Принципы организации внутренней и внешней памяти компьютера

Обновлено: 01.07.2024

Информатика (CSE): внутренняя и внешняя память. Примечания | Изучите компьютерную архитектуру и организацию (CAO) — компьютерные науки (CSE)

Документ Примечания к внутренней и внешней памяти | Изучение компьютерной архитектуры и организации (CAO) – компьютерная инженерия (CSE) является частью курса компьютерной инженерии (CSE) по компьютерной архитектуре и организации (CAO).

Внутренняя или основная память

Основная память является центральным элементом компьютерной системы. Это относительно большая и быстрая память для хранения программ и данных во время работы компьютера. В этих запоминающих устройствах используются полупроводниковые интегральные схемы. Базовым элементом полупроводниковой памяти является ячейка памяти.
Ячейка памяти имеет три функциональных контакта, по которым передается электрический сигнал.
- Терминал выбора: он выбирает ячейку.
- Данные в терминале: он используется для ввода данных в виде 0 или 1, а вывод данных или сенсорный терминал используется для вывода состояния ячейки.
- Терминал управления: он управляет функцией, т. е. указывает на чтение и запись.
- Большая часть основной памяти в компьютере общего назначения состоит из интегральных микросхем ОЗУ, но часть памяти может состоять из микросхем ПЗУ.
ОЗУ — оперативная память
- К ячейкам памяти можно получить доступ для передачи информации из любого произвольного места.
- Процесс поиска слова в памяти одинаков и требует, чтобы поиск слова в памяти был таким же и требует одинакового количества времени независимо от того, где физически расположены ячейки в памяти, что называется «произвольный доступ».< /li>
- Встроенная оперативная память доступна в двух возможных режимах работы: статическом и динамическом.
Статическая оперативная память (SRAM)
- Статическая оперативная память состоит из триггера, в котором хранится двоичная информация, и эта сохраненная информация остается действительной, пока на устройство подается питание.
- Четыре транзистора T1, T2, T3 и t4 соединены перекрестно, что обеспечивает стабильное логическое состояние.
- В логическом состоянии 1 точка C1 имеет высокий уровень, а точка C2 — низкий уровень. В этом состоянии T1 и T4 выключены, а T2 и T3 включены.
- В логическом состоянии 0 точка C1 имеет низкий уровень, а C2 высокий уровень. В этом состоянии T1 и T4 включены, а T2 и T3 выключены.
- Адресная линия управляет двумя транзисторами T5 и T6. Когда на эту линию подается сигнал, два транзистора включаются, позволяя выполнять операции чтения и записи.
- Для операции записи требуемое значение бита применяется к строке B, а его дополнение применяется к дополнению строки B. Это переводит четыре транзистора T1, T2, T3 и T4 в правильное состояние.
- Для операции чтения значение бита считывается из строки B.
Динамическое ОЗУ (DRAM)
- Динамическое ОЗУ хранит двоичную информацию в виде электрических зарядов, и для этой цели используется конденсатор.
- Поскольку заряд, хранящийся в конденсаторе, со временем разряжается, конденсатор необходимо периодически перезаряжать, что также называется обновлением памяти.
- Адресная строка активируется, когда значение бита из этой ячейки должно быть прочитано или записано.
- Транзистор действует как переключатель, который замкнут, т. е. позволяет протекать току, если на адресную линию подается напряжение; и открыт, т.е. ток не течет, если в адресной линии нет напряжения.
Для записи DRAM
- Адресная линия активируется, что приводит к открытию транзистора.
- Усилитель считывания определяет содержимое линии шины данных для этой ячейки.
- Если линия шины имеет низкий уровень, то усилитель заземлит битовую линию ячейки, и любой заряд в конденсаторе будет направлен наружу.
- Если на шине данных высокий уровень, то на битовую линию подается напряжение +5 В, и напряжение будет проходить через транзистор и заряжать конденсатор.
Для чтения DRAM
- Адресная линия активирована, что приводит к открытию транзистора.
- Если в конденсаторе есть заряд, то через транзистор будет протекать ток и повышать напряжение в битовой линии. Усилитель сохранит напряжение и поместит 1 на линию вывода данных.
- Если в конденсаторе нет накопленного заряда, то через транзистор не будет протекать ток и разрядная линия напряжения не будет повышаться. Усилитель определяет отсутствие заряда и устанавливает 0 на линии вывода данных.
SRAM против DRAM
- Оба изменчивы
  - Энергия, необходимая для сохранения данных
  - Использует флип-флоп для хранения информации.
  - Требуется больше места
  - Быстрее, цифровое устройство
  - Дорогой, большой размер
  - Не требует обновления схемы
  - Используется в кэш-памяти
  - Использует конденсатор для хранения информации.
  - Более плотная, т. е. на единицу площади можно разместить больше ячеек.
  - Медленнее, аналоговое устройство
  - Дешевле, компактнее
  - Требуется обновление цепи
  - Используется в основной памяти, больших объемах памяти.
  ПЗУ — память только для чтения
  - Память только для чтения (ПЗУ) содержит постоянную структуру данных, которую нельзя изменить.
  - ПЗУ является энергонезависимым, поэтому для поддержания битовых значений в памяти не требуется источник питания.
  - Прочитать ПЗУ можно, но записать в него новые данные невозможно.
  - Данные или программа постоянно представлены в основной памяти и никогда не загружаются со вторичного запоминающего устройства с преимуществом ПЗУ.
  - ПЗУ создается так же, как и любая другая микросхема интегральной схемы, при этом данные фактически встраиваются в микросхему в ходе производственного процесса.
  - Это создает две проблемы
    - Этап вставки данных требует относительно больших фиксированных затрат независимо от того, производится ли одна или тысячи копий конкретного ПЗУ.
    - Нет права на ошибку. Если один бит неверный, весь пакет ПЗУ должен быть выброшен.
    Типы ПЗУ
    - Программируемое ПЗУ (PROM)
      - Он является энергонезависимым и может быть записан только один раз. Процесс записи выполняется электрически и может быть выполнен поставщиком или покупателем позднее, чем изготовление исходной микросхемы.
      - Он читается и записывается электрически. Однако перед операцией записи все ячейки памяти должны быть стерты до одинакового исходного состояния путем воздействия на упакованный чип ультрафиолетовым излучением (УФ-лучами). Стирание выполняется путем облучения интенсивным ультрафиолетовым светом через окно, встроенное в микросхему памяти. СППЗУ имеет оптическое управление и дороже, чем ППЗУ, но имеет преимущество в виде возможности многократного обновления.
      - Это память в основном для чтения, в которую можно записывать в любое время без стирания предшествующего содержимого, обновляются только байты или адреса байтов. Операция записи занимает значительно больше времени, чем операция чтения, порядка нескольких сотен микросекунд на байт. EEPROM сочетает в себе преимущество энергонезависимости с гибкостью обновления на месте, используя обычное управление шиной, адреса и линии данных. EEPROM дороже, чем EPROM, а также менее плотный, поддерживает меньшее количество битов на микросхему.
      - Флэш-память также является полупроводниковой памятью, и из-за скорости, с которой ее можно перепрограммировать, ее называют флэш-памятью. Он интерпретируется между EPROM и EEPROM как по стоимости, так и по функциональности. Подобно EEPROM, флэш-память использует технологию электрического стирания. Всю флэш-память можно стереть за одну или несколько секунд, что намного быстрее, чем СППЗУ. Кроме того, можно стирать только блоки памяти, а не всю микросхему. Однако флэш-память не обеспечивает стирание на уровне байтов, часть ячеек памяти стирается при действии или «флеш-памяти».
      Внешняя память
      - Устройства, обеспечивающие хранение резервных копий, называются внешней памятью или вспомогательной памятью. Сюда входят типы с последовательным доступом, такие как магнитные ленты, и типы с произвольным доступом, такие как магнитные диски.
      Магнитная лента
      - Магнитная лента представляет собой полоску пластика, покрытую магнитным носителем записи. Данные могут быть записаны и прочитаны как последовательность символов через головку чтения/записи. Его можно остановить, начать движение вперед или назад или перемотать назад. Данные на лентах структурированы как количество параллельных дорожек, идущих по длине. В более ранней ленточной системе обычно использовалось девять дорожек. Это позволило хранить данные по одному байту за раз с дополнительным битом четности в качестве 9-й дорожки. Запись данных в этой форме называется параллельной записью.
      Магнитный диск
      - Магнитный диск представляет собой круглую пластину, изготовленную из металла или пластика, покрытого магнитным материалом, часто используются обе стороны диска и несколько дисков, установленных на одном шпинделе, на каждой поверхности которого имеется головка чтения/записи. Все диски вращаются вместе с высокой скоростью. Биты хранятся на намагниченной поверхности в точках вдоль концентрических окружностей, называемых дорожками. Дорожки обычно делятся на секции, называемые секторами. После того, как головка чтения/записи позиционируется на указанной дорожке, система должна ждать, пока вращающийся диск не достигнет указанного сектора под головкой чтения/записи. Передача информации происходит очень быстро после достижения начала сектора. Диски, которые постоянно подключены к устройство в сборе и не может использоваться случайным пользователем, называется жестким диском, а съемный диск называется гибким диском.
      Оптический диск
      - Огромный коммерческий успех компакт-дисков позволил разработать недорогую технологию хранения данных на оптических дисках, которая произвела революцию в хранении компьютерных данных. Диск изготавливается из смолы, такой как поликарбонат. Записанная в цифровом виде информация отпечатывается в виде серии микроскопических ямок на поверхности поликарбоната. Это делается с помощью точно сфокусированного арендатора высокой интенсивности. Поверхность с ямками затем покрывается отражающей поверхностью, обычно алюминиевой или золотой. Блестящая поверхность защищена от пыли и царапин верхним слоем акрила.
      - Информация извлекается с компакт-диска с помощью маломощного лазера. Интенсивность отраженного света лазера изменяется при попадании в яму. В частности, если лазерный луч падает на яму с несколько шероховатой поверхностью, свет рассеивается, а низкая интенсивность отражается обратно на поверхность. Участки между ямами называются землями. Земля — это гладкая поверхность, которая отражается с большей интенсивностью. Изменение между ямами и землей определяется фотодатчиком и преобразуется в цифровой сигнал. Датчик регулярно проверяет поверхность.
      DVD-технология
      - Многослойный
      - Очень высокая емкость (4,7 ГБ на слой)
      - Полнометражный фильм на одном диске
      - Использование сжатия MPEG
      - Наконец-то стандартизировано (честно!)
      - Фильмы имеют региональное кодирование.
      - Игроки воспроизводят фильмы только правильного региона.
      DVD-запись
      - Куча проблем со стандартами
      - Приводы DVD первого поколения могут не читать диски DVD-W первого поколения.
      - Приводы DVD первого поколения могут не читать диски CD-RW
      Документ Примечания к внутренней и внешней памяти | Изучение компьютерной архитектуры и организации (CAO) – компьютерная инженерия (CSE) является частью курса компьютерной инженерии (CSE) по компьютерной архитектуре и организации (CAO).
      
      Читайте также: