Лекция "Состав основной памяти компьютера. "

билет 26 тема 1  Состав основной памяти компьютера.    Один из весьма важных параметров компьютера, заметно влияющий на его производительность, ­ это  оперативная память. Эта память энергозависимая. То есть при выключении питания все данные оттуда пропадают. Но это не страшно, потому что оперативная память нужна только при работающем  компьютере. Хранить в ней что­либо после выключения питания не актуально.Основная память  содержит оперативное (RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом) и  постоянное (ROM – Read­Only Memory) запоминающие устройства.  Оперативное   запоминающее устройство предназначено для хранения информации (программ и данных),  непосредственно участвующей в вычислительном процессе на текущем этапе функционирования ПК.     Основу ОЗУ составляют  большие интегральные схемы, содержащие   матрицы полупроводниковых запоминающих  элементов (триггеров). Запоминающие   элементы расположены на пересечении  вертикальных и горизонтальных шин матрицы; запись и  считывание информации осуществляются подачей электрических импульсов по тем шинам матрицы,  которые соединены с элементами, принадлежащими выбранной ячейке памяти.      Конструктивно  элементы оперативной памяти выполняются в виде отдельных микросхем типа DIP (Dual In­Line Package – двухрядное расположение выводов) или в виде модулей памяти типа SIP  (Single In­Line Package – однорядное  расположение выводов), или, что чаще, SIMM (Single In Line  Memory Module – модуль памяти с одноразрядным расположением выводов). Модули SIMM имеют  емкость 256 Кбайт, 1, 4, 8, 16 или 32 Мбайта, с контролем и без контроля четности хранимых битов;  могут иметь 30­ («короткие») и 72­ («длинные») контактные разъемы, соответствующие разъемам на  материнской плате компьютера. На материнскую плату можно установить  несколько (четыре и более) модулей SIMM.  Постоянное запоминающее устройство также строится на основе установленных на  материнской плате модулей (кассет) и используется для хранения неизменяемой информации:  загрузочных программ операционной системы, программ тестирования устройств компьютера и  некоторых драйверов базовой системы ввода­вывода (BIOS – Base Input­Output System) и др. Из ПЗУ  можно только считывать информацию, запись информации в ПЗУ выполняется вне ЭВМ в  лабораторных условиях. Модули и кассеты ПЗУ имеют емкость, как правило, не превышающую  нескольких сот килобайт. ПЗУ ­ энергозависимое запоминающее устройство.                              В последние  годы  в некоторых ПК стали использоваться полупостоянные, перепрограммируемые  запоминающие устройства – FLASH­память. Модули или карты FLASH­памяти могут  устанавливаться прямо в разъемы материнской платы и имеют следующие параметры: емкость от 32  Кбайт до 4 Мбайт, время доступа по считыванию 0,06 мкс, время записи 1 байта примерно 10 мкс;  FLASH­память – энергозависимое запоминающее устройство.     Для перезаписи информации необходимо подать на специальный вход FLASH­памяти напряжение  программирования (12В), что исключает возможность случайного стирания информации.  Перепрограммирование FLASH­памяти может выполняться непосредственно с дискеты или с  клавиатуры ПК при наличии специального контроллера либо с внешнего программатора,  подключаемого к ПК.     FLASH­память может быть полезной как для создания весьма быстродействующих, компактных,  альтернативных НЖМД запоминающих устройств – «твердотельных дисков», так и для замены ПЗУ,  хранящего программы BIOS, позволяя «прямо с дискеты» обновлять и заменять эти программы на  более новые версии при модернизации ПК.      Структурно  основная память состоит из  миллионов отдельных ячеек памяти  емкостью 1  байт каждая. Общая емкость  основной памяти современных  ПК обычно лежит в пределах от 1 до 32  Мбайт. Емкость ОЗУ на один­ два порядка превышает емкость ПЗУ: ПЗУ занимает 128 (реже 256)  Кбайт, остальной объем – это ОЗУ.    Логическая структура основной памяти. Существуют различные  типы микросхем памяти: SDRAM  (Synchronous Dynamic RAM); DDR SDRAM (синхронная память с двойной скоростью передачи  данных); RDRAM (Rambus DRAM), предназначенная для функционирования на более высоких  частотах, чем SDRAM, наиболее дорогая память. Память DDR SDRAM считается перспективной для  персональных компьютеров любого уровня.       Каждая  ячейка памяти имеет свой уникальный (отличный от всех других) адрес. Основная память имеет для ОЗУ и ПЗУ единое адресное пространство.      Адресное пространство определяет максимально возможное количество непосредственно  адресуемых ячеек основной памяти.Адресное  пространство зависит от разрядности  адресных шин, ибо максимальное количество  разных адресов определяется разнообразием двоичных чисел, которые можно отобразить в n рядах,  т.е. адресное пространство равно 2 в степени n, где n – разрядность адреса.      Шина – совокупность проводов и разъемов, обеспечивающих взаимодействие устройств  компьютера. С момента начала использования ПК применялись различные стандарты шинной  архитектуры (ISA, EISA, MCA, VLB, PCI, AGP).            Прежде  всего основная память компьютера делится на две логические области:  непосредственно адресуемую память, занимающую первые 1024 Кбайта ячеек с адресами от 0 до 1024  Кбайт – 1, и расширенную память, доступ к ячейкам которой возможен при использовании  специальных программ – драйверов .       Драйвер – специальная программа, управляющая работой пямяти или внешними устройствами  ЭВМ и организующая обмен информацией между МП, ОП и внешними устройствами ЭВМ.       Драйвер,  управляющий работой памяти, называется диспетчером памяти.       Стандартной  памятью (CMA – Conventional Memory Area) называется непосредственно  адресуемая память в диапазоне от 0 до 640 Кбайт.       Непосредственно  адресуемая память в диапазоне  адресов от 640 до 1024  Кбайт называется верхней памятью (UMA – Upper Memory Area). Верхняя память зарезервирована  для памяти дисплея (видеопамяти) и постоянного запоминающего устройства. Однако обычно в ней  остаются свободные участки – « окна », которые могут быть использованы при помощи диспетчера  памяти в качестве оперативной памяти общего назначения.       Расширенная память – это память с адресами 1024 Кбайта и выше.       Непосредственный  доступ к этой памяти возможен  только в защищенном  режиме   работы микропроцессора.       В реальном  режиме имеются два способа  доступа к этой памяти, но только при использовании  драйверов:      ­ по спецификации XMS (эту память называют тогда XMA – Extended     Memory Area);     ­ по спецификации EMS (память называют EM – Expanded Memory).                   Доступ к  расширенной памяти согласно спецификации XMS (Extended     Memory Specification) организуется  при использовании драйверов XMM (Extended Memory Manager). Часто эту память называют  дополнительной, учитывая, что в первых моделях персональных компьютеров эта память размещалась на отдельных дополнительных платах, хотя термин  Extended почти идентичен термину Expanded и  более точно переводится как расширенный, увеличенный.        Спецификация XMS (Extended Memory Specification) является более ранней. Согласно этой  спецификации доступ реализуется путем отображения по мере необходимости отдельных полей  Extended Memory в определенную область верхней памяти. При этом хранится не обрабатываемая  информация, а лишь адреса, обеспечивающие доступ к этой информации. Память, организуемая по  EMS, носит название отображаемой, поэтому и сочетание слов Expanded Memory (EM) часто  переводят как отображаемая память. Для организации отображаемой памяти необходимо  воспользоваться драйвером ЕММ386.EXE (Extended Memory Manager) или пакетом управления  памятью GEMM.        Расширенная  память может быть использована главным образом для хранения данных и  некоторых программ ОС. Часто расширенную память используют для организации виртуальных  (электронных) дисков.        Исключение  составляет небольшая 64­Кбайтная область памяти с адресами от 1024 до 1088  Кбайт (так называемая высокая память, иногда ее называют старшая: HMA – High Memory Area),  которая может адресоваться и непосредственно при использовании драйвера HIMEM.SYS (High  Memory Manager) в соответствии со спецификацией XMS.HMA обычно используется для хранения  программ и данных операционной системы.         В настоящее время в современных  персональных компьютерах существует   режим виртуальной адресации  (virtual – кажущийся, воображаемый). Виртуальная адресация  используется для увеличения предоставляемой программам оперативной памяти за счет отображения  в части адресного пространства фрагмента внешней памяти.  . Назначение основной памяти компьютера.    В компьютере  есть  несколько   средств  для  хранения   информации. Самый  быстрый  способ  запомнить  данные – это запись  их  в электронные   микросхемы –   оперативную память.                                                             Ее  преимущество  –высокая скорость  записи   и   считывающих   данных. Ее  недостаток  состоит  в  ограниченном    объеме   и  в  том,  что при   выключении   компьютера  оперативная  память  очищается.  Также   оперативная   память  используется   для  кратковременного   хранения    данных   в тот момент,    когда   они    проходят   обработку    или когда   происходит    их   прием или   передача.      Конструктивное исполнение модулей памяти. Конструктивно модули памяти бывают двух типов ­ однорядные (SIMM ­ модули) и двурядные  (DIMM ­ модули). На компьютерах с процессорами Pentium однорядные модули можно применять  лишь парами (количество разъемов для их установления на материнской плате всегда четное). DIMM ­ модули можно устанавливать по одному. Комбинировать на одной плате разные модули нельзя.  SIMM­модули имеют объем до 128 мегабайт; DIMM­модули – до 512 Мбайт. Время доступа  показывает, сколько времени (в наносекундах) необходимо для обращения к ячейкам памяти. SIMM ­  модули ­ 50­70 нс, DIMM ­ модули ­ 7­10 нс (быстрее). Конструктивно память разных типов выпускается в разном исполнении. Если опустить столь давние  времена, когда каждая микросхема памяти вставлялась в свой разъем на материнской плате, первым  типом модулей памяти был 30­pin SIMM (небольшая печатная плата с микросхемами памяти типа  FPM, по одному краю которой с каждой из сторон печатной платы находится по 30 контактных  площадок).  Этими контактными площадками SIMM вставляется в специальный разъем на материнской плате. 30­ pin SIMM применялись в компьютерах на основе 286, 386 процессоров и в ранних моделях на основе  486 процессоров, причем последние требовали наличия как минимум двух модулей памяти (плюс ко  всему их суммарное количество должно быть четным). Установка 30­pin SIMM в компьютеры на  основе более старших моделей процессоров не предусмотрена (отсутствует нужный разъем). Эти  модули уже давно не производятся, поэтому найти такую память сейчас — большая проблема.  Чтобы преодолеть ограничение, когда в компьютерах на основе 486 процессоров было необходимо  наличие четного числа модулей памяти, были придуманы 72­pin SIMM (72­контактные модули  SIMM). В самом начале эти модули содержали микросхемы памяти типа FPM, затем стали  устанавливать микросхемы памяти EDO. Отличить их внешне невозможно, если только вы не  разбираетесь в маркировке микросхем. 72­pin SIMM производятся до сих пор, правда, как уже  говорилось, либо это низкокачественная продукция „левых” изготовителей, либо безумно дорогая  (дороже SDRAM) память от именитых фирм.  Имейте в виду, во всех современных прайс­листах этот конструктив модулей памяти обозначается  как просто SIMM. Кстати говоря, компьютеры на основе процессоров Intel Pentium, Pentium MMX,  AMD K5, K6, K6­2, K6­III, Cyrix 6x86, 6x86MX, M­2 требуют наличия четного числа модулей SIMM  (как минимум двух), если используются модули 72­pin SIMM. Помимо стандартных односторонних  существуют двухсторонние модули SIMM. Отличить их от обычных односторонних весьма просто, —  микросхемы памяти расположены с двух сторон. Двухсторонние SIMM работают не во всех  материнских платах, в частности большинство старых материнских плат для 486 процессора не  поддерживают такие модули. В компьютерах на основе Intel Pentium, Pentium MMX, AMD K5, K6,  K6­2, K6­III, Cyrix 6x86, 6x86MX, M­2 проблем с двухсторонними модулями, как правило, нет.  Следующий конструктив, получивший распространение, — модули DIMM. Они имеют 168 контактов  (по 84 с каждой стороны). Первоначально на DIMM устанавливали микросхемы памяти EDO, затем  SDRAM. Отличить их, опять же, можно по маркировке микросхем памяти. Впрочем, если на модуле  помимо микросхем памяти присутствует и маленькая микросхема SPD, то это, точно, модуль  SDRAM. Для памяти DDR SDRAM был разработан новый конструктив DIMM. От старого он  отличается количеством контактов — теперь их 184 (по 92 с каждой стороны), а также количеством и расположением ключей (специальных вырезов, не дающих вставить модуль в „чужой” разъем) —  теперь он 1 (у обычного модуля DIMM ключей 2).  И, наконец, память Rambus (RDRAM) имеет свой конструктив — RIMM. Кстати говоря, для  нормальной работы одноканального контроллера памяти Rambus достаточно наличия одного модуля  RIMM, для двухканального контроллера — как минимум двух модулей RIMM (или 4, 6 и т.д.), а длячетырехканального — как минимум 4­х модулей RIMM (или 8, если на материнской плате есть  столько разъемов).