Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας της μνήμης RAM

Η μνήμη RAM είναι αναπόσπαστο στοιχείο οποιουδήποτε συστήματος υπολογιστή, αυτή η μνήμη αποθηκεύει τα δεδομένα που είναι απαραίτητα για τη λειτουργία ολόκληρου του συστήματος σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Κατά τη δημιουργία τσιπ RAM, χρησιμοποιείται δυναμική μνήμη, η οποία είναι πιο αργή, αλλά φθηνότερη από τη στατική μνήμη, η οποία χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μνήμης cache επεξεργαστή.

Ποιος είναι ο πυρήνας της μνήμης RAM

Ο πυρήνας του τσιπ RAM αποτελείται από έναν τεράστιο αριθμό κυψελών μνήμης, τα οποία συνδυάζονται σε ορθογώνια τραπέζια - πίνακες. Οι οριζόντιοι χάρακες του πίνακα καλούνται γραμμέςκαι κάθετη στήλες. Ολόκληρο το ορθογώνιο της μήτρας ονομάζεται σελίδα, και καλείται το σύνολο σελίδων τράπεζα .

Οι οριζόντιες και κάθετες γραμμές είναι ένας αγωγός, στη διασταύρωση οριζόντιων και κάθετων γραμμών και είναι κύτταρα μνήμης .

Τι είναι ένα κύτταρο μνήμης

Ένα κελί μνήμης αποτελείται από ένα τρανζίστορ εφέ πεδίουκαι ένα πυκνωτής. Ο πυκνωτής λειτουργεί ως χώρος αποθήκευσης πληροφοριών, μπορεί να αποθηκεύσει ένα bit δεδομένων, δηλαδή είτε ένα λογικό (όταν φορτίζεται) είτε ένα λογικό μηδέν (όταν εκφορτίζεται). Το τρανζίστορ λειτουργεί ως ηλεκτρικό κλειδί που είτε συγκρατεί το φορτίο στον πυκνωτή είτε τον ανοίγει για ανάγνωση.

Αναγέννηση μνήμης

Ο πυκνωτής, ο οποίος χρησιμεύει ως φύλακας δεδομένων, έχει μικροσκοπικές διαστάσεις και, κατά συνέπεια, μικρή χωρητικότητα και επομένως δεν μπορεί να αποθηκεύσει τη φόρτιση που του έχει δοθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, λόγω αυτοεκφόρτισης. Για να αντιμετωπίσετε αυτό το πρόβλημα, χρησιμοποιήστε αναγέννηση μνήμης, το οποίο, με μια συγκεκριμένη συχνότητα, διαβάζει κελιά και ξαναγράφει. Λόγω αυτού του φαινομένου, αυτή η μνήμη ονομάζεται δυναμική.

Ανάγνωση μνήμης

Αν χρειαστεί να διαβάσουμε τη μνήμη, τότε δίνεται σήμα σε μια συγκεκριμένη γραμμή της σελίδας μνήμης, που ανοίγει το τρανζίστορ και περνά το ηλεκτρικό φορτίο που περιέχεται (ή δεν περιέχεται) στον πυκνωτή στην αντίστοιχη στήλη. Σε κάθε στήλη συνδέεται ένας ευαίσθητος ενισχυτής, ο οποίος αντιδρά σε μια ασήμαντη ροή ηλεκτρονίων που απελευθερώνονται από τον πυκνωτή. Αλλά υπάρχει μια απόχρωση εδώ - ένα σήμα που εφαρμόζεται σε μια σειρά της μήτρας ανοίγει όλα τα τρανζίστορ αυτής της σειράς, αφού είναι όλα συνδεδεμένα σε αυτήν τη σειρά και έτσι διαβάζεται ολόκληρη η σειρά. Με βάση τα παραπάνω, γίνεται σαφές ότι μια γραμμή στη μνήμη είναι η ελάχιστη τιμή για ανάγνωση - είναι αδύνατο να διαβαστεί ένα κελί χωρίς να επηρεαστούν άλλα.

Η διαδικασία ανάγνωσης μνήμης είναι καταστροφική, αφού ο πυκνωτής ανάγνωσης παρέδωσε όλα του τα ηλεκτρόνια για να ακουστεί από έναν ευαίσθητο ενισχυτή. Και επομένως, μετά από κάθε ανάγνωση της γραμμής, πρέπει να γράφεται ξανά.

Διασύνδεση μνήμης

Στο τμήμα διεπαφής της μνήμης, θα πρέπει να εκχωρηθούν γραμμές διευθύνσεων και γραμμές δεδομένων. Οι γραμμές διεύθυνσης δείχνουν στη διεύθυνση του κελιού και οι γραμμές δεδομένων μνήμης ανάγνωσης και εγγραφής.

Μην ξεχάσετε να φύγετε

Τα δεδομένα σε έναν υπολογιστή είναι μια συλλογή από bit, bytes και εγγραφές που πρέπει να αποθηκευτούν στη μνήμη του μηχανήματος.

Στους σύγχρονους υπολογιστές, τα δεδομένα τοποθετούνται όχι μόνο στη λειτουργική, αλλά και στη μακροπρόθεσμη μνήμη.

Η μακροπρόθεσμη μνήμη μπορεί να φιλοξενήσει μεγάλους όγκους δεδομένων, καθώς και ολόκληρα σετ προγραμμάτων που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της λειτουργίας των υπολογιστών και των αυτοματοποιημένων συστημάτων.

Πώς λειτουργεί η μνήμη του υπολογιστή

Η μνήμη ενός υπολογιστή θεωρείται καλύτερα ως μια ακολουθία κελιών. Ο όγκος των πληροφοριών σε κάθε κελί είναι ένα byte.

Οποιαδήποτε πληροφορία αποθηκεύεται στη μνήμη του υπολογιστή ως ακολουθία byte. Τα byte (κελιά) της μνήμης αριθμούνται το ένα μετά το άλλο και ο αριθμός του πρώτου byte από την αρχή της μνήμης είναι ίσος με μηδέν. Κάθε συγκεκριμένη πληροφορία που είναι αποθηκευμένη στη μνήμη μπορεί να πάρει ένα ή περισσότερα byte. Ο αριθμός των byte που αυτή ή η άλλη πληροφορία καταλαμβάνει στη μνήμη είναι το μέγεθος αυτής της πληροφορίας σε byte.

Για παράδειγμα, ένας συν ακέραιος από 0 έως 2 8 -1=255 καταλαμβάνει 1 byte μνήμης. Για να αποθηκεύσετε έναν συν ακέραιο από 2 8= 256 έως 2 16 -1=65536, χρειάζονται δύο διαδοχικά byte.

Το κύριο καθήκον όταν εργάζεστε με τη μνήμη είναι να βρείτε ένα μέρος στη μνήμη όπου βρίσκονται οι απαραίτητες πληροφορίες.

Για να βρείτε ένα άτομο σε μια μεγάλη πόλη, πρέπει να γνωρίζετε την ακριβή διεύθυνσή του. Επίσης, για να βρεθεί η θέση αυτής ή εκείνης της πληροφορίας στη μνήμη, εισάγεται η έννοια της διεύθυνσης στη μνήμη.

Για παράδειγμα, εάν η λέξη "επιστήμη υπολογιστών", η οποία αποτελείται από 11 γράμματα, καταλαμβάνει byte με αριθμό από 1234 έως 1244 (11 byte συνολικά), τότε η διεύθυνση αυτής της λέξης είναι 1234.

Όσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα της μνήμης, όσο περισσότερα αρχεία και προγράμματα μπορεί να χωρέσει, τόσο περισσότερες εργασίες μπορούν να απελευθερωθούν χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή.

Τι καθορίζει την ποσότητα της διαθέσιμης μνήμης υπολογιστή ή ποιος είναι ο μεγαλύτερος αριθμός που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον καθορισμό μιας διεύθυνσης;

Η διεύθυνση, όπως κάθε πληροφορία σε έναν υπολογιστή, παρέχεται σε δυαδική μορφή. Ως εκ τούτου, η μεγαλύτερη τιμή της διεύθυνσης καθορίζεται από τον αριθμό των bit που χρησιμοποιούνται για τη δυαδική παρουσίασή της. Σε ένα byte (8 bit) μπορείτε να αποθηκεύσετε 2 8 (= 256) αριθμούς από 0 έως 255, σε δύο byte (16 bit) - 2 16 αριθμούς από 0 έως 65536, σε τέσσερα byte (32 bit) - 2 32 αριθμούς από 0 έως 4294967295.

Τύποι μνήμης

ΕΜΒΟΛΟ

Η μνήμη τυχαίας πρόσβασης (RAM ή Αγγλική RAM από τη μνήμη τυχαίας πρόσβασης - μνήμη τυχαίας πρόσβασης) είναι μια γρήγορη συσκευή αποθήκευσης όχι πολύ μεγάλης χωρητικότητας, η οποία συνδέεται απευθείας με τον επεξεργαστή και έχει σχεδιαστεί για να γράφει, να διαβάζει και να αποθηκεύει εκτελέσιμα προγράμματα και δεδομένα που είναι επεξεργάζονται από αυτά τα προγράμματα.

Η μνήμη RAM χρησιμοποιείται μόνο για προσωρινή αποθήκευση δεδομένων και προγραμμάτων, καθώς όταν το μηχάνημα είναι απενεργοποιημένο, όλα όσα ήταν στη μνήμη RAM εξαφανίζονται. Η πρόσβαση στα στοιχεία της μνήμης RAM είναι άμεση, πράγμα που σημαίνει ότι κάθε byte μνήμης έχει τη δική του ξεχωριστή διεύθυνση.

Η ποσότητα της μνήμης RAM είναι συνήθως μεταξύ 32 και 512 MB. Για απλές διαχειριστικές εργασίες, αρκούν 32 MB μνήμης RAM, αλλά για πολύπλοκες εργασίες σχεδιασμού υπολογιστή ενδέχεται να απαιτούνται 512 MB έως 2 GB μνήμης RAM.

Τυπικά, η RAM εκτελείται από ολοκληρωμένα κυκλώματα μνήμης SDRAM (σύγχρονη δυναμική RAM). Κάθε bit πληροφοριών στο SDRAM αποθηκεύεται ως ηλεκτρικό φορτίο σε έναν μικροσκοπικό πυκνωτή που σχηματίζεται στη δομή ενός κρυστάλλου ημιαγωγού. Λόγω της διαρροής ρεύματος, τέτοιοι πυκνωτές αποφορτίζονται γρήγορα και επαναφορτίζονται περιοδικά (περίπου κάθε 2 χιλιοστά του δευτερολέπτου) από ειδικές συσκευές. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται Refresh Memory. Τα τσιπ SDRAM έχουν χωρητικότητα από 16 έως 256 Mbps ή περισσότερο. Τοποθετούνται στη θήκη και συναρμολογούνται σε μονάδες μνήμης. Οι περισσότεροι σύγχρονοι υπολογιστές είναι εξοπλισμένοι με μονάδες DIMM (Dual-In-line Memory Module). Τα συστήματα υπολογιστών με τους πιο σύγχρονους επεξεργαστές χρησιμοποιούν

Μονάδες Rambus DRAM (RIMM) και DDR DRAM υψηλής ταχύτητας.

Αμέσως μετά την ενεργοποίηση του υπολογιστή, το ηλεκτρονικό «ρολόι» του κεντρικού λεωφορείου αρχίζει να «τικ». Οι παλμοί τους σπρώχνουν τον επεξεργαστή ύπνου και μπορεί να αρχίσει να λειτουργεί. Αλλά για να λειτουργήσει ο επεξεργαστής, χρειάζονται εντολές.

Πιο συγκεκριμένα, χρειάζονται προγράμματα, γιατί τα προγράμματα είναι διατεταγμένα σύνολα οδηγιών. Έτσι, κάπου στον υπολογιστή, πρέπει να προετοιμαστεί εκ των προτέρων ένα πρόγραμμα εκκίνησης και ο επεξεργαστής πρέπει να γνωρίζει ακριβώς πού βρίσκεται τη στιγμή της αφύπνισης.

Είναι αδύνατο να αποθηκεύσετε αυτό το πρόγραμμα σε οποιοδήποτε μέσο αποθήκευσης, επειδή τη στιγμή της ενεργοποίησης ο επεξεργαστής δεν γνωρίζει τίποτα για καμία συσκευή. Για να τα μάθει χρειάζεται και κάποιο πρόγραμμα και επιστρέφουμε εκεί που ξεκινήσαμε. Είναι επίσης αδύνατο να το αποθηκεύσετε στη μνήμη RAM, επειδή τίποτα δεν αποθηκεύεται σε αυτήν σε κατάσταση απενεργοποίησης.

Υπάρχει μόνο μία διέξοδος εδώ. Ένα τέτοιο πρόγραμμα πρέπει να δημιουργηθεί από υλικό. Για να γίνει αυτό, η μητρική πλακέτα διαθέτει ένα ειδικό μικροκύκλωμα, το οποίο ονομάζεται μνήμη μόνο για ανάγνωση - ROM. Ακόμη και κατά τη διάρκεια της παραγωγής, ένα τυπικό σύνολο προγραμμάτων "ράβεται" σε αυτό, με το οποίο ο επεξεργαστής θα πρέπει να αρχίσει να λειτουργεί. Αυτό το σύνολο προγραμμάτων ονομάζεται βασικό σύστημα εισόδου-εξόδου.

Σχεδιαστικά, ένα τσιπ ROM διαφέρει από τα τσιπ RAM, αλλά λογικά πρόκειται για τα ίδια κελιά στα οποία γράφονται ορισμένοι αριθμοί, με τη διαφορά ότι δεν διαγράφονται όταν απενεργοποιείται η τροφοδοσία. Κάθε κελί έχει τη δική του διεύθυνση.

Μετά την εκκίνηση, ο επεξεργαστής έχει πρόσβαση σε μια σταθερή διεύθυνση (πάντα η ίδια), η οποία δείχνει ακριβώς στη ROM. Από εδώ προέρχονται τα πρώτα δεδομένα και εντολές. Αρχίζει λοιπόν το έργο του επεξεργαστή και μαζί του και του υπολογιστή. Στην οθόνη αυτή τη στιγμή βλέπουμε λευκούς χαρακτήρες σε μαύρο φόντο.

Ένα από τα πρώτα που θα εκτελεστούν είναι μια υπορουτίνα που εκτελεί αυτοέλεγχο του υπολογιστή. Ονομάζεται έτσι: Power-On Self Test (στα Αγγλικά - POST - Power-On Self Test). Κατά τη διάρκεια της εργασίας του, ελέγχονται πολλά, αλλά στην οθόνη βλέπουμε μόνο πώς αναβοσβήνουν οι αριθμοί, που αντιστοιχούν στα ελεγμένα κελιά RAM.

Τα εργαλεία λογισμικού του BIOS είναι αρκετά για να κάνετε αρχικούς ελέγχους και να συνδέσετε τυπικές συσκευές όπως πληκτρολόγιο και οθόνη. Ξεχωρίσαμε επίτηδες τη λέξη πρότυπο. Το γεγονός είναι ότι η οθόνη και το πληκτρολόγιό σας μπορεί να είναι πολύ μη τυποποιημένα. Αλλά σε αυτό το στάδιο δεν έχει σημασία - απλώς ο υπολογιστής τα αντιμετωπίζει ως τυπικά προς το παρόν. Δεν γνωρίζει ακόμη όλες τις ιδιότητές τους και πιστεύει ότι το πληκτρολόγιο και η οθόνη μας είναι ίδια με αυτά που χρησιμοποιούσαν πριν από είκοσι χρόνια, την εποχή των πρώτων υπολογιστών. Αυτό διασφαλίζει ότι θα δείτε τουλάχιστον κάτι στην οθόνη, ανεξάρτητα από το μοντέλο οθόνης που έχετε στη διάθεσή σας. Το BIOS υποθέτει ότι η οθόνη μας είναι ασπρόμαυρη - γι' αυτό τα πρώτα μηνύματα στην οθόνη είναι ασπρόμαυρα.

Ωστόσο, ένας υπολογιστής δεν μπορεί να λειτουργήσει για μεγάλο χρονικό διάστημα μόνο με τυπικές συσκευές. Ήρθε η ώρα να μάθει τι πραγματικά έχει. Οι αληθινές πληροφορίες για τις συσκευές του υπολογιστή καταγράφονται στον σκληρό δίσκο, αλλά πρέπει να μάθετε πώς να τις διαβάζετε. Κάθε άτομο μπορεί να έχει τον δικό του μοναδικό σκληρό δίσκο, όχι σαν τους άλλους. Το ερώτημα είναι πώς τα προγράμματα του BIOS γνωρίζουν πώς να λειτουργούν με τον σκληρό σας δίσκο;

Για να γίνει αυτό, υπάρχει ένα άλλο τσιπ στη μητρική πλακέτα - μνήμη CMOS. Αποθηκεύει τις απαραίτητες ρυθμίσεις για να λειτουργήσουν τα προγράμματα του BIOS. Συγκεκριμένα, εδώ αποθηκεύονται η τρέχουσα ημερομηνία και ώρα, οι παράμετροι των σκληρών δίσκων και ορισμένων άλλων συσκευών. Αυτή η μνήμη δεν μπορεί να είναι ούτε λειτουργική (διαφορετικά θα διαγραφόταν), ούτε μόνιμη (διαφορετικά δεν θα ήταν δυνατή η εισαγωγή δεδομένων από το πληκτρολόγιο σε αυτήν). Είναι μη πτητικό και τροφοδοτείται συνεχώς από μια μικρή επαναφορτιζόμενη μπαταρία, που βρίσκεται επίσης στη μητρική πλακέτα. Η φόρτιση αυτής της μπαταρίας είναι αρκετή ώστε ο υπολογιστής να μην χάσει τις ρυθμίσεις του, ακόμα κι αν δεν είναι ενεργοποιημένος για αρκετά χρόνια.

Οι ρυθμίσεις CMOS, ειδικότερα, είναι απαραίτητες για τη ρύθμιση της ημερομηνίας και της ώρας συστήματος, κατά την εγκατάσταση ή την αντικατάσταση σκληρών δίσκων, καθώς και κατά την ανάκτηση από τις περισσότερες καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Ρυθμίζοντας το BIOS, μπορείτε, για παράδειγμα, να ορίσετε έναν κωδικό πρόσβασης, χάρη στον οποίο κάποιος εξωτερικός δεν θα μπορεί να ξεκινήσει τον υπολογιστή. Ωστόσο, αυτή η προστασία είναι αποτελεσματική μόνο για πολύ μικρά παιδιά.

Για να αλλάξετε τις ρυθμίσεις που είναι αποθηκευμένες στη μνήμη CMOS, η ROM περιέχει ένα ειδικό πρόγραμμα - SETUP. Για να το ξεκινήσετε, πρέπει να πατήσετε και να κρατήσετε πατημένο το πλήκτρο DELETE την πρώτη στιγμή μετά την εκκίνηση του υπολογιστή. Η πλοήγηση στο σύστημα μενού του προγράμματος SETUP πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας τα πλήκτρα του δρομέα. Τα επιθυμητά στοιχεία μενού επιλέγονται με το πλήκτρο ENTER και επιστρέφουν στο μενού ανώτατου επιπέδου με το πλήκτρο ESC. Τα πλήκτρα Page Up και Page Down χρησιμοποιούνται για την αλλαγή των καθορισμένων τιμών.

Κρύπτη

Η προσωρινή μνήμη είναι μια μνήμη τυχαίας πρόσβασης υψηλής ταχύτητας που χρησιμοποιείται από τον επεξεργαστή του υπολογιστή για την προσωρινή αποθήκευση πληροφοριών. Βελτιώνει την απόδοση διατηρώντας τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα δεδομένα και τις οδηγίες «πιο κοντά» στον επεξεργαστή, όπου είναι πιο γρήγορη η πρόσβαση σε αυτά.

Η προσωρινή μνήμη επηρεάζει άμεσα την ταχύτητα των υπολογισμών και βοηθά τον επεξεργαστή να λειτουργεί με πιο ομοιόμορφο φορτίο. Φανταστείτε μια σειρά πληροφοριών που χρησιμοποιούνται στο γραφείο σας. Μικρές ποσότητες πληροφοριών που απαιτούνται αρχικά, ας πούμε μια λίστα με τους αριθμούς τηλεφώνου του τμήματος, κρεμάστε στον τοίχο πάνω από το γραφείο σας. Με τον ίδιο τρόπο, κρατάτε στα χέρια σας πληροφορίες για τρέχοντα έργα. Οι λιγότερο χρησιμοποιούμενοι κατάλογοι, όπως ο τηλεφωνικός κατάλογος της πόλης, βρίσκονται σε ένα ράφι δίπλα στο γραφείο. Η λογοτεχνία, στην οποία σπάνια αναφέρεσαι, καταλαμβάνει τα ράφια μιας βιβλιοθήκης. Οι υπολογιστές αποθηκεύουν δεδομένα σε παρόμοια ιεραρχία. Όταν μια εφαρμογή ξεκινά να εκτελείται, δεδομένα και εντολές μεταφέρονται από τον αργό σκληρό δίσκο στη μνήμη τυχαίας πρόσβασης, από όπου ο επεξεργαστής μπορεί να τα ανακτήσει γρήγορα. Η μνήμη RAM παίζει το ρόλο της προσωρινής μνήμης για τον σκληρό δίσκο. Για αρκετά γρήγορους υπολογιστές, είναι απαραίτητο να παρέχεται γρήγορη πρόσβαση στη μνήμη RAM, διαφορετικά ο μικροεπεξεργαστής θα είναι αδρανής και ο υπολογιστής θα επιβραδύνει. Για να γίνει αυτό, τέτοιοι υπολογιστές μπορούν να εξοπλιστούν με προσωρινή μνήμη, δηλ. Μνήμη "super-RAM" σχετικά μικρής ποσότητας (συνήθως από 64 έως 256 KB), η οποία αποθηκεύει τα τμήματα της μνήμης RAM που χρησιμοποιούνται πιο συχνά. Η κρυφή μνήμη βρίσκεται «μεταξύ» του μικροεπεξεργαστή και της μνήμης RAM και όταν ο μικροεπεξεργαστής έχει πρόσβαση στη μνήμη, αναζητά πρώτα τα απαραίτητα δεδομένα στη μνήμη cache. Δεδομένου ότι ο χρόνος πρόσβασης στην κρυφή μνήμη είναι αρκετές φορές μικρότερος από τη συμβατική μνήμη και στις περισσότερες περιπτώσεις τα δεδομένα που είναι απαραίτητα για τον μικροεπεξεργαστή περιέχονται στη μνήμη cache, ο μέσος χρόνος πρόσβασης στη μνήμη μειώνεται. Για υπολογιστές που βασίζονται στο intel-80386dx ή 80486sx, αρκεί ένα μέγεθος προσωρινής μνήμης 64 KB, αρκεί 128 KB. Οι υπολογιστές που βασίζονται σε Intel-80486dx και dx2 συνήθως διαθέτουν κρυφή μνήμη 256 KB.

Κάθε κελί μνήμης έχει τη δική του μοναδική διεύθυνση, δηλαδή διαφορετική από όλες τις άλλες. Σε αυτήν την περίπτωση, η κύρια μνήμη έχει έναν ενιαίο χώρο διευθύνσεων για τυχαία πρόσβαση και συσκευές μόνιμης αποθήκευσης. Χώρος διευθύνσεωνορίζει τον μέγιστο δυνατό αριθμό κυψελών κύριας μνήμης που μπορούν να αντιμετωπιστούν απευθείας. Εξαρτάται από το πλάτος των διαύλων διευθύνσεων, καθώς ο μέγιστος αριθμός διαφορετικών διευθύνσεων καθορίζεται από την ποικιλία των δυαδικών αριθμών με τους οποίους αναπαρίστανται αυτές οι διευθύνσεις. Με τη σειρά του, αυτή η ποικιλομορφία εξαρτάται από τον αριθμό των ψηφίων. Έτσι, ο χώρος διευθύνσεων είναι ίσος με , όπου είναι το πλάτος bit του διαύλου κώδικα διεύθυνσης.

Παράδειγμα 3.5.Ο επεξεργαστής Intel 8086 (1978) είχε δίαυλο κωδικού διεύθυνσης 20 bit. Σε αυτήν την περίπτωση, 220 κελιά με χωρητικότητα 1 byte το καθένα μπορούν να αντιμετωπιστούν απευθείας. Επομένως, ο χώρος διευθύνσεων θα είναι ίσος με 2 20 byte = 1 MB.

Ο επεξεργαστής Intel 80486 (1989) είχε δίαυλο κωδικού διεύθυνσης 32 bit. Ο χώρος διευθύνσεών του ήταν 2 32 byte = 2 2 2 30 byte = 2 2 GB = 4 GB.

Ξεκινώντας με τον επεξεργαστή Intel Pentium Pro (1995), κατέστη δυνατή η χρήση της λειτουργίας επέκτασης φυσικής διεύθυνσης (PAE), η οποία χρησιμοποιεί 36 bit για τη διευθυνσιοδότηση. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορούν να αντιμετωπιστούν 2 36 byte = 2 6 2 30 byte = 2 6 GB = 64 GB.

Στους υπολογιστές, υπάρχουν δύο τρόποι αντιμετώπισης της μνήμης - η πραγματική λειτουργία και η προστατευμένη λειτουργία. πραγματική λειτουργίαχρησιμοποιείται στο λειτουργικό σύστημα MS DOS. Ο υπολογισμός της φυσικής διεύθυνσης σε πραγματικό τρόπο πραγματοποιείται σύμφωνα με τον κανόνα

CS 16 10 16 + IP 16,

όπου CS, IP είναι οι τιμές τμήματος και μετατόπισης που καθορίζονται στους αντίστοιχους καταχωρητές επεξεργαστή.

Άρα η μέγιστη φυσική διεύθυνση είναι

FFFF 16 10 16 + FFFF 16 = FFFF0 16 + FFFF 16 = 10FFEF 16 = 1114095 10,

και ο χώρος διευθύνσεων είναι 1114096 byte = 1 MB + 64 KB - 16 byte.

Επιπλέον, αυτός ο χώρος διευθύνσεων μπορεί να περιοριστεί από το πλάτος της διεύθυνσης διαύλου κώδικα του επεξεργαστή Intel 8086, δηλαδή τον αριθμό 2 20 byte = 1 Mb.

Καλείται το τμήμα της μνήμης RAM που δεν μπορεί να αντιμετωπιστεί απευθείας εκτεταμένη μνήμη.

Παράδειγμα 3.6.Ένας υπολογιστής που βασίζεται στον επεξεργαστή Intel 80486 έχει 16 MB μνήμης RAM. Ο επεξεργαστής μπορεί να διευθύνει απευθείας 1 MB + 64 KB - 16 byte μνήμης RAM. Τότε η εκτεταμένη μνήμη θα είναι 16 MB -
-(1 MB + 64 KB - 16 byte) = 15 MB - 64 KB + 16 byte.

Έτσι, η σχέση μεταξύ άμεσα διευθυνσιοδοτήσιμης και εκτεταμένης μνήμης θα ήταν:

1114096 byte: 15663120 byte ή 6,64:93,36.

Κατά συνέπεια, σε πραγματική λειτουργία, περισσότερο από το 90% της μνήμης RAM του υπολογιστή δεν θα είναι διαθέσιμο.

Υπάρχουν δύο τρόποι πρόσβασης στην εκτεταμένη μνήμη ενώ ο υπολογιστής βρίσκεται σε λειτουργία. Ωστόσο, είναι δυνατές μόνο όταν χρησιμοποιούνται ειδικά προγράμματα - προγράμματα οδήγησης σύμφωνα με τις προδιαγραφές XMS και EMS.

Οδηγός- ένα ειδικό πρόγραμμα που ελέγχει τη λειτουργία της μνήμης RAM ή μιας εξωτερικής συσκευής ενός υπολογιστή και οργανώνει την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ του επεξεργαστή, της μνήμης RAM και των εξωτερικών συσκευών.

Σημείωση.Το πρόγραμμα οδήγησης που διαχειρίζεται τη μνήμη ονομάζεται διαχειριστής μνήμης.

Πρόσβαση σε εκτεταμένη μνήμη σύμφωνα με τις προδιαγραφές XMS ( Προδιαγραφές εκτεταμένης μνήμης) οργανώνεται χρησιμοποιώντας προγράμματα οδήγησης τύπου XMM (για παράδειγμα, HIMEM.SYS). Σύμφωνα με τις προδιαγραφές EMS ( Προδιαγραφές διευρυμένης μνήμης) η πρόσβαση στην εκτεταμένη μνήμη υλοποιείται με την αντιστοίχιση, ανάλογα με τις ανάγκες, των επιμέρους πεδίων της σε μια συγκεκριμένη περιοχή απευθείας διευθυνσιοδοτούμενης μνήμης. Ταυτόχρονα, δεν αποθηκεύονται επεξεργασμένες πληροφορίες, αλλά μόνο διευθύνσεις που παρέχουν πρόσβαση σε αυτές. Για την οργάνωση της μνήμης σύμφωνα με τις προδιαγραφές EMS, χρησιμοποιούνται τα προγράμματα οδήγησης EMM386.EXE ή Quarterdeck EMM.

ΣΕ προστατευμένη λειτουργίαΗ λειτουργία του υπολογιστή μπορεί να απευθυνθεί απευθείας σε μεγαλύτερη μνήμη από την πραγματική, αλλάζοντας τον μηχανισμό διευθυνσιοδότησης. Χάρη στην προστατευμένη λειτουργία, μόνο το τμήμα του προγράμματος που χρειάζεται την τρέχουσα στιγμή μπορεί να αποθηκευτεί στη μνήμη. Το υπόλοιπο μπορεί να αποθηκευτεί στην εξωτερική μνήμη του υπολογιστή, όπως ένας σκληρός δίσκος. Κατά την πρόσβαση σε εκείνο το τμήμα του προγράμματος που δεν βρίσκεται αυτήν τη στιγμή στη μνήμη, το λειτουργικό σύστημα αναστέλλει το πρόγραμμα, φορτώνει το απαιτούμενο τμήμα κώδικα προγράμματος από την εξωτερική μνήμη και, στη συνέχεια, συνεχίζει την εκτέλεση του προγράμματος. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται δεδομένα σελιδοποίησηςαπό τον σκληρό δίσκο. Έτσι, σε προστατευμένη λειτουργία, γίνεται διαθέσιμη η εκτέλεση προγραμμάτων, το μέγεθος του κωδικού των οποίων υπερβαίνει την ποσότητα της μνήμης RAM στον υπολογιστή.

Η φυσική διεύθυνση σε προστατευμένη λειτουργία διαμορφώνεται ως εξής. Ο καταχωρητής τμήματος του επεξεργαστή αποθηκεύει δύο byte εκλέκτορας, το οποίο περιέχει τις ακόλουθες πληροφορίες:

■ ευρετήριο περιγραφέας(13 bit) στον πίνακα περιγραφών.

■ σημαία (1 bit) που καθορίζει σε ποιον από τους δύο πίνακες περιγραφών (τοπικός ή παγκόσμιος) θα προσπελαστεί.

■ ζητήθηκε επίπεδο προνομίου (2 bit).

Σύμφωνα με την τιμή του επιλογέα, γίνεται πρόσβαση στον απαιτούμενο πίνακα περιγραφών και στον περιγραφέα που βρίσκεται σε αυτόν. Η διεύθυνση τμήματος, το μέγεθός του και τα δικαιώματα πρόσβασης ανακτώνται από τον περιγραφέα. Στη συνέχεια, η διεύθυνση τμήματος προστίθεται στη μετατόπιση από τον καταχωρητή IP του επεξεργαστή. Το ποσό που προκύπτει θα είναι η φυσική διεύθυνση της κυψέλης RAM.

Η χρήση της προστατευμένης λειτουργίας επέτρεψε στον επεξεργαστή Intel 80286 (1982) να διευθύνει 224 byte = 24 · 220 byte = 16 MB μνήμης, ενώ στην πραγματική λειτουργία ο χώρος διευθύνσεων ήταν ακόμη περιορισμένος στο 1 MB.

Εκτός από την αύξηση του χώρου διευθύνσεων, σε προστατευμένη λειτουργία, πολλά προγράμματα μπορούν να εκτελεστούν παράλληλα ( λειτουργία πολλαπλών εργασιών). Η εκτέλεση πολλαπλών εργασιών οργανώνεται χρησιμοποιώντας ένα λειτουργικό σύστημα πολλαπλών εργασιών (για παράδειγμα, Microsoft Windows), στο οποίο ο επεξεργαστής παρέχει έναν ισχυρό και αξιόπιστο μηχανισμό για την προστασία των εργασιών μεταξύ τους χρησιμοποιώντας ένα σύστημα προνομίων τεσσάρων επιπέδων (Εικ. 3.7).

Σε προστατευμένη λειτουργία, είναι επίσης δυνατό σελιδοποίηση της μνήμης. Έρχεται στο σχηματισμό πινάκων περιγραφής μνήμης που καθορίζουν την κατάσταση των επιμέρους τμημάτων (σελίδων) της. Όταν υπάρχει έλλειψη μνήμης, το λειτουργικό σύστημα εγγράφει ορισμένα από τα δεδομένα στην εξωτερική μνήμη και εισάγει πληροφορίες στον πίνακα περιγραφής σχετικά με την απουσία αυτών των δεδομένων στη μνήμη RAM.

Ρύζι. 3.7.Επίπεδα προνομίων κατά τη χρήση πολλαπλών εργασιών

Τσιπ OP

Η μνήμη (μνήμη) είναι ένα λειτουργικό μέρος ενός υπολογιστή που έχει σχεδιαστεί για την εγγραφή, την αποθήκευση και την έκδοση πληροφοριών.

Κατέβασμα ppt "Προδιαγραφές μνήμης υπολογιστή"

Όλη η μνήμη του υπολογιστή μπορεί να χωριστεί σε:

1. RAM (Μνήμη τυχαίας πρόσβασης)
2. ROM (Μνήμη μόνο για ανάγνωση)
3. RON (εγγραφές γενικής χρήσης) εσωτερική μνήμη του επεξεργαστή - οι καταχωρητές του.
4. CMOS (Complement Metal Oxide Semiconductor - συμπληρωματικά ζεύγη μετάλλου-οξειδίου-ημιαγωγού υποδεικνύει την τεχνολογία κατασκευής αυτής της μνήμης) - μνήμη ρυθμίσεων συστήματος (διαμόρφωση).
5. VZU (εξωτερική συσκευή αποθήκευσης)
6. Μνήμη βίντεο - η ηλεκτρονική μνήμη που βρίσκεται στην κάρτα βίντεο χρησιμοποιείται ως buffer για την αποθήκευση δυναμικών καρέ εικόνας.

1,2,3,6 - ηλεκτρονική μνήμη, 5 - ηλεκτρομηχανική μνήμη.

Προδιαγραφές RAM

Η εσωτερική μνήμη ενός υπολογιστή έχει δύο κύριες ιδιότητες: διακριτικότητα και δυνατότητα διευθυνσιοδότησης.

διακριτικότητα - η μνήμη αποτελείται από bit (το bit είναι ένα στοιχείο μνήμης, μια πληροφορία, αποθηκεύει έναν δυαδικό κωδικό 0 ή 1. Η λέξη bit προέρχεται από το αγγλικό "δυαδικό ψηφίο" - ένα δυαδικό ψηφίο).

Το bit είναι η μικρότερη μονάδα μνήμης υπολογιστή.

Επομένως, η λέξη "bit" έχει δύο έννοιες: είναι μια μονάδα μέτρησης της ποσότητας των πληροφοριών και ένα σωματίδιο της μνήμης του υπολογιστή. Και οι δύο αυτές έννοιες σχετίζονται ως εξής:
Ένα bit αποθηκεύεται σε ένα bit μνήμης.πληροφορίες.

Η μνήμη είναι μια διατεταγμένη ακολουθία δυαδικών ψηφίων (bit). Αυτή η ακολουθία χωρίζεται σε ομάδες των 8 bit. Κάθε τέτοια ομάδα σχηματίζει ένα byte μνήμης.

Επομένως, το "bit" και το "byte" υποδηλώνουν όχι μόνο τα ονόματα των μονάδων για τη μέτρηση της ποσότητας πληροφοριών, αλλά και τις δομικές μονάδες της μνήμης του υπολογιστή.
1Kb = 210 byte = 1024b
1MB = 210KB = 1024KB
1 GB = 1024 MB

Κύτταρο μνήμης - μια ομάδα διαδοχικών byte εσωτερικής μνήμης που περιέχει πληροφορίες διαθέσιμες για επεξεργασία από μια ξεχωριστή εντολή επεξεργαστή.
Τα περιεχόμενα ενός κελιού μνήμης ονομάζονται λέξη μηχανής. Τα byte της εσωτερικής μνήμης είναι αριθμημένα. Η αρίθμηση ξεκινά από το 0.
Ο αριθμός σειράς ενός byte ονομάζεται διεύθυνση byte. Η αρχή της διεύθυνσης μνήμηςέγκειται στο γεγονός ότι οποιαδήποτε πληροφορία εισάγεται στη μνήμη και ανακτάται από αυτήν σε διευθύνσεις, δηλ. για να λάβετε πληροφορίες από ένα κελί μνήμης ή να τις τοποθετήσετε εκεί, πρέπει να καθορίσετε τη διεύθυνση αυτού του κελιού. Η διεύθυνση του κελιού μνήμης είναι ίση με τη διεύθυνση του χαμηλού byte που περιλαμβάνεται στο κελί.
Η διευθυνσιοδότηση μνήμης ξεκινά από το 0. Οι διευθύνσεις κελιών είναι πολλαπλάσια του αριθμού των byte στη λέξη του μηχανήματος.

Δομή RAM

Μνήμη τυχαίας πρόσβασης (RAM) (RAM)

Από το OP, η CPU παίρνει τα αρχικά δεδομένα για επεξεργασία και τα αποτελέσματα γράφονται σε αυτήν. Το όνομα "RAM" πήρε το όνομά του επειδή λειτουργεί γρήγορα.
Είναι πτητικό, τα δεδομένα και τα προγράμματα αποθηκεύονται σε αυτό μόνο όσο ο Η/Υ είναι ενεργοποιημένος, όταν ο Η/Υ είναι απενεργοποιημένος, τα περιεχόμενα του ΕΠ διαγράφονται.
Η μνήμη RAM έχει σχεδιαστεί για να αποθηκεύει τρέχουσες, ταχέως μεταβαλλόμενες πληροφορίες και επιτρέπει αλλαγές στο περιεχόμενό της κατά τη διάρκεια των υπολογισμών του επεξεργαστή.
Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι RAM που χρησιμοποιούνται: στατική μνήμη (SRAM-Static RAM - CASH) και δυναμική μνήμη (DRAM-Dynamic RAM - RAM).
Αυτοί οι δύο τύποι μνήμης είναι διαφορετικοί. ταχύτητα και ειδική πυκνότητα (χωρητικότητα) αποθηκευμένων πληροφοριών.

Απόδοση μνήμης χαρακτηρίζεται από δύο παραμέτρους: τον χρόνο πρόσβασης (χρόνος πρόσβασης) και τη διάρκεια του κύκλου μνήμης (χρόνος κύκλου).
Αυτές οι ποσότητες συνήθως μετρώνται σε νανοδευτερόλεπτα. Όσο μεγαλύτερες είναι αυτές οι τιμές, τόσο πιο γρήγορη είναι η μνήμη.
Χρόνος πρόσβασης αντιπροσωπεύει το χρονικό διάστημα μεταξύ του σχηματισμού μιας αίτησης για ανάγνωση πληροφοριών από τη μνήμη και τη στιγμή που η ζητούμενη λέξη μηχανής (τελεστής) φτάνει από τη μνήμη.
Διάρκεια κύκλου ορίζεται ως ο ελάχιστος επιτρεπόμενος χρόνος μεταξύ δύο διαδοχικών προσβάσεων στη μνήμη.

ΣΕ στατική μνήμη Τα στοιχεία είναι χτισμένα σε flip-flops - κυκλώματα με δύο σταθερές καταστάσεις. Χρειάζονται 4-6 τρανζίστορ για την κατασκευή ενός flip-flop. Μετά
γράφοντας πληροφορίες σε ένα στοιχείο στατικής μνήμης, μπορεί να αποθηκεύσει πληροφορίες για αυθαίρετα μεγάλο χρονικό διάστημα (εφόσον παρέχεται ρεύμα).
Η στατική μνήμη έχει υψηλή απόδοση και χαμηλή πυκνότητα αποθήκευσης. Αυτός ο τύπος μνήμης είναι ακριβός και ενεργοβόρος, επομένως μπορεί να προκληθεί υπερθέρμανση,
γεγονός που μειώνει την αξιοπιστία του συστήματος, επομένως ολόκληρο το ΕΠ δεν μπορεί να κατασκευαστεί σε στατική βάση.

ΣΕ δυναμική μνήμη Τα στοιχεία μνήμης κατασκευάζονται με βάση πυκνωτές ημιαγωγών, οι οποίοι καταλαμβάνουν πολύ μικρότερη περιοχή από τα flip-flops στη στατική μνήμη.
Για τη δημιουργία ενός στοιχείου δυναμικής μνήμης, απαιτούνται 1-2 τρανζίστορ. Κάθε bit του OP αντιπροσωπεύεται ως η παρουσία ή η απουσία φορτίου στον πυκνωτή που σχηματίζεται στη δομή
κρύσταλλο ημιαγωγών. Οι δυναμικές κυψέλες μνήμης είναι πολύ συμπαγείς, αλλά με την πάροδο του χρόνου, ο πυκνωτής παρουσιάζει διαρροή φόρτισης, έτσι περιοδικά (περίπου 1000 φορές ανά δευτερόλεπτο.)
Οι πληροφορίες αποκαθίστανται αυτόματα σε κάθε κελί. Αυτό μειώνει την ταχύτητα της δυναμικής μνήμης και είναι το βασικό της μειονέκτημα.

Συχνά δηλώνεται το OP RAM (Μνήμη τυχαίας πρόσβασης) - μνήμη με τυχαία πρόσβαση (ένας τύπος πρόσβασης μνήμης στον οποίο τα κελιά μνήμης είναι αριθμημένα, δηλαδή διευθυνσιοδοτούμενα και, επομένως, μπορούν να προσπελαστούν με αυθαίρετη σειρά).

Ο όρος "τυχαία πρόσβαση" σημαίνει ότι μπορείτε να διαβάσετε (εγγράψετε) πληροφορίες ανά πάσα στιγμή από οποιοδήποτε κελί.

Σημειώστε ότι υπάρχει μια άλλη οργάνωση της μνήμης, στην οποία, πριν διαβάσετε τις απαραίτητες πληροφορίες, είναι απαραίτητο να "σπρώξετε έξω" τους τελεστές που ελήφθησαν προηγουμένως.

Η ποσότητα του OP που είναι εγκατεστημένο στον υπολογιστή εξαρτάται άμεσα από το λογισμικό που μπορείτε να εργαστείτε σε αυτό. Εάν υπάρχει έλλειψη OP, τα προγράμματα δεν ξεκινούν, εμφανίζεται ένα μήνυμα: "Out of memory" ή λειτουργούν εξαιρετικά αργά.

Όσο περισσότερα OP στον υπολογιστή, τόσο το καλύτερο. Εάν είναι απαραίτητο, η ποσότητα της μνήμης RAM μπορεί να αυξηθεί (περιορίζεται από τις παραμέτρους της μνήμης RAM που υποστηρίζεται από μια συγκεκριμένη μητρική πλακέτα, δείτε προσεκτικά τις προδιαγραφές για τη μητρική πλακέτα).

Εκχώρηση μνήμης υπολογιστή (Διαμερίσματα RAM)

Η μνήμη RAM είναι αρκετά περίπλοκη, είναι ιεραρχική (πολυώροφο). Το OP χωρίζεται σε διάφορους τύπους. Η διαίρεση αυτή οφείλεται σε ιστορικούς λόγους.
Οι πρώτοι υπολογιστές σχεδιάστηκαν με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να λειτουργούν με μέγιστη μνήμη 640 Kb. Υπάρχουν 4 τύποι μνήμης:

• Τυπική (συμβατική περιοχή μνήμης)
• Επάνω (άνω μπλοκ μνήμης (περιοχή))
• Πρόσθετο (προδιαγραφή διευρυμένης μνήμης)
• Προδιαγραφές εκτεταμένης μνήμης

Τυπική (συμβατική περιοχή μνήμης) - βάση, τα πρώτα 640 KB, συχνά ονομάζεται και χαμηλότερη.
Σε ml. Αυτή η διεύθυνση μνήμης φορτώνεται από το λειτουργικό σύστημα και τα προγράμματα οδήγησης συσκευών. Το υπόλοιπο ελεύθερο μέρος της μνήμης καταλαμβάνεται από προγράμματα χρήστη.
Τα προγράμματα μόνιμης χρήσης παραμένουν επίσης σε αυτή τη μνήμη.

Επάνω (άνω περιοχή μνήμης) - 640Kb - 1Mb χρησιμοποιείται για την αποθήκευση πληροφοριών υπηρεσίας: μνήμη προσαρμογέα βίντεο, BIOS.
Ειδικός. Το πρόγραμμα οδήγησης Himem.sys σάς επιτρέπει να φορτώνετε μόνιμα προγράμματα και προγράμματα οδήγησης συσκευών σε ελεύθερες περιοχές αυτής της περιοχής.

υψηλή μνήμη - τα πρώτα 64 KB μετά από 1 MB. Το MS DOS σάς επιτρέπει να φορτώσετε μέρος του μόνιμου DOS σε αυτήν την περιοχή, ενώ ελευθερώνετε ένα σημαντικό μέρος
μνήμη βάσης για προγράμματα εφαρμογών. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για προγράμματα που χρησιμοποιούν ολόκληρο το ΕΠ. Χρησιμοποιώντας το ειδικό βοηθητικά προγράμματα (για DOS emm386.exe)
μπορείτε επίσης να φορτώσετε προγράμματα μόνιμης χρήσης στα ανώτερα τμήματα της μνήμης (εντολές LH για autoexec.bat και DEVICEHIGT για config.sys).

Όλη η μνήμη άνω του 1 MB μπορεί να θεωρηθεί ως επιπλέον (διευρυμένο)ή πώς επεκτάθηκε). Στο λειτουργικό σύστημα, η διαχείριση μνήμης σάς επιτρέπει να χρησιμοποιείτε τη μνήμη τόσο ως εκτεταμένη όσο και ως πρόσθετη μνήμη, παρέχοντας αυτόματα τον τύπο αλληλεπίδρασης δεδομένων που χρειάζονται τα προγράμματα εφαρμογών. Εκείνοι. ο χρήστης νέων σύγχρονων Η/Υ (από την Pentium) δεν χρειάζεται να εκχωρεί μνήμη «χειροκίνητα», ο διαχειριστής εκχωρεί τη μνήμη με τον τρόπο που απαιτεί το πρόγραμμα εφαρμογής.

Πρόσθετο (αναπτύχθηκε) η μνήμη είναι σελιδοποιημένη, δηλ. Το OP χωρίζεται σε σελίδες, σε κάθε σελίδα εκχωρείται μια συγκεκριμένη διεύθυνση στην κύρια μνήμη. Κατά την πρόσβαση σε μια τέτοια διεύθυνση, το πρόγραμμα οδήγησης EMM (Expanded Memory Manager) επιτρέπει στον υπολογιστή να διαβάζει πληροφορίες από την αντίστοιχη σελίδα μνήμης.

Εκτεταμένο (εκτεταμένο) Η μνήμη γραμμής (Smartdrv - πρόγραμμα οδήγησης εκτεταμένης μνήμης) χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός προσωρινού λογικού δίσκου (εικονικού δίσκου) ως πρόχειρο με σκληρό δίσκο.

Κατανομή του OP σε υπολογιστή με MS-DOS OS

1Mb+ 64Kb	υψηλός	Υψηλή εκτεταμένη ή πρόσθετη μνήμη
		μόνιμα προγράμματα και προγράμματα οδήγησης συσκευών
		Μέρος του ΛΣ
1 Mb	Ανώτερος	Άνω μνήμη ROM BIOS
		Μνήμη βίντεο (buffer κειμένου)
		Μνήμη βίντεο (buffer γραφικών)
640 Kb	Περιοχή μνήμης μετατροπής (βάση) Τυπική (μνήμη βάσης)	Δωρεάν μέρος (command.com) τμήμα διέλευσης
		Δωρεάν μέρος για προγράμματα χρήστη
		Command.com (μέρος κατοίκου)
		Προγράμματα DOS, προγράμματα οδήγησης
		Αρχεία io.sys msdos.sys
		Δεδομένα για DOS και BIOS και άλλες πληροφορίες υπηρεσιών

Μικροκυκλώματα OP (μονάδες OP)

Η απόδοση του υπολογιστή εξαρτάται από τον τύπο και το μέγεθος του OP και αυτό με τη σειρά του εξαρτάται από το σύνολο των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων στη μητρική πλακέτα.

Η εμφάνιση των μικροκυκλωμάτων OP: μια πλαστική λωρίδα, "χελώνες" πυριτίου βρίσκονται πάνω της - τσιπ-μικροκυκλώματα (δηλαδή χρησιμοποιείται τεχνολογία ημιαγωγών) και υπάρχουν σύνδεσμοι επαφής "μαχαιριού".

Οι συσκευές μνήμης χαρακτηρίζονται από τους ακόλουθους κύριους δείκτες:

1. χρόνος πρόσβασης (ταχύτητα). Χρόνος πρόσβασης - η χρονική περίοδος κατά την οποία τα περιεχόμενα ενός κελιού μνήμης μπορούν να γραφτούν (να διαβάσουν).
2. χωρητικότητα (καθορίζει τον αριθμό των κελιών (bit) στη συσκευή μνήμης).
3. κόστος.
4. κατανάλωση ρεύματος (κατανάλωση ισχύος).

Υπάρχουν 2 μονάδες μνήμης που διαφέρουν ως προς το σχήμα, την εσωτερική αρχιτεκτονική και την ταχύτητα: SIMM και DIMM.
I. SIMM (ΜΟΝΑΔΕΣ ΜΝΗΜΗΣ ΜΟΝΑΔΙΚΩΝ ΕΝΤΟΠΙΩΝ) (SRAM)
Υπάρχουν δύο τύποι (που διαφέρουν ως προς τον αριθμό των επαφών).

1.SIMM 30 ακίδων.Υπάρχουν 1 και 4 MB. Σχεδόν σήμερα εξαφανίστηκε από την πώληση για υπολογιστές 386, 286-επεξεργαστής. Σήμερα βρήκαν μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή - ως OP εγκατεστημένο σε ορισμένες κάρτες ήχου, για παράδειγμα, Greafive Sound Blaster 32 (AWE-32) Gravis UltraSound PnP. Ωστόσο, η νέα κάρτα AWE-64 περιέχει ήδη τις δικές της μονάδες RAM, αυτή η μνήμη δεν χρειάζεται.

2.SIMM 72 ακίδων(για 1, 4, 8, 16, 32, 64 MB, σπάνια 128 MB). Η εμφάνιση είναι αμετάβλητη, αλλά ο τύπος της μνήμης που είναι εγκατεστημένος σε αυτά αλλάζει (ο τύπος μνήμης υποδεικνύεται στο τσιπ).

α) το παλαιότερο (σπάνιο πλέον) - FPM DRAM (ή απλά DRAM - Dynamic Random Access Memory - δυναμικό OP). Εργάστηκε στο 486 και στα πρώτα Pentiums.

β) έναν τροποποιημένο τύπο EDO DRAM (ή EDO - Extended data output).

Τα τσιπ SIMM είναι διαθέσιμα σε μονή και διπλή πυκνότητα, με και χωρίς ισοτιμία (η χρήση της ισοτιμίας σάς επιτρέπει να αντιπαραβάλλετε ένα μόνο σφάλμα μνήμης). Οι μονάδες διαφέρουν επίσης σε ταχύτητα πρόσβασης 60 και 70 νανοδευτερόλεπτα, όσο χαμηλότερη είναι η ταχύτητα, τόσο πιο γρήγορη είναι η πρόσβαση. Τα 60 νανοδευτερόλεπτα είναι ταχύτερα από τα 70 νανοδευτερόλεπτα. Οι μονάδες SIMM στις μητρικές κάρτες Pentium και Pentium MMX εγκαθίστανται μόνο σε ζεύγη, σχηματίζοντας μια λεγόμενη τράπεζα.

Παράδειγμα Απαιτούνται 32 MB => 2 SIMM 16 MB η καθεμία.
Απαιτούνται 64 MB => 4 x 16 MB SIMM ή 2 x 32 MB SIMM.

Σε μία τράπεζα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο μονάδες SIMM ίδιας χωρητικότητας και ταχύτητας πρόσβασης. Εάν η μητρική σας πλακέτα έχει 4 υποδοχές για μονάδες μνήμης SIMM, τότε μπορείτε να σχηματίσετε δύο τράπεζες διαφορετικής χωρητικότητας.

II. DIMM (ΜΟΝΑΔΕΣ ΜΝΗΜΗΣ ΔΙΠΛΗΣ IN-LINE SDRAM).

Εμφανίστηκε για πρώτη φορά σε υπολογιστές MMX, έγινε η βάση για PII. Επομένως, το PII σπάνια έχει υποδοχές SIMM. Το DIMM δεν χρειάζεται να είναι ζυγός αριθμός. Τα DIMM διατίθενται σε χωρητικότητες 16, 32, 64, 128, 256, 512 MB

