Structura și principiul de funcționare a RAM

RAM este o componentă integrală a oricărui sistem informatic; această memorie stochează datele necesare pentru funcționarea întregului sistem la un anumit moment în timp. Când se creează cipuri RAM, se folosește memoria dinamică, care este mai lentă, dar mai ieftină decât memoria statică, care este folosită pentru a crea memorie cache a procesorului.

În ce constă un nucleu RAM?

Miezul unui cip RAM constă dintr-un număr mare de celule de memorie, care sunt combinate în tabele dreptunghiulare - matrice. Se numesc barele orizontale ale matricei linii, și verticală coloane. Se numește întregul dreptunghi al matricei pagină, iar colecția de pagini se numește bancă .

Liniile orizontale și verticale sunt un conductor, la intersecția liniilor orizontale și verticale și sunt situate celule de memorie .

În ce constă o celulă de memorie?

O celulă de memorie este formată dintr-una tranzistor cu efect de câmpși unul condensator. Condensatorul acționează ca un depozit de informații poate stoca un bit de date, adică fie unul logic (când este încărcat), fie un zero logic (când este descărcat). Tranzistorul acționează ca un comutator electric care fie menține o sarcină pe condensator, fie îl deschide pentru citire.

Regenerarea memoriei

Condensatorul, care servește ca depozit de date, are dimensiuni microscopice și, ca urmare, o capacitate mică și, din această cauză, nu poate stoca încărcătura care i-a fost atribuită pentru o perioadă lungă de timp, din cauza autodescărcării. Pentru a combate această problemă, utilizați regenerarea memoriei, care, cu o anumită periodicitate, citește celule și scrie din nou. Datorită acestui fenomen, această memorie se numește dinamică.

Citirea memoriei

Dacă trebuie să citim memoria, atunci un semnal este trimis către un anumit rând al paginii de memorie, care deschide tranzistorul și transmite sarcina electrică conținută (sau nu) în condensator în coloana corespunzătoare. La fiecare coloană este conectat un amplificator sensibil, care răspunde la un flux mic de electroni eliberați de condensator. Dar există o nuanță aici - un semnal aplicat unui rând al matricei deschide toate tranzistoarele unui rând dat, deoarece toți sunt conectați la un rând dat și, astfel, întregul rând este citit. Pe baza celor de mai sus, devine clar că o linie din memorie este valoarea minimă pentru citire - este imposibil să citiți o celulă fără să le afectați pe altele.

Procesul de citire a memoriei este distructiv, deoarece condensatorul de citire a renunțat la toți electronii săi pentru a putea fi auzit de un amplificator sensibil. Și de aceea, după fiecare citire a unui rând, trebuie scris din nou.

Interfață de memorie

Partea de interfață a memoriei ar trebui să aibă linii de adrese și linii de date. Liniile de adresă indică adresa celulei, iar liniile de date citesc și scriu memoria.

Nu uita să pleci

Datele dintr-un computer sunt o colecție de biți, octeți și înregistrări care trebuie înregistrate în memoria mașinii.

În calculatoarele moderne, datele sunt stocate nu numai în RAM, ci și în memoria pe termen lung.

Memoria pe termen lung poate stoca cantități mari de date, precum și seturi întregi de programe utilizate pentru a controla funcționarea computerelor și a sistemelor automate.

Cum funcționează memoria computerului?

Memoria computerului este cel mai bine gândită ca o serie de celule. Cantitatea de informații din fiecare celulă este de un octet.

Orice informație este stocată în memoria computerului ca o secvență de octeți. Octeții (celulele) de memorie sunt numerotați unul după altul, iar numărul primului octet de la începutul memoriei este egal cu zero. Fiecare informație specifică care este stocată în memorie poate ocupa unul sau mai mulți octeți. Numărul de octeți pe care o anumită informație îi ocupă în memorie este dimensiunea respectivei informații în octeți.

De exemplu, un număr întreg pozitiv de la 0 la 2 8 -1=255 ocupă 1 octet de memorie. Pentru a stoca un număr întreg pozitiv de la 2 8 = 256 la 2 16 -1 = 65536, aveți nevoie de doi octeți consecutivi.

Sarcina principală atunci când lucrați cu memorie este să găsiți locul în memorie unde se află informațiile necesare.

Pentru a găsi o persoană într-un oraș mare, trebuie să-i cunoști adresa exactă. De asemenea, pentru a găsi locația cutare sau cutare informație în memorie a fost introdus conceptul de adresă de memorie.

De exemplu, dacă cuvântul „informatică”, care constă din 11 litere, ocupă octeți numerotați de la 1234 la 1244 (11 octeți în total), atunci adresa acestui cuvânt este 1234.

Cu cât memoria este mai mare, cu atât poate stoca mai multe fișiere și programe și cu atât puteți îndeplini mai multe sarcini cu computerul.

Ce determină cantitatea de memorie disponibilă pentru computer sau care este cel mai mare număr care poate fi folosit pentru a indica adresa?

Adresa, ca orice informație de pe un computer, este furnizată în formă binară. Aceasta înseamnă că cea mai mare valoare a unei adrese este determinată de numărul de biți care sunt utilizați pentru a o reprezenta în binar. Într-un octet (8 biți) puteți stoca 2 8 (=256) numere de la 0 la 255, în doi octeți (16 biți) - 2 16 numere de la 0 la 65536, în patru octeți (32 biți) - 2 32 de numere de la 0 până la 4294967295.

Tipuri de memorie

RAM

Memoria cu acces aleatoriu (RAM sau RAM în engleză din Random Access Memory - memoria cu acces aleatoriu) este un dispozitiv de stocare rapid, de capacitate nu foarte mare, care este conectat direct la procesor și conceput pentru scrierea, citirea și stocarea programelor executabile și a datelor care sunt procesate prin aceste programe.

RAM este folosită numai pentru stocarea temporară a datelor și a programelor, deoarece atunci când mașina este oprită, tot ce era în RAM dispare. Accesul la elementele RAM este direct - asta înseamnă că fiecare octet de memorie are propria sa adresă individuală.

Cantitatea de memorie RAM variază de obicei între 32 și 512 MB. Pentru sarcini administrative simple, 32 MB de RAM sunt suficiente, dar sarcinile complexe de proiectare a computerului pot necesita de la 512 MB la 2 GB de RAM.

De obicei, memoria RAM este realizată din circuite integrate SDRAM (RAM dinamică sincronă). Fiecare bit de informație din SDRAM este stocat ca sarcină electrică a unui condensator minuscul format în structura cristalului semiconductor. Din cauza scurgerilor de curent, astfel de condensatori se descarcă rapid și sunt reîncărcați periodic (aproximativ la fiecare 2 milisecunde) cu dispozitive speciale. Acest proces se numește regenerare a memoriei (Refresh Memory). Cipurile SDRAM au capacități de la 16 la 256 Mbit sau mai mult. Sunt instalate în carcasă și asamblate în module de memorie. Majoritatea calculatoarelor moderne sunt echipate cu module de tip DIMM (Modul de memorie Dual-In-line - un modul de memorie cu un aranjament pe două rânduri de cipuri). Utilizarea sistemelor de calcul pe cele mai moderne procesoare

Module Rambus DRAM (RIMM) și DDR DRAM de mare viteză.

Imediat după pornirea computerului, „ceasul” electronic al autobuzului principal începe să „bifeze”. Impulsurile lor împing procesorul adormit și poate începe să funcționeze. Dar procesorul are nevoie de comenzi pentru a funcționa.

Mai exact, sunt necesare programe, deoarece programele sunt seturi ordonate de comenzi. Astfel, undeva în computer trebuie să existe un program de lansare pregătit în prealabil, iar procesorul trebuie să știe exact unde se află în momentul trezirii.

Acest program nu poate fi stocat pe niciun mediu de stocare, deoarece în momentul în care este pornit, procesorul nu știe nimic despre niciun dispozitiv. Pentru ca el să învețe despre ele, are nevoie și de un fel de program și ne întoarcem de unde am început. De asemenea, este imposibil să-l stocați în RAM, deoarece nimic nu este stocat în el într-o stare dezactivată.

Există o singură cale de ieșire aici. Un astfel de program trebuie creat folosind hardware. În acest scop, pe placa de bază există un cip special, care se numește dispozitiv de memorie doar pentru citire - ROM. Chiar și în timpul producției, a fost „conectat” un set standard de programe, cu care procesorul ar trebui să înceapă să funcționeze. Acest set de programe se numește sistem de bază de intrare/ieșire.

Designul cipului ROM diferă de cipurile RAM, dar în mod logic acestea sunt aceleași celule în care sunt scrise unele numere, cu excepția faptului că nu sunt șterse când este oprită alimentarea. Fiecare celulă are propria sa adresă.

După pornire, procesorul se adresează unei adrese fixe (întotdeauna aceeași), care indică în mod specific ROM-ul. De aici provin primele date și comenzi. Așa începe munca procesorului și, odată cu acesta, computerul. Pe ecran în acest moment vedem caractere albe pe un fundal negru.

Una dintre primele care se execută este o subrutină care efectuează autotestarea computerului. Se numește: Power-On Test (în engleză - POST - Power-On Self Test). În timpul funcționării sale, multe lucruri sunt verificate, dar pe ecran vedem intermitent doar numere, corespunzătoare celulelor RAM verificate.

Instrumentele software BIOS sunt suficiente pentru a efectua verificări inițiale și pentru a conecta dispozitive standard, cum ar fi o tastatură și un monitor. Am evidențiat în mod special cuvântul standard. Faptul este că monitorul și tastatura pot fi foarte nestandard. Dar în această etapă nu contează - computerul le tratează doar ca standard pentru moment. El nu le cunoaște încă toate proprietățile și crede că tastatura și monitorul nostru sunt aceleași cu care erau folosite acum douăzeci de ani, pe vremea primelor computere. Acest lucru vă asigură că veți vedea măcar ceva pe ecran, indiferent de modelul de monitor pe care îl aveți la dispoziție. BIOS-ul presupune că monitorul nostru este alb-negru - de aceea primele mesaje de pe ecran sunt trimise în modul alb-negru.

Cu toate acestea, computerul nu poate funcționa doar cu dispozitive standard pentru o perioadă lungă de timp. Este timpul ca el să afle ce are cu adevărat. Informațiile adevărate despre dispozitivele computerului sunt înregistrate pe hard disk, dar tot trebuie să înveți cum să le citești. Fiecare persoană poate avea propriul hard disk unic, nu similar cu alții. Întrebarea este cum știu programele BIOS cum să funcționeze în mod specific cu hard disk-ul tău?

Pentru a face acest lucru, pe placa de bază există un alt cip - memoria CMOS. Stochează setările necesare pentru funcționarea programelor BIOS. În special, aici sunt stocate data și ora curente, parametrii hard disk-urilor și a altor dispozitive. Această memorie nu poate fi nici operațională (altfel s-ar șterge) nici permanentă (altfel ar fi imposibil să introduci date în ea de la tastatură). Este fabricat nevolatil și este alimentat în mod constant de o baterie mică reîncărcabilă, aflată tot pe placa de bază. Încărcarea acestei baterii este suficientă pentru a se asigura că computerul nu pierde setările, chiar dacă nu este pornit de câțiva ani.

Setările CMOS, în special, sunt necesare pentru a seta data și ora sistemului la instalarea sau înlocuirea hard disk-urilor, precum și la recuperarea din majoritatea situațiilor de urgență. Prin setarea BIOS-ului, puteți, de exemplu, să setați o parolă, datorită căreia o persoană neautorizată nu va putea porni computerul. Cu toate acestea, această protecție este eficientă numai împotriva copiilor foarte mici.

