Пам'ять це один з самих важливих елементів персонального комп'ютера (ПК). Всі ПК використовують три види пам'яті: оперативну, постійну і зовнішню (різні накопичувачі).
Пристрій для зберігання інформації називають основною пам'яттю, яка складається з оперативного пристрою, що запам'ятовує (ОЗУ) і постійного пам'яті (ПЗУ).
У деяких мікропроцесорних системах загального призначення майже весь простір пам'яті є оперативним. За допомогою операції записи в пам'ять записують команди програми. Далі в ході виконання програми мікропроцесор буде зчитувати з неї команди. Дані також записуються в області пам'яті і зчитуються з них. Майже всі пристрої, що запам'ятовують мікропроцесорних систем є оперативну пам'ять. Таку назву як «оперативна» ця пам'ять одержала тому, що вона працює дуже швидко і тому процесору практично не потрібно чекати при читанні даних з пам'яті запису в неї. Оскільки в будь-який момент часу доступ може здійснюватися до довільно вибраної комірки, то цей вид пам'яті називають ще пам'яттю з довільною вибіркою - RAM. (Random Access Memory). Але дані, які містяться в оперативній пам'яті, зберігаються тільки поки комп'ютер включений або до натискання кнопки скидання. При виключенні комп'ютера вміст оперативної пам'яті стирається.
Постійна пам'ять має власну назву - ROM (Read Only Memory) ця назва вказує на те, що нею забезпечуються лише режими зчитування і зберігання і зазвичай містить таку інформацію, яка не повинна змінюватися протягом тривалого часу. Далі в цій роботі ми більш детально розглянемо основні види пам'яті персонального комп'ютера.
1. ВНУТРІШНЯ ПАМ'ЯТЬ
Внутрішня пам'ять - це пам'ять високої швидкодії і обмеженої місткості, вона може складатися з оперативної і постійної пам'яті. Принцип її поділу такий же, як у людини. Ми володіємо деякою інформацією, яка зберігається в пам'яті постійно, а є інформація, яку ми пам'ятаємо деякий час, або вона потрібна тільки на той момент, поки ми думаємо над вирішенням якоїсь проблеми.
Оперативна пам'ять служить для зберігання оперативної, часто змінюється в процесі виконання завдання. При вирішенні іншої задачі в оперативній пам'яті буде зберігатися інформація тільки для цього завдання. При відключенні ЕОМ вся інформація, яка перебуває в оперативній пам'яті, в більшості випадків стирається.
Постійна пам'ять призначена для зберігання постійної інформації, яка не залежить від того, яке завдання вирішується в ЕОМ. У більшості випадків постійною інформацією є програми вирішення часто використовуваних завдань, а також деякі керуючі програми, прошивки і т.д. Відключення ЕОМ і включення її в роботу не впливають на якість зберігання інформації.
Мікросхеми основний (оперативної) пам'яті завжди працюють повільніше процесора. Тому процесору часто доводиться робити порожні такти, очікуючи надходження даних з пам'яті. Щоб частково вирішити цю проблему, використовується пам'ять невеликого розміру (близько 128 - 512 Кб), яка виконана на базі більш швидкісних (і дорожчих) мікросхем пам'яті. Така пам'ять називається кешем [caсhe] або сверхоперативной пам'яттю.
1.1. Оперативної пам'яті (ОЗУ іліRAM)
Від кількості встановленої в комп'ютері оперативної пам'яті безпосередньо залежить можливість, з якими програмами ви зможете на ньому працювати. При недостатній кількості оперативної пам'яті багато програм зовсім не будуть працювати, або стануть працювати дуже повільно.
Часто для оперативної пам'яті використовують позначення RAM (Random Access Memory), тобто пам'ять з довільним доступом.
Напівпровідникова оперативна пам'ять у даний час поділяється на статичне ОЗУ (SRAM) і динамічне ОЗУ (DRAM) (рис.1). [1]
Мал. 1. Класифікація ОЗУ
Динамічна оперативна пам'ять (Dynamic RAM - DRAM) використовується в більшості систем оперативної пам'яті ПК. Основна перевага цього типу пам'яті полягає в тому, що її осередки упаковані дуже щільно, тобто в невелику мікросхему можна упакувати багато бітів, а значить, на їх основі можна побудувати пам'ять більшої місткості.
Осередки пам'яті в мікросхемі DRAM - це крихітні конденсатори, які утримують заряди. Проблеми, пов'язані з пам'яттю цього типу, викликані тим, що вона динамічна, тобто повинна постійно регенеруватися, тому що в противному випадку електричні заряди в конденсаторах пам'яті будуть "стікати", і дані будуть втрачені.
Існує тип пам'яті, зовсім відмінний від інших - статична оперативна пам'ять (Static RAM - SRAM). Вона названа так тому, що, на відміну від динамічної оперативної пам'яті, для збереження її вмісту не потрібно періодичної регенерації. Але це не єдина її перевага. SRAM має більш високу швидкодію, ніж динамічна оперативна пам'ять, і може працювати на тій же частоті, що і сучасні процесори.
Мікросхеми SRAM не використовуються для всієї системної пам'яті тому, що в порівнянні з динамічної оперативної пам'яттю швидкодія SRAM набагато вище, але щільність її набагато нижче, а ціна досить висока. Більш низька щільність означає, що мікросхеми SRAM мають великі габарити, хоча їхня інформаційна ємність набагато менше.
Незважаючи на це, розробники все-таки застосовують пам'ять типу SRAM для підвищення ефективності ПК. Але щоб уникнути значного збільшення вартості встановлюється тільки невеликий обсяг високошвидкісної пам'яті SRAM, яка використовується в якості кеш-пам'яті.
Основна пам'ять складається з регістрів. Реєстр - це пристрій для тимчасового запам'ятовування інформації в оцифрованої (двійковій) формі. Запам'ятовуючим елементом в регістрі є тригер - пристрій, який може знаходитися в одному з двох станів, одне з яких відповідає запам'ятовування двійкового нуля, інше - запам'ятовування двійкової одиниці. Тригер являє собою крихітний конденсатор-батарейку, яку можна заряджати безліч разів. Якщо такий конденсатор заряджений - він як би запам'ятав значення "1", якщо заряд відсутній - значення "0". Регістр містить кілька пов'язаних один з одним тригерів. Число тригерів в регістрі називається розрядністю комп'ютера. Продуктивність комп'ютера безпосередньо пов'язана з розрядністю, яка буває рівною 8, 16, 32, 64, 128. [2]
1.2. Постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ або ROM)
ПЗУ - швидка, незалежна пам'ять, яка, призначена тільки для читання. Інформація заноситься в неї один раз (зазвичай в заводських умовах) і зберігається постійно (при включеному і вимкненому комп'ютері). У ПЗП зберігається інформація, присутність якої постійно необхідно в комп'ютері.
У ПЗУ знаходяться:
- тестові програми, що перевіряють при кожному включенні комп'ютера правильність роботи його блоків;
- програми для управління основними периферійними пристроями -дисковод, монітором, клавіатурою;
- інформація про те, де на диску розташована операційна система.
1. ПЗУ з масочний програмуванням це пам'ять, в яку інформація записана раз і назавжди в процесі виготовлення напівпровідникових інтегральних схем. Постійні запам'ятовуючі пристрої застосовуються тільки в тих випадках, коли мова йде про масове виробництво, тому що виготовлення масок для інтегральних схем приватного застосування обходиться досить недешево.
2. ППЗУ (програмований постійний запам'ятовуючий пристрій).
Програмування ПЗУ - це одноразово виконувана операція, тобто інформація, колись записана в ППЗУ, згодом змінена бути не може.
3. СППЗУ (стирані програмований постійний запам'ятовуючий пристрій). При роботі з ним, користувач може запрограмувати його, а потім стерти записану інформацію.
4. ЕІПЗУ (електрично змінюване постійний запам'ятовуючий пристрій). Його програмування і зміна здійснюються за допомогою електронних грошей. На відміну від СППЗУ для стирання інформації, що зберігається в ЕІПЗУ, не потрібно спеціальних зовнішніх пристроїв.
Процесор може обробляти тільки ті дані, які знаходяться в його внутрішньої пам'яті, в ОЗУ або в ПЗУ. Всі ці види пристрої пам'яті називаються пристроями внутрішньої пам'яті, вони зазвичай розташовуються безпосередньо на материнській платі комп'ютера (внутрішня пам'ять процесора знаходиться в самому процесорі). [3]
2. ЗОВНІШНЯ ПАМ'ЯТЬ
Зовнішня пам'ять призначена для довготривалого зберігання інформації незалежно від того, працює ЕОМ чи ні. Характеризується вона більш низькою швидкодією, але дозволяє зберігати істотно більший обсяг інформації в порівнянні з оперативною пам'яттю. У зовнішнє пам'ять записують інформацію, яка не змінюється в процесі виконання завдання, програми, результату рішення і т.д. Зовнішній пристрій - (відносно) повільне пристрій великої ємності. Цілісність вмісту ВЗП не залежить від того, включений або вимкнений комп'ютер.
Зовнішніми пристроями, що запам'ятовують є:
- накопичувачі на жорстких магнітних дисках;
- накопичувачі на гнучких магнітних дисках;
- накопичувачі на компакт-дисках;
- накопичувачі на магніто-оптичних компакт-дисках;
- накопичувачі на магнітній стрічці і інші.
Накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД) - призначені для зберігання тієї інформації, яка найбільш часто використовується в роботі - програм операційної системи, компіляторів, сервісних програм, прикладних програм користувача, текстових документів, файлів бази даних. Слід оберігати від ударів при установці і різких переміщень в просторі. Це носії з довільним доступом до інформації. Для зберігання інформації розбивається на доріжки і сектори. Швидкість обміну інформації значно вище, ніж у гнучких дисків. Обсяг ЖД вимірюється від Мбайт до сотень Гбайт. (Рис.2)
Мал. 2. Накопичувач на жорстких магнітних дисках
НЖМД вбудовані в дисковод і є незнімними. Вони являють собою кілька алюмінієвих дисків з магнітним покриттям, укладених в єдиний корпус з електродвигуном, магнітними головками і пристроєм позиціонування. До магнітної поверхні диска підводиться записує головка, яка переміщається по радіусу диска із зовнішнього боку до центру. Під час роботи дисковода диск обертається. У кожному фіксованому положенні головка взаємодіє з круговою доріжкою. На ці концентричні доріжки і проводиться запис двійковій інформації. Завдяки хорошій захищеності від пилу, вологи та інших зовнішніх впливів досягають високої щільності запису, на відміну від дискет. Для звернення до НЖМД використовується ім'я, що задається прописаний латинською буквою, починаючи з С. але за допомогою спеціальної системної програми можна розбити свій фізичний ЖД на кілька логічних дисків, кожному з яких дається відповідне ім'я. Накопичувачі на жорстких магнітних дисках часто називають вінчестер - по першій моделі ЖД, що мав 30 доріжок по 30 секторів.
Накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД) призначені для зберігання невеликих обсягів інформації. Слід оберігати від сильних магнітних полів і нагрівання. Це носії довільного (прямого) доступу до інформації. Використовуються для перенесення даних з одного комп'ютера на інший. Для роботи з інформацією носій повинен бути відформатований, тобто повинна бути проведена магнітна розмітка диска на доріжки і сектори. Швидкість обміну інформацією залежить від швидкості обертання дисковода. Для звернення до диска, вставленого в дисковод, присвоюється ім'я А. Обсяг ГМД порівняно невеликий (3,5 дюйма - 1,44 Мбайт) (Рис.3.). Рекомендується робити копії вмісту ГМД.
Мал. 3. Накопичувач на гнучких магнітних дисках
Диски називаються гнучкими тому, що їхня робоча поверхня виготовлена з еластичного матеріалу і поміщена в твердий захисний конверт. Для доступу до магнітної поверхні диска в захисному конверті є закрите шторкою вікно. Поверхня диска покрита спеціальним магнітним шаром (1 намагнічений ділянку, 0 - не намагнічений). Інформація записується з двох сторін диска на доріжки у вигляді концентричних кіл. Доріжки розбиваються на сектори. Сучасні дискетки мають програмну розмітку. На кожному секторі виділяється ділянка для його ідентифікації, а на решту місця записуються дані. Дисковод забезпечений двома двигунами. Один забезпечує обертання всередині захисного конверта. Другий переміщує головку запису / читання уздовж радіуса поверхні диска. У захисному конверті є спеціальне вікно захисту записи. За допомогою бігунка це вікно відкривають, і дискета стає доступна тільки на читання, а на запис доступу не буде. Це охороняє інформацію на диску від зміни і видалення.
Оптичні (лазерні) CD і DVD диски призначені для зберігання будь-якого виду інформації, інформацію на CD записується за допомогою лазерного променя, слід оберігати від подряпин і забруднення поверхні. Це носії прямого (довільного) доступу до інформації. Обсяг (місткість) CD становить сотні Мбайт; DVD-більш 1 Гб (Рис.4). Більш довговічні і надійні, ніж магнітні диски.
Мал. 3. Накопичувач на гнучких магнітних дисках
CD - Compact Disk. Виготовляють з органічних матеріалів з напиленням на поверхню тонкого алюмінієвого шару. Лазерний диск має одну доріжку у вигляді спіралі. Інформація записується окремими секторами потужним лазерним променем, що випалює на поверхні диска поглиблення, і являє собою чергування западин і опуклостей. При зчитуванні інформації виступи відбивають світло слабкого лазерного променя і сприймаються як «1», западини поглинають промінь і, сприймаються як «0». Це безконтактний спосіб зчитування інформації. Термін зберігання 50-100лет DVD - Digital Video Disk. Має ті ж розміри, що і CD. Обсяг - Гбайт. Може бути одностороннім або двостороннім, а на кожній стороні може бути 1 або 2 робочих шару.
Накопичувачі на магнітних стрічках (НМЛ) використовують для резервного (щодо повільного) копіювання та зберігання великих обсягів інформації (архіви). Пристрій для запису і зчитування магнітних стрічок називається стример. Це пристрій послідовного доступу до інформації. [4]
Оперативна пам'ять є одним з основних елементів будь-якої електронно-обчислювальної машини, тому що саме від оперативної пам'яті залежить швидкість роботи ПК, а також можливість роботи з тим чи іншим програмним забезпеченням. Не потрібно забувати, що швидкодія оперативної пам'яті залежить скоріше від структури, а не безпосередньо від її частоти
Порівнюючи оперативну пам'ять можна виділити основні переваги та недоліки:
Переваги: мале число елементів на одну клітинку, звідки висока щільність упаковки, великий обсяг пам'яті на одному кристалі, мале споживання потужності.
Недоліки: необхідність періодичного перезаряда елементів пам'яті, а це: зменшує швидкодію, ускладнює схеми обслуговування пам'яті, при відсутності харчування стирається вся інформація.
Переваги: високу швидкодію, відсутність регенерації;
Недоліки: в зв'язку з дорожнечею пам'ять типу SRAM використовується, в основному тільки як Кеш-пам'ять L1 і L2, маленька щільність упаковки.