Пам’ять комп’ютера

 

1. Поняття пам’яті (принципи побудови мікросхем пам’яті, кеш пам’ять, логічна організація пам’яті, додаткова пам’ять)

2. Оперативна пам’ять комп’ютера

 

 

Всім комп’ютерам потрібна пам’ять декількох виглядів. Пам’ять вимагається на кожному кроці виконання програм. Пам’ять потрібна як для вхідних даних так і для зберігання результатів. Вона необхідна для взаємодії з периферією комп’ютера і навіть для підтримання образу, видимого на екрані. Вся пам’ять комп’ютера ділиться на внутрішню і зовнішню.

В комп’ютерних системах робота з пам’яттю грунтується на дуже простих концепціях. В принципі, всі, що вимагається від комп’ютерної пам’яті, це зберігати один байт інформації так, щоб потім він міг бути витягнутий звідти. В нинішній час широке розповсюдження отримали прилади динамічної пам’яті що базуються на можливості зберігати електричний заряд. Ці прилади називаються конденсаторами. З першого погляду конденсатор не задовольняє основній вимозі приладів пам’яті. Він не здатний зберігати заряд протягом тривалого проміжку часу, але він дозволяє робити це протягом кількох мілісекунд, що цілком достатньо, щоб використати це в електроніці. За цей час спеціальні ланцюги комп’ютера забезпечують підзарядку конденсатора, тобто поновлення інформації. Через безперервну природу цього процесу така пам’ять називається динамічною. В сучасних персональних комп’ютерах динамічна пам’ять реалізується на базі спеціальних ланцюгів провідників, що замінили звичайні конденсатори. Велика кількість таких ланцюгів об’єднуються в корпусі одного динамічного чіпа. Однак подібно пам’яті на конденсаторах, вона повинна постійно поновлюватись.

В той час, як динамічна пам’ять, отримавши заряд електрики утримує його, так звана статична пам’ять дозволяє потоку электронів циркулювати по ланцюгу. Напруга, що прикладається може змінити напрямок руху електронів. Причому існує тільки два напрямки руху потоків, що дозволяє використати дані ланцюга в якості елементів пам’яті. Статична пам’ять працює подібно до вимикача, що перемикає напрямок электронного потоку.

Окрім оперативної пам’яті існує ще і постійна пам’ять (ПЗУ). Її головна відмінність від ОЗУ – неможливість в процесі роботи змінити стан осередків ПЗУ. В свою чергу і ця пам’ять ділиться на постійну і репрограмовану. Принципи її функціонування зрозумілі з назви.

Еволюція мікросхем ОЗУ впритул зв’язана з еволюцією персональних комп’ютерів. Для успіху настольних комп’ютерів вимагалися мініатюрні чіпи ОЗУ. По мірі збільшення ємності пам’яті ціна зростала, але потім постійно зменшувалася по мірі відпрацювання технології і зростання об’ємів виробництва. Перші PC реалізувались на стандартних RAM чіпах по 16 Кбайт. Кожному біту відповідав свій власний адрес.

Десь біля року після появи XT з’явилося ОЗУ З більшими можливостями і більш ефективне з точки зору його ціни. Хоча нові мікросхеми могли вміщувати по 64 Кбайт, вони були дешевшими ніж 4 по 16 Кбайт. Системна плата PC була створена з урахуванням використання нових мікросхем пам’яті. Через декілька років 64 Кбайтні чіпи настільки широко розповсюдилися, що стали дешевшими за 16 Кбайтні.

До 1984 року був зроблений ще один крок по збільшенню об’єму пам’яті в одному корпусі. З’явилися 256 Кбайтні мікросхеми. RAM чіпи цього номіналу були встановлені на перших AT. А сьогодні мікросхеми в 1, 4, 8, 16, 32 Мбайт стали звичайним явищем.

PC мав досить просту архітектуру пам’яті, принаймі, якщо на неї дивитися з висоти останніх досягнень комп’ютерної індустрії. Пам’ять PC була представлена одним блоком, в якому кожний байт був доступний по вказівнику його адреси. Мікросхеми пам’яті були розбиті на 9 банків, що використовували в ранніх PC 16 кбайтні, а після цього і 64 кбайтні мікросхеми. Вісім мікросхем виділяли по одному біту для організації кожного байта пам’яті, дев’ята мікросхема використовувалася в якості контрольного біту парності.

Коли мікропроцессор 80286 стали використати в AT і їхніх аналогах, виникла проблема з організацією архітектури пам’яті. Звичайні мікросхеми пам’яті не могли працювати в такому швидкому темпі, в якому працював мікропроцессор. Тому довелося використати статус очікування. В тому випадку, коли процесор вимагав інформацію з пам’яті, йому доводилось зависати на один – два такти, що давало можливість пам’яті обробити запит.

Звичайно програма використовує пам’ять обмеженої області. Зберігаючи потрібну інформацію в кэш пам’яті, робота з якої дозволяє процесору обходитися без всяких циклів очікування. Не всяка кэш пам’ять рівнозначна. Велике значення має той факт, як багато інформації може містити кэш пам’ять. Чим більша кэш пам’ять, тим більше інформації може бути в ній розміщено, а отже, тим більше імовірність, що потрібний байт буде міститися в цій швидкій пам’яті. Очевидно, що найкращий варіант це коли об’єм кэш пам’яті відповідає об’му всієї оперативної пам’яті. В цьому випадку вся інша пам’ять стає непотрібною. Вкрай протилежна ситуація, коли є 1 байт кэш пам’яті, теж не має практичного змісту, бо імовірність того, що потрібна інформація виявиться в цьому байті, прямує до нуля. Практично, діапазон кэш пам’яті, що використається, коливається в межах 16 – 64 Кб.

Ще один різновид архітектури оперативної пам’яті комп’ютера це її розбивка на окремі секції і робота з цими секціями, як з малою кэш пам’яттю. Більша швидкість доступу до обмежених областей пам’яті є особливістю деяких специфічних мікросхем, що дозволяють деякому обсягу пам’яті, бути використаному без циклу очікування. Цей підхід вимагає