В ячейке оперативной памяти содержится информации

Внутренняя память – один из важнейших элементов компьютера, позволяющий ему корректно работать. В ней содержится информация, к которой обращается компьютер в процессе работы.

Внутренняя память компьютера состоит из нескольких частей

1. Оперативная память
2. Кэш-память
3. Специальная память

Оперативная память напрямую связана с процессором, в ней сохраняются программы и данные, необходимые для реализации этих программ. Процессор компьютера может работать только с данными, которые содержатся в оперативной памяти.

Она состоит из группы кристаллических ячеек, в которых хранится информация. Минимальный объем информации – бит. Это объем информации в один двоичный знак (0 или 1). И соответственно в каждой ячейке оперативной памяти сохраняется один бит информации. Свойство памяти, помогающее распределять информацию по ячейкам, разделять ее на мелкие составные части называют дискретностью. 8 бит составляют один байт. А каждый байт информации имеет в памяти компьютера свой адрес. Процессор отыскивает нужные ему данные во внутренней памяти именно по адресу. Еще более крупная единица хранения информации – машинное слово. Оно состоит из нескольких байтов, которые процессор обрабатывает в ходе одной операции. Объем оперативной памяти в современных компьютерах постоянно растет и достигает уже нескольких Гигабайт.

С точки зрения действия различают два вида оперативной памяти: статическую и динамическую. Статическая память проще в использовании, но дороже, и она в состоянии хранить меньший объем информации. Триггер динамической памяти более быстрый, но значительно сложнее и дороже. В современных компьютерах применяются оба вида памяти.

И статическая и динамическая память сохраняет информацию, которая кодируется с помощью электрического сигнала. Поэтому при выключении электричества происходит потеря информации. Таким образом понятно, что оперативная память нужна для временного хранения данных.

Оперативная память — это набор микросхем, которые располагаются на плате компьютера. Части (или модули) оперативной памяти могут отличаться количеством контактов (SIMM или DIMM), быстродействием, объемом размещенной на них информации.

Другой важной характеристикой памяти является быстродействие, которое определяется максимальным числом операций, которые может выполнять устройство за единицу времени. Чтобы компьютер работал эффективно и быстро, необходимо, чтобы быстродействие компьютера соответствовало этой характеристики памяти.

Кэш-память обеспечивает согласованную работу различных устройств компьютера, компенсируя разницу в быстродействии процессора и оперативной памяти. Этим видом памяти управляет контроллер, который прогнозирует команды используемые в данный момент процессором и своевременно подкачивает их из всего объема оперативной памяти.

В специальную память компьютера входят следующие виды памяти:

1. Постоянная память
2. Перепрограммируемая память
3. Видеопамять
4. Память CMOS RAM

На них записана информация, которую не может изменить пользователь компьютера: данные о конфигурации устройств, о составе оборудования и режимах его работы.

Знания о видах внутренней памяти помогают пользователю грамотно и безопасно эксплуатировать компьютер, максимально используя его возможности.

Внутренняя память компьютера

Популярные доклады

Название гортензии означает бочка с водой, что подразумевает её любвеобильность к воде, однако если переусердствовать, то растение начинает гнить с корней от избытка влажности в почве.

Скелет человека состоит из 210 различных костей, сгруппированных в осевой и дополнительный скелет. Осевой скелет обеспечивает центральную опору тела и включает в себя позвоночник, грудь и череп. Дополнительный скелет

Камбала – это рыба, которая относится к семейству камбаловых. Камбала обитает на дне. Днем она зарывается в песок, чтобы спрятаться от врагов.

Яче́йка па́мяти — минимальный адресуемый элемент запоминающего устройства ЭВМ.

Основные сведения [ править | править код ]

Ячейки памяти могут иметь разную ёмкость (число разрядов, длину). Современные запоминающие устройства обычно имеют размер ячейки памяти равным одной из степеней двойки: 8 бит, 16 бит, 32 бита, 64 бита.

