96231

Структура оперативной памяти

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

Оперативная память состоит из ячеек, в каждой из которых может находиться единица информации – машинное слово. Каждая ячейка имеет две характеристики: адрес и содержимое. Через регистр адреса микропроцессора можно обратиться к любой ячейке памяти.

Русский

2015-10-04

180.76 KB

2 чел.

Министерство образования и науки нижегородской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Борский Губернский колледж»

Специальность 230701 Прикладная информатика (по отраслям)

Реферат

На тему: Структура оперативной памяти.

По дисциплине: Операционные системы и среды.

Выполнил:

студент гр. ИТ-41

Родов А.Е.

Проверил:

Марков А.В.

Городской округ города Бор

2015

 

Введение

Оперативной памяти (от англ. Random Access Memory) память с произвольным доступом.  ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

ППП ПИ 23.00.00 ТО

входные, выходные промежуточные данные, обрабатываемые процессором.

  1.  Структура оперативной памяти

Оперативная память состоит из ячеек, в каждой из которых может находиться единица информации – машинное слово. Каждая ячейка имеет две характеристики: адрес и содержимое. Через регистр адреса микропроцессора можно обратиться к любой ячейке памяти.

  1.  Сегментная модель памяти

Когда-то давно, на заре рождения компьютерной техники, оперативная память была очень маленькой и для ее адресации использовались 2 байта (так называемое «слово»). Такой подход позволял адресовать 64 Кб памяти, и адресация была линейной - для указания адреса использовалось одно-единственное число. Позже, с усовершенствованием техники, производители поняли, что имеется возможность поддерживать большие объемы памяти, но для этого нужно сделать размер адреса больше. Для совместимости с уже написанным программным обеспечением было решено сделать так: адресация теперь двухкомпонентная (сегмент и смещение), каждая из которых 16-битная, а старые программы как использовали одну 16-битную компоненту и ничего не знают о сегментах, так и продолжают работать


  1.  

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

ППП ПИ 23.00.00 ТО

Логическое строение оперативной памяти

Адресное пространство – это набор адресов, который может формировать процессор. Зачем? Хороший вопрос. Дело в том, что каждая ячейка памяти имеет адрес. И что бы считать (или записать) хранимую в ней информацию, надобно к ней обратится по ее адресу. Адреса делятся на виртуальные (логические) и физические. Физические адреса – это реальные адреса реальных ячеек памяти. Программам глубоко параллельно до таких адресов, так как они оперируют символьными именами, которые затем транслятором преобразовываются в виртуальные адреса. Потом виртуальные адреса преобразовываются в физические.

Логические адреса представляются в шестнадцатеричной форме и состоят из двух частей. Логически оперативная память разделена на сегменты. Так вот первая часть логического адреса – начало сегмента, а вторая – смещение от этого начала (сегмент, смещение)

Логическое строение делится на 5 зон:

1. Conventional memory – основная память;

Начинается с адреса 00000 (0000:0000) и до 90000 (9000:0000). Это занимает 640 Кбайт. В эту область грузится в первую очередь таблица векторов прерываний, начиная с 00000 и занимает 1 Кбайт, далее следуют данные из BIOS (счетчик таймера, буфер клавиатуры и т. д.), а затем уж всякие 16 разрядные программы DOS (для них 640 Кбайт – барьер, за который могут выскочить только 32 разрядные программы). На данные BIOS’а отводится 768 байт. 
2.
UMA (Upper Memory Area) – верхняя память;

Начинается с адреса А0000 и до FFFFF. Занимает она 384 Кбайт. Сюда грузится информация, связанная с аппаратной частью компьютера. UMA можно разделить на 3 части по 128 Кбайт. Первая часть (от А0000 до BFFFF) предназначена для видеопамяти. В следующую часть (от C0000 до DFFFF) грузятся программы BIOS адаптеров. Последняя часть (от E0000 до FFFFF) зарезервирована для системной BIOS. Дело в том, что последние 128 Кбайт не полностью используются. В большинстве случаев под BIOS задействованы только последние 64 Кбайт. Свободная же часть UMB управляется драйвером EMM386.EXE и используется для нужд операционной системы.
3. HMA (High Memory Area) – область верхней памяти;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ППП ПИ 23.00.00 ТО

