Память ПК

🕛 15.02.2009, 22:37

Память наряду с процессором и устройствами ввода-вывода является одним из основных компонентов компьютера. Система памяти ПК включает не только оперативную память, но также постоянную память и память на внешних устройствах.
В оперативной памяти специального типа хранятся установки конфигурации компьютера, в постоянной перезаписываемой памяти хранится BIOS компьютера.
Оперативная память- это основная системная память компьютера, предназначенная для хранения текущих данных, выполняемых программ, а также копий отдельных модулей операционной системы. Большинство программ в процессе выполнения занимают часть ОЗУ для хранения своих данных. От объема и быстродействия установленной оперативной памяти зависит производительность компьютера.
Используемая русскоязычная аббревиатура названия оперативной памяти - ОЗУ (оперативное запоминающее устройство). Поскольку при доступе к ячейкам памяти, чтение и запись могут осуществляться в любую выбранную ячейку, память имеет и другое название - RAM (Random Access Memory). Особенностью оперативной памяти является то, что после отключения питания хранящееся в ячейках памяти содержимое стирается.

Другим типом памяти, используемым в компьютере, является постоянная память. Постоянная память используется для хранения информации, которая не должна изменяться в ходе работы компьютера. Память такого типа имеет название ПЗУ или ROM (Read Only Memory), указывающее, что обеспечиваются только режимы считывания и хранения. Постоянная память обладает тем преимуществом, что может сохранять информацию и после отключения электропитания. В ПЗУ хранятся программы для проверки оборудования, инициирования загрузки операционной системы, выполнению базовых функций по обслуживанию устройств компьютера.
Используемая в ПК внешняя память, может, быть реализована на магнитных, оптических и некоторых других типах носителей, а также на различных сменных картах памяти с использованием микросхем памяти, в основном, флэш-типа.
Оперативная память
Большая часть используемой в компьютере оперативной памяти представляет собой память динамического типа с произвольным доступом - DRAM (Dynamic Random Access Memory). Каждый бит такой памяти представляется в виде наличия или отсутствия заряда на конденсаторе, являющемся ячейкой памяти. Для поддержания в ячейках информационных уровней сигналов на необходимом уровне их содержимое с помощью специальных схем регенерации периодически обновляется. Ячейки внутри микросхем объединены для хранения одного или нескольких байтов. Для обращения к ячейкам используется шина управления и шина адреса. Доступ может осуществляться к нескольким байтам одновременно. Для удобства ОЗУ разбиваются на банки памяти (memory banks). Емкость и разрядность используемых в банках памяти микросхем зависит от конструкции системной платы.
Микросхемы ОЗУ характеризуются следующими параметрами:
> объем характеризует емкость микросхемы (количество ячеек памяти) и выражается в мегабайтах;
> структура определяет организацию ячеек памяти и разрядность микросхемы;
> время доступа к ячейке памяти определяет, за какое время затребованные данные могут быть переданы из ячейки ОЗУ на шину данных и характеризует скорость работы микросхемы памяти.
Время доступа к ячейкам памяти зависит от технологии производства и используемой тактовой частоты. Для обмена данными с ЦП было разработано несколько типов оперативной динамической памяти. Одна из разработок - технология синхронной динамической памяти - SDRAM (Synchronous DRAM). Синхронизм позволяет микросхемам SDRAM выполнять операции независимо от задержек внешних сигналов управления. Внедрение в чип механизма управления и упрощение схемы сократили накладные расходы времени доступа к памяти. Память SDRAM работала на частотах шины компьютера определяемых спецификациями PC 133. То есть на частотах 100 МГц и 133 МГц. Память SDRAM PC 100, PC 133 уже не выпускается производителями и используется лишь в ранее приобретенных компьютерах.
В настоящее время производятся несколько модификаций синхронной памяти, обладающих более высокими показателями производительности. Память типа £>£>/?SDRAM (Double Data Rate SDRAM) работает на удвоенной тактовой частоте, позволяя вдвое расширить пропускную способность шины ОЗУ.
В современных компьютерах в системном ОЗУ используются не отдельные чипы памяти, а изготавливаемые па их основе модули памяти. Модули представляют собой небольшие текстолитовые платы с печатным монтажом и установленными на них микросхемами памяти. Устанавливаются модули в специальные слоты на материнской плате. Посредством шин они связываются с центральным процессором и другими устройствами. В процессе эволюции компьютера использовались модули разных типов памяти: SIMM, DIMM и RIMM.
Модули с однорядным расположением выводов имеют название SIMM (Single Inline Memory Module). Модули с двухрядным расположением выводов - DIMM (Dual Inline Memory Module). Модули технологии Rambus - RIMM (Rambus Inline Memory Module). В настоящее время распространены только модули типа DIMM. Модули памяти типа DIMM с использованием микросхем типа SDRAM и аналогичные модули с использованием микросхем типа DDR SDRAM.

Модули памяти, изготавливаемые по технологии DDR SDRAM, имеют обозначение, в котором быстродействие оценивается не тактовой частотой, а пропускной способностью шины. Так модуль РС3200 DDR400 может работать с пропускную способностью шины до 3200 Мб/с или 3,2 Гб/с. При этом частота шины должна быть 200 МГц (400 / 2 = 200 МГц). Удвоение скорости DDR в сравнении с SDRAM, лишь теоретическое. На самом деле прирост производительности составляет приблизительно 20% (рис. 2.17).
Рис.2.17 т Модуль памяти типа DDR
Стандартные модули SDRAM DIMM имеют 168 контактов, модули DDR SDRAM DIMM (обычно называются просто DDR DIMM) - 184 вывода (рис. 2.17), DDR2 DIMM - 240 выводов (рис. 2.18). Модули имеют конструктивные особенности, предотвращающую неправильную установку в разъемы.
Рис.2.18 т Модуль памяти типа DDR2
Ширина шины данных модулей DIMM составляет 64 разряда (без контроля четности) и 72 разряда (с контролем четности). Модули DIMM DDR SDRAM рассчитаны на напряжение питания 2,5 В. Они выпускаются в соответствии со следующими спецификациями:
> РС2700 (DDR333) - (частота и пропускная способность
шины - 333 МГц х 8 = 2,66 Гб/с); >■ РС3200 (DDR400) - (частота и пропускная способность
шины - 400 МГц х 8 = 3,2 Гб/с);

> РС4000 (DDR533) - (частота и пропускная способность шины - 533 МГц х 8 = 4,3 Гб/с).
Память DDR533 также представляет поколение DDR2. Частота и пропускная способность одного канала шины памяти составляет - 533 МГц х 8=4,26 Гб/с. Для двухканальной памяти этого типа пропускная способность - 8,52 Гб/с.
Память DDR800 - третье поколение DDR3, соответствует спецификации РС6400 - частота и пропускная способность одного канала шины - 800 МГц х 8=6,4 Гб/с. Функциональные возможности DDR2 и DDR3 поддерживаются на базе чипсетов Intel 865...Intel 875 и последующих.
Увеличение существующего объема памяти - наиболее простой и эффективный способ увеличения производительности системы. Кроме того, современные операционные системы предъявляют высокие требования к объему оперативной памяти. Модернизацию оперативной памяти компьютера можно осуществить либо добавлением дополнительных модулей DIMM в свободные разъемы на системной плате, либо заменой установленных модулей памяти на модули большего объема. Прежде чем добавлять в ПК модуль ОЗУ, необходимо определить, какие типы модулей памяти поддерживает материнская плата.
Память CMOS RAM
В системе IBM PC важную роль играют и другие виды памяти. Сразу после включения питания компьютера и выполнения тестирования основных устройств системы центральный процессор выполняет загрузку операционной системы и конфигурирование системы на основании данных, хранящихся в микросхеме памяти типа CMOS RAM. Кроме данных о конфигурации компьютера в микросхеме реализованы часы реального времени. Поэтому ее называют памятью часов реального времени и конфигурационных установок системы - RTC CMOS RAM (Real Time Clock CMOS RAM). RAM означает, что это оперативная память, но она не динамического, а статического типа, который не требует постоянной регенерации содержимого.
Характерная особенность памяти этого типа состоит в том, что ее содержимое не должно удаляться или бы™ь повреждено

при отключении электропитания компьютера. Микросхема CMOS RAM постоянно находится во включенном состоянии благодаря резервному питанию от аккумулятора. Для организации памяти используются экономичные статические ячейки, поэтому память не расходует много электроэнергии. Во избежание потерь информации, при включенном напряжении питания аккумулятор подзаряжается.
Содержимое памяти (установки конфигурации и показания часов) можно изменять с помощью программы SETUP, которую можно вызвать в процессе начальной загрузки компьютера.
Кэш-память
Кэш-память, расположенная на кристалле центрального процессора, предназначена для согласования скорости работы процессора с более медленными устройствами, такими как динамическая память. После запроса данных из памяти процессор вынужден простаивать в ожидании этих данных, из-за более медленного быстродействия микросхем динамической памяти и задержек, связанных с передачей данных по шине. Выходом из такой ситуации могло бы стать использование в качестве основной памяти достаточно быстрой статической. Но в этом случае существенно возрастает стоимость компьютера. Выходом из данной ситуации является организация кэш-памяти - небольшого массива статической памяти, располагающейся как бы между процессором и оперативной памятью. В ней хранятся копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти. При обращении к памяти процессор вначале ищет эти данные в кэш-памяти и во многих случаях необходимые данные могут там находиться. В результате среднее время доступа к памяти уменьшается.
Принцип кэширования достаточно распространен для построения быстродействующих устройств компьютера
Постоянная память
Постоянная память компьютера используется для хранения программного обеспечения базовой системы ввода вызода BIOS, включающей набор программ ввода-вывода, с помощью
которых операционная система и прикладные программы могут взаимодействовать как с устройствами компьютера, так и внешними устройствами.
Помимо этих программ в BIOS содержится программа тестирования - POST (Power ON Self Test), выполняющаяся каждый раз при запуске компьютера. POST проверяет общую исправность основных устройств компьютера. В случае успешного выполнения теста выполняется программа начальной загрузки, также находящаяся в BIOS. Программа начальной загрузки выполняет загрузку операционной системы с соответствующего накопителя. Накопитель, с которого должна загружаться операционная система, указывается в установках конфигурации, хранящихся в памяти RTC CMOS RAM.
В процессе дальнейшей работы для обслуживания стандартные периферийных устройств выполняются хранящиеся в BIOS программы обслуживания - драйверы. Для хранения программ BIOS необходима энергонезависимая память, в качестве которой могут использоваться постоянные запоминающие устройства.
Но в процессе модернизации компьютера совершенствования BIOS может возникнуть потребность изменения содержимого такой микросхемы, в связи с чем более удобно использование постоянных запоминающих устройств с возможностью перезаписи их содержимого.
В современных условиях наиболее подходящим типом такой памяти является флэш-память, представляющая собой интегральную микросхему, способную обеспечить свыше 100 000 перезаписей данных. Микросхемы этой памяти имеют емкость 4-512 Мбит и более, чего вполне достаточно для хранения программ BIOS.