1. EDO SD RAM (Σύγχρονη DRAM)– συγχρονισμένο δυναμικό OP)
   SD RAM (ΜΝΗΜΗ ΤΥΧΑΙΑΣ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΜΟΝΟΥ ΡΥΘΜΟΥ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ) RAM με ενιαίο ρυθμό δεδομένων, που ανάλογα με τη συχνότητα ρολογιού ονομάζεται μνήμη PC100 και PC133. Το τσιπ 168 ακίδων είναι σήμερα το πιο «αργό» από την οικογένεια των μονάδων μνήμης DIMM, Χρόνος πρόσβασης = 10-20 νανοδευτερόλεπτα. Το ανώτερο όριο της συχνότητας ρολογιού του είναι 133 MHz. Και όμως αυτός ο τύπος ΕΠ είναι αρκετά κατάλληλος για τα περισσότερα γραφεία και
   οικιακούς υπολογιστές. Εύρος ζώνης 1Gb/s.
   Το SPD είναι ένα μικρό τσιπ εγκατεστημένο σε μια SD RAM DIMM που περιέχει λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τον τύπο της εγκατεστημένης μνήμης και ορισμένες άλλες συσκευές. Η PC133 SDRAM (Σύγχρονη δυναμική μνήμη τυχαίας πρόσβασης) είναι η ταχύτερη της κλασικής κατηγορίας RAM. (υπήρχαν και PC66, PC100). Τώρα αυτός είναι ο πιο αργός τύπος μνήμης RAM. Φυσικά, είναι μια συστοιχία μικροσκοπικών πυκνωτών «πακεταρισμένα» σε τσιπ μνήμης. Λογικά, κάθε πυκνωτής δεν είναι τίποτα άλλο από ένα στοιχειώδες κελί πληροφοριών ενός bit με 2 καταστάσεις: 0 - εάν ο πυκνωτής δεν είναι φορτισμένος, 1 - εάν είναι φορτισμένος. Αυτά τα κελιά συνδυάζονται σε έναν δισδιάστατο πίνακα, όπου κάθε κελί αντιμετωπίζεται από τους αριθμούς σειρών και στηλών όπου βρίσκεται. Το μικροκύκλωμα συνδέεται με το δίαυλο εντολών (μεταδίδει εντολές που ελέγχουν τη λειτουργία των μικροκυκλωμάτων OP), το δίαυλο διευθύνσεων (διευθύνσεις σειρών και στηλών) και δεδομένα. Και τα τρία είναι συγχρονισμένα με παλμούς της ίδιας συχνότητας. (133). Το SDRAM είναι μια σύγχρονη μνήμη και η λογική αυτού του τύπου τσιπ μνήμης είναι στενά συγχρονισμένη με το σήμα ρολογιού. Για παράδειγμα, ο ελεγκτής μνήμης γνωρίζει ακριβώς πόσους κύκλους θα χρειαστούν τα τσιπ μνήμης για να προετοιμάσουν τα ζητούμενα δεδομένα για μετάδοση και σε ποιον κύκλο θα ξεκινήσει η πραγματική μετάδοση. Σήμερα, αυτό το τσιπ είναι σπάνιο.
2. Rambus (RD RAM)Δικαναλικό OP (τσιπ Intel). Το Direct Rambus είναι ένας νέος δίαυλος μνήμης που διαχωρίζει τον έλεγχο διευθύνσεων από τον χειρισμό δεδομένων. Το σύστημα αποτελείται από έναν ελεγκτή Direct Rambus συνδεδεμένος σε μία ή περισσότερες μονάδες Direct Rambus DRAM που ονομάζονται RIMM, σε αντίθεση με τα συμβατικά τσιπ μνήμης που συνδέονται παράλληλα, τα RIMM συνδέονται σε σειρά. Το κανάλι Direct Rambus περιλαμβάνει έναν αμφίδρομο δίαυλο δεδομένων και έναν δίαυλο διευθύνσεων, δηλ. Οι διευθύνσεις μνήμης μεταφέρονται ταυτόχρονα με τα δεδομένα. Κάθε τσιπ RDRAM μπορεί να περιέχει έως και 32 ανεξάρτητες τράπεζες, SD RAM - από 2 έως 8. Λειτουργεί ελεύθερα σε υψηλές συχνότητες ρολογιού.
   Μικροκύκλωμα για 184 pin Μικροκυκλώματα OP με συχνότητα ρολογιού από 600 έως 800 MHz. Όταν χρησιμοποιείτε το τσιπ PC800 (συχνότητα ρολογιού 400 MHz), η απόδοση του διαύλου μνήμης προς επεξεργαστή φτάνει τα 3,2 Gb / s. Όταν χρησιμοποιείτε PC600 (300 MHz), αυτή η ρύθμιση = 2,6 Gb/s.
   Οι δωρεάν υποδοχές μνήμης Rambus απαιτούν βύσματα Continuity Rimm (CRIMM). Χωρίς αυτά, το σύστημα δεν θα λειτουργήσει, καθώς οι μονάδες και στα δύο κανάλια Rambus είναι διαδοχικά, δηλαδή, τα σήματα ρολογιού και ελέγχου περνούν μέσω των υποδοχών Rimm σε σειρά. Η χωρητικότητα RAM μπορεί να φτάσει τα 3 GB.
   Παρέχετε σημαντική απόδοση κατά την εκτέλεση σύνθετων εφαρμογών σε υπολογιστές και σταθμούς εργασίας. Το ζήτημα της ταχύτητας του ΕΠ σήμερα είναι πολύ αμφιλεγόμενο.
3. DDR SDRAM (Διπλός ρυθμός δεδομένων)- Ο διπλός ρυθμός μεταφοράς δεδομένων είναι ουσιαστικά μια τροποποίηση της συμβατικής SDRAM και διαφέρει από αυτήν στο ότι γράφει και διαβάζει δεδομένα τόσο στην ανοδική όσο και στην καθοδική άκρη του παλμού ρολογιού. Επομένως, δύο φορές περισσότερα δεδομένα μεταφέρονται στον δίαυλο σε έναν κύκλο ρολογιού και η αποτελεσματική συχνότητά του είναι διπλάσια από τη φυσική συχνότητα.
   Η μνήμη 2 καναλιών DDR266 DDR333 και DDR400 και τα συστήματα με αυτήν δεν είναι κατώτερα από τη μνήμη RDRAM. OP με διπλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων, αλλιώς ονομάζεται PC200 και PC266 ανάλογα με τη συχνότητα ρολογιού του διαύλου συστήματος. Δεν είναι τόσο ακριβό όσο το (3) και σαφώς βελτιώνει την απόδοση του υπολογιστή σε αντίθεση με το (2). Οφειλόταν σε μεγάλο βαθμό στη χρήση αυτής της μνήμης ότι ο υπολογιστής που βασίζεται στο Athlon στα 1,2 GHz ξεπέρασε τις επιδόσεις του P-IV 1,5 GHz με RD RAM σε πολλές δοκιμές.
   Σήμερα, προς το παρόν, ο αγοραστής δεν μπορεί απλά να επιλέξει τον τύπο του OP που θέλει, αφού σχετίζεται με ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα στην πλακέτα συστήματος και αυτό με την CPU. Προς το παρόν, λοιπόν, το P-IV λειτουργεί με το κιτ IS-850 της Intel και την ακριβή RD RAM. (Στα μέσα του 2001 σχεδιάζεται η εισαγωγή τσιπ συμβατών με συσκευές SD RAM και DDR). Εάν θέλετε να αγοράσετε ένα P-IV, θα αναγκαστείτε αυτόματα να αγοράσετε ένα ακριβό OP. Η οικογένεια ολοκληρωμένων κυκλωμάτων Athlon χρησιμοποιεί SD RAM και DDR RAM, αλλά δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει RD RAM.

Μονάδα μνήμης Kingston DDR PC3200

Οι πληροφορίες στη ROM παραμένουν αμετάβλητες.
Η εγγραφή στη ROM γίνεται συνήθως ηλεκτρικά ή μηχανικά κατά τη διαδικασία κατασκευής της μητρικής πλακέτας. Αυτά τα δεδομένα γενικά δεν μπορούν να τροποποιηθούν από μη υπολογιστή
Τα προγράμματα μπορούν μόνο να τα διαβάσουν Η ROM αποθηκεύει πληροφορίες που χρειάζονται συνεχώς στον υπολογιστή.

Συχνά αναφέρεται ως ROM (Read Only Memory) - μνήμη μόνο για ανάγνωση. Η μόνιμη μνήμη αποθηκεύει προγράμματα για τον έλεγχο του υλικού του υπολογιστή, την εκκίνηση της φόρτωσης του λειτουργικού συστήματος και την εκτέλεση βασικών
λειτουργίες για τη συντήρηση συσκευών Η/Υ. Συχνά τα περιεχόμενα της μόνιμης μνήμης ονομάζονται BIOS (Basic Input Output System) - βασικό σύστημα εισόδου/εξόδου.
Το BIOS είναι ένα σύστημα παρακολούθησης και διαχείρισης συσκευών που είναι συνδεδεμένες σε υπολογιστή (σκληρός δίσκος, λειτουργικό σύστημα, ρολόι, ημερολόγιο). Αυτό είναι ένα κομμάτι λογισμικού υπολογιστή που υποστηρίζει τη διαχείριση προσαρμογέων
εξωτερικές συσκευές, λειτουργίες οθόνης, δοκιμές, εκκίνηση και εγκατάσταση λειτουργικού συστήματος. Το BIOS βρίσκεται στη μητρική πλακέτα (ένα ξεχωριστό τσιπ που λειτουργεί με μπαταρία στον υπολογιστή).

Στους σημερινούς υπολογιστές, το BIOS μπορεί να αντικατασταθεί.Το BIOS σήμερα μπορεί να ανιχνεύσει νέες συσκευές συνδεδεμένες στον υπολογιστή (PnP - Πρότυπο Plug-And-Play), plug and play.
Η διαχείριση της συσκευής πραγματοποιείται μέσω του μηχανισμού διακοπής.

Οι διακοπές μπορεί να είναι:

• υλικό (που ξεκινά από το υλικό),
• λογικό (που ξεκινά από τον μικροεπεξεργαστή - μη τυπικές καταστάσεις στη λειτουργία του μικροεπεξεργαστή),
• λογισμικό (που ξεκίνησε από κάποιο λογισμικό).

Όταν ο υπολογιστής είναι ενεργοποιημένος, το ειδικό πρόγραμμα POST (Power-On Self-Test) από το BIOS φορτώνεται και εκτελείται αυτόματα.

Αυτό το πρόγραμμα εκτελεί αυτοέλεγχο και δοκιμή εκκίνησης:

• έλεγχος διακοπτών και μνήμης CMOS στην πλακέτα συστήματος (μητρική πλακέτα) (προσδιορισμός του εξοπλισμού που είναι συνδεδεμένος στον υπολογιστή),
• Δοκιμή RAM,
• εκτέλεση ενεργειών για την εκκίνηση του λειτουργικού συστήματος (φόρτωση στη μνήμη RAM και εκκίνηση του μπλοκ εκκίνησης του λειτουργικού συστήματος),
• εκτελεί άλλες συγκεκριμένες ενέργειες για την προετοιμασία του Η/Υ και του πρόσθετου εξοπλισμού για λειτουργία.

BIOS

Είναι ένα είδος κελύφους λογισμικού γύρω από το υλικό του υπολογιστή (το χαμηλότερο επίπεδο), που πραγματοποιεί πρόσβαση στο υλικό του υπολογιστή μέσω του μηχανισμού διακοπής.
Μνήμη CMOS - ROM (με δυνατότητα τροποποίησης), η οποία περιέχει ορισμένες προσαρμοσμένες πληροφορίες για τη διαμόρφωση ΑΥΤΟΥ ΤΟΥ Η/Υ και κάποιο πρόσθετο εξοπλισμό. Έχει χαμηλή κατανάλωση ρεύματος. Τροφοδοτείται από επαναφορτιζόμενη μπαταρία.
«Είσοδος» στην επεξεργασία της μνήμης CMOS, κατά κανόνα, πατώντας το πλήκτρο DELETE (DEL) (στο πληκτρολόγιο) αμέσως μετά την ενεργοποίηση του υπολογιστή κατά τη διάρκεια του προγράμματος POST (φόρτωση του προγράμματος Setup).

• ρολόι συστήματος,
• πληροφορίες σχετικά με τα αποτελέσματα των διαγνωστικών του προγράμματος POST,
• πληροφορίες σχετικά με την παρουσία και τον τύπο του FDD,
• πληροφορίες σχετικά με την παρουσία και τον τύπο του σκληρού δίσκου,
• Μέγεθος RAM,
• διαθεσιμότητα πρόσθετου εξοπλισμού.
  

Αρχιτεκτονική υπολογιστών

Βασικά στοιχεία ενός υπολογιστή.

Ο υπολογιστής αποτελείται από 4 δομικά στοιχεία:

1) Επεξεργαστής.

Ελέγχει τις ενέργειες του υπολογιστή και επίσης εκτελεί λειτουργίες επεξεργασίας δεδομένων. Εάν υπάρχει μόνο ένας επεξεργαστής στο σύστημα, συχνά ονομάζεται κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU - κεντρική μονάδα επεξεργασίας)

2) Κύρια μνήμη.

Εδώ αποθηκεύονται δεδομένα και προγράμματα. Αυτή η μνήμη είναι προσωρινή. Συχνά αναφέρεται ως μνήμη πραγματικής ή τυχαίας πρόσβασης.

3) Συσκευές εισόδου-εξόδου.

Χρησιμεύει για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ ενός υπολογιστή και ενός εξωτερικού περιβάλλοντος που αποτελείται από διάφορες περιφερειακές συσκευές, συμπεριλαμβανομένης της δευτερεύουσας μνήμης, του εξοπλισμού επικοινωνίας και των τερματικών.

4) Δίαυλος συστήματος. Ορισμένες δομές και μηχανισμοί που παρέχουν αλληλεπίδραση μεταξύ του επεξεργαστή, της κύριας μνήμης και των συσκευών I/O.

κύρια μνήμη

Η/Υ - μετρητής προγράμματος

IR - καταχωρητής εντολών

MAR - καταχωρητής διευθύνσεων μνήμης

MBR - καταχωρητής buffer μνήμης

I/O AR - Καταχωρητής διευθύνσεων I/O

I/O BR - I/O buffer Register

Εικόνα 1. Εξαρτήματα υπολογιστή: γενική δομή.

Μία από τις λειτουργίες του επεξεργαστή είναι η ανταλλαγή δεδομένων με μνήμη. Για να γίνει αυτό, συνήθως χρησιμοποιεί δύο εσωτερικούς καταχωρητές (σε σχέση με τον επεξεργαστή): τον καταχωρητή διευθύνσεων μνήμης (MAR), ο οποίος περιέχει τη διεύθυνση του κελιού μνήμης στο οποίο θα εκτελεστεί η λειτουργία ανάγνωσης-εγγραφής και τον καταχωρητή buffer μνήμης. (εγγραφή buffers μνήμης). MBR) όπου τα δεδομένα γράφονται για να εγγραφούν στη μνήμη ή εκείνα που έχουν διαβαστεί από αυτήν. Ομοίως, ο αριθμός συσκευής I/O καθορίζεται στον καταχωρητή διευθύνσεων I/O (I/O AR). Ο καταχωρητής buffer I/O (I/O BR) χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ της συσκευής I/O και του επεξεργαστή.

Η μονάδα μνήμης αποτελείται από πολλά αριθμημένα κελιά. Κάθε κελί μπορεί να γραφτεί σε έναν δυαδικό αριθμό, ο οποίος ερμηνεύεται είτε ως εντολή είτε ως δεδομένα. Η μονάδα εισόδου-εξόδου χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων από εξωτερικές συσκευές τόσο στον επεξεργαστή και στη μνήμη όσο και προς την αντίθετη κατεύθυνση. Για προσωρινή αποθήκευση δεδομένων, έχει τα δικά του εσωτερικά buffer.

Μητρώα επεξεργαστή

Ο επεξεργαστής έχει ένα σύνολο καταχωρητών, το οποίο είναι μια περιοχή μνήμης γρήγορης πρόσβασης, αλλά πολύ μικρότερη από την κύρια μνήμη.

Οι καταχωρητές επεξεργαστών (εκτελούν δύο λειτουργίες) χωρίζονται σε 2 ομάδες:

Μητρώα διαθέσιμα στον χρήστη. Αυτοί οι καταχωρητές επιτρέπουν στον προγραμματιστή να μειώσει τον αριθμό των κλήσεων στην κύρια μνήμη βελτιστοποιώντας τη χρήση καταχωρητών χρησιμοποιώντας γλώσσα μηχανής ή assembler.

Μητρώα ελέγχου και μητρώα κατάστασης. Χρησιμοποιείται στον επεξεργαστή για τον έλεγχο των λειτουργιών που εκτελούνται. επιτρέπουν σε προνομιακά προγράμματα λειτουργικών συστημάτων να ελέγχουν την εκτέλεση άλλων προγραμμάτων.

Μητρώα διαθέσιμα στον χρήστη:

Μητρώα δεδομένων. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί από οποιαδήποτε οδηγία μηχανής για λειτουργίες δεδομένων. Συχνά υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί. Για παράδειγμα, ορισμένοι καταχωρητές είναι για πράξεις κινητής υποδιαστολής, ενώ άλλοι για αποθήκευση ακεραίων.

μητρώα διευθύνσεων. Περιέχουν τις διευθύνσεις των εντολών και των δεδομένων στην κύρια μνήμη. Αυτοί οι καταχωρητές μπορούν να αποθηκεύσουν μόνο το τμήμα της διεύθυνσης που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της πλήρους ή αποτελεσματικής διεύθυνσης.

Μητρώα ελέγχου και μητρώα κατάστασης.

Διάφοροι καταχωρητές χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της λειτουργίας του επεξεργαστή. Στα περισσότερα μηχανήματα, αυτά τα μητρώα είναι σε μεγάλο βαθμό απρόσιτα στο χρήστη.

Εκτός από τους αναφερόμενους καταχωρητές MAR, MBR, I/O AR, I/O BR, τα ακόλουθα είναι σημαντικά για την εκτέλεση εντολών:

Μετρητής προγράμματος (PC). Περιέχει τη διεύθυνση της εντολής που θα ληφθεί από τη μνήμη.

Καταχωρητής εντολών (μητρώο εντολών - IR). Περιέχει την εντολή που επιλέχθηκε τελευταία από τη μνήμη.

Όλοι οι επεξεργαστές περιλαμβάνουν επίσης έναν καταχωρητή γνωστό ως καταχωρητή λέξης κατάστασης προγράμματος (PSW). Συνήθως περιέχει κωδικούς συνθηκών και άλλες πληροφορίες κατάστασης, όπως ένα bit ενεργοποίησης/απενεργοποίησης διακοπής ή ένα bit λειτουργίας συστήματος/χρήστη.

Οι κωδικοί συνθηκών (γνωστοί ως σημαίες) είναι μια ακολουθία bit που ορίζεται ή διαγράφεται από τον επεξεργαστή ανάλογα με το αποτέλεσμα των λειτουργιών που εκτελούνται. Για παράδειγμα, μια αριθμητική πράξη μπορεί να οδηγήσει σε θετικό αριθμό, αρνητικό αριθμό, μηδέν ή υπερχείλιση.