Pentru a modifica setările stocate în memoria CMOS, ROM-ul conține un program special - SETUP. Pentru a-l porni, trebuie să apăsați și să țineți apăsată tasta DELETE chiar în primul moment după pornirea computerului. Navigarea în sistemul de meniuri al programului SETUP se realizează cu ajutorul tastelor cursor. Elementele de meniu necesare sunt selectate folosind tasta ENTER, iar revenirea la meniul de nivel superior se face folosind tasta ESC. Pentru a modifica valorile setate, utilizați tastele Page Up și Page Down.

Memorie cache

Memoria cache este o memorie cu acces aleatoriu de mare viteză utilizată de un procesor de computer pentru a stoca temporar informații. Îmbunătățește performanța păstrând datele și comenzile cele mai frecvent utilizate „mai aproape” de procesor, unde pot fi recuperate mai rapid.

Memoria cache afectează direct viteza calculelor și ajută procesorul să funcționeze cu o încărcare mai uniformă. Imaginează-ți gama de informații folosite în biroul tău. Cantități mici de informații necesare în primul rând, să zicem o listă cu numerele de telefon ale departamentului, atârnă pe perete deasupra biroului tău. De asemenea, păstrați informațiile despre proiectele curente la îndemână. Directoarele utilizate mai rar, de exemplu, agenda telefonică a orașului, se află pe un raft de lângă desktop. Literatura la care apelezi rar ocupa rafturile bibliotecii. Calculatoarele stochează date într-o ierarhie similară. Când o aplicație începe să ruleze, datele și comenzile sunt transferate de pe hard disk-ul lent în memoria cu acces aleatoriu, unde procesorul le poate prelua rapid. RAM acționează ca cache pentru hard disk. Pentru calculatoarele suficient de rapide, este necesar să se asigure acces rapid la RAM, altfel microprocesorul va fi inactiv și performanța computerului va scădea. În acest scop, astfel de computere pot fi echipate cu memorie cache, adică memorie „ultra-RAM” de un volum relativ mic (de obicei de la 64 la 256 KB), care stochează zonele de RAM cele mai frecvent utilizate. Memoria cache este situată „între” microprocesor și RAM, iar atunci când microprocesorul accesează memorie, mai întâi caută datele necesare în memoria cache. Deoarece timpul de acces la memoria cache este de câteva ori mai mic decât la memoria convențională și, în majoritatea cazurilor, datele necesare microprocesorului sunt conținute în memoria cache, timpul mediu de acces la memorie este redus. Pentru computerele bazate pe Intel-80386dx sau 80486sx, o dimensiune cache de 64 KB este satisfăcătoare, 128 KB este destul de suficient. Calculatoarele bazate pe Intel-80486dx și dx2 sunt de obicei echipate cu o capacitate de memorie cache de 256 KB.

Fiecare celulă de memorie are propria sa adresă unică, adică diferită de toate celelalte. În acest caz, memoria principală are un singur spațiu de adresă pentru RAM și dispozitive de stocare permanente. Spațiu de adrese definește numărul maxim posibil de celule de memorie principală care pot fi adresate direct. Depinde de lățimea magistralelor de adrese, deoarece numărul maxim de adrese diferite este determinat de varietatea de numere binare cu care sunt reprezentate aceste adrese. La rândul său, această diversitate depinde de numărul de cifre. Astfel, spațiul de adrese este egal cu , unde este lățimea de biți a magistralei codului de adresă.

Exemplul 3.5. Procesorul Intel 8086 (1978) avea o magistrală de cod de adresă de 20 de biți. În acest caz, 2 20 de celule cu o capacitate de 1 octet fiecare pot fi adresate direct. Prin urmare, spațiul de adrese va fi de 2 20 octeți = 1 MB.

Procesorul Intel 80486 (1989) avea o magistrală de cod de adresă pe 32 de biți. Spațiul său de adrese era de 2 32 octeți = 2 2 2 30 octeți = 2 2 GB = 4 GB.

Începând cu procesorul Intel Pentium Pro (1995), a devenit posibilă utilizarea modului Physical Address Extension (PAE), care folosește 36 de biți pentru adresare. În acest caz, se pot adresa 2 36 octeți = 2 6 · 2 30 octeți = 2 6 GB = 64 GB.

Există două moduri de a aborda memoria în computere - modul real și modul protejat. Modul real utilizat în sistemul de operare MS DOS. Calculul unei adrese fizice în mod real se realizează conform regulii

CS 16 10 16 + IP 16,

unde CS, IP sunt valorile de segment și offset specificate în registrele de procesor corespunzătoare.

Deci adresa fizică maximă este

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

iar spațiul de adrese este de 1114096 octeți = 1 MB + 64 KB – 16 octeți.

În plus, acest spațiu de adrese poate fi limitat de lățimea magistralei de cod de adrese a procesorului Intel 8086, adică de numărul 2 20 octeți = 1 MB.

Acea parte a RAM care nu poate fi adresată direct este apelată memorie extinsă.

Exemplul 3.6. Computerul este bazat pe procesorul Intel 80486 și are 16 MB de RAM. Procesorul poate adresa direct 1 MB + 64 KB – 16 octeți de RAM. Apoi memoria extinsă va fi de 16 MB -
–(1 MB + 64 KB – 16 octeți) = 15 MB – 64 KB + 16 octeți.

Astfel, relația dintre memoria direct adresabilă și cea extinsă va fi următoarea:

1.114.096 octeți: 15.663.120 octeți sau 6,64: 93,36.

În consecință, în modul de funcționare real, mai mult de 90% din memoria RAM a computerului va fi inaccesibilă.

Există două moduri de a accesa memoria extinsă în modul computer real. Cu toate acestea, acestea sunt posibile numai atunci când se utilizează programe speciale - drivere conform specificațiilor XMS și EMS.

Conducător auto– un program special care controlează funcționarea memoriei RAM sau a unui dispozitiv extern al unui computer și organizează schimbul de informații între procesor, RAM și dispozitivele externe.

Notă.Șoferul care controlează funcționarea memoriei se numește administrator de memorie.

Acces la memoria extinsă conform specificației XMS ( Specificații de memorie extinsă) este organizat folosind drivere de tip XMM (de exemplu, HIMEM.SYS). Conform specificațiilor EMS ( Specificații de memorie extinsă) accesul la memoria extinsă este implementat prin maparea, după caz, a câmpurilor sale individuale într-o zonă specifică de memorie direct adresabilă. În acest caz, nu informațiile în curs de prelucrare sunt stocate, ci doar adresele care oferă acces la acestea. Pentru a organiza memoria conform specificației EMS, sunt utilizate driverele EMM386.EXE sau Quarterdeck EMM.

ÎN mod protejatÎn timpul funcționării computerului, memoria cu o capacitate mai mare decât în ​​viața reală poate fi abordată direct prin schimbarea mecanismului de adresare. Datorită modului protejat, numai acea parte a programului care este necesară la ora curentă poate fi stocată în memorie. Restul poate fi stocat în memoria externă a computerului, cum ar fi un hard disk. Când accesați o parte a unui program care nu se află în prezent în memorie, sistemul de operare întrerupe programul, încarcă fragmentul necesar de cod de program din memoria externă și apoi reia execuția programului. Această procedură se numește schimbul de date de pe hard disk. Astfel, în modul protejat, devine posibil să se execute programe a căror dimensiune de cod depășește cantitatea de RAM de pe computer.

O adresă fizică în modul protejat este formată după cum urmează. Registrul de segment al procesorului stochează doi octeți selector, care conține următoarele informații:

■ index descriptor(13 biți) în tabelul de descriptori;

■ un flag (1 bit) care determină care dintre cele două tabele de descriptori (local sau global) va fi accesat;

■ nivelul de privilegii solicitat (2 biți).

În conformitate cu valoarea selectorului, se accesează tabelul de descriptori dorit și descriptorul aflat în acesta. Adresa segmentului, dimensiunea și drepturile de acces sunt extrase din descriptor. Adresa segmentului este apoi adăugată la offset-ul din registrul IP al procesorului. Suma rezultată va fi adresa fizică a celulei RAM.

Utilizarea modului protejat a permis procesorului Intel 80286 (1982) să adreseze 2 24 octeți = 2 4 2 20 octeți = 16 MB de memorie, în timp ce în modul real spațiul de adrese era încă limitat la 1 MB.

Pe lângă creșterea spațiului de adrese, în modul protejat este posibilă execuția paralelă a mai multor programe ( modul multitasking). Modul multitasking este organizat folosind un sistem de operare multitasking (de exemplu, Microsoft Windows), căruia procesorul oferă un mecanism puternic și fiabil pentru protejarea sarcinilor unul față de celălalt folosind un sistem de privilegii pe patru niveluri (Fig. 3.7).

În modul protejat este posibil și organizarea memoriei de paginare. Se reduce la formarea tabelelor de descriere a memoriei care determină starea segmentelor sale individuale (paginile). Dacă nu există memorie suficientă, sistemul de operare scrie o parte din date în memoria externă și introduce informații despre absența acestor date în RAM în tabelul de descriere.

Orez. 3.7. Niveluri de privilegii atunci când utilizați modul multitasking

cipuri OP

Memoria este o parte funcțională a unui computer concepută pentru înregistrarea, stocarea și emiterea de informații.

Descărcați prezentarea „Caracteristicile memoriei PC”

Toată memoria computerului poate fi împărțită în:

1. RAM (memorie cu acces aleatoriu)
2. ROM (memorie numai pentru citire)
3. RON (registri de uz general) memoria interna a procesorului - registrele acestuia.
4. CMOS (Complement Metal Oxide Semiconductor - perechi complementare metal-oxid-semiconductor indică tehnologia de fabricație a acestei memorie) - setările sistemului (configurarea) memoriei.
5. ESD (dispozitiv de stocare extern)
6. Memorie video - memorie electronică situată pe placa video, folosită ca buffer pentru stocarea cadrelor dinamice ale imaginii.

1,2,3,6 – memorie electronică, 5 – memorie electromecanică.

Caracteristicile RAM

Memoria internă a computerului are două proprietăți principale: discretie si adresabilitate.

Discretenie – memoria este formată din biți (un bit este un element de memorie, o informație, stochează un cod binar 0 sau 1. Cuvântul bit provine din limba engleză „binary digit” - binary digit).

Un bit este cea mai mică unitate de memorie a computerului.

Prin urmare, cuvântul „bit” are două semnificații: este o unitate de măsură a cantității de informații și o particulă din memoria computerului. Ambele concepte sunt legate între ele după cum urmează:
Un bit de memorie stochează un bitinformație.

Memoria este o secvență ordonată de cifre binare (biți). Această secvență este împărțită în grupuri de 8 biți. Fiecare astfel de grup formează un octet de memorie.

În consecință, „bit” și „octet” denotă nu numai numele unităților de măsură ale cantității de informații, ci și unitățile structurale ale memoriei computerului.
1 Kb = 210 octeți = 1024b
1 MB = 210 KB = 1024 KB
1 GB = 1024 MB

Celula de memorie – un grup de octeți consecutivi de memorie internă care conține informații disponibile pentru procesare de către o comandă separată a procesorului.
Conținutul unei celule de memorie se numește cuvânt mașină. Octeții memoriei interne sunt numerotați. Numerotarea începe de la 0.
Numărul de secvență al unui octet se numește adresa octetului. Principiul adresei memoriei constă în faptul că orice informație este introdusă în memorie și preluată din ea la adrese, adică. Pentru a prelua informații dintr-o celulă de memorie sau pentru a le plasa acolo, trebuie să specificați adresa acestei celule. Adresa unei celule de memorie este egală cu adresa octetului scăzut inclus în celulă.
Adresarea memoriei începe de la 0. Adresele celulelor sunt multipli ai numărului de octeți dintr-un cuvânt de mașină.

Structura RAM

Memorie cu acces aleatoriu (RAM)

Din OP, CPU preia datele inițiale pentru procesare, iar rezultatele obținute sunt scrise în el. Memory și-a primit numele pentru că funcționează rapid.
Este volatil, datele și programele sunt stocate în el doar atâta timp cât computerul este pornit când computerul este oprit, conținutul OP-ului este șters.
RAM este concepută pentru a stoca informații actuale, care se schimbă rapid și permite modificarea conținutului acesteia pe măsură ce procesorul efectuează calcule.
Există două tipuri principale de RAM utilizate: memorie statică (SRAM-Static RAM - Cache) și memorie dinamică (DRAM-Dynamic RAM - RAM).
Aceste două tipuri de memorie sunt diferite viteza și densitatea specifică (capacitatea) informațiilor stocate.

Performanța memoriei caracterizat prin doi parametri: timpul de acces și timpul ciclului memoriei (durata ciclului).
Aceste cantități sunt de obicei măsurate în nanosecunde. Cu cât aceste valori sunt mai mari, cu atât performanța memoriei este mai rapidă.
Timpul de acces reprezintă intervalul de timp dintre formarea unei cereri de citire a informațiilor din memorie și momentul în care cuvântul mașină (operand) solicitat ajunge din memorie.
Durata ciclului determinat de timpul minim admis între două accesări succesive la memorie.

ÎN memorie statică elementele sunt construite pe declanșatoare - circuite cu două stări stabile. Pentru a construi un declanșator, sunt necesari 4-6 tranzistori. După
înregistrarea informațiilor într-un element de memorie static poate stoca informații pe termen nelimitat (atâta timp cât este furnizată energie electrică).
Memoria statică are performanțe ridicate și densitate scăzută a datelor stocate. Acest tip de memorie este costisitor și consumatoare de energie, prin urmare, poate apărea supraîncălzirea,
ceea ce reduce fiabilitatea sistemului, astfel încât întregul OP nu poate fi construit pe un principiu static.

ÎN memorie dinamică Elementele de memorie sunt construite pe condensatoare semiconductoare, care ocupă o suprafață mult mai mică decât bistabilele din memoria statică.
Pentru a construi un element de memorie dinamică, sunt necesari 1-2 tranzistoare. Fiecare bit OP este reprezentat ca prezența sau absența sarcinii pe un condensator format în structură
cristal semiconductor. Celulele de memorie dinamică sunt foarte compacte, dar în timp condensatorul se confruntă cu scurgeri de încărcare, deci periodic (de aproximativ 1000 de ori pe secundă)
Se realizează restaurarea automată a informațiilor din fiecare celulă. Acest lucru reduce viteza memoriei dinamice și este principalul său dezavantaj.

OP este adesea notat RAM (memorie cu acces aleatoriu) – memoria cu acces aleatoriu (un tip de acces la memorie în care celulele de memorie sunt numerotate, adică adresabile și, prin urmare, pot fi accesate în orice ordine).

Termenul „acces aleatoriu” înseamnă că informațiile pot fi citite (scrise) în orice moment din orice celulă.

Rețineți că există o altă organizare a memoriei, în care, înainte de a citi informațiile necesare, este necesar să „împingeți” operanzii primiți anterior.

Cantitatea de software instalată pe computer determină direct cu ce software puteți lucra pe acesta. Dacă OP este insuficient, programele nu pornesc, este afișat mesajul „Out of memory” sau funcționează extrem de lent.

Cu cât mai mult OP în computer, cu atât mai bine. Dacă este necesar, volumul OP poate fi mărit (limitat de parametrii OP suportați de o anumită placă de bază, consultați cu atenție specificațiile pentru placa de bază).

Distribuția memoriei în PC (partiții RAM)

RAM este destul de complexă; este ierarhică (cu mai multe etaje). OP-urile sunt împărțite în mai multe tipuri. Această împărțire se datorează unor motive istorice.
Primele computere au fost proiectate astfel încât să poată funcționa cu maximum 640KB de memorie. Există 4 tipuri de memorie:

• Standard (zonă de memorie convențională)
• Superior (blocuri superioare de memorie(zonă))
• Suplimentar (specificație de memorie extinsă)
• Specificație de memorie extinsă

Standard (zonă de memorie convențională) – de bază, primii 640 KB, adesea numit și inferior.
În ml. Adresele acestei memorie sunt încărcate de sistemul de operare și driverele de dispozitiv. Memoria liberă rămasă este ocupată de programele utilizatorului.
Programele rezidente rămân și ele în această memorie.

Zona de memorie superioară – 640KB – 1MB este folosit pentru a stoca informații de service: memorie adaptor video, BIOS.
Specialist. Driverul Himem.sys vă permite să încărcați programe rezidente și drivere de dispozitiv în zonele libere ale acestei zone.

Memorie ridicată – primii 64 KB după 1 MB. MS DOS vă permite să încărcați o parte din DOS rezident în această zonă, eliberând o parte semnificativă
memorie de bază pentru rularea programelor de aplicație. Acest lucru este util în special pentru programele care utilizează întregul OP. Folosind special utilitare (pentru DOS emm386.exe)
De asemenea, puteți încărca programe rezidente în secțiunile superioare de memorie (comenzi LH pentru autoexec.bat și DEVICEHIGT pentru config.sys).

Toată memoria de peste 1 MB poate fi considerată ca suplimentar (extins) sau cum extins). În sistemul de operare, managerul de memorie vă permite să utilizați memoria atât extinsă, cât și suplimentară, oferind automat tipul de interacțiune cu date de care au nevoie programele de aplicație. Acestea. Utilizatorul de noi PC-uri moderne (de la Pentium) nu trebuie să aloce memoria „manual”; managerul alocă memoria în modul cerut de programul de aplicație.

Extins memoria este pagină cu pagină, adică OP-ul este împărțit în pagini, fiecărei pagini îi este atribuită o anumită adresă în memoria principală. Când accesați o astfel de adresă EMM (manager de memorie extinsă), driverul de memorie extinsă (managerul de memorie) permite computerului să citească informații din pagina de memorie corespunzătoare.

Extins Memoria liniară (Smartdrv - driver de memorie extinsă) este utilizată pentru a crea un disc logic temporar (disc virtual), ca un clipboard cu un hard disk.

Distribuirea OP într-un PC care rulează MS-DOS

1MB+ 64Kb	Înalt	High Memorie extinsă sau suplimentară
		Programe rezidente și drivere de dispozitiv
		Partea OS
1MB	Superior	BIOS ROM memorie superioară
		Memorie video (buffer de text)
		Memorie video (buffer grafic)
640 Kb	Zona de memorie de conversie (bază)	Parte gratuită (command.com) parte de tranzit
		Parte gratuită pentru programele utilizatorului
		Command.com (partea rezidentă)
		Programe DOS, drivere
		Fișierele io.sys msdos.sys
		Date pentru DOS și BIOS și alte informații de serviciu

Chip-uri OP (module OP)

Performanța PC-ului depinde de tipul și dimensiunea OP, iar aceasta, la rândul său, depinde de setul de circuite integrate de pe placa de bază.

Aspectul microcircuitelor OP: o bandă de plastic, pe care există „țestoase” din silex - cipuri de microcircuit (adică se utilizează tehnologia semiconductoare) și există conectori de contact „cuțit”.

Dispozitivele de memorie sunt caracterizate de următorii indicatori principali:

1. timpul de acces (viteza). Timpul de acces este perioada de timp în care conținutul unei celule de memorie poate fi scris (citit).
2. capacitatea (determină numărul de celule (biți) dintr-un dispozitiv de memorie).
3. cost.
4. consumul de energie (consum de energie electrică).

Există 2 module de memorie care diferă ca formă, arhitectură internă și viteza de operare: SIMM și DIMM.
I. SIMM (MODULE DE MEMORIE IN-LINE SINGLE) (SRAM)
Există două tipuri (diferă prin numărul de contacte).

1.SIMM-uri cu 30 de pini. Există 1 și 4 MB. Aproape astăzi, procesoarele 386 și 286 au dispărut de la vânzare pentru computere. Astăzi au găsit o utilizare interesantă - ca OP instalat pe unele plăci de sunet, de exemplu, Greafive Sound Blaster 32 (AWE-32) Gravis UltraSound PnP. Cu toate acestea, noul card AWE-64 conține deja modulele sale OP, această memorie nu este necesară.

2.SIMM-uri cu 72 de pini(1, 4, 8, 16, 32, 64 MB, rareori 128 MB). Aspectul este neschimbat, dar tipul de memorie instalat pe ele se schimbă (tipul de memorie este indicat pe cip).

a) cel mai vechi (rar găsit acum) - FPM DRAM (sau pur și simplu DRAM - Dynamic Random Access Memory - dynamic OP). A lucrat la 486 și la primele Pentiums.

b) DRAM EDO de tip modificat (sau EDO - Extended data output).

Cipurile SIMM sunt disponibile în densitate simplă și dublă, cu și fără paritate (utilizarea parității vă permite să contracarați o singură eroare de memorie). Modulele diferă și prin viteza de acces: 60 și 70 de nanosecunde, cu cât viteza este mai mică, cu atât accesul este mai rapid; 60 de nanosecunde este mai rapid decât 70 de nanosecunde. Modulele SIMM din plăcile de bază Pentium și Pentium MMX sunt instalate doar în perechi, formând o așa-numită bancă.

Exemplu: 32 MB necesari => 2 module SIMM de 16 MB fiecare.
64 MB necesari => 4 module SIMM de 16 MB fiecare sau 2 module SIMM de 32 MB fiecare.

Într-o singură bancă, puteți utiliza numai module SIMM de aceeași capacitate și viteză de acces. Dacă placa de bază are 4 sloturi pentru modulele de memorie SIMM, atunci puteți crea două bănci cu capacități diferite.

II. DIMM (MODULE DE MEMORIE DUBLE IN LINE SDRAM).

A apărut mai întâi pe computerele MMX și a devenit baza pentru PII, motiv pentru care PII are rareori conectori SIMM. DIMM-urile nu trebuie să fie un număr par. Modulele DIMM vin în capacități de 16, 32, 64, 128, 256, 512 MB

1. EDO SD RAM (DRAM sincron)– OP dinamic sincronizat)
   SD RAM (SINGLE DATA RATE RANDOM ACCESS MEMORY O memorie cu o singură rată de transfer de date, care, în funcție de frecvența de ceas, se numește memorie PC100 și PC133). Cipul cu 168 de pini este astăzi cel mai lent din familia de module de memorie DIMM, Timp de acces = 10-20 nanosecunde. Limita superioară a frecvenței sale de ceas este de 133 MHz. Și totuși, acest tip de OP este destul de potrivit pentru majoritatea birourilor și
   PC-uri de acasă. Lățime de bandă 1 Gb/s.
   SPD este un mic cip instalat în modulul de memorie SD RAM DIMM și conține informații detaliate despre tipul de memorie instalată și despre alte dispozitive. PC133 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) este cea mai rapidă din clasa OP clasică. (au fost și RS66, RS100). Acesta este acum cel mai lent tip de RAM. Din punct de vedere fizic, este o serie de condensatoare microscopice „împachetate” în cipuri de memorie. În mod logic, fiecare condensator nu este altceva decât o celulă informațională elementară de un bit cu 2 stări: 0 – dacă condensatorul nu este încărcat, 1 – dacă este încărcat. Aceste celule sunt combinate într-o matrice bidimensională, în care fiecare celulă este adresată de numerele rândurilor și coloanelor la intersecția cărora se află. Microcircuitul este furnizat cu magistrale de comandă (transmite comenzi care controlează funcționarea cipurilor OP), magistrale de adrese (adrese de rânduri și coloane) și magistrale de date. Toate trei sunt sincronizate prin impulsuri de aceeași frecvență. (133). SDRAM este memorie sincronă și logica de funcționare a cipurilor de memorie de acest tip este sincronizată rigid cu semnalul de ceas. De exemplu, controlerul de memorie știe exact câte cicluri de ceas vor pregăti cipurile de memorie datele solicitate pentru transmisie și la ce ciclu de ceas va începe transmisia efectivă. Astăzi acest cip este rar.
2. Rambus (RD RAM) OP cu două canale (cip de la Intel). Direct Rambus este o nouă magistrală de memorie care separă controlul adresei de manipularea datelor. Sistemul constă dintr-un controler Direct Rambus conectat la unul sau mai multe module DRAM Direct Rambus numite RIMM, spre deosebire de cipurile de memorie convenționale care sunt conectate în paralel, RIMM-urile sunt conectate în serie. Canalul Direct Rambus include o magistrală de date bidirecțională și o magistrală de adrese, de ex. Adresele de memorie sunt transferate simultan cu datele. Fiecare cip RDRAM poate conține până la 32 de bănci independente, SD RAM - de la 2 la 8. Funcționează liber la frecvențe de ceas înalte.
   Microcircuite OP cu microcircuit cu 184 de pini cu o frecvență de ceas de 600 până la 800 MHz. Când este utilizat cipul PC800 (frecvență de ceas de 400 MHz), lățimea de bandă a magistralei de la memorie la procesor ajunge la 3,2 Gb/s. Când utilizați PC600 (300 MHz), acest parametru = 2,6 Gb/s.
   Este necesar să instalați mufele Continuity Rimm (CRIMM) în sloturile de memorie Rambus libere. Fără ele, sistemul nu va funcționa, deoarece modulele din ambele canale Rambus sunt conectate în cascadă, adică semnalele de ceas și de control trec prin conectorii Rimm în serie. Capacitatea RAM poate fi de până la 3 GB.
   Oferiți performanțe semnificative atunci când rulați aplicații complexe pe computere și stații de lucru. Problema vitezei de operare este foarte controversată astăzi.
3. DDR SDRAM (Rată de date dublă)– rata de transfer dublă a datelor este în esență o modificare a SDRAM-ului convențional și diferă de aceasta prin faptul că scrie și citește date atât pe marginea ascendentă, cât și pe cea descendentă a pulsului de ceas. Prin urmare, de două ori mai multe date sunt transferate pe magistrală într-un singur ciclu de ceas, iar frecvența sa efectivă este de două ori mai mare decât frecvența fizică.
   Memoria cu 2 canale DDR266 DDR333 și DDR400 și sistemele cu aceasta nu sunt inferioare memoriei RDRAM. OP cu viteză dublă de transfer de date, denumită altfel PC200 și PC266 în funcție de frecvența de ceas a magistralei de sistem. Nu este la fel de scump ca (3) și îmbunătățește clar performanța PC-ului, spre deosebire de (2). În principal datorită utilizării acestei memorie, PC-ul bazat pe Athlon de 1,2 GHz a depășit în multe teste P-IV de 1,5 GHz cu RD RAM.
   Astăzi, deocamdată, cumpărătorul nu poate alege pur și simplu tipul de OP pe care îl dorește, deoarece este conectat la un circuit integrat de pe placa de sistem și acesta este conectat la CPU. Deci, deocamdată, P-IV funcționează cu un set de Intel IS-850 și RAM costisitoare RD. (Microcircuite compatibile cu dispozitive SD RAM și DDR sunt planificate să apară la mijlocul anului 2001). Dacă doriți să cumpărați un P-IV, veți fi forțat automat să cumpărați un OP scump. Familia de circuite integrate Athlon utilizează SD RAM și DDR, dar nu poate RD RAM.

Modul de memorie Kingston DDR PC3200

În ROM, informațiile rămân neschimbate.
Scrierea pe ROM se face de obicei electric sau mecanic în timpul procesului de fabricație a plăcii de bază. Aceste date nu pot fi modificate, în general, de un non-PC
programele le pot citi doar ROM-ul stochează informații a căror prezență este constantă pe computer.

Este adesea numit ROM (Read Only Memory). Memoria permanentă stochează programe pentru a verifica hardware-ul computerului, a iniția încărcarea sistemului de operare și a efectua operațiunile de bază
funcții pentru întreținerea dispozitivelor PC. Adesea, conținutul memoriei permanente se numește BIOS (Basic Input Output System).
BIOS este un sistem de monitorizare și gestionare a dispozitivelor conectate la un PC (hard disk, RAM, ceas, calendar). Aceasta este o bucată de software pentru computer care acceptă gestionarea adaptorului
dispozitive externe, operațiuni pe ecran, testare, pornire și instalare OS. BIOS-ul se află pe placa de bază (un cip separat cu alimentare autonomă a bateriei în PC).

Pe PC-urile de astăzi, BIOS-ul poate fi rescris. În prezent, BIOS-ul poate detecta el însuși dispozitivele noi conectate la PC (standard PnP - Plug-And-Play).
Dispozitivele sunt controlate prin mecanismul de întrerupere.

Întreruperile pot fi:

• hardware (inițiat de hardware),
• logic (inițiat de microprocesor - situații non-standard în funcționarea microprocesorului),
• software (inițiat de unele software).

Când porniți computerul, programul special POST (Power-On Self-Test) din BIOS se încarcă și rulează automat.

Acest program efectuează autotestarea și testarea la încărcare:

• verificarea comutatoarelor și a memoriei CMOS de pe placa de sistem (placa de bază) (determinarea echipamentului care este conectat la computer),
• testare RAM,
• efectuarea de acțiuni pentru a încărca sistemul de operare (încărcarea în RAM și lansarea blocului de pornire a sistemului de operare),
• efectuează alte acțiuni specifice pentru pregătirea PC-ului și a echipamentelor suplimentare pentru funcționare.

BIOS

Este un fel de shell software în jurul hardware-ului PC-ului (cel mai jos nivel), oferind acces la hardware-ul PC-ului prin mecanismul de întrerupere.
Memoria CMOS este un ROM (cu posibilitate de modificare), care conține câteva informații personalizate despre configurația ACESTUI PC și câteva echipamente suplimentare. Are un consum redus de energie. Alimentat de o baterie reîncărcabilă.
„Intrați” în editarea memoriei CMOS, de regulă, apăsând tasta DELETE (DEL) (de pe tastatură) imediat după pornirea computerului în timpul programului POST (încărcarea programului de configurare).

• ceasul de sistem,
• informații despre rezultatele diagnosticului programului POST,
• informații despre disponibilitatea și tipul de FDD,
• informații despre disponibilitatea și tipul de HDD,
• dimensiunea RAM,
• disponibilitatea echipamentelor suplimentare.
  

Arhitectura calculatorului

Elementele de bază ale unui calculator.

Calculatorul este format din 4 componente structurale:

1) Procesor.

Monitorizează acțiunile computerului și îndeplinește, de asemenea, funcții de prelucrare a datelor. Dacă un sistem are un singur procesor, acesta este adesea numit o unitate centrală de procesare (CPU).

2) Memoria principală.

Aici sunt stocate datele și programele. Această amintire este temporară. Este adesea numit real sau RAM.

3) Dispozitive I/O.

Acestea servesc la transferul de date între computer și mediul extern, constând din diverse dispozitive periferice, care includ memorie secundară, echipamente de comunicație și terminale.

4) Bus de sistem. Anumite structuri și mecanisme care asigură interacțiunea între procesor, memoria principală și dispozitivele de intrare/ieșire.

Memoria principala

PC – contor de programe

IR – registru de comenzi

MAR – registru de adrese de memorie

MBR – registru tampon de memorie

I/O AR – registru de adrese de intrare/ieșire

I/O BR – registru tampon I/O

Figura 1. Componentele calculatorului: structura generală.

Una dintre funcțiile procesorului este de a comunica cu memoria. Pentru a face acest lucru, utilizează de obicei două registre interne (față de procesor): registrul de adrese de memorie (MAR), care stochează adresa celulei de memorie în care va fi efectuată operația de citire-scriere și registrul de memorie tampon - MBR), unde sunt stocate datele destinate a fi scrise în memorie sau cele care au fost citite din aceasta. În mod similar, numărul dispozitivului I/O este specificat în registrul de adrese I/O (I/O AR). Registrul buffer I/O (I/O BR) este utilizat pentru a face schimb de date între dispozitivul I/O și procesor.

Un modul de memorie este format din mai multe celule numerotate. Fiecare celulă poate conține un număr binar care este interpretat fie ca o comandă, fie ca date. Modulul I/O este folosit pentru a transfera date de la dispozitive externe atât către procesor și memorie, cât și în direcția opusă. Are propriile buffer-uri interne pentru stocarea temporară a datelor.

Registrele procesorului

Procesorul are un set de registre care reprezintă o zonă de memorie cu acces rapid, dar cu capacitate mult mai mică decât memoria principală.

Registrele procesorului (îndeplinesc două funcții) sunt împărțite în 2 grupuri:

Registre accesibile utilizatorilor. Aceste registre permit programatorului să reducă numărul de accesări la memoria principală prin optimizarea utilizării registrelor folosind limbajul mașină sau limbajul de asamblare.

Registre de control și registre de stare. Folosit în procesor pentru a controla operațiunile efectuate; cu ajutorul lor, programele privilegiate ale sistemului de operare pot monitoriza execuția altor programe.

Înregistrări disponibile utilizatorului:

Registre de date. Poate fi folosit de orice comandă a mașinii pentru a efectua operațiuni de date. Adesea, sunt impuse anumite restricții. De exemplu, unele registre sunt proiectate pentru operații în virgulă mobilă, în timp ce altele sunt pentru stocarea numerelor întregi.

Registre de adrese. Acestea conțin adresele comenzilor și ale datelor din memoria principală; Aceste registre pot stoca doar o parte din adresa care este utilizată la calcularea adresei complete sau efective.

Registre de control și stare.

Sunt utilizate diverse registre pentru a controla funcționarea procesorului. Pe majoritatea mașinilor, aceste registre sunt în mare parte inaccesibile utilizatorului.

Pe lângă registrele menționate MAR, MBR, I/O AR, I/O BR, pentru executarea comenzilor sunt importante următoarele:

Contor de programe (PC). Conține adresa comenzii care trebuie preluată din memorie.

Registrul de instrucțiuni (IR). Conține ultima comandă selectată din memorie.

Toate procesoarele includ, de asemenea, un registru cunoscut sub numele de registru PSW (program status word). De obicei, conține coduri de stare și alte informații de stare, cum ar fi bitul de activare/dezactivare a întreruperii sau bitul de mod sistem/utilizator.

Codurile de condiție (cunoscute sub numele de steaguri) sunt o secvență de biți care sunt setați sau șterși de procesor în funcție de rezultatul operațiunilor efectuate. De exemplu, o operație aritmetică poate avea ca rezultat un număr pozitiv, un număr negativ, un zero sau un depășire.