Устройства памяти

Память как человеческий мозг. Он используется для хранения данных и инструкций. Компьютерная память — это пространство хранения на компьютере, где должны обрабатываться данные и храниться инструкции, необходимые для обработки.

Память делится на большое количество мелких частей. Каждая часть называется ячейкой. Каждое местоположение или ячейка имеет уникальный адрес, который варьируется от нуля до объема памяти минус один.

Например, если на компьютере имеется 64 тыс. Слов, этот блок памяти имеет 64 * 1024 = 65536 ячеек памяти. Адрес этих мест варьируется от 0 до 65535.

Память в основном двух типов

Внутренняя память — кэш-память и основная / основная память
Внешняя память — магнитный диск / оптический диск и т. Д.

Внутренняя память — кэш-память и основная / основная память

Внешняя память — магнитный диск / оптический диск и т. Д.

Характеристики иерархии памяти следующие, когда мы идем сверху вниз.

Емкость с точки зрения хранения увеличивается.
Стоимость за бит хранения уменьшается.
Частота доступа памяти к процессору уменьшается.
Время доступа ЦП увеличивается.

баран

ОЗУ представляет собой внутреннюю память ЦП для хранения данных, программы и результата программы. Это память чтения / записи. Это называется оперативной памятью (RAM).

Поскольку время доступа в ОЗУ не зависит от адреса к слову, то есть каждое место хранения в памяти так же легко доступно, как и другое место, и занимает столько же времени. Мы можем получить доступ к памяти произвольно и очень быстро, но это может быть довольно дорого.

Оперативная память нестабильна, т.е. данные, хранящиеся в ней, теряются при выключении компьютера или при сбое питания. Следовательно, резервная система бесперебойного питания (ИБП) часто используется с компьютерами. Объем оперативной памяти невелик, как с точки зрения ее физического размера, так и объема данных, которые она может хранить.

Оперативная память бывает двух типов

Статическая RAM (SRAM)
Динамическое ОЗУ (DRAM)

Статическая RAM (SRAM)

Слово статическое указывает на то, что память сохраняет свое содержимое, пока питание остается включенным. Однако данные теряются при отключении питания из-за нестабильности. Микросхемы SRAM используют матрицу из 6 транзисторов и без конденсаторов. Транзисторам не требуется питание для предотвращения утечек, поэтому нет необходимости регулярно обновлять SRAM.

Из-за дополнительного места в матрице SRAM использует больше чипов, чем DRAM для того же объема памяти, что увеличивает производственные затраты.

Статическая ОЗУ используется, поскольку кэш-память должна быть очень быстрой и небольшой.

Динамическое ОЗУ (DRAM)

DRAM, в отличие от SRAM, должен постоянно обновляться , чтобы поддерживать данные. Это делается путем помещения памяти в схему обновления, которая перезаписывает данные несколько сотен раз в секунду. DRAM используется для большей части системной памяти, потому что это дешево и мало. Все DRAM состоят из ячеек памяти. Эти ячейки состоят из одного конденсатора и одного транзистора.

ПЗУ

ROM расшифровывается как постоянная память. Память, из которой мы можем только читать, но не можем писать на ней. Этот тип памяти энергонезависимый. Информация постоянно хранится в такой памяти в процессе производства.

В ПЗУ хранятся такие инструкции, которые требуются для запуска компьютера при первом включении электричества, эта операция называется начальной загрузкой. Чип ПЗУ используется не только в компьютере, но и в других электронных устройствах, таких как стиральная машина и микроволновая печь.

Ниже приведены различные типы ПЗУ —

MROM (ПЗУ в маске)

Самые первые ПЗУ представляли собой аппаратные устройства, которые содержали предварительно запрограммированный набор данных или инструкций. ПЗУ такого типа известны как ПЗУ в маске. Это недорогой ROM.

PROM (программируемая постоянная память)

PROM — это доступная только для чтения память, которую пользователь может изменить только один раз. Пользователь покупает пустой PROM и вводит желаемое содержимое с помощью программатора PROM. Внутри чипа PROM есть небольшие предохранители, которые сгорают при программировании. Он может быть запрограммирован только один раз и не стирается.

EPROM (стираемое и программируемое постоянное запоминающее устройство)

EPROM можно стереть, подвергая его воздействию ультрафиолетового света в течение 40 минут. Обычно ластик EPROM выполняет эту функцию. Во время программирования электрический заряд захватывается в изолированной области затвора. Заряд сохраняется более десяти лет, поскольку у него нет пути утечки. Для стирания этого заряда ультрафиолетовый свет пропускается через кварцевое кристаллическое окно (крышку). Это воздействие ультрафиолетового света рассеивает заряд. При нормальном использовании кварцевая крышка закрыта наклейкой.

EEPROM (электрически стираемое и программируемое постоянное запоминающее устройство)

EEPROM программируется и стирается электрически. Его можно стереть и перепрограммировать около десяти тысяч раз. Как стирание, так и программирование занимают от 4 до 10 мс (миллисекунда). В EEPROM любое место может быть выборочно стерто и запрограммировано. ЭСППЗУ можно стирать по одному байту за раз, а не стирать весь чип. Следовательно, процесс перепрограммирования является гибким, но медленным.

Память последовательного доступа

Последовательный доступ означает, что система должна осуществлять поиск устройства хранения с начала адреса памяти до тех пор, пока не найдет необходимый фрагмент данных. Запоминающее устройство, которое поддерживает такой доступ, называется памятью с последовательным доступом или памятью с последовательным доступом. Магнитная лента является примером памяти с последовательным доступом.

Память прямого доступа

Память с прямым доступом или оперативная память, относится к условиям, при которых система может перейти непосредственно к информации, которую хочет пользователь. Запоминающее устройство, которое поддерживает такой доступ, называется памятью прямого доступа. Магнитные диски, оптические диски являются примерами памяти прямого доступа.

Кэш-память

Кэш-память — это высокоскоростная полупроводниковая память, которая может ускорить работу процессора. Он действует как буфер между процессором и основной памятью. Он используется для хранения тех частей данных и программ, которые чаще всего используются процессором. Части данных и программ передаются с диска в кэш-память операционной системой, откуда ЦПУ может получить к ним доступ.

преимущества

Кэш-память быстрее основной памяти.
Он потребляет меньше времени доступа по сравнению с основной памятью.
Он хранит программу, которая может быть выполнена в течение короткого периода времени.
Хранит данные для временного использования.

Недостатки

Кэш-память имеет ограниченную емкость.
Это очень дорого.

Виртуальная память — это метод, который позволяет выполнять процессы, которые не полностью доступны в памяти. Основным видимым преимуществом этой схемы является то, что программы могут быть больше, чем физическая память. Виртуальная память — это отделение логической памяти пользователя от физической памяти.

Такое разделение позволяет предоставлять чрезвычайно большую виртуальную память программистам, когда доступна только меньшая физическая память. Ниже приведены ситуации, когда не требуется полная загрузка всей программы в основную память.

Написанные пользователем процедуры обработки ошибок используются только тогда, когда в данных или вычислениях произошла ошибка.
Некоторые параметры и функции программы могут использоваться редко.
Многим таблицам назначается фиксированный объем адресного пространства, хотя фактически используется только небольшой объем таблицы.
Возможность выполнения программы, которая только частично находится в памяти, может противостоять многим преимуществам.
Для загрузки или замены каждой пользовательской программы в память потребуется меньшее количество операций ввода-вывода.
Программа больше не будет ограничена объемом доступной физической памяти.
Каждая пользовательская программа может занимать меньше физической памяти, одновременно может выполняться больше программ с соответствующим увеличением загрузки ЦП и пропускной способности.

Написанные пользователем процедуры обработки ошибок используются только тогда, когда в данных или вычислениях произошла ошибка.

Некоторые параметры и функции программы могут использоваться редко.

Многим таблицам назначается фиксированный объем адресного пространства, хотя фактически используется только небольшой объем таблицы.

Возможность выполнения программы, которая только частично находится в памяти, может противостоять многим преимуществам.

Для загрузки или замены каждой пользовательской программы в память потребуется меньшее количество операций ввода-вывода.

Программа больше не будет ограничена объемом доступной физической памяти.

Каждая пользовательская программа может занимать меньше физической памяти, одновременно может выполняться больше программ с соответствующим увеличением загрузки ЦП и пропускной способности.

Вспомогательная память

Вспомогательная память намного больше по размеру, чем основная память, но медленнее. Обычно хранит системные программы, инструкции и файлы данных. Это также известно как вторичная память. Его также можно использовать в качестве переполнения / виртуальной памяти в случае превышения объема основной памяти. Вторичная память не может быть доступна напрямую процессору. Сначала данные / информация вспомогательной памяти передаются в основную память, а затем ЦПУ может получить доступ к этой информации. Характеристики вспомогательной памяти следующие —

Энергонезависимая память — данные не теряются при отключении питания.

Многоразовые — данные остаются во вторичном хранилище на постоянной основе, пока пользователь не перезаписает их или не удалит их.

Надежный — данные во вторичном хранилище безопасны из-за высокой физической стабильности устройства вторичного хранения.

Удобство — с помощью программного обеспечения авторизованные люди могут быстро находить и получать доступ к данным.

Емкость — вторичное хранилище может хранить большие объемы данных в наборах нескольких дисков.

Стоимость — хранить данные на ленте или диске намного дешевле, чем в основной памяти.