В ранних ЭВМ использовались и более экзотические размерности, например 39 (БЭСМ-1) или 48 (БЭСМ-6). В общем случае длина ячеек памяти может не совпадать с машинным словом, тогда данные записываются в две или четыре соседние ячейки памяти.

Ячейки памяти имеют адрес (порядковый номер, число) по которому к ним могут обращаться команды процессора. Существует несколько различных систем адресации памяти.

Ячейки памяти, построенные на полупроводниковых технологиях, могут быть статическими (SRAM), то есть не требующими регулярного обновления, и динамическими (DRAM), требующими периодической перезаписи для сохранения данных. Как правило, при помощи статических ячеек организуются кэши, при помощи динамических — ОЗУ.

Оперативная память (ОЗУ, RAM), самая известная из всех рассмотренных ранее форм компьютерной памяти. Эту память называют памятью «произвольного доступа» («random access»), поскольку вы можете получить доступ к любой ее ячейке непосредственно. Для этого достаточно знать строку и столбец, на пересечении которых находится нужная ячейка. Известны два основных вида оперативной памяти: динамическая и статическая. Сегодня мы подробно рассмотрим принцип «дырявого ведра», на котором основана динамическая память. Некоторое внимание будет уделено и статической памяти, быстрой, но дорогой.

Ячейка памяти подобна дырявому ведру

Совсем иначе работает память с последовательным доступом (SAM). Как и следует из ее названия, доступ к ячейкам этой памяти осуществляется последовательно. Этим она напоминает пленку в магнитофонной кассете. Когда данные ищутся в такой памяти, проверяется каждая ячейка до тех пор, пока не будет найдена нужная информация. Память этого типа используется для реализации буферов, в частности буфера текстур видеокарт. То есть SAM имеет смысл применять в тех случаях, когда данные будут расположены в том порядке, в котором их предполагается использовать.

Подобно подробно рассмотренному ранее микропроцессору, чип памяти является интегральной микросхемой (ИС, IC), собранной из миллионов транзисторов и конденсаторов. Одним из наиболее распространенных видов памяти произвольного доступа является DRAM (динамическая память произвольного доступа, dynamic random access memory). В ней транзистор и конденсатор спарены и именно они образуют ячейку, содержащую один бит информации. Конденсатор содержит один бит информации, то есть «0» или «1». Транзистор же играет в этой паре роль переключателя (свитча), позволяющего управляющей схеме чипа памяти считывать или менять состояние конденсатора.

Конденсатор можно представить себе в виде небольшого дырявого «ведерка», которое при необходимости заполняется электронами. Если оно заполнено электронами, его состояние равно единице. Если опустошено, то нулю. Проблемой конденсатора является утечка. За считанные миллисекунды (тысячные доли секунды) полный конденсатор становится пустым. А это значит, что или центральный процессор, или контроллер памяти вынужден постоянно подзаряжать каждый из конденсаторов, поддерживая его в наполненном состоянии. Подзарядку следует осуществлять до того, как конденсатор разрядится. С этой целью контроллер памяти осуществляет чтение памяти, а затем вновь записывает в нее данные. Это действие обновления состояния памяти осуществляется автоматически тысячи раз за одну только секунду.

Конденсатор динамической оперативной памяти можно сравнить с протекающим ведром. Если его не заполнять электронами снова и снова, его состояние станет нулевым. Именно эта операция обновления и внесла в название данного вида памяти слово «динамическая». Такая память или обновляется динамически, или «забывает» все, что она «помнила». Есть у этой памяти существенный недостаток: необходимость постоянно обновлять ее требует времени и замедляет работу памяти.

Устройство ячейки динамической оперативной памяти (DRAM)

Структуру памяти можно представить себе в виде трехмерной сетки. Еще проще: в виде листка из школьной тетради в клеточку. Каждая клеточка содержит один бит данных. Сначала определяется столбец, затем данные записываются в определенные строки посредством передачи сигнала по данному столбцу.

Итак, представим себе тетрадный лист. Некоторые клеточки закрашены красным фломастером, а некоторые остались белыми. Красные клеточки это ячейки, состояние которых «1», а белые — «0».

Только вместо листа из тетради в оперативной памяти используется кремниевая пластина, в которую «впечатаны» столбцы (разрядные линии, bitlines) и строки (словарные шины, wordlines). Пересечение столбца и строки является адресом ячейки оперативной памяти.

Динамическая оперативная память передает заряд по определенному столбцу. Этот заряд называют стробом адреса столбца (CAS, Column Adress Strobe) или просто сигналом CAS. Этот сигнал может активировать транзистор любого бита столбца. Управляющий сигнал строки именуется стробом адреса строки (RAS, Row Adress Strobe). Для указания адреса ячейки следует задать оба управляющих сигнала. В процессе записи конденсатор готов принять в себя заряд. В процессе чтения усилитель считывания (sense-amplifier) определяет уровень заряда конденсатора. Если он выше 50 %, бит читается, как «1»; в остальных случаях, как «0».

Осуществляется также обновление заряда ячеек. За порядком обновления следит счетчик. Время, которое требуется на все эти операции, измеряется в наносекундах (миллиардных долях секунды). Если чип памяти 70-наносекундный, это значит, полное чтение и перезарядка всех его ячеек займет 70 наносекунд.

Сами по себе ячейки были бы бесполезны, если бы не существовало способа записать в них информацию и считать ее оттуда. Соответственно, помимо самих ячеек, чип памяти содержит целый набор дополнительных микросхем. Эти микросхемы выполняют следующие функции:

• Идентификации строк и столбцов (выбор адреса строки и адреса ячейки)
• Отслеживание порядка обновления (счетчик)
• Чтение и возобновление сигнала ячейки (усилитель)
• Донесение до ячейки сведений о том, следует ли ей удерживать заряд или нет (активация записи)

У контроллера памяти есть и другие функции. Он выполняет набор обслуживающих задач, среди которых следует отметить идентификацию типа, скорости и объема памяти, а также проверку ее на ошибки.

Статическая оперативная память

Хотя статическая оперативная память (подобно динамической) является памятью произвольного доступа, она основана на принципиально иной технологии. Триггерная схема этой памяти позволяет удерживать каждый бит сохраненной в ней информации. Триггер каждой ячейки памяти состоит из четырех или шести транзисторов и содержит тончайшие проводки. Эта память никогда не нуждается в обновлении заряда. По этой причине, статическая оперативная память работает существенно быстрее динамической. Но поскольку она содержит больше компонентов, ее ячейка намного крупнее ячейки динамической памяти. В итоге чип статической памяти будет менее емким, чем динамической.

Статическая оперативная память быстрее, но и стоит дороже. По этой причине статическая память используется в кэше центрального процессора, а динамическая в качестве системной оперативной памяти компьютера. Более подробно о статической памяти написано в разделе «Кэш-память и регистр процессора» материала, посвященного преодолению ограничений компьютерной памяти.

В современном мире чипы памяти комплектуются в компонент, именуемый модулем. Порой компьютерные специалисты называют его «планкой памяти». Один модуль или «планка» содержит несколько чипов памяти. Не исключено, что вам приходилось слышать такие определения, как «память 8×32» или «память 4×16». Разумеется, цифры могли быть иными. В этой простой формуле первым множителем является количество чипов в модуле, а вторым емкость каждого модуля. Только не в мегабайтах, а в мегабитах. Это значит, что результат действия умножения следует разделить на восемь, чтобы получить объем модуля в привычных нам мегабайтах.

К примеру: 4×32 означает, что модуль содержит четыре 32-мегабитных чипа. Умножив 4 на 32, получаем 128 мегабит. Поскольку нам известно, что в одном байте восемь бит, нам нужно разделить 128 на 8. В итоге узнаем, что «модуль 4×32» является 16-мегабайтным и устарел еще в конце минувшего века, что не мешает ему быть превосходным простым примером для тех вычислений, которые нам потребовались.

Тема оперативной памяти настолько обширна, что мы вернемся к ней еще. Нам предстоит узнать о том, какие бывают типы оперативной памяти и как устроен ее модуль. Продолжение следует…