Энергозависимая память пк где вся информация хранится только тогда когда компьютер включен
Оперативная память, ОЗУ (main memory, main storage, Random Access Memory, RAM) — непосредственно связанная с основными процессами, выполняемыми компьютером, область памяти, из которой микропроцессор и сопроцессор берут программы и исходные данные для обработки и в которую они записывают ее результаты перед пересылкой их во внешние запоминающие устройства. Оперативную память называют также «главной» или «основной» памятью ПК; стоит отметить, что очень часто под термином «память» понимают именно оперативную память. Название «оперативная» эта память получила благодаря очень высокому быстродействию, соизмеримому со скоростью работы микропроцессора. ОЗУ работают быстрее накопителей на жестких или оптических дисках, но медленнее кэш-памяти процессора и поэтому используются как буфер между этими устройствами с целью увеличения общей производительности системы. Быстродействие оперативной памяти зависит от ее пропускной способности, т.е. количества битов, пересылаемых по системной шине между микропроцессором и банком памяти за 1 с (обычно измеряется в Мбит/с). Оперативная память является памятью с произвольным доступом (RAM): с помощью определенных методов адресации процессор может напрямую обратиться к требуемым данным независимо от их организации и месторасположения в устройствах памяти.
В IBM PC выделяют следующие области оперативной памяти:
Оперативное запоминающее устройство
Устройство, реализующее функции оперативной памяти, — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (main storage unit). Характерной особенностью ОЗУ является то, что содержащиеся в них данные сохраняются только тогда, когда компьютер включен, при снятии электропитания содержимое оперативной памяти (как правило) стирается, т.е. ОЗУ являются энергозависимыми видами памяти. Причем, в устройствах динамической памяти (Dynamic RAM, DRAM) в силу особенностей технической реализации (электрические заряды сохраняются в ячейках памяти очень малые доли секунды) требуется постоянное обновление (регенерация) данных, в процессе которого устройство недоступно для чтения/записи. Устройства статической памяти (Static RAM, SRAM) не требуют постоянной регенерации и поэтому работают быстрее устройств DRAM, но стоят значительно дороже. Как динамическая, так и статическая память может работать либо в асинхронном, либо в синхронном режиме с процессором. Все виды асинхронной памяти, которые широко использовались до конца 1990-х, ныне устарели; в современных моделях ПК в качестве оперативной памяти обычно устанавливается синхронная динамическая память (SDRAM), которая использует тот же генератор тактовых импульсов, что и процессор. ОЗУ, как правило, состоят из нескольких интегральных микросхем (чипов), расположенных на специальных платах (модулях) определенного форм-фактора (например: SIMM, DIMM, RIMM). Модули памяти подключаются к компьютеру через специальные разъемы (слоты) на материнской плате. Чипсеты материнских плат накладывают ограничения на тип и максимальный объем оперативной памяти, которые они способны поддерживать.
Главным в компьютере является системный блок, включающий в себя процессор, память, накопители на гибких и жестких магнитных дисках, блок питания и др.
Процессор предназначен для вычислений, обработки информации и управления работой компьютера.
Память компьютера служит для хранения данных. Есть два вида памяти: оперативная и постоянная. Устройства, их реализующие, называются ОЗУ - оперативное запоминающее устройство и ПЗУ - постоянное запоминающее устройство.
В ПЗУ хранятся инструкции и правила, которые определяют порядок работы при включении компьютера. Эти инструкции не удаляются даже при выключении компьютера.
Вся информация, необходимая для работы компьютера, помещается в ОЗУ (оперативную память). Процессор может мгновенно обращаться к содержимому оперативной памяти. Электрические импульсы, в форме которых информация хранится в оперативной памяти, существуют только тогда, когда компьютер включен. После отключения источника питания вся информация, содержащаяся в оперативной памяти, теряется.
Для длительного хранения информации используется долговременная память: магнитные диски, компакт-диски, флеш-накопители. Различают гибкие и жесткие магнитные диски. Гибкий магнитный диск - дискета - имеет небольшую емкость и в наше время используется очень редко, чаще всего для того, чтобы перенести информацию с одного компьютера на другой. Жесткий диск встроен внутрь системного блока. Он имеет большую емкость, на нем храниться почти вся основная информация, к которой требуется постоянный доступ. Для хранения не часто используемой информации используют компакт-диски (их называют лазерными или оптическими). Это емкие и надежные носители данных. В последнее время очень часто используют такие носители информации как флеш-накопители (микросхемы памяти). Их емкость в несколько раз больше, чем у компакт-дисков.
Рассмотрим все устройства компьютера:
Устройства компьютера можно разделить условно на две части: основные и дополнительные.
К основным можно отнести: системный блок, монитор, клавиатура, мышь.
К дополнительным: джойстик, акустические колонки, веб-камера, микрофон, гарнитура, принтер, сканер, графический планшет и т.д.
(Во время просмотра презентации можно кратко рассказать о каждом устройстве, его функция и целях.)
Все устройства, которые мы рассмотрели называют аппаратным обеспечением компьютера. В аппаратном обеспечении различают устройства ввода, обработки, хранения и вывода информации.
Устройства ввода информации - это клавиатура, мышь, сканер, микрофон и др.
Устройство обработки информации - процессор.
Устройства хранения информации - это оперативная память, жесткие диски, компакт-диски, флеш-накопители.
Именно наша память делает из нас тех, кем мы являемся: мы помним наше прошлое, обучаемся, закрепляем навыки и ставим цели на будущее. В компьютерах память играет ту же самую роль. Неважно какую задачу он выполняет: проигрывание фильма, чтение документа, сложные математические вычисления - все это хранится в памяти в бинарном виде.
Бинарные данные, или по другому биты, представляют собой ячейки памяти, в которых информация может храниться только в двух состояниях: 0 и 1. Файлы и программы, содержащие в себе миллионы бит информации, обрабатываются в центральном процессоре, или ЦПУ, который выполняет роль мозга у компьютера. И поскольку количество знаков для обработки растет в геометрической прогрессии, компьютерные разработчики находятся в постоянной борьбе между размером, ценой и скоростью.
Краткосрочная память
У компьютеров, как и у нас, есть краткосрочная память, предназначенная для выполнения текущих задач, и долгосрочная - для длительного хранения информации. При запуске программы операционная система резервирует место в краткосрочной памяти для выполнения этих задач. Например, при нажатии клавиши в текстовом редакторе мы мгновенно увидим на экране соответствующий символ. Время, которое уходит на выполнение этой процедуры, называется временем отклика памяти. Главная задача кратковременной памяти - быстрая и непрерывная обработка команд, поэтому все свободное место доступно в любом порядке. Отсюда название - память с произвольным доступом, или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
Наиболее распространенный тип ОЗУ - это ОЗУ динамического типа . Каждая ячейка такого устройства включает в себя маленький транзистор и конденсатор, которые хранят последнее состояние электрического заряда: 1 - заряд есть, 0 - заряд отсутствует. Данный вид памяти называется динамическим потому, что он не долгое время может сохранять заряд и его нужно время от времени заряжать, чтобы обезопаситься себя от потери данных.
Кэш хранилища
Время отклика со скоростью 100 наносекунды для современных компьютеров считается очень длительным. Для сверхбыстрых операций используется скоростное внутреннее кэш-хранилище, производимое из ОЗУ статического типа. Оно обычно состоит из 6 соединенных транзисторов, которым не нужна подзарядка. Статическая память является самой быстрой и, соответственно, самой дорогой. По своим размерам она также уступает динамической: занимает почти в 3 раза больше места. ОЗУ и кэш могут хранить данные, только пока они подключены к источнику питания. Для того, чтобы пользоваться данными после выключения устройства, их нужно перенести в долгосрочную память.
Долгосрочная память
Существует 3 вида долгосрочной памяти.
Магнитный носитель - самый дешевый вид - данные записываются на магнитную пленку вращающегося диска. Есть нюанс: так как диск должен вращаться, то нужно потратить намного больше времени, чтобы извлечь нужные данные. Время отклика таких устройств в 100.000 раз больше, чем у динамической ОЗУ.
Оптические носители , представленные DVD или Blu-ray, также используют вращающиеся диски, но уже с отражающим покрытием. Информация кодируется с помощью специальных светлых и темных красителей, пятна которых позже считываются с помощью лазера. Оптические носители довольно дешевые и их можно извлекать из компьютера. Однако их время отклика еще более длительное, а емкость меньше, чем у магнитных ОЗУ.
Самыми новыми, надежными, быстрыми носителями являются твердотельные накопители , представленные флешками. В их устройстве отсутствуют движущиеся части. Вместо этого они используют транзисторы с динамическим затвором, который сохраняет биты данных в результате захвата или удаления электрических зарядов.
Надежна ли компьютерная память?
Многие из нас считают, что компьютерная память очень надежна. Однако это не так. Она в действительности очень быстро портится. Жесткие диски со временем размагничиваются из-за выделяемой компьютером теплоты, качество красителей в оптических носителях ухудшается, а в твердотельных накопителях происходит утечка электронов. Дополнительная причина - это перезапись данных, которая также уменьшает срок жизни носителей.
В среднем современные носители могут работать около 10 лет. Ученые пытаются найти идеальные материалы, физические свойства которых позволили бы сделать накопители быстрее, меньше и долговечнее. К сожалению, компьютеры, как и люди, пока что не могут жить вечно.
Энергозависимой памятью является компьютерная память, требующая для хранения информации наличия электроэнергии (в отличие от энергонезависимой). Пока источник питания подключен к этому виду памяти, данные сохраняются. Как только тот отключается, информация быстро теряется.
Существует несколько областей применения энергозависимых запоминающих устройств. Они даже могут использоваться в качестве основного хранилища данных. Ключевым их преимуществом перед жесткими дисками является быстрая скорость обмена информацией. Кроме того, свойство энергозависимости помогает защитить сведения ограниченного доступа, поскольку они становятся недоступными при отключении источника питания. Большинство видов оперативной памяти (Random-Access Memory, RAM) — энергозависимые.
Существуют следующие основные виды энергозависимой памяти:
Статическая память
Главное преимущество статической оперативной памяти (Static RAM, SRAM) заключается в том, что она намного быстрее динамической. Ее недостаток — высокая цена. Статической памяти не требуется постоянная регенерация. Но в то же время она нуждается в непрерывном токе для поддержания разности напряжений. Для хранения одного бита информации чип статической памяти использует ячейку из 6 транзисторов.
Четыре транзистора M1-M4 формируют 2 инвертора с перекрестными обратными связями и непосредственно применяются для хранения одного бита данных. Ячейка памяти имеет 2 устойчивых состояния, которые нужны для хранения 0 или 1. Дополнительные два транзистора управляют доступом к ячейке памяти во время операций считывания и записи данных.
Энергопотребление статической памяти
Энергопотребление зависит от того, как часто осуществляется доступ к статической энергозависимой памяти, но в целом имеет небольшое значение. Иногда она может потреблять столько же электроэнергии, сколько динамическая память (при использовании на высоких частотах). С другой стороны, при нахождении в состоянии ожидания она потребляет совсем небольшое количество электроэнергии: несколько микроватт.
Применение статической памяти
Встроенная в чип статическая память применяется:
- как оперативная память или кэш-память в 32-битных микроконтроллерах;
- как основная кэш-память в мощных процессорах, например, семейства Х86;
- в интегральных схемах специального назначения (ASIC);
- в программируемых пользователем вентильных матрицах (FPGA);
- в программируемых логических интегральных микросхемах (ПЛИС, CPLD).
Кроме того, статическая энергозависимая память используется:
- в научных и промышленных подсистемах, в автомобильной электронике;
- в персональных компьютерах, маршрутизаторах и периферийном оборудовании в качестве внутренней кэш-памяти процессора и буфера жесткого диска или маршрутизатора;
- в жидкокристаллических дисплеях (LCD-дисплеях) и принтерах для хранения отображаемого или печатаемого изображения.
Преимущества и недостатки статической памяти
- невысокое энергопотребление;
- простота (не требуется наличия схемы регенерации);
- надежность.
- высокая стоимость;
- небольшая емкость;
- большие размеры;
- изменяющееся энергопотребление.
Динамическая память
Несмотря на то что оба вида энергозависимой памяти требуют наличия электрического тока для сохранения данных, они имеют некоторые различия. Динамическое оперативное запоминающее устройство (динамическое ОЗУ, DRAM) имеет большую популярность вследствие своей эффективности и стоимости. Для хранения одного бита информации в DRAM на интегральной микросхеме используется один конденсатор и один транзистор. Это позволяет эффективно применять пространство интегральной схемы и делает названный вид памяти недорогим.
Регенерация памяти
Процесс периодического считывания информации из ячеек компьютерной памяти и немедленной ее перезаписи в эти же ячейки без изменения называется регенерацией памяти. Это фоновый процесс для сохранения данных в динамической энергозависимой памяти. Он является определяющей характеристикой для такой разновидности.
Информация в динамической памяти хранится в виде наличия или отсутствия заряда на миниатюрном конденсаторе. С течением времени заряд уменьшается. Поэтому если данные своевременно не регенерировать, их можно полностью потерять. Для защиты от потери данных осуществляются их периодическое считывание и перезапись с помощью внешней схемы. В результате заряд конденсатора восстанавливается до исходного состояния.
Виды динамической памяти
Асинхронная динамическая память — первый тип DRAM, появившийся в конце 1960-х годов. Активно применялся до 1997 года, пока не был заменен синхронной DRAM. Память названа асинхронной вследствие того, что доступ к ней не синхронизируется с тактовым сигналом компьютерной системы.
Синхронная динамическая память нашла широкое применение в современных механизмах. Данный вид энергозависимой памяти компьютера отвечает на сигналы чтения и записи синхронно с сигналом системного тактового генератора. Синхронная память работает на более высоких скоростях по сравнению с асинхронной. С 1993 года этот тип является преобладающим в персональных компьютерах пользователей по всему миру.
Изначально синхронная динамическая память называлась SDRAM. В дальнейшем скорость передачи данных увеличилась в 2 раза и на рынке память появилась под названием DDR1. В дальнейшем были выпущены DDR2, DDR3 и DDR4. Последнее поколение (DDR4) было создано во второй половине 2014 года. В марте 2017 года началась разработка энергозависимых устройств памяти DDR5.
Читайте также: