Данные и программа в памяти компьютера хранятся в виде
Обновлено: 26.07.2024
Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам.
Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, нужно ли пересматривать статью.
память компьютера, устройство, используемое для хранения данных или программ (последовательностей инструкций) на временной или постоянной основе для использования в электронном цифровом компьютере. Компьютеры представляют информацию в двоичном коде, записанном в виде последовательностей нулей и единиц. Каждая двоичная цифра (или «бит») может быть сохранена любой физической системой, которая может находиться в одном из двух стабильных состояний, представляющих 0 и 1. Такая система называется бистабильной. Это может быть выключатель, электрический конденсатор, который может накапливать или терять заряд, магнит с полярностью вверх или вниз или поверхность, на которой может быть ямка или нет. Сегодня конденсаторы и транзисторы, работающие как крошечные электрические переключатели, используются для временного хранения, а для долговременного хранения используются либо диски, либо ленты с магнитным покрытием, либо пластиковые диски с узором из ямок.
Память компьютера делится на основную (или первичную) память и вспомогательную (или вторичную) память. Основная память содержит инструкции и данные во время выполнения программы, а вспомогательная память содержит данные и программы, которые в данный момент не используются, и обеспечивает долгосрочное хранение.
Компьютеры размещают веб-сайты, состоящие из HTML, и отправляют текстовые сообщения так же просто, как. РЖУ НЕ МОГУ. Взломайте этот тест, и пусть какая-нибудь технология подсчитает ваш результат и раскроет вам его содержание.
Основная память
Самыми ранними запоминающими устройствами были электромеханические переключатели или реле (см. компьютеры: первый компьютер) и электронные лампы (см. компьютеры: первая хранимая программа). машины). В конце 1940-х годов первые компьютеры с хранимой программой использовали в качестве основной памяти ультразвуковые волны в ртутных трубках или заряды в специальных электронных лампах. Последние были первой оперативной памятью (ОЗУ). ОЗУ содержит ячейки памяти, к которым можно получить прямой доступ для операций чтения и записи, в отличие от памяти с последовательным доступом, такой как магнитная лента, в которой необходимо последовательно обращаться к каждой ячейке, пока не будет найдена требуемая ячейка.
Магнитная память барабана
Магнитные барабаны с фиксированными головками чтения/записи для каждой из множества дорожек на внешней поверхности вращающегося цилиндра, покрытого ферромагнитным материалом, использовались как для основной, так и для вспомогательной памяти в 1950-х годах, хотя доступ к данным у них был последовательным. .
Память на магнитном сердечнике
Примерно в 1952 году была разработана первая относительно дешевая оперативная память: память на магнитных сердечниках, расположение крошечных ферритовых сердечников на проволочной сетке, через которую можно было направлять ток для изменения выравнивания отдельных сердечников. Из-за присущих ОЗУ преимуществ основная память была основной формой основной памяти, пока в конце 1960-х годов ее не вытеснила полупроводниковая память.
Полупроводниковая память
Существует два основных типа полупроводниковой памяти. Статическая RAM (SRAM) состоит из триггеров, бистабильной схемы, состоящей из четырех-шести транзисторов. Как только триггер сохраняет бит, он сохраняет это значение до тех пор, пока в нем не будет сохранено противоположное значение. SRAM обеспечивает быстрый доступ к данным, но физически она относительно велика. Он используется в основном для небольших объемов памяти, называемых регистрами, в центральном процессоре компьютера (ЦП) и для быстрой «кэш-памяти». Динамическое ОЗУ (DRAM) хранит каждый бит в электрическом конденсаторе, а не в триггере, используя транзистор в качестве переключателя для зарядки или разрядки конденсатора. Поскольку в нем меньше электрических компонентов, ячейка памяти DRAM меньше, чем SRAM. Однако доступ к его значению происходит медленнее, и, поскольку конденсаторы постепенно теряют заряд, хранящиеся значения необходимо перезаряжать примерно 50 раз в секунду. Тем не менее, DRAM обычно используется для основной памяти, потому что чип того же размера может вместить в несколько раз больше DRAM, чем SRAM.
Ячейки памяти в оперативной памяти имеют адреса. Обычно оперативную память организуют в «слова» от 8 до 64 бит или от 1 до 8 байт (8 бит = 1 байт). Размер слова обычно представляет собой количество битов, которые могут быть переданы за один раз между основной памятью и ЦП. Каждое слово и обычно каждый байт имеют адрес. Микросхема памяти должна иметь дополнительные схемы декодирования, которые выбирают набор ячеек хранения, находящихся по определенному адресу, и либо сохраняют значение по этому адресу, либо извлекают то, что там хранится.Основная память современного компьютера состоит из нескольких микросхем памяти, каждая из которых может содержать много мегабайт (миллионов байтов), а схема адресации выбирает соответствующую микросхему для каждого адреса. Кроме того, DRAM требует, чтобы схемы обнаруживали сохраненные значения и периодически обновляли их.
Для доступа к данным основной памяти требуется больше времени, чем процессору для работы с ними. Например, доступ к памяти DRAM обычно занимает от 20 до 80 наносекунд (миллиардных долей секунды), но арифметические операции ЦП могут занимать всего наносекунду или меньше. Есть несколько способов справиться с этим несоответствием. Процессоры имеют небольшое количество регистров, очень быструю SRAM, в которой хранятся текущие инструкции и данные, с которыми они работают. Кэш-память — это больший объем (до нескольких мегабайт) быстрой SRAM на кристалле ЦП. Данные и инструкции из основной памяти передаются в кэш-память, а поскольку программы часто демонстрируют «локальность ссылок», то есть они некоторое время выполняют одну и ту же последовательность инструкций в повторяющемся цикле и оперируют наборами связанных данных, ссылки на память могут помещаться в быстрый кэш после того, как в него будут скопированы значения из основной памяти.
Большая часть времени доступа к DRAM уходит на декодирование адреса для выбора соответствующих ячеек памяти. Свойство локальности ссылки означает, что последовательность адресов памяти будет часто использоваться, а быстрая DRAM предназначена для ускорения доступа к последующим адресам после первого. Синхронная DRAM (SDRAM) и EDO (расширенный вывод данных) — два таких типа быстрой памяти.
Энергонезависимая полупроводниковая память, в отличие от SRAM и DRAM, не теряет своего содержимого при отключении питания. Некоторые энергонезависимые запоминающие устройства, такие как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), нельзя перезаписывать после изготовления или записи. Каждая ячейка памяти микросхемы ПЗУ имеет либо транзистор для 1 бита, либо ни одного для 0 бита. ПЗУ используются для программ, которые являются неотъемлемой частью работы компьютера, таких как программа начальной загрузки, которая запускает компьютер и загружает его операционную систему, или BIOS (базовая система ввода-вывода), которая обращается к внешним устройствам в персональном компьютере (ПК).
EPROM (стираемое программируемое ПЗУ), EAROM (электрически изменяемое ПЗУ) и флэш-память — это типы энергонезависимой памяти, которые можно перезаписывать, хотя перезапись занимает гораздо больше времени, чем чтение. Таким образом, они используются в качестве памяти специального назначения, когда запись требуется редко — если они используются, например, для BIOS, их можно изменить для исправления ошибок или обновления функций.
Хотя технически память — это любая форма электронного хранилища, чаще всего она используется для идентификации быстрых временных форм хранения. Если бы центральный процессор вашего компьютера должен был постоянно обращаться к жесткому диску для извлечения всех необходимых ему данных, он работал бы очень медленно. Когда информация хранится в памяти, ЦП может получить к ней гораздо более быстрый доступ. Большинство форм памяти предназначены для временного хранения данных.
ЦП обращается к памяти в соответствии с четкой иерархией. Независимо от того, поступают ли они из постоянного хранилища (жесткий диск) или из ввода (клавиатура), большинство данных сначала попадают в оперативную память (ОЗУ). Затем ЦП сохраняет фрагменты данных, к которым ему необходимо получить доступ, часто в кэше, и поддерживает определенные специальные инструкции в регистре. Мы поговорим о кеше и регистрах позже.
Все компоненты вашего компьютера, такие как ЦП, жесткий диск и операционная система, работают вместе как одна команда, и память является одной из наиболее важных частей этой команды. С момента включения компьютера до момента его выключения ваш ЦП постоянно использует память. Давайте рассмотрим типичный сценарий:
- Вы включаете компьютер.
- Компьютер загружает данные из постоянной памяти (ПЗУ) и выполняет самотестирование при включении питания (POST), чтобы убедиться, что все основные компоненты работают правильно. В рамках этого теста контроллер памяти проверяет все адреса памяти с помощью операции быстрого чтения/записи, чтобы убедиться в отсутствии ошибок в микросхемах памяти. Чтение/запись означает, что данные записываются в бит, а затем считываются из этого бита.
- Компьютер загружает базовую систему ввода-вывода (BIOS) из ПЗУ. BIOS предоставляет самую основную информацию об устройствах хранения, последовательности загрузки, безопасности, функции Plug and Play (автоматическое распознавание устройств) и некоторых других элементах.
- Компьютер загружает операционную систему (ОС) с жесткого диска в оперативную память системы. Как правило, критически важные части операционной системы хранятся в оперативной памяти, пока компьютер включен. Это позволяет ЦП иметь немедленный доступ к операционной системе, что повышает производительность и функциональность всей системы.
- Когда вы открываете приложение, оно загружается в ОЗУ. Для экономии использования оперативной памяти многие приложения сначала загружают только основные части программы, а затем загружают другие части по мере необходимости.
- После загрузки приложения все файлы, открытые для использования в этом приложении, загружаются в ОЗУ.
- Когда вы сохраняете файл и закрываете приложение, файл записывается на указанное устройство хранения, а затем он и приложение удаляются из ОЗУ.
В приведенном выше списке каждый раз, когда что-то загружается или открывается, оно помещается в оперативную память. Это просто означает, что он был помещен во временное хранилище компьютера, чтобы ЦП мог легче получить доступ к этой информации. ЦП запрашивает необходимые данные из ОЗУ, обрабатывает их и записывает новые данные обратно в ОЗУ в непрерывном цикле. В большинстве компьютеров перетасовка данных между ЦП и ОЗУ происходит миллионы раз в секунду. Когда приложение закрывается, оно и все сопутствующие файлы обычно очищаются (удаляются) из оперативной памяти, чтобы освободить место для новых данных. Если измененные файлы не сохраняются на постоянное запоминающее устройство перед очисткой, они теряются.
Один распространенный вопрос о настольных компьютерах, который возникает все время, звучит так: "Зачем компьютеру нужно так много систем памяти?"
< /p>
Некоторые типы компьютерной памяти спроектированы так, чтобы быть очень быстрыми, а это означает, что центральный процессор (ЦП) может очень быстро получить доступ к хранящимся там данным. Другие типы предназначены для очень низкой стоимости, поэтому большие объемы данных могут храниться там экономично.
Еще одна особенность компьютерной памяти заключается в том, что некоторые типы памяти являются энергонезависимыми, что означает, что они могут хранить данные в течение длительного времени даже при отсутствии питания. А некоторые типы являются изменчивыми, которые часто работают быстрее, но теряют все хранящиеся в них данные при отключении питания.
Компьютерная система строится с использованием комбинации этих типов компьютерной памяти, и точная конфигурация может быть оптимизирована для получения максимальной скорости обработки данных или минимальной стоимости, или некоторого компромисса между ними.
Оглавление
Какие существуют типы компьютерной памяти?
Несмотря на то, что в компьютере существует много типов памяти, основное различие между основной памятью, часто называемой системной памятью, и вторичной памятью, которую чаще называют хранилищем.
Ключевое различие между первичной и вторичной памятью заключается в скорости доступа.
- Основная память включает в себя ПЗУ и ОЗУ и расположена рядом с ЦП на материнской плате компьютера, что позволяет ЦП действительно очень быстро считывать данные из основной памяти. Он используется для хранения данных, которые необходимы ЦП в ближайшее время, чтобы ему не приходилось ждать их доставки.
