Запоминающие устройства персонального компьютера. Их иерархия и основные характеристики
Персональные компьютеры имеют 4 иерархических уровня памяти:
- микропроцессорная память;
- основная память;
- регистровая КЭШ-память;
- внешняя память.
Микропроцессорная память рассмотрена выше.
Функции памяти:
- прием информации от других устройств;
- запоминание информации;
- выдача информации по запросу в другие устройства машины.
Основная память содержит два вида запоминающих устройств:
- ПЗУ - постоянное запоминающее устройство;
- ОЗУ - оперативное запоминающее устройство.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - предназначено для хранения постоянной программной и справочной информации.
Данные в ПЗУ заносятся при изготовлении. Информацию, хранящуюся в ПЗУ можно только считывать, но не изменять. В ПЗУ находятся:
- программа управления работой процессора;
- программа запуска и останова компьютера;
- программы тестирования устройств, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков;
- программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью;
- информация о том, где на диске находится операционная система.
ПЗУ является энергонезависимой памятью, при отключении питания информация в нем сохраняется.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом компьютером в текущей период времени.
Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к памяти). Все ячейки памяти объединены в группы по 8 бит (1 байт), каждая такая группа имеет адрес, по которому к ней можно обратиться.
ОЗУ является энергозависимой памятью, при выключении питания информация в нем стирается.
В современных компьютерах объем памяти обычно составляет 32–512Мбайт. Объем оперативной памяти - важная характеристика компьютера, она влияет на скорость работы персонального компьютера и работоспособность программ.
Кроме ПЗУ и ОЗУ на системной плате имеется и энергонезависимая CMOS¾память, постоянно питающаяся от своего аккумулятора. В ней хранятся параметры конфигурации компьютера, которые проверяются при каждом включении системы. Это полупостоянная память. Для изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера - SETUP.
Для ускорения доступа к оперативной памяти используется специальная сверхбыстродействующая КЭШ-память, которая располагается как бы "между" микропроцессором и оперативной памятью, в ней хранятся копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти. Регистры КЭШ-памяти недоступны для пользователя.
В КЭШ-памяти хранятся данные, которые микропроцессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Быстрый доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд программы.
Микропроцессоры, начиная от МП 80486, имеют свою встроенную кэш-память. Микропроцессоры Pentium и Pentium Pro имеют кэш-память отдельно для данных и отдельно для команд. Для всех микропроцессоров может использоваться дополнительная кэш-память, размещаемая на материнской плате вне микропроцессора, емкость которой может достигать нескольких Мбайт.
Внешняя память относится к внешним устройствам компьютера и используется для долговременного хранения любой информации, которая может потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера.
Устройства внешней памяти - внешние запоминающие устройства - весьма разнообразны. Их можно классифицировать по виду носителя, по типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, по методу доступа и т.д.
Наиболее распространенными внешними запоминающими устройствами являются:
- накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);
- накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);
- накопители на оптических дисках (CD-ROM).
Реже в качестве устройств внешней памяти персонального компьютера используются запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте - стримеры.
Накопители на дисках - это устройства для чтения / записи с магнитных или оптических носителях. Назначение этих накопителей - хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство.
НЖМД и НГМД различаются лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи и считывания информации.
В качестве запоминающей среды у магнитных дисков используются магнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два магнитных состояния - два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры 0 и 1.Информация на магнитные диски записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей - дорожек (треков). Количество дорожек на диске и их информационная емкость зависят от типа диска, конструкции накопителя, качества магнитных головок и магнитного покрытия.
Каждая дорожка разбита на сектора. В одном секторе обычно размещается 512 байт данных. Обмен данными между накопителем на магнитном диске и оперативной памятью осуществляется последовательно целым числом секторов.
Для жесткого магнитного диска используется также понятия цилиндра - совокупности дорожек, находящихся на одинаковом расстоянии от центра диска.
Диски относятся к машинным носителям информации с прямым доступом. Это означает, что компьютер может обратиться к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию, непосредственно, где бы ни находилась головка записи/чтения накопителя.
Все диски, и магнитные, и оптические, характеризуются своим диаметром (форм-фактором). Из гибких магнитных дисков наибольшее распространение получили диски диаметром 3,5" (89 мм). Емкость этих дисков составляет 1,2 и 1,44 Мбайт.
Накопители на жестких магнитных дисках получили название "винчестер".
Этот термин возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска, имевшего 30 дорожек по 30 секторов каждая, что случайно совпало с калибром охотничьего ружья "Винчестер". Емкость накопителя на жестком магнитном диске измеряется в Гбайтах.
В последнее время появились новые накопители на магнитных дисках ¾ ZIP-диске - переносные устройства емкостью 230 - 280 Мбайт.
В последние годы самое широкое распространение получили накопителя на оптических дисках (CD-ROM). Благодаря маленьким размерам, большой емкости и надежности эти накопители становятся все более популярными. Емкость накопителей на оптических дисках - от 640 Мбайт и выше.
Оптические диски делятся на не перезаписываемые лазерно-оптические диски, перезаписываемые лазерно-оптические диски и перезаписываемые магнитооптические диски. Не перезаписываемые диски поставляются фирмами-изготовителями с уже записанной на них информацией. Запись информации на них возможно только в лабораторных условиях, вне компьютера.
Кроме основной своей характеристики — информационной емкости, дисковые накопители характеризуются и двумя временными показателями:
- временем доступа;
- скоростью считывания подряд распложенных байтов.