-10600 1333MHz DDR3 DIMM».
4Gb – объем модуля памяти
PC3 – 10600 – максимальная пропускная способность памяти (пиковый объем данных, которым оперативная память может за секунду обмениваться с процессором). В данном случае она равна 10667 Мб/сек.
1333MHz – тактовая частота памяти
DDR3 – поколение памяти
DIMM– форм фактор модуля ОЗУ
Иногда оперативная память продается в комплекте по 2 или 3 модуля, например: «Оперативная память 4Gb (2x2Gb) PC3-10600 1333MHz DDR3 DIMM». Для чего это делается? Дело в том, что в современных компьютерах используется двухканальный (гораздо реже трехканальный) режим работы памяти, который на практике повышает пропускной режим работы памяти до 70%, что, несомненно, повышает общую производительность системы. Чтобы этот режим включился, на компьютере модули оперативной памяти должны устанавливаться парами (тройками), а эта пара (тройка) должна иметь одинаковые характеристики.

Двухканальный режим            Трехканальный режим
403606054610
Именно поэтому производители уже на заводе отбирают попарно (по три) модули памяти и тестируют их на предмет безошибочной совместной работы. Прошедшие тест модули упаковываются вместе и продаются уже комплектом. Но это не означает, что модули, которые продаются по отдельности, не смогут нормально работать вместе. Просто вероятность возникновения каких-либо ошибок все же существует, хотя она очень мала.  Всегда старайтесь задействовать многоканальный режим работы памяти для повышения производительности, устанавливая модули только парами (тройками).
КЭШ память
Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое запоминающее устройство небольшого объема, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.
Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память.

Современные микропроцессоры имеют встроенную в процессор кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8–16 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня емкостью от 64 Кбайт до 256 Кбайт и выше.
Кэширование —размещение данных в специально отведенном месте для ускоренного доступа к ним в будущем. Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами, веб-серверами, службами DNS и WINS. Например, при посещении web-сайта, браузер может сохранить данные на компьютере, чтобы потом их не скачивать второй раз.
Постоянная память. Специальная память
К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), постоянная перепрограммируемая или Flash-память, память CMOS питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие.
Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом “зашивается” в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.
Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств. Важнейшая микросхема постоянной  перепрограммируемой или Flash-памяти — модуль BIOS.
BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для:
автоматического тестирования устройств после включения питания ПК;
загрузки операционной системы в оперативную память.
Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры (Hardware), а с другой стороны — важный модуль любой операционной системы (Software).
Разновидность постоянного запоминающего устройства — CMOS память.
CMOS память — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от аккумулятора. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.
Содержимое CMOS изменяется специальной программой BIOS Setup, находящейся в BIOS. Вызывается эта программа, если при начальной загрузки компьютера нажать клавишу Del или F2
Для хранения графической информации используется видеопамять.
Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного запоминающего устройства, в котором хранятся закодированные изображения. Это запоминающее устройство организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
Киселев С.В. Оператор ЭВМ. 3-е издание. Издательский центр “Академия”, 2010.
http://to.pcabc.ru/ - техническое обеспечение компьютера
http://infoza.narod.ru/inf/1.htm - учебное пособие
http://www.uhlib.ru/kompyutery_i_internet/samouchitel_sovremennogo_polzovatelja_pk/p2.php - учебное пособие Глава 1, Глава 2


Проверочная работа 5.
Тема: Внутренняя память компьютера
Какие виды памяти относятся к внутренней?
Установите соответствие: (от одного элемента левой части может быть несколько элементов правой части)
Специальная память постоянная память (ROM), память CMOS питаемая от батарейки, видеопамять
Кэш-память
хранит информацию лишь в течение сеанса работы с ЭВМ – после выключения ЭВМ из сети, данные, хранимые теряются безвозвратно.
ОЗУ Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.
постоянная память Используется для увеличения быстродействия компьютера.
CMOS память
энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения
BIOS – расшифровать (можно на русском языке)
В устройстве какой памяти находится BIOS?
Сверхоперативная память называется _________________________________
Как изменить содержимое CMOS?
VRAM – это разновидность _______________ ________________ ______________________
Что такое кэширование?
Где находится Кэш первого уровня (L1)?
Кэш второго уровня (L2)?
Кэш третьего уровня (L3)?
Назовите клавиши для входа в BIOS

Приложенные файлы

  • docx lecziy5
    Размер файла: 706 kB Загрузок: 0
  • docx prov5
    Размер файла: 25 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий