Часть 3 - Технические средства реализации информационных процессов (Т.В. Лукьянова - Конспект лекций по информатике), страница 6

е. загружаются из энергонезависимых устройств внешней памяти (жесткий диск, компакт-диск и т. д.) Таким образом, "загрузить" программуозначает прочесть ее из файла, находящегося на одном из устройств внешней памятии поместить в оперативную память, после чего микропроцессор начнет ее выполнение.Оперативная память хранит загруженную, выполняющуюся в данный момент,программу и данные, которые с ее помощью обрабатываются. Если после обработкипредполагается дальнейшее использование данных, то копию документа из оперативной памяти можно записать на одном из устройств внешней памяти (например, нажестком диске), создав файл, хранящий документ.Оперативная память, так же, как и процессоры, имеют длительную историюсвоего развития – от первых микросхем памяти, запаянных на материнской плате первых персональных компьютеров до современных сменных модулей емкостью в несколько Гбайт.

Чипсет, используемый на компьютере, определяет тип оперативнойпамяти, который можно использовать. При описании чипсета указывается, с какимтипом памяти он может работать (например, DDR3 SDRAM).23Современная оперативная память – динамическая (DRAM), содержимое ееостается неизменным в течение очень короткого промежутка времени, поэтому память должна периодически обновляться (регенерироваться). Запоминающим элементом динамической памяти является конденсатор, который может находиться в заряженном или разряженном состоянии.

Если конденсатор заряжен, то в ячейку памятизаписана логическая 1, если разряжен – логический 0. В идеальном конденсаторе заряд может сохраняться неограниченное время, в реальном конденсаторе существуетток утечки, поэтому информация, записанная в динамическую память, со временембудет утрачена в результате разрядки конденсаторов.Микросхемы памяти состоят из отдельных матриц, каждая из которых имеетсобственную линию чтения/записи.

В этом случае одновременно считывается или записывается несколько бит информации. Количество линий определяет разрядностьшины ввода/вывода. Современные микросхемы памяти 64-х разрядные.Емкость матрицы памяти (глубиной адресного пространства, address depth) и ихколичество (разрядность) определяет общий объем микросхемы памяти, которые размещаются на модулях памяти (DIMM – модули). DIMM-модуль (Dual In-Line MemoryModule) имеет с двух сторон электрически независимые контакты для подключенияк шине контроллера памяти через слот, в который они вставляются.Наиболее распространенными являются 240-контактные 64разрядные модулиDIMM, имеющие по 120 контактов с каждой стороны (Рис.

3.10).Рис. 3.10. Модули памяти DDRХотя число контактов у модулей DDR2 и DDR3 одинаково, слоты, предназначенные для памяти разного типа, отличаются расположением «ключа» проредимежду контактами. Поэтому, установить DDR3 SDRAM в DDR2 DIMM и наоборотне удастся.SDRAM – микросхема синхронной динамической памяти (Synchronous DRАМ),в которой процессы записи и считывания информации строго привязаны к тактам системной шины.DDR SDRAM (Double Date Rate – удвоенная скорость передачи данных) является следующим поколением SDRAM. В отличие от SDRAM память этого типа дает24возможность выполнять два обращения к памяти за время одного такта системнойшины.DDR2, DDR3 и DDR4 – последующие модификации памяти DDR SDRAM, позволяющие за один такт записывать или считывать 4 (DDR2, 8 (DDR3) или 16 (DDR4)блоков данных, имеют пониженное напряжение питание и энергопотребление.Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие – частота, с которой считывается или записывается информация в ячейкипамяти.В настоящее время память DDR2 работает на частоте от 533 МГц до 1066 МГц.Память DDR3 выпускается для работы с частотой от 1066 МГц до 2000 МГц.

Самыесовременные модули памяти DDR4 могут работать с частотой 4266 МГц.Необходимый объем оперативной памяти для настольных персональных компьютеров зависит в первую очередь от операционной системы и от приложений пользователя, которые используются на ПК.Основными характеристиками памяти являются объем, время доступа и плотность записи информации. Объем памяти определяется максимальным количеством информации. котораяможет быть помещена в эту память, и выражается в кило, мега- или гигабайтах.Типичный современный компьютер имеет от 2 Гб до 8 Гб оперативном памяти. Время доступа к памяти (секунды) представляет собой минимальное время, достаточное для размещения в памяти единицы информации. Плотность записи информации (бит/см) представляет собой количество информации, записанной на единице поверхности носителя.Важнейшей характеристикой компьютера в целом является его производительность, т е возможность обрабатывать большие объемы информации.

Производительность ПК во многом определяется быстродействием процессора, а также объемомоперативной памяти и скоростью доступа к ней.Кроме основной оперативной памяти современные персональные компьютеры имеют CMOS-память, BIOS и сверхоперативную память центрального процессора (кэш первого, второго и иногда третьего уровня).Кэш-память (cache (англ.) – запас) используется для ускорения доступа коперативной памяти. Это сверхбыстрая оперативная память, предназначенная длявременного хранения данных при обмене данными между оперативной памятью ипроцессором.

Объем кэш-памяти современных процессоров доходит до 20 Мб (IntelCore Extreme Edition i7-5960X). Специальные программно-аппаратные средстваобеспечивают опережающее копирование данных из оперативной в кэш память иобратное копирование данных по окончании их обработки. Обработка данных в кэшпамяти производится быстрее, что приводит к увеличению производительности ПКНепосредственного доступа из программы в кэш-память нет.25CMOS-память (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) предназначена длядлительного хранения данных о конфигурации и настройках компьютера (дата,время, пароль), в том числе и когда питание компьютера выключено.Данные записываются и считываются под управлением команд, содержащихся вдругом виде памяти – BIOS.BIOS (Basic Input-Output System – базовая система ввода-вывода) – постояннаяпамять, т. е.

память, хранящая информацию при отключенном питании. Содержитнаборы групп команд для непосредственного управления различными устройствамиПК, их тестирования при включении питания и осуществления начального этапа загрузки операционной системы компьютера. Такой вид памяти называется ROM (ReadOnly Memory). В BIOS содержится также программа настройки конфигурации компьютера – Setup. Она позволяет установить некоторые характеристики устройств ПК.BIOS ориентирована на конкретную аппаратную реализацию компьютера и можетбыть различной даже в однотипных компьютерах.3.6.

Устройства хранения информацииУстройства хранения информации (внешняя память) – компоненты компьютера, позволяющие практически неограниченное время сохранять большие объемы информации без потребления электроэнергии (энергонезависимые).Первыми такими устройствами для ПК были Floppy-дисководы (FDD) и сменные дискеты – вначале пятидюймовые (5,25") емкостью 360 Кб и 1,2 Мб, затем трехдюймовые (3,5") емкостью 1,44 Мб. В настоящее время применяются редко в связи сшироким распространением устройств флэш-памяти емкостью в несколько гигабайт.Примечание. На больших ЭВМ в эпоху до появления ПК для хранения информациииспользовались бумажные перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и диски.3.6.1.

Жесткий магнитный дискЖесткий магнитный диск (винчестер, HDD – Hard Disk Drive) – постояннаяпамять, предназначенная для долговременного хранения имеющейся в компьютереинформации.Следующий этап в развитии устройств хранения информации для ПК – винчестеры (или жесткие диски – Hard Disk Drive, HDD), которые в настоящее время являются обязательным компонентом каждого настольного персонального компьютера.

Впринципе, могут существовать бездисковые сетевые рабочие станции и терминалы, сзагрузкой операционной системы с сервера и работой с дисковыми устройствами сервера, но на практике такие ПК встречаются достаточно редко. В субноутбуках винчестер может отсутствовать, вместо него используется флэш-память большого объема.26Первый винчестер с обозначением 30/30 был создан корпорацией IBM в 1973 г.и позволял на двухстороннем алюминиевом диске сохранять 30 + 30 Мбайт данных. Название 30/30 совпадает с обозначением американской винтовки типа«винчестер», откуда и произошло наименование устройств хранения информации на жестких дисках.Современные винчестеры имеютемкость 500 Гбайт и более.

Винчестерпредставляет собой плоскую, герметически закрытую металлическую коробку,Рисунок 2.15. Винчестер SATA 1000 GBвнутри которой на общей оси находятсяSamsung HD103UJ, 32MB кэш,несколько жестких алюминиевых или 7200 об/мин (со снятой верхней крышкой)стеклянных пластинок круглой формы(см. рисунок 2.15).Выпускаются винчестеры в основном двух размеров дисков (форм-фактор) –3.5" и 2.5" (последние преимущественно для использования в ноутбуках). Поверхность каждого диска покрыта тонким ферромагнитным слоем (веществом, способнымдлительное время сохранять состояние намагниченности). Для чтения и записи данных в винчестерах используются плавающие на воздушной подушке магнитные головки.

Зазор между магнитным слоем и головкой составляет десятые доли микрон.Для перемещения головок используется электромагнит, а для отслеживания местоположения применяется автоматическая система регулирования, которая по магнитнымметкам на поверхности опорного диска позиционирует головки в нужном месте.Пакет дисков вращается непрерывно с большой скоростью (7200 –15000 об/мин). Запись данных осуществляется следующим образом. При изменениисилы тока, проходящего через записывающую головку, происходит изменение напряженности магнитного поля в щели между поверхностью и головкой, что приводит кизменению напряженности магнитного поля на небольшом участке ферромагнитногопокрытия диска. Намагниченные участки и не намагниченные соответствуют двоичным кодам 1 и 0.