27107

Операти́вная па́мять

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Память Оперативка энергозависимая часть системы компьютерной памяти в которой временно хранятся данные и команды необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость каждое машинное словоимеет индивидуальный адрес памяти. Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда когда на модули памяти подаётся напряжение то есть компьютер включён. Пропадание на модулях памяти питания даже кратковременное приводит к искажению либо полному уничтожению данных в ОЗУ.

Русский

2013-08-19

71 KB

1 чел.

Операти́вная па́мять (англ. Random Access Memory, память с произвольным доступом; комп. жарг. ПамятьОперативка) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное словоимеет индивидуальный адрес) памяти.

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:

  1.  непосредственно,
  2.  либо через сверх быструю память, 0-го уровня — регистры в АЛУ, либо при наличии кэша — через него.

Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение, то есть, компьютер включён. Пропадание на модулях памяти питания, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному уничтожению данных в ОЗУ.

Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим «сна», что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. Для сохранения содержимого ОЗУ в таком случае, применяют запись содержимого оперативной памяти в специальный файл (в системе Windows XP он называется hiberfil.sys).

В общем случае, оперативная память содержит данные операционной системы и запущенных на выполнение программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Оперативное запоминающее устройствоОЗУ — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию, например однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

История

В 1834 году Чарльз Бэббидж начал разработку Аналитической машины. Одна из важных частей этой машины называлась «Склад» (store), и предназначалась для хранения промежуточных результатов вычислений. Результаты запоминались с использованием валов и шестерней.

ЭВМ первого поколения можно считать ещё экспериментальными, поэтому в них использовалось множество разновидностей запоминающих устройств: на ртутных линиях задержкиэлектронно-лучевых и электростатических трубках. В качестве оперативной памяти использовался также магнитный барабан: он обеспечивал достаточное для компьютеров тех времён быстродействие и использовался в качестве основной памяти для хранения программ и вводимых данных.

Второе поколение требовало более технологичных в производстве схем оперативной памяти. Наиболее распространённым видом памяти в то время стала память на магнитных сердечниках.

Начиная с третьего поколения большинство узлов компьютеров стали выполнять на микросхемах, в том числе и оперативную память. Наибольшее распространение получили два вида ОЗУ: на основе конденсаторов (динамическая память) и триггеров (статическая память). Оба этих вида памяти не способны сохранять данные при отключении питания — для этой цели используется Энергонезависимая память.

ОЗУ современных компьютеров

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые ИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим массовую оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кеш-памяти внутри микропроцессора.

Память динамического типа

Основная статья: DRAM

Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобы установить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные операции (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус — конденсаторы склонны к «стеканию» заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость.

За то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени, память на конденсаторах получила своё название динамическая память. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов для восстановления необходимо «регенерировать» через определённый интервал времени. Регенерация выполняется центральным микропроцессором или контроллером памяти, за определённое количество тактов считывания при адресации по строкам. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливаются все операции с памятью, это значительно снижает производительность данного вида ОЗУ.

Память статического типа

Основная статья: SRAM (память)

ОЗУ, которое не надо регенерировать (и обычно схемотехнически собранное на триггерах), называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Используется для организации сверхбыстрого ОЗУ, критичного к скорости работы.

Из чего состоит ядро оперативной памяти

Ядро микросхемы оперативной памяти состоит из огромного количества ячеек памяти, которые объединены в прямоугольные таблицы – матрицы. Горизонтальные линейки матрицы называют строками, а вертикальные столбцами. Весь прямоугольник матрицы называться страницей, а совокупность страниц называется банком.

Горизонтальные и вертикальные линии являются проводником, на пересечении горизонтальных и вертикальных линий и находятся ячейки памяти.

Из чего состоит ячейка памяти

Ячейка памяти состоит из одного полевого транзистора и одного конденсатора. Конденсатор выполняет роль хранителя информации, он может хранить один бит данных, то есть либо логическую единицу (когда он заряжен), либо логический ноль (когда он разряжен). Транзистор выполняет роль электрического ключа, который либо удерживает заряд на конденсаторе, либо открывает для считывания.

Регенерация памяти

Конденсатор, который служит хранителем данных, имеет микроскопические размеры и как следствие маленькую ёмкость, и ввиду этого не может долго хранить заряд заданный ему, по причине саморазряда. Для борьбы с этой проблемой, используется регенерация памяти, которая, с определённой периодичностью считывает ячейки и записывает заново. Благодаря подобному явлению, эта память и получила название динамической.

Чтение памяти

Если нам нужно прочитать память, то на определённую строку страницы памяти, подаётся сигнал, который открывает транзистор и пропускает электрический заряд, который содержится (или не содержится) в конденсаторе на соответствующий столбец. К каждому столбцу подключен чувствительный усилитель, который реагирует на незначительный поток электронов выпущенных с конденсатора. Но тут есть нюанс – сигнал, поданный на строку матрицы, открывает все транзисторы данной строки, так как они все подключены на данную строку, и таким образом происходит чтение всей строки. Исходя из вышесказанного, становится ясно, что строка в памяти, является минимальной величиной для чтения – прочитать одну ячейку, не затронув другие невозможно.

Процесс чтения памяти является деструктивным, так как прочитанный конденсатор отдал все свои электроны, что бы его услышал чувствительный усилитель. И по этому, после каждого чтения строки, её нужно записать заново.

Интерфейс памяти

У интерфейсной части памяти следует выделить линии адреса и линии данных. Линии адреса указывают на адрес ячейки, а линии данных производят чтение и запись памяти.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10176. Карл Ясперс 262.5 KB
  Карл Ясперс. Близки к Хайдеггеру размышления известного немецкого философа одного из крупнейших экзистенциалистов Карла Ясперса 18831969. В работе Истоки истории и ее цель философ рассматривает технику как новый фактор мировой истории.[2] Он призывает к осознанию совр
10177. Техника как ставка века Жака Эллюля 38 KB
  Эллюль рассматривает ее как диалектическую противоположность библейской вере. Он утверждает, что в то время, как техника являет собой попытку людей создать в этом мире свой дом, Библия отрицает то, что человек воистину когда-либо находится у себя дома в этом мире
10178. Образ науки в философии ХХ в 41.5 KB
  Образ науки в философии ХХ в. Несциентистские образы науки. Философия науки в России. В данной лекции будут рассмотрены концепции науки в которых прослеживается линия критики науки. В первую очередь это экзистенциализм. Экзистенциалисты обосновывали
10179. Фридрих Рапп/ Техника и естествознание/ Интеллектуальные предпосылки 110.5 KB
  Фридрих Рапп Техника и естествознание Интеллектуальные предпосылки Промышленная техника и экспериментально-математическое естествознание являются результатом исторического процесса развития. Простые технические действия изготовление орудий оружия культовых ...
10180. Наука как объект теоретического исследования 46 KB
  Наука как объект теоретического исследования Проблематика науковедения и его становление. Структура современного науковедения и место в нем философии науки. Философия науки изучение которой начинается является частью обширной области исследований.
10181. Изготовление орудий труда и накопление знаний о природных веществах в каменном веке. Значение использование огня в первобытном обществе 46 KB
  Изготовление орудий труда и накопление знаний о природных веществах в каменном веке. Значение использование огня в первобытном обществе. Человек и техника появились одновременно еще в каменном веке 2 млн лет конец 4го тысячелетия до н.э.. Первыми орудиями труда сознат
10182. Техника бронзового века. Изобретение и использование плуга, колеса, паруса 35.5 KB
  Техника бронзового века. Изобретение и использование плуга колеса паруса. Следующим этапом в развитии техники стало овладение человека металлом в качестве основного сырья для производства орудий. Люди постоянно использующие огонь не могли не заметить что прокалива
10183. Развитие технических знаний в Древней Греции. Архимед и становление инженерной механики 35.5 KB
  Развитие технических знаний в Древней Греции. Архимед и становление инженерной механики В период железного века достаточно много изобретений появилось в Древней Греции Среди ученых античности серьезно занимавшихся механикой особое место принадлежит Архимеду...
10184. Развитие техники в средние века. Создание доменной печи, часового механизма, печатного станка 41 KB
  Развитие техники в средние века. Создание доменной печи часового механизма печатного станка Период средневековья длившейся с V по первую половину XV в. оказался в целом благоприятным для технического развития что имеет свое объяснение. В 476 г. н.э. под напором варваров ...