История появления области HMA тянется аж к 80286 процессору, а точнее к ошибке в его схеме. Я уже говорил, что процессоры 8086 и 8087 имели 20 разрядную адресную шину, работали в реальном режиме и могли максимально обратится по адресу FFFFF (FFFF:000F). А вот 80286 процессор имел уже 24 разрядную шину адреса, работал в реальном и защищенном режимах и мог адресовать до 16 Мбайт памяти.
4.
XMS (eXtended Memory Specification) – дополнительная память;

Что бы работать в XMS используя DOS, для процессоров был разработан еще один режим – виртуальный. DOS не может переплюнуть барьер в 640 Кбайт, виртуальный режим позволяет разбить дополнительную память на части по

1 Мбайту. В каждую часть грузится по программе DOS и там они варятся в реальном режиме но уже не мешая друг другу выполнятся одновременно. 32 разрядным приложениям на барьер в 640 Кбайт все равно. XMS отвечает за перевод режимов процессора драйвер EMM386.EXE, а за организацию самой области – HIMEM.SYS. Посмотреть, что творится у Вас в XMS можно с помощью SysInfo из набора Norton Utilities.
5.
EMS (Expanded Memory Specification) – расширенная память;

Находится эта область в верхней памяти и занимает порядка 64 Кбайт. Использовалась она лишь в старых компах с оперативной памятью до

1 Мбайта. В силу своей спецификации это достаточно медленная область. Дело в том, что расширенная память – это один из многих коммутируемых сегментов. После того, как сегмент заполнится, происходит смена использованного сегмента новым. Но работать можно только с одним сегментом, а это, Вы сами должны понимать, не совсем хорошо, удобно и быстро. Как правило первый сегмент EMS находится по адресу D000.

Логическое строение оперативной памяти в графическом виде.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

ППП ПИ 23.00.00 ТО



4. DRAM – Dynamic Random Access Memory

 DRAM - это очень старый тип микросхем оперативной памяти, который сейчас уже давно не применяется. По другому DRAM – это динамическая память с произвольным порядком выборки. Минимальной единицей информации при хранении или передаче данных в компьютере является бит. Каждый бит может быть в двух состояниях: включен (да, 1) или выключен (нет, 0). Любой объем информации в конечном итоге состоит из включенных и выключенных битов. Таким образом, что бы сохранить или передать какой либо объем данных, необходимо сохранить или передать каждый бит, не зависимо от его состояния, этих данных.


Для хранения битов информации в оперативной памяти есть ячейки. Ячейки состоят из конденсаторов и транзисторов. Вот примерная и упрощенная схема ячейки DRAM:

Каждая ячейка способна хранить только один бит. Если конденсатор ячейки заряжен, то это означает, что бит включен, если разряжен – выключен. Если необходимо запомнить один байт данных, то понадобится 8 ячеек (1 байт = 8 битам). Ячейки расположены в матрицах и каждая из них имеет свой адрес, состоящий из номера строки и номера столбца.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

ППП ПИ 23.00.00 ТО

Теперь рассмотрим, как происходит чтение. Сначала на все входы подается сигнал RAS (Row Address Strobe) – это адрес строки. После этого, все данные из этой строки записываются в буфер. Затем на регистр подается сигнал CAS (Column Address Strobe) – это сигнал столбца и происходит выбор бита с соответствующим адресом. Этот бит и подается на выход. Но во время считывания данные в ячейках считанной строки разрушаются и их необходимо перезаписать взяв из буфера.

Теперь запись. Подается сигнал WR (Write) и информация поступает на шину столбца не из регистра, а с информационного входа памяти через коммутатор, определенный адресом столбца. Таким образом, прохождение данных при записи определяется комбинацией сигналов адреса столбца и строки и разрешения записи данных в память. При записи данные из регистра строки на выход не поступают.

Следует учесть то, что матрицы с ячейками расположены вот таким вот образом:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

ППП ПИ 23.00.00 ТО

Это означает, что за один раз будет считан не один бит, а несколько. Если параллельно расположено 8 матриц, то сразу считан будет один байт. Это называется разрядностью. Количество линий, по которым будут передаваться данные от (или на) параллельных матриц, определяется разрядностью шины ввода/вывода микросхемы.
Говоря о работе DRAM необходимо учитывать один момент. Все заключается в том, что конденсаторы не могут бесконечно долго хранить заряд и он в конце концов «стекает», Поэтому конденсаторы необходимо перезаряжать. Операция перезарядки называется Refresh или регенерацией. Происходит эта операция примерно каждые 2 мс и порой занимает до 10 % (а то и больше) рабочего времени процессора.

Важнейшей характеристикой DRAM является быстродействие, а проще говоря продолжительность цикла + время задержки + время доступа, где продолжительность цикла – время, затраченное на передачу данных, время задержки – начальная установка адреса строки и столбца, а время доступа – время поиска самой ячейки. Измеряется эта фигня в наносекундах (одна миллиардная доля секунды). Современные микросхемы памяти имеют быстродействие ниже 10 мс.

Оперативной памятью управляет контроллер, который находится в чипсете материнской платы, а точнее в той его части, которая называется North Bridge.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

ППП ПИ 23.00.00 ТО

А теперь поняв как работает оперативная память, разберемся, зачем же она вообще нужна. После процессора, оперативную память можно считать самым быстродействующим устройством. Поэтому основной обмен данными и происходит между этими двумя девайсами. Вся информация в персональном компьютере хранится на жестком диске. При включении компа в ОЗУ (Оперативное Запоминающее Устройство) с винта записываются драйвера, специальные программы и элементы операционной системы. Затем туда будут записаны те программы – приложения, которые Вы будете запускать. При закрытии этих программ они будут стерты из ОЗУ. Данные, записанные в оперативной памяти, передаются в CPU (Central Processing Unit), там обрабатываются и записываются обратно. И так постоянно: дали команду процессору взять биты по таким то адресам, как то их там обработать и вернуть на место или записать на новое – он так и сделал.

Все это хорошо, до тех пор, пока ячеек ОЗУ хватает. А если нет? Тогда в работу вступает файл подкачки. Этот файл расположен на жестком диске и туда записывается все, что не влезает в ячейки оперативной памяти. Поскольку быстродействие винта значительно ниже ОЗУ, то работа файла подкачки сильно замедляет работу системы. Кроме этого, это снижает долговечность самого жесткого диска.

Увеличение объема памяти не приводит к увеличению ее быстродействия. Изменение объема памяти ни как не повлияет на ее работу. А вот если рассматривать работу системы, то тут дело другое. В том случае, если Вам хватает объема оперативной памяти, то увеличение объема не приведет к увеличению скорости работы системы. Если же ячеек ОЗУ не хватает, то увеличение их количества (проще говоря добавление новой или замене старой на новую с большим объемом линейки памяти) приведет к ускорению работы системы.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

ППП ПИ 23.00.00 ТО

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

ППП ПИ 23.00.00 ТО

Интернет ресурсы

http://nikesina.ucoz.ru/

http://www.whatis.ru/

http://wiki.mvtom.ru/

http://www.teryra.com/

http://smartronix.ru/

http://allrefs.net/

http://sonikelf.ru/

http://beginpc.ru/

Список литературы

Практическое руководство системного администратора. (2012 )

