Как называется наименьший элемент памяти компьютера

Обновлено: 15.01.2025

Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, полезный материал и многое другое.

Информатика. 7 класса. Босова Л.Л. Оглавление

2.1.1. Компьютер

Одним из важных объектов, изучаемых на уроках информатики, является компьютер, получивший своё название по основной функции — проведению вычислений (англ, computer — вычислитель).

Современный компьютер — универсальное электронное программно управляемое устройство для работы с информацией.

Универсальным устройством компьютер называется потому, что он может применяться для многих целей — обрабатывать, хранить и передавать самую разнообразную информацию, использоваться человеком в разных видах деятельности.

Современные компьютеры могут обрабатывать разные виды информации: числа, текст, изображения, звуки. Информация любого вида представляется в компьютере в виде двоичного кода — последовательностей нулей и единиц. Некоторые способы двоичного кодирования представлены на рис. 2.1.

Информацию, предназначенную для обработки на компьютере и представленную в виде двоичного кода, принято называть двоичными данными или просто данными. Одним из основных достоинств двоичных данных является то, что их копируют, хранят и передают с использованием одних и тех же универсальных методов, независимо от вида исходной информации.

Способы двоичного кодирования текстов, звуков (голоса, музыки), изображений (фотографий, иллюстраций), последовательностей изображений (кино и видео), а также трёхмерных объектов были придуманы в 80-х годах прошлого века. Позже мы рассмотрим способы двоичного кодирования числовой, текстовой, графической и звуковой информации более подробно. Теперь же главное — знать, что последовательностям 1 и 0 в компьютерном представлении соответствуют электрические сигналы — «включено» и «выключено». Компьютер называется электронным устройством, потому что он состоит из множества электронных компонентов, обрабатывающих эти сигналы.

Обработку данных компьютер проводит в соответствии с программой — последовательностью команд, которые необходимо выполнить над данными для решения поставленной задачи. Как и данные, программы представляются в компьютере в виде двоичного кода. Программно управляемым устройством компьютер называется потому, что его работа осуществляется под управлением установленных на нём программ. Это программный принцип работы компьютера.

Современные компьютеры бывают самыми разными: от мощных компьютерных систем, занимающих целые залы и обеспечивающих одновременную работу многих пользователей, до мини-компьютеров, помещающихся на ладони (рис. 2.2).

Сегодня самым распространённым видом компьютеров является персональный компьютер (ПК) — компьютер, предназначенный для работы одного человека.

2.1.2. Устройства компьютера и их функции

Любой компьютер состоит из процессора, памяти, устройств ввода и вывода информации. Функции, выполняемые этими устройствами, в некотором смысле подобны функциям мыслящего человека (рис. 2.3). Но даже столь очевидное сходство не позволяет нам отождествлять человека с машиной хотя бы потому, что человек управляет своими действиями сам, а работа компьютера подчинена заложенной в него программе.

Процессор компьютера

Центральным устройством компьютера является процессор. Он организует приём данных, считывание из оперативной памяти очередной команды, её анализ и выполнение, а также отправку результатов работы на требуемое устройство. Основными характеристиками процессора являются его тактовая частота и разрядность.

Процессор обрабатывает поступающие к нему электрические сигналы (импульсы). Промежуток времени между двумя последовательными электрическими импульсами называется тактом. На выполнение процессором каждой операции выделяется определённое количество тактов.

Тактовая частота процессора равна количеству тактов обработки данных, которые процессор производит за 1 секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) — миллионах тактов в секунду. Чем больше тактовая частота, тем быстрее работает компьютер. Тактовая частота современных процессоров уже превышает 1000 МГц = 1 ГГц (гигагерц).

Разрядность процессора — это максимальная длина двоичного кода, который может обрабатываться или передаваться одновременно. Разрядность процессоров современных компьютеров достигает 64.

Память компьютера

Память компьютера предназначена для записи (приёма), хранения и выдачи данных. Представим её в виде листа в клетку. Тогда каждая клетка этого листа будет изображать бит памяти — наименьший элемент памяти компьютера. В каждой такой «клетке» может храниться одно из двух значений: 0 или 1. Один символ двухсимвольного алфавита, как известно, несёт один бит информации. Таким образом, в одном бите памяти содержится один бит информации.

Различают внутреннюю и внешнюю память.

Внутренняя память компьютера

Внутренней называется память, встроенная в компьютер и непосредственно управляемая процессором. Во внутренней памяти хранятся исполняемые в данный момент программы и оперативно необходимые для этого данные. Внутренняя память компьютера позволяет передавать процессору и принимать от него данные примерно с такой же скоростью, с какой процессор их обрабатывает. Поэтому внутренняя память иначе называется оперативной (быстрой). Объём оперативной памяти современных компьютеров измеряется в гигабайтах.

Электрические импульсы, в форме которых информация сохраняется в оперативной памяти, существуют только тогда, когда компьютер включён. После выключения компьютера вся информация, содержащаяся в оперативной памяти, теряется.

К внутренней памяти компьютера относится также ПЗУ — постоянное запоминающее устройтво. В нём хранится информация, необходимая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания. После выключения компьютера информация в ПЗУ сохраняется.

Внешняя память компьютера

Для долговременного хранения программ и данных предназначена внешняя (долговременная) память. Внешняя память позволяет сохранять огромные объёмы информации. Информация во внешней памяти после выключения компьютера сохраняется. Различают носители информации — магнитные и оптические диски, энергонезависимые электронные диски (карты флеш-памяти и флеш-диски) и накопители (дисководы) — устройства, обеспечивающие запись данных на носители и считывание данных с носителей. Жёсткий диск — устройство, совмещающее в себе накопитель (дисковод) и носитель (непосредственно диск).

При запуске пользователем некоторой программы, хранящейся во внешней памяти, она загружается в оперативную память и после этого начинает выполняться.

Устройства ввода и вывода информации

Различные устройства компьютера связаны между собой каналами передачи информации (рис. 2.4).

Самое главное

Вопросы

1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию.

Для реализации функции хранения информации в компьютере используются следующие основные типы памяти: кэш память, ПЗУ, оперативная память (ОЗУ), долговременная (внешняя) память. Первые три типа памяти образуют внутреннюю (системную) память компьютера. Основными характеристиками любого типа памяти являются объем, время доступа и плотность записи информации.

Внутренняя память

Кэш-память является элементом микропроцессора. Физически кэш-память основана на микросхемах статической памяти SRAM (Static Random Access Memory). Для создания ячейки статической памяти используется от 4 до 8 транзисторов, которые в совокупности образуют триггер.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память, используемая только для чтения. Данный вид памяти используется для хранения только такой информации, которая обычно не меняется в ходе эксплуатации компьютера. Типичным примером использования ПЗУ является хранение в нем базового программного обеспечения, используемого при загрузке компьютера (BIOS). Микросхемы ПЗУ располагаются на материнской плате.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — энергозависимая память, применяемая для временного хранения команд и данных, необходимых процессору для выполнения текущих операций.

Наименьшей частицей памяти является бит, в котором хранится либо 0, либо 1. Отдельные биты объединяются в ячейки, каждая из которых имеет свой адрес, поэтому процессор при необходимости может обратиться к любой ячейке за одну операцию. Минимальной адресуемой ячейкой оперативной памяти является байт. Для выбора нужной ячейки используется ее адрес, передаваемый по адресной шине. Адресация байтов начинается с нуля.

Несмотря на то, что минимальной адресуемой ячейкой оперативной памяти является байт, физически по шине передаются не отдельные байты, а машинные слова. Размер машинного слова зависит от разрядности процессора. То есть размер машинного слова определяется количеством битов, к которым процессор имеет одновременный доступ. Например, для 16-разрядного процессора размер машинного слова будет равен 2 байтам. Адрес машинного слова равен адресу младшего байта, входящего в состав это слова.

Физически ОЗУ строится на микросхемах динамической памяти DRAM (Dynamic Random Access Memory). В динамической памяти ячейки построены на основе областей с накоплением зарядов (конденсаторов), занимающих гораздо меньшую площадь, чем триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении. При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, сохраняющийся в течение 2-4 миллисекунд. Но для сохранения заряда ячейки необходимо постоянно регенерировать (перезаписывать) ее содержимое. В связи с этим скорость доступа к ячейкам ОЗУ ниже, чем к статической памяти. Для создания ячейки динамической памяти достаточно всего одного транзистора и одного конденсатора, поэтому она дешевле статической памяти и имеет большую плотность упаковки.

Оперативная память изготавливается в виде небольших печатных плат с рядами контактов, на которых размещаются интегральные схемы памяти (модули памяти, рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема состава микропроцессора

Модули памяти различаются по размеру и количеству контактов (в зависимости от типа используемой памяти), а также по быстродействию и объему. Объемы оперативной памяти современных компьютеров могут измеряться несколькими гигабайтами (в среднем от 1 до 4 Гбайт).

Современный компьютер – это универсальное электронное программно управляемое устройство для работы с информацией.

Вся информация представляется в компьютере в виде двоичного кода.

Тактовая частота процессора равна количеству тактов обработки данных, которые процессор производит за 1 секунду.

Разрядность процессора – максимальная длина двоичного кода, который может обрабатываться за одну операцию или период одного такта.

Программный принцип работыкомпьютера – это совокупность программ на компьютере, с помощью которых осуществляется его работа.

Локальная компьютерная сеть – это сеть, находящаяся (на небольшой территории) служащая для пользования одними и теми же данными и услугами, которая объединяет небольшое количество компьютеров.

Наименьший элемент памяти компьютера – бит.

Интернет – это глобальная компьютерная сеть, которая связывает между собой миллионы компьютеров и сетей со всего мира.

Формула, которая используется при решении типовых задач:

где I – объём файла, t – время, V – скорость передачи данных.

Основная литература:

Босова Л. Л. Информатика: 7 класс. // Босова Л. Л., Босова А. Ю. – М.: БИНОМ, 2017. – 226 с.

Дополнительная литература:

Босова Л. Л. Информатика: 7–9 классы. Методическое пособие. // Босова Л. Л., Босова А. Ю., Анатольев А. В., Аквилянов Н.А. – М.: БИНОМ, 2019. – 512 с.
Босова Л. Л. Информатика. Рабочая тетрадь для 7 класса. Ч 1. // Босова Л. Л., Босова А. Ю. – М.: БИНОМ, 2019. – 160 с.
Босова Л. Л. Информатика. Рабочая тетрадь для 7 класса. Ч 2. // Босова Л. Л., Босова А. Ю. – М.: БИНОМ, 2019. – 160 с.

Теоретический материал для самостоятельного изучения.

Мы не представляем теперь нашу жизнь без современных электронно-вычислительных устройств. А какими устройствами пользуются почти все? Конечно, это телефоны, планшеты, ноутбуки и компьютеры. Компьютеры есть сейчас в каждом доме и нужны нам для самых разных целей. И вот сегодня на уроке мы поговорим о том, что такое современный компьютер, из каких устройств он состоит, и каковы их функции.

Самый первый компьютер был создан в 1945 году в США. Сейчас это один из важных объектов, который изучают на уроках информатики.

Универсальным его называют потому, что он может обрабатывать, хранить, передавать самую разнообразную информацию, которую люди используют в разных видах деятельности.

Компьютеры могут обрабатывать разные виды информации: числа, текст, изображения, звуки.

Но вся информация представляется в компьютере в виде двоичного кода, т.е. последовательностей нулей и единиц. Информацию, которая предназначена для обработки на компьютере и представленную в виде двоичного кода называют двоичными данными. Последовательности единиц и нулей в компьютерном представлении соответствуют электрическим сигналам – включено и выключено.

Данные компьютер обрабатывает с помощью программ, как и данные они также представляются в виде двоичного кода. Такой принцип работы называется программным.

Все устройства, входящие в состав компьютера, можно разделить на два вида: устройства, входящие в системный блок и внешние устройства. Центральным устройством системного блока является процессор. Он принимает данные, считывает из оперативной памяти команды, анализирует и выполняет их, а также отправляет результат работы на требуемое устройство.

Основными характеристиками процессора являются его тактовая частота и разрядность. Тактовая частота процессора равна количеству тактов обработки данных, которые процессор производит за 1 секунду.

Разрядность процессора – максимальная длина двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться одновременно.

Память компьютера предназначена для приёма, хранения и передачи данных. Наименьший элемент памяти компьютера – бит.

Память бывает внутренней и внешней.

Внутренняя память встроена в компьютер, ею управляет процессор. Внешняя же память подключается к компьютеру и предназначена для хранения большого объёма информации, такие устройства называют носителями информации.

Все устройства, которые не входят в состав системного блока называются внешними. Это клавиатура, мышь, монитор, принтер, микрофон и другие. все их можно разделить на устройства ввода и вывода.

Для обмена информацией компьютеры объединяются в компьютерные сети.

Локальная компьютерная сеть – это сеть, находящаяся на небольшой территории, служащая для пользования одними и теми же данными и услугами, которая объединяет небольшое количество компьютеров.

Скорость передачи данных является главной характеристикой компьютерной сети. Объём передаваемых данных равен произведению скорости передачи на время и измеряется в битах, килобитах, мегабитах или в гигабитах в секунду.

Сколько времени будет скачивать файл размером 2 килобайт при Интернет-соединении с максимальной скоростью скачивания 16384 бит в секунду?

Информационный объём данных находится, как произведение скорости передачи на время, значит, чтобы найти время скачивания файла, нужно информационный объём разделить на скорость скачивания файла. Но, прежде, чем начать считать, нужно килобайты перевести в биты.

2 килобайт – это 2048 байт или 16384 бита.

Итак, 16384 делим на 16384, получаем, что для скачивания данного файла потребуется одна секунда.

Сегодня мы узнали, что такое современный компьютер, каковы его основные компоненты и какие функции они выполняют. Также выяснили, что такое компьютерная сеть.

В наше время персональный компьютер всё чаще используется как инструмент выхода в Интернет.

Материал для углубленного изучения темы.

Суперкомпьютер «Ломоносов»

Суперкомпьютер «Ломоносов» построен компанией «Т-Платформы» для МГУ им. М.В. Ломоносова. В 2009 году он установлен в Московском университете.

Разрабатывали суперкомпьютер 4 года:в 2009 году проектировали, устанавливали и вводили в эксплуатацию базовую часть «Ломоносова». Общий объём памяти составил 56,5 ТБ, объём хранилища - 0,35 ПБ, объём резервной системы – 234 ТБ без сжатия. Потребляемая мощность суперкомпьютера составила 1,5 МВт.

В 2010 году общий объём оперативной памяти увеличили до 79,92 ТБ, хранилища – до 1,75 ПБ.

В 2011 году провели расширение системы – теперь она использует 32768 ядер / 4096 узлов на базе процессоров IntelXeon 5570.

В 2012 году общий объём памяти увеличился до 92 ТБ, сейчас компьютер потребляет 2,8 МВт.

По состоянию на 24.09.2018 он занимает 3-е место в рейтинге Топ-50 суперкомпьютеров СНГ.

С помощью суперкомпьютера «Ломоносов», уже получены уникальные результаты в разных областях науки, например, в исследовании механизмов генерации шума в турбулентной среде или же в создании новых компьютерных методов проектирования лекарственных препаратов.

В настоящее время он содержит 6654 вычислительных узла, более 94000процессорных ядер, обладает пиковой производительностью 1,37 Пфлоп/с. «Ломоносов» относят к уникальным системам высшего диапазона производительности.

На суперкомпьютере «Ломоносов» решается множество важных задач по обработке сейсмических данных. В частности, осуществляется подавление волн-помех, проводится построение глубинного изображения среды при помощи метода миграции в обратном времени – каждый расчет требует задействовать несколько тысяч процессорных ядер суперкомпьютера «Ломоносов».

В суперкомпьютере используется 6 видов вычислительных узлов и процессоры с разной архитектурой, а также специальные сети.

Суперкомпьютер «Ломоносов» – уникальный универсальный инструмент, помогающий ученым получать уникальные результаты. Возможностями суперкомпьютерного комплекса Московского университета, основу которого составляет суперкомпьютер «Ломоносов», сегодня пользуются более 500 научных групп, представляющих все основные подразделения МГУ, многие институты РАН и другие научные учреждения России.

Разбор решения заданий тренировочного модуля.

№1. Созданный на компьютере текст занимает 8 страниц. На каждой странице размещается 35 строк по 75 символов в строке. Какой объём оперативной памяти (в байтах) займёт этот текст?

Чтобы найти объём оперативной памяти, нужно количество страниц умножить на количество строк и количество символов в строке, т.е. 8 · 35 · 75 = 21000 символов. Поскольку один символ равен одному байту, значит, объём оперативной памяти составляет 21000 байтов.

Ответ: 21000 байтов.

№2. Скорость передачи данных по некоторому каналу связи равна 128 Кбит /с. Передача файла по этому каналу связи заняла 2 мин. Определите размер файла в мегабайтах, ответ округлите до целых.

Работая с информацией, человек пользуется не только своими знаниями , но и книгами , справочниками и другими внешними источниками . В главе 1 «Человек и информация » было отмечено , что информация хранится в памяти человека и на в нешних носителях . Заученную информацию человек может забыть, а записи сохраняются надежнее .

У компьютера тоже есть два вида памяти: внутренняя (оперативная) и внешняя (долговременная) память.

Внутренняя память — это электронное устройство, которое хранит информацию, пока питается электроэнергией . При отключении компьютера от сети информация из оперативной памяти исчезает. Программа во время ее выполнения хранится во внутренней памяти компьютера. Сформулированное правило относится к принципам Неймана. Его называют принципом хранимой программы.

Внешняя памят ь — это различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски . Сохранение информации на них не требует постоянного электропитания .

На рис. 2 ,3 показана схема устройства компьютера с учетом двух видов памяти. Стрелки указывают напра вления информационного обмена .

Структура внутренней памяти компьютера

Все устройства компьютера производят определенную работу с информацией (данными и программами). А как ж е представляется в компьютере сама информация? Для ответа на этот вопрос «загляне м» внутрь машинной памяти. Струк туру внутренней памяти компьютера можно условно изобра зить так, как показано на ри с. 2.4.

В современных компьютерах имеется еще один вид внутренней памяти , который называется постоянным запоминающ им устройст вом — ПЗУ . Это энергонезависимая память, информация из кото рой может только читаться .

Наименьший элемент памяти компьютера называется битом памяти . На рис. 2 .4 каждая клетка изображает бит. Вы видите , что у слова «бит» есть два значени я: единица измерения количества информации и частица памяти компьютера. Покажем , как связаны между собой эти понятия .

В каждом бите памяти может храниться в данный момент одно из двух значений: нуль или единица . Использование двух знаков для представления информации назы вается двоичной кодировко й.

Данные и программы в памяти компьютера хранятся в виде двоичного кода.

Один символ двухсимвольного алфавита несет 1 бит ин формации.

В одном бите памяти содержится один бит информации.

Битовая структура определяет первое свойство внутренней памяти компьютера — дискретност ь . Дискретные объекты составлены из отдельных частиц. Например , песок дискретен, так как состоит из песчинок, «Песчинкам и» ком пьютерной памяти являются биты.

Второе свойство внутренней памяти компьютера — адресуемост ь. Восемь расположенных подряд битов памяти образуют байт. Вы знает е, что это слово также обозначает единицу количества информации, равную восьми битам. Следовательно » в одном байте памяти хранится один байт информации.

Во внутре нней памяти компьютера все байты про пумеро ваны. Нумерация начинается с нуля.

Порядковый номер байта на зывается его адресом ,

Принцип адресуемости означает, что:

Запись информации в память, а также чтение ее из памяти пр оизводится по адреса м.

Память можно представить как многоквартирный дом, в котором каждая квартира — это байт , а номер квартиры — адрес . Для того чтобы почта дошла по назначению, необходимо указать правильный адрес . Именно так , по адресам, обращается процессор к внутренней памяти компьютера.

Носители и устройства внешней памяти

Устройства внешней памяти — это устройства чтения и записи информации на внешние носители. Информация на внешних носителях хранится в виде файлов. Что это такое, подробнее вы узнаете позже .

Важнейшими устройствами внешней памяти на современных компь ютерах являются накопители на магнитных дисках (НМД) , или дисковод ы.

Кто не знает, что такое магнитофон? На магнитофон мы привыкли записывать речь, музыку, а затем прослушивать за писи . Звук записывается на дорожках магнитной ленты с помощью магнитной головки , с помощью этого же устройст ва магнитная запись снова превращается в звук.

НМД действует аналогично магнитофону. На дорожки диска записываетс я все тот же двоичный код: намагничен ный участок — единица, не намагниченный — нуль. При чте нии с диска эта запись превращается в нули и единицы в битах внутренней памяти .

К магнитной поверхности диска подводится записывающая головка (рис. 2.5), которая может перемещаться по ра диусу. Во время работы НМД диск вращается . В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации.

Другим видом внешних носителей являются оптич еские диски (другое их название — лазерные диски) , На них используется не магнитный, а оптико -механический способ записи и чтения информаци и.

Сначала появились лазерные диски, на которые информация записывается только один раз. Стереть или перезаписать ее невозможно. Такие диски называются CD-ROM — Co mpact Disk-Read Only Memory , что в переводе значит «ком пактный диск — только для чтения ». Позже были изобрете ны перезаписываемые лазерные диски — CD-RW . На них , как и на магнитных носителях , хранимую информацию можно стирать и записывать заново.

Носители, которые пользователь может извлекать из дисковода, называют сменными.

Наибольшей информационной емкостью из сменных носителей обладают лазерные диски типа DVD-ROM — видеодиски . Объем информации , хранящейся на них, может достигать десятков гигабайтов. На видеодисках записываются полноформатные видеофильмы, которые можно просматривать с помощью компьютера, как по телевизору .

Коротко о главном

В состав компьютера входят внутренняя память и внешняя память.

Исполняемая программа хранится во внутренней памяти (принцип хранимой программы ).

Информация в памяти компьютера имеет двоичную форм у.

Наименьшим элементом внутренней памяти компьютера является бит . Один бит памяти хранит один бит информации: значение 0 или 1.

Восемь подряд расположенных битов образуют байт памяти. Байты пронумерован ы, начиная с нуля. Порядковый номер байта называется его адресом.

Во внутренней памяти запись и чтение информации происходят по адресам.

Внешняя память : магнитные диски, оптические (лазерные) диски — CD -ROM , CD-RW , DVD-RO M.

Вопросы и задания

1.Постарайтесь объяснить, зачем компьютеру нужны два вида памяти : внутренняя и внешняя .

Минимальной единицей информации является бит или кратные ему единицы: килобит (1 кб = 1024 бита), мегабит (1Мб = 1024кбит), гигабит (1Гб = 1024Мбит). Но чаще пользуются единицей байт (1 байт = 8 бит), или же кратными ему единицами: килобайт (1 КБ = 1024 байта), мегабайт (1МБ = 1024кБ), гигабайт (1ГБ = 1024МБ). Для измерения больших объемов памяти используются терабайты и петабайты.

Компьютерную память можно классифицировать по типу доступа:

последовательный доступ (магнитные ленты)
произвольный доступ (оперативная память)
прямой доступ (жесткие магнитные диски);
ассоциативный;

по типу электропитания:

буферная;
временная;
кэш-память;
корректирующая;
управляющая;
коллективная.

по типу носителя и способу записи информации:

акустическая;
голографическая;
емкостная;
криогенная;
лазерная;
магнитная;
магнитооптическая;
молекулярная;
полупроводниковая;
ферритовая;
фазоинверсная;
электростатическая.

Оперативная память компьютера

Оперативная память современного компьютера разделена на несколько типов. Хотя в основе всех типов памяти лежит обычная ячейка памяти, представляющий собой комбинацию из транзистора и конденсатора, благодаря различным внешним интерфейсам и устройствам взаимодействия с компьютером модули памяти они все же отличаются друг от друга.

Это наиболее дешевый способ производства ячеек памяти. Состояние конденсатора определяет, содержит ячейка «0» или «1», но само наличие конденсатора является причиной некоторых ограничений динамической памяти.

Таким образом, каждый раз при считывании информации должна проводиться и его запись. В результате увеличивается время циклического доступа, и повышается латентность.

Массовое распространение получили следующие виды оперативной памяти DDR (уже не пользуется большим спросом), DDR2, DDR3, DDR4.

Внешний вид модулей памяти DDR, DDR2, DDR3

В каждом модуле оперативной памяти содержится также специальная микросхема SPD. В этой микросхеме хранятся данные о модуле памяти: дата изготовления модуля, основные характеристики модуля и тому подобное.

Кэш память

Персональные компьютеры также имеют скрытую память. Фактически, из-за разницы в скорости процессоров и схем основной памяти, большинство персональных компьютеров имеют два разных типа кэша, известных как «Уровень 1» (уровень 1 или L1) и «Уровень 2». Уровень 2 или L2 кэш).

L1 кэш-память

Кэш L1 содержит адреса памяти, которые соответствуют данным и машинным командам. Он часто делится на два раздела для этих двух типов адресов. Машинные команды, выполняемые внутри процессора, особенно полезно кэшировать, когда процессор имеет конвейерную архитектуру, которая обрабатывает несколько команд одновременно.

Кэш-память второго уровня

Кэш уровня 2 больше по размеру, чем L1, но не так быстр, и находится на материнской плате компьютера. Как мы уже говорили, его схемы в основном состоят из статической памяти. Кэш-память уровня 2 обычно имеет размер до 1 Мб, но его максимальный размер также зависит от материнской платы.

Память DDR

Память DDR2

Память этого стандарта использовалась в платформе Socket 775. По сути DDR2 память не имеет кардинальных отличий от DDR. Однако в то время как DDR осуществляет две передачи данных по шине за такт, DDR2 выполняет четыре таких передачи. При этом, построена DDR2 из таких же ячеек памяти, как и DDR, а для удвоения пропускной способности используется техника мультиплексирования.

Память DDR3

Передача данных по-прежнему осуществляется по обоим полупериодах синхросигнала на удвоенной «эффективной» частоте относительно собственной частоты шины памяти. Только рейтинги производительности выросли в 2 раза, по сравнению с DDR2. Типичными скоростными категориями памяти нового стандарта DDR3 являются разновидности от DDR3-800 до DDR3-1600 и выше. Очередное увеличение теоретической пропускной способности компонентов памяти в 2 раза вновь связано со снижением их внутренней частоты функционирования во столько же раз. Поэтому отныне, для достижения темпа передачи данных со скоростью 1 бит / такт по каждой линии внешней шины данных с «эффективной» частотой в 1600 МГц используемые 200-МГц микросхемы должны передавать по 8 бит данных за каждый свой такт. То есть,

Однако у данного типа памяти есть свои недостатки:

наряду с ростом пропускной способности выросла также и латентность памяти;
высокая цена модулей памяти.

Память DDR 4

На сегодня это основной тип памяти, который приобрел массовое применение. Первые тестовые образцы DDR4 были представлены в середине 2012 года фирмами Hynix, Micron и Samsung.

Благодаря 30 нм техпроцессу память DDR4 от Samsung имела объем 8 и 16ГБ и тактовую частоту 2133 МГц. 16 ГБ планки имеют два ряда чипов памяти, в отличие от привычного одного ряда. К тому же, они располагаются на печатной плате ближе друг к другу, что позволяет вместить ее два дополнительных чипа памяти с каждой стороны. Samsung обещает, что с переходом на передовой 20 нм техпроцесс, появится возможность создания модулей памяти объемом 32 ГБ. Модули памяти DDR4 от Samsung, работают с напряжением 1,2 В, в отличие от DDR3 планок, которые работают на 1,35 В. Это небольшая разница, позволяет экономить энергию на 40%.

Память для хранения информации: жесткий диск, твердотельные накопители

За счет вращения создается своеобразный подпор воздуха, благодаря которому считывающие головки не касаются поверхности пластин, хотя и находятся очень близко к ним (всего несколько микрометров). Это гарантирует надежность записи / считывания данных. При остановке пластин, головки перемещаются за пределы их поверхности, поэтому механический контакт между головками и пластинами практически исключен. Такая конструкция обеспечивает долговечность запоминающих устройств этого типа.

Основные характеристики жестких дисков:

Параметры жестких дисков

Классический жесткий диск имеет форм-фактор 3,5 дюйма. В ноутбуках, нетбуках и других портативных устройствах чаще всего используются устройства 2,5 или 1,8 дюйма, хотя встречаются и другие варианты.

Объем буфера специальной внутренней быстрой памяти диска, предназначенная для временного хранения данных с целью сглаживания перебоев при считывании и записи информации на носитель и ее передачи по интерфейсу. В современных запоминающих устройствах буфер может достигать размеров до 64 МБ. Чем этот показатель больше, тем лучше.

В последнее время начался выпуск жестких дисков со встроенной флэш-памятью в качестве кэша, что значительно улучшает скоростные показатели дисков.

Фирмы производители: IBM , Hitachi , Seagate , Samsung , Western Digital .

Запись магнитной информации продольного (а) и перпендикулярного (б) типа

Накопители SSD

Существует всего 2 типа SSD накопителей: SSD диски на основе флэш-памяти (самые популярные и распространенные), и SSD на основе оперативной памяти.

Основополагающим принципом организации работы флеш-памяти является хранение ею 1 бита данных в массиве транзисторов с плавающим затвором (элементарными ячейками), путем изменения и регистрации электрического заряда в изолированной области полупроводниковой структуры. Главной особенностью полевого транзистора, которая позволила ему получить всеобщее признание, как носителя информации, стала способность удерживать электрический разряд на плавающем затворе до 120 месяцев. Сам плавающий затвор изготовлен из поликристаллического кремния и со всех сторон окружен слоем диэлектрика, что исключает возможность контакта его с элементами транзистора. Располагается он между диэлектрической подкладкой и управляющим затвором. Управляющий электрод полевого транзистора и называется затвором.

Запись и стирание информации происходит за счет изменения приложенного заряда между затвором и истоком большим потенциалом, пока напряженность электрического поля в диэлектрике между каналом транзистора и изолированной областью не станет достаточной для возникновения туннельного эффекта. Таким образом электроны переходят через слой диэлектрика на плавающий затвор, обеспечивая его зарядом, а, значит, и наполнение элементарной ячейки битом информации. Также, для усиления эффекта туннелирования электронов при записи, применяется слабое ускорение электронов путем пропускания тока через канал полевого транзистора.

Для удаления информации управляющий затвор обеспечивается отрицательным напряжением высокой мощности с тем, чтобы позволить электронам переходить с плавающего затвора на исток. Подобная организация элементарных ячеек, объединенных в страницы, блоки и массивы и составляет твердотельный накопитель.

Преимущества SSD накопителей:

Недостатки SSD накопителей:

RAID массивы

RAID имеет две цели:

увеличение надежности хранения информации;
увеличение скорости записи / считывания.

Наиболее популярными видами RAID является RAID 0, 1 и 0 + 1.

Схема записи информации в массиве RAID 1 (отражение)

RAID 3 и 4 используют массив дисков с чередованием и выделенным диском четности.

Схема массива RAID 5

RAID 6. Все различия сводятся к тому, что используются две схемы четности. Система устойчива к отказам двух дисков. Основной сложностью является то, что для реализации этого приходится делать больше операций при выполнении записи. Из-за этого скорость записи чрезвычайно низкой.

Комбинация RAID 0 + 1, которая является массивом RAID 1, собранным на базе массивов RAID 0. Как и в массиве RAID 1, доступным будет только половина объема дисков. Но, как и в RAID 0, скорость будет выше, чем с одним диском. Для реализации такого решения необходимо минимум 4 диска.

Схематическое изображение массива RAID 0 + 1 (а) и RAID1 + 0 (б)

RAID 0 + 1 имеет высокую скорость работы и повышенную надежность, поддерживается даже дешевыми RAID контроллерами и является недорогим решением.

Выводы

Читайте также: