Основы компьютеров - первичная память
В компьютерах требуется память для хранения данных и инструкций. Память физически организована как большое количество ячеек, каждая из которых может хранить один бит. Логически они организованы как группы битов, называемыеwordsкоторым присвоен адрес. Доступ к данным и инструкциям осуществляется через этиmemory address. Скорость доступа к этим адресам памяти определяет стоимость памяти. Чем быстрее скорость памяти, тем дороже цена.
Можно сказать, что компьютерная память организована иерархически, где память с самой высокой скоростью доступа и самыми высокими затратами находится наверху, тогда как память с самой низкой скоростью и, следовательно, самой низкой стоимостью находится внизу. По этому критерию память бывает двух типов -primary а также secondary. Здесь мы подробно рассмотрим первичную память.
Основные характеристики первичной памяти, которые отличают ее от вторичной памяти:
- К нему обращается напрямую процессор
- Это самая быстрая память из доступных
- Каждое слово сохраняется, а также
- Он нестабилен, т.е. его содержимое теряется при отключении питания.
Поскольку первичная память стоит дорого, разработаны технологии, позволяющие оптимизировать ее использование. Это широкие типы доступной первичной памяти.
ОЗУ
RAM означает Random Access Memory. Процессор обращается ко всем адресам памяти напрямую, независимо от длины слова, что ускоряет хранение и поиск. ОЗУ - это самая быстрая память из доступных и, следовательно, самая дорогая. Эти два фактора подразумевают, что оперативная память доступна в очень небольших количествах - до 1 ГБ. ОЗУ непостоянно, но я могу принадлежать к любому из этих двух типов
DRAM (динамическое ОЗУ)
Каждая ячейка памяти в DRAM состоит из одного транзистора и одного конденсатора, в которых хранится один бит данных. Однако эта ячейка начинает терять заряд и, следовательно, данные сохраняются менее чем за тысячную долю секунды. Поэтому его нужно обновлять тысячу раз в секунду, что требует процессорного времени. Однако из-за небольшого размера каждой ячейки одна DRAM может иметь большое количество ячеек. Первичная память большинства персональных компьютеров сделана из DRAM.
SRAM (SRAM)
Каждая ячейка в SRAM состоит из триггера, в котором хранится один бит. Он сохраняет свой бит до тех пор, пока не будет включен источник питания, и его не нужно обновлять, как DRAM. Он также имеет более короткие циклы чтения-записи по сравнению с DRAM. SRAM используется в специализированных приложениях.
ПЗУ
ROM означает Read Only Memory. Как следует из названия, ПЗУ может быть прочитано только процессором. Новые данные не могут быть записаны в ПЗУ. Данные, которые необходимо сохранить в ПЗУ, записываются на этапе производства. Они содержат данные, которые не нужно изменять, например последовательность загрузки компьютера или алгоритмические таблицы для математических приложений. ПЗУ медленнее и, следовательно, дешевле ОЗУ. Он сохраняет свои данные даже при отключении питания, т. Е. Энергонезависим. ПЗУ нельзя изменить так, как можно изменить ОЗУ, но доступны технологии для программирования этих типов ПЗУ -
PROM (программируемое ПЗУ)
PROM может быть запрограммирован с помощью специального аппаратного устройства, называемого программатором PROM или устройством записи PROM.
EPROM (стираемое программируемое ПЗУ)
EPROM можно стереть, а затем запрограммировать с помощью специальных электрических сигналов или УФ-лучей. EPROM, которые можно стереть с помощью УФ-лучей, называются UVEPROM, а те, которые можно стереть с помощью электрических сигналов, называются EEPROM. Однако обрабатывать электрические сигналы проще и безопаснее, чем УФ-лучи.
Кэш-память
Небольшой фрагмент высокоскоростной энергозависимой памяти, доступной процессору для быстрой обработки, называется cache memory. Кэш может быть зарезервированной частью основной памяти, другой микросхемой на ЦП или независимым высокоскоростным запоминающим устройством. Кэш-память состоит из быстродействующих SRAM. Процесс сохранения некоторых данных и инструкций в кэш-памяти для более быстрого доступа называетсяcaching. Кэширование выполняется, когда набор данных или инструкций обращается снова и снова.
Когда процессору нужны какие-либо данные или инструкции, он сначала проверяет кеш. Если он там недоступен, то осуществляется доступ к основной памяти и, наконец, к дополнительной памяти. Поскольку кеш имеет очень высокую скорость, время, затрачиваемое на каждый раз доступ к нему, незначительно по сравнению с временем, сэкономленным, если данные действительно находятся в кеше. Поиск данных или инструкций в кеше называетсяcache hit.