Эндрю Таненбаум, Тодд Остин - Архитектура компьютера (2013)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15404. Происхождение жизни 31.1 KB
  Контрольная работа Вариант №19 По концепции современного естествознания на тему: Происхождение жизни. Введение. Сейчас считается общепризнанным что возникновение жизни на Земле представляло собой закономерный процесс вполне поддающийся научному исследо...
15405. Проект строительства ВОЛП на участке г.Казань – г.Набережные Челны 3.05 MB
  Целью дипломного проекта является проектирование ВОЛП между городами республики Татарстан г.Казань и г.Набережные Челны. Указанный участок строительства ВОЛП имеет большое республиканское значение для обеспечения потребностей населения и промышленных предприятий республики Татарстан в качественном информационном доступе...
15406. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ И ВНУТРИЗОНОВЫХ ВОЛП 571.5 KB
  Проектирование магистральных и внутризоновых ВОЛП Учебное пособие по курсовому проектированию направлено на углубление и обобщение знаний полученных студентами в результате изучения дисциплины Направляющие системы электросвязи. Выполнение курсового проекта явл
15407. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Биологические свойства. Роль в патологии. Лабораторная диагностика. Профилактика ВИЧ-инфекции 31.5 KB
  Практическое занятие 32 Тема: Вирус иммунодефицита человека ВИЧ. Биологические свойства. Роль в патологии. Лабораторная диагностика. Профилактика ВИЧинфекции. Вирус иммунодефицита человека ВИЧ human immunodeficiency virus HIV вызывает ВИЧинфекцию заканчивающуюся развит...
15408. Лабораторная диагностика кишечных инфекций. Возбудитель холеры. Биологические свойства. Патогенез и клиника холеры. Лабораторная диагностика. Специфическая профилактика холеры 55 KB
  Практическое занятие 22 Тема: Лабораторная диагностика кишечных инфекций. Возбудитель холеры. Биологические свойства. Патогенез и клиника холеры. Лабораторная диагностика. Специфическая профилактика холеры. 1. Лабораторная диагностика кишечных инфекций Лабо
15409. Вирус гепатита А. Вирус гепатита В. Характеристика. Патогенез и клиника вирусных гепатитов. Лабораторная диагностика. Специфическая профилактика 36.5 KB
  Практическое занятие 31 Тема: Вирус гепатита А. Вирус гепатита В. Характеристика. Патогенез и клиника вирусных гепатитов. Лабораторная диагностика. Специфическая профилактика. 1. Вирус гепатита А Гепатит А болезнь Боткина инфекционное заболевание характериз...
15410. Грибы. Классификация. Морфология и другие биологические свойства. Роль в патологии человека 95.5 KB
  Практическое занятие 33 Тема: Грибы. Классификация. Морфология и другие биологические свойства. Роль в патологии человека. Морфологические свойства грибов Грибы Fungi бесхлорофилльные низшие эукариотические организмы. Наука изучающая грибы называется микол
15411. Принципы и методы лабораторной диагностики вирусных инфекций. Ортомиксовирусы. Вирус гриппа. Биологические свойства. Патогенез и клиника гриппа. Лабораторная диагностика. Специфическая профилактика гриппа 87.5 KB
  Практическое занятие 29 Тема: Принципы и методы лабораторной диагностики вирусных инфекций. Ортомиксовирусы. Вирус гриппа. Биологические свойства. Патогенез и клиника гриппа. Лабораторная диагностика. Специфическая профилактика гриппа. 1. Принципы лабораторной ди...
15412. Возбудители дифтерии, коклюша, паракоклюша. Характеристика. Патогенез, клиника, лабораторная диагностика вызываемых заболеваний. Специфическая терапии и профилактика 46.5 KB
  Практическое занятие 24 Тема: Возбудители дифтерии коклюша паракоклюша. Характеристика. Патогенез клиника лабораторная диагностика вызываемых заболеваний. Специфическая терапии и профилактика. 1. Дифтерия Дифтерия острое инфекционное заболевание преимущ...