- Вторичная память, напротив, обычно физически расположена в отдельном устройстве хранения, таком как жесткий диск или твердотельный накопитель (SSD), который подключен к компьютерной системе либо напрямую, либо по сети. Стоимость гигабайта вторичной памяти намного ниже, но скорость чтения и записи значительно ниже.
За несколько периодов развития компьютеров было развернуто множество типов компьютерной памяти, каждый из которых имел свои сильные и слабые стороны.
Основные типы памяти: RAM и ROM
Существует два основных типа основной памяти:
Давайте подробно рассмотрим оба типа памяти.
1) ОЗУ Память компьютера
Акроним RAM связан с тем, что к данным, хранящимся в оперативной памяти, можно обращаться, как следует из названия, в любом произвольном порядке. Или, другими словами, к любому случайному биту данных можно получить доступ так же быстро, как и к любому другому биту.
Самое важное, что нужно знать об ОЗУ, это то, что ОЗУ работает очень быстро, в нее можно записывать и читать, она энергозависима (поэтому все данные, хранящиеся в ОЗУ, теряются при отключении питания) и, наконец, , это очень дорого по сравнению со всеми типами вторичной памяти по стоимости за гигабайт. Именно из-за относительно высокой стоимости оперативной памяти по сравнению с дополнительными типами памяти большинство компьютерных систем используют как основную, так и дополнительную память.
Данные, необходимые для предстоящей обработки, перемещаются в ОЗУ, где к ним можно получить доступ и изменить их очень быстро, чтобы ЦП не оставался в ожидании. Когда данные больше не требуются, они перемещаются в более медленную, но более дешевую вторичную память, а освободившееся место в ОЗУ заполняется следующим блоком данных, который будет использоваться.
Типы оперативной памяти
- DRAM: DRAM расшифровывается как Dynamic RAM и является наиболее распространенным типом RAM, используемым в компьютерах. Самый старый тип известен как DRAM с одинарной скоростью передачи данных (SDR), но в новых компьютерах используется более быстрая DRAM с двойной скоростью передачи данных (DDR).DDR поставляется в нескольких версиях, включая DDR2, DDR3 и DDR4, которые обеспечивают лучшую производительность и более энергоэффективны, чем DDR. Однако разные версии несовместимы, поэтому невозможно смешивать DDR2 с DDR3 DRAM в компьютерной системе. DRAM состоит из транзистора и конденсатора в каждой ячейке.
- SRAM: SRAM означает статическое ОЗУ. Это особый тип ОЗУ, который работает быстрее, чем DRAM, но дороже и объемнее, поскольку в каждой ячейке имеется шесть транзисторов. По этим причинам SRAM обычно используется только в качестве кэша данных внутри самого ЦП или в качестве ОЗУ в серверных системах очень высокого класса. Небольшой кэш SRAM для наиболее необходимых данных может привести к значительному повышению скорости работы системы.
Ключевое различие между DRAM и SRAM заключается в том, что SRAM быстрее, чем DRAM, возможно, в два-три раза быстрее, но дороже и громоздче. SRAM обычно доступен в мегабайтах, а DRAM приобретается в гигабайтах.
DRAM потребляет больше энергии, чем SRAM, поскольку ее необходимо постоянно обновлять для поддержания целостности данных, тогда как SRAM, хотя и энергозависимая, не требует постоянного обновления при включении.
2) ROM Память компьютера
ROM означает постоянную память, и это название связано с тем фактом, что, хотя данные могут быть прочитаны из компьютерной памяти этого типа, данные обычно не могут быть записаны в нее. Это очень быстрый тип компьютерной памяти, который обычно устанавливается рядом с процессором на материнской плате.
ПЗУ — это тип энергонезависимой памяти, что означает, что данные, хранящиеся в ПЗУ, сохраняются в памяти, даже когда на нее не подается питание, например, когда компьютер выключен. В этом смысле она похожа на вторичную память, которая используется для долговременного хранения.
Когда компьютер включен, ЦП может начать считывать информацию, хранящуюся в ПЗУ, без необходимости в драйверах или другом сложном программном обеспечении, помогающем ему взаимодействовать. ПЗУ обычно содержит «загрузочный код», который представляет собой базовый набор инструкций, которые компьютер должен выполнить, чтобы узнать об операционной системе, хранящейся во вторичной памяти, и загрузить части операционной системы в первичную память, чтобы он мог запуститься. и будьте готовы к использованию.
ПЗУ также используется в более простых электронных устройствах для хранения прошивки, которая запускается, как только устройство включается.
Типы ПЗУ
ПЗУ доступно в нескольких различных типах, включая PROM, EPROM и EEPROM.
- PROM PROM расшифровывается как Programmable Read-Only Memory и отличается от настоящего ROM тем, что в то время как ROM программируется (т.е. в него записываются данные) в процессе производства, PROM изготавливается в пустом состоянии, а затем запрограммированы позже с помощью программатора PROM или записи.
- EPROM EPROM расшифровывается как Erasable Programmable Read-Only Memory, и, как следует из названия, данные, хранящиеся в EPROM, можно стереть, а EPROM перепрограммировать. Для стирания EPROM необходимо извлечь его из компьютера и подвергнуть воздействию ультрафиолетового света перед повторной записью.
- EEPROM EEPROM расшифровывается как электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство, и различие между EPROM и EEPROM заключается в том, что последнее может быть стерто и записано компьютерной системой, в которой оно установлено. В этом смысле EEPROM строго не читается. Только. Однако во многих случаях процесс записи идет медленно, поэтому обычно это делается только для периодического обновления программного кода, такого как микропрограмма или код BIOS.
Как ни странно, флэш-память NAND (например, в USB-накопителях и твердотельных накопителях) является типом EEPROM, но флэш-память NAND считается вторичной памятью.
Вторичные типы памяти
Вторичная память включает множество различных носителей данных, которые можно напрямую подключить к компьютерной системе. К ним относятся:
Вторичная память также включает:
-
включая флэш-массивы 3D NAND, подключенные к сети хранения данных (SAN)
- Устройства хранения, которые могут быть подключены через обычную сеть (известную как сетевое хранилище или NAS).
Возможно, облачное хранилище также можно назвать вторичной памятью.
Различия между ОЗУ и ПЗУ
ПЗУ:
- Энергонезависимая
- Быстро читать
- Обычно используется в небольших количествах.
- Невозможно быстро записать
- Используется для хранения инструкций по загрузке или прошивки.
- Относительно высокая стоимость хранения одного мегабайта по сравнению с оперативной памятью.
ОЗУ:
- Нестабильный
- Быстро читать и писать
- Используется в качестве системной памяти для хранения данных (включая программный код), которые ЦП должен немедленно обработать
- Относительно дешевое значение в пересчете на мегабайт по сравнению с ПЗУ, но относительно дорогое по сравнению со вторичной памятью.
Какая технология находится между первичной и вторичной памятью?
За последний год или около того был разработан новый носитель памяти под названием 3D XPoint, характеристики которого находятся между первичной и вторичной памятью.
3D XPoint дороже, но быстрее, чем дополнительная память, и дешевле, но медленнее, чем оперативная память. Это также тип энергонезависимой памяти.
Эти характеристики означают, что ее можно использовать в качестве альтернативы ОЗУ в системах, которым требуется огромный объем системной памяти, создание которой с использованием ОЗУ было бы слишком дорого (например, в системах с базами данных в оперативной памяти). Компромисс заключается в том, что такие системы не получают полного прироста производительности за счет использования оперативной памяти.
Поскольку 3D XPoint является энергонезависимым, системы, использующие 3D XPoint в качестве системной памяти, могут быть запущены и снова запущены после сбоя питания или другого прерывания очень быстро, без необходимости считывания всех данных обратно в системную память из вторичная память.
Хранение данных — это магнитные, оптические или механические носители, которые записывают и сохраняют цифровую информацию для текущих или будущих операций.
Как войти в настройки After Effects