Зміст
1. Організація пам'яті.
2. Організація систем адресації і команд
3. Висновок
4. Список використаної літератури
Організація пам'яті
Системна пам'ять. Зазвичай під системної розуміють лише оперативну пам'ять. Насправді працездатність всієї комп'ютерної системи залежить від характеристик підсистеми пам'яті в цілому. Підсистема пам'яті охоплює:
оперативну пам'ять як таку;
кеш-пам'ять першого рівня, розташовану в ядрі МП;
кеш-пам'ять другого рівня (в деяких конфігураціях вона виступає як кеш третього рівня), що розміщується на СП, на картриджі МП або в його ядрі;
контролер пам'яті;
шини даних і команд, які об'єднують всі елементи підсистеми в єдине ціле.
Системна пам'ять поділяється на два типи - з динамічної та статичної вибіркою. У першому випадку значення біта інформації в комірці визначається наявністю або відсутністю заряду на мініатюрному конденсаторі, керованому одним-двома транзисторами. У статичній пам'яті застосовані спеціальні елементи - тригери, реалізовані на 4-6 транзисторах. Природно, що через необхідність очікування накопичення (стікання) заряду на конденсаторі швидкодію DRAM нижче. Проте завдяки більшій кількості транзисторів на клітинку, пам'ять SRAM істотно дорожче. Зазвичай модулі DRAМ застосовують в оперативній і відеопам'яті, а модулі SRAМ - як швидких буферних елементів в процесорах, на СП, в контролерах жорстких дисків, CD-RОМ і пр.
Статична пам'ять. Осередком в статичній пам'яті є тригер - логічний елемент з двома стійкими надбаннями, в будь-якому з яких він зберігається до тих пір, поки підключений до джерела живлення. Час спрацювання тригера складає в сучасних мікросхемах одиниці наносекунд. Однак щільність компонування осередків SRAM істотно нижче, ніж в мікросхемах DRAM, а вартість виробництва вище, тому статична пам'ять застосовується лише в найбільш відповідальних компонентах.
У сучасних системах зазвичай використовується конвеєрний режим з пакетним способом передачі даних (Pipelined Burst Cache), організований на мікросхемах статичної пам'яті з синхронним доступом.
Асинхронна динамічна пам'ять (DRAM). Асинхронний інтерфейс роботи динамічної пам'яті передбачає наявність окремого пристрою в контролері пам'яті для генерації управляючих сигналів. Для операцій читання / запису визначається тривалість, що залежить від технології виготовлення мікросхеми, ширини шини даних, наявності буфера та інших параметрів. Кожен цикл операції читання і запису осередків пам'яті може мати тривалість, відмінну від інших циклів. Ніяка наступна операція не може початися до сигналу про закінчення попередньої. Для генерації необхідних імпульсів контролер асинхронної пам'яті має дільник, що виробляє сигнали необхідної частоти для кожної операції всередині циклу.
Синхронна динамічна пам'ять (SDRAM). У цьому випадку всі команди і обмін даними по шині пам'яті проходять синхронно з тактовими імпульсами системної шини, тому всі цикли однієї операції мають однакову тривалість.
Осередки у динамічній пам'яті утворюють матрицю, що складається з рядків і стовпців. При зчитуванні даних вміст одного рядка цілком переноситься в буфер, реалізований на елементах статичної пам'яті. Після цього з рядка зчитується значення (0 або 1) потрібної клітинки, і вміст буфера знову записується в колишню рядок динамічної пам'яті. Такі переноси даних здійснюються шляхом зміни стану конденсаторів осередків, тобто відбувається процес заряду (розряду, якщо конденсатор був заряджений). Так як конденсатори надзвичайно малі, висока ймовірність мимовільного зміни їх стану через паразитних витоків і наведень.
Для виключення втрати даних проводяться цикли регенерації з певною частотою, які зазвичай не започатковано спеціалізованими мікросхемами. За один такт мікропроцесора пам'ять може регенеруватися кілька разів.
Без участі МП інформація з пам'яті може зчитуватися блоками пристроєм прямого доступу до пам'яті DMA - Direct Memory Access. При необхідності воно посилає запит, що містить адресу і розмір блоку даних, а також керуючі сигнали. Так як доступ до пам'яті по каналах DMA одночасно можуть мати кілька пристроїв (наприклад, процесор, відеокарта з інтерфейсом AGP, контролер шини PCI, HDD), утвориться черга запитів, хоча кожному споживачеві ресурсів пам'яті потрібні власні дані, часто розташовані не тільки в різних мікросхемах , але і в різних банках пам'яті.
ОЗУ (англомовне назва RAM, Random-Access Memory - пам'ять з довільною вибіркою) зберігає їх програми і дані, безпосередньо беруть участь в операціях. Середній час доступу до її осередкам становить близько 10 наносекунд (10 ~ 9 с). На сучасних ПК обсяг ОЗУ знаходиться в межах 128-4096 Мбайт. Від обсягу ОЗУ залежить не тільки можливість роботи з ресурсоємними програмами, але і його продуктивність, оскільки при нестачі пам'яті як її логічного розширення використовується жорсткий диск, час доступу до якого значно більше. На продуктивність ПК впливають також швидкодію ОЗУ і використовуваний спосіб обміну даними між мікропроцесором і пам'яттю.
ОЗУ реалізується на мікросхемах DRAM (Dynamic RAМ - динамічна пам'ять з довільною вибіркою), що характеризуються в порівнянні з іншими різновидами пам'яті низькою вартістю і високою питомою ємністю, але великим енергоспоживанням і меншим швидкодією. Кожен інформаційний біт (0 або 1) у DRAM зберігається у вигляді заряду конденсатора. Через струмів витоку цей заряд необхідно з певною періодичністю оновлювати. Регенерація вмісту пам'яті вимагає додаткового часу, а запис інформації під час регенерації в пам'ять не допускається.
Відеоадаптер ПК дозволяє монітору взаємодіяти з процесором. Тому відеоадаптер повинен мати спеціальну пам'ять (відеопам'ять), в яку процесор записує зображення в періоди відносно невеликий завантаженості. А вже потім відеоадаптер, незалежно від процесора, може виводити вміст відеопам'яті на екран. У сучасних умовах мінімальним об'ємом відеопам'яті слід вважати 32 Мбайт, прийнятним - 128 Мбайт, комфортним - 256 Мбайт. Зважаючи на великі обсяги відеоінформації відеоадаптери, як правило, підключаються до материнської плати через спеціалізовані шини з найбільшою пропускною здатністю.
Незалежна пам'ять CMOS. Вище ми відзначили, що робота таких стандартних пристроїв, як клавіатура, може обслуговуватися програмами, що входять в BIOS, але такими засобами не можна забезпечити роботу з усіма можливими пристроями. Так, наприклад, виробники BIOS абсолютно нічого не знають про параметри наших жорстких і гнучких дисків, їм не відомі ні склад, ні властивості довільній обчислювальної системи. Для того щоб почати роботу з іншим обладнанням, програми, що входять до складу BIOS, повинні знати, де можна знайти потрібні параметри. З очевидних причин їх не можна зберігати ні в оперативній пам'яті, ні в постійному запам'ятовуючому пристрої. Спеціально для цього на материнській платі є мікросхема «енергонезалежній пам'яті», за технологією виготовлення звана CMOS. Від оперативної пам'яті вона відрізняється тим, що її вміст не стирається під час вимикання комп'ютера, а від ПЗУ вона відрізняється тим, що дані в неї можна заносити і змінювати самостійно, у відповідності з тим, яке обладнання входить до складу системи. Ця мікросхема постійно підживлюється від невеликої батарейки, що розташована на материнській платі. Заряду цієї батарейки вистачає на те, щоб мікросхема не втрачала дані, навіть якщо комп'ютер не будуть включати кілька років.
У мікросхемі CMOS зберігаються дані про гнучкі і жорстких дисках, про процесор, про деякі інші пристроях материнської плати. Той факт, що комп'ютер чітко відслідковує час і календар (навіть і у вимкненому стані), теж пов'язаний з тим, що свідчення системних годин постійно зберігаються (і змінюються) в CMOS. Таким чином, програми, записані в BIOS, зчитують дані про склад обладнання комп'ютера з мікросхеми CMOS, після чого вони можуть виконати звернення до жорсткого диска, а в разі необхідності і до гнучкого, і передати управління тим програмам, які там записані.
Мікросхема ПЗП і система BIOS. У момент включення комп'ютера в його оперативної пам'яті немає нічого - ні даних, ні програм, оскільки оперативна пам'ять не може нічого зберігати без підзарядки осередків більш сотих часток секунди, але процесору потрібні команди, в тому числі і в перший момент після включення. Тому відразу після включення на адресній шині процесора виставляється стартовий адресу. Це відбувається апаратно, без участі програм (завжди однаково). Процесор звертається по виставленому адресою за своєю першою командою і далі починає працювати за програмами. Цей вихідний адресу не може вказувати на оперативну пам'ять, у якій поки що нічого немає. Він вказує на інший тип пам'яті - постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ). Мікросхема ПЗП здатна тривалий час зберігати інформацію, навіть коли комп'ютер вимкнений. Програми, що знаходяться в ПЗП, називають «зашитими» - їх записують туди на етапі виготовлення мікросхеми. Комплект програм, що знаходяться в ПЗП, утворює базову систему введення-виведення (BIOS - Basic Input Output System). Основне призначення програм цього пакету полягає в тому, щоб перевірити склад та працездатність комп'ютерної системи та забезпечити взаємодію з клавіатурою, монітором, жорстким диском і дисководом гнучких дисків. Програми, що входять в BIOS, дозволяють нам спостерігати на екрані діагностичні повідомлення, які супроводжують запуск комп'ютера, а також втручатися в хід запуску за допомогою клавіатури. Модуль BIOS знаходиться в мікросхемі енергонезалежної пам'яті (CMOS'-пам'яті). У CMOS'-пам'яті записана конфігурація апаратних засобів комп'ютера і деяка інша інформація. Вона живиться від невеликої батареї, і тому її вміст не стирається навіть після виключення живлення комп'ютера. Якщо системна плата містить вбудований контроллер накопичувачів на жорстких дисках, на ній також розташовується роз'єм для підключення індикатора жорсткого диска. Цей індикатор світиться в момент звернення до жорстких дисків.
Обмін даними всередині процесора відбувається в кілька разів швидше, ніж обмін з іншими пристроями, наприклад з оперативною пам'яттю. Для того щоб зменшити кількість звертань до оперативної пам'яті, всередині процесора створюють буферну область - так звану кеш-пам'ять. Це як би «сверхоперативная пам'ять». Коли процесору потрібні дані, він спочатку звертається до кеш-пам'ять, і тільки якщо там потрібних даних немає, відбувається його звернення в оперативну пам'ять. Приймаючи блок даних з оперативної пам'яті, процесор заносить його одночасно і в кеш-пам'ять. «Вдалі» звернення в кеш-пам'ять називають влученнями в кеш. Відсоток попадань тим вище, чим більше розмір кеш-пам'яті, тому високопродуктивні процесори комплектують підвищеним обсягом кеш-пам'яті.
Нерідко кеш-пам'ять розподіляють по декількох рівнях. Кеш першого рівня виконується в тому ж кристалі, що і сам процесор, і має об'єм порядку десятків Кбайт. Кеш другого рівня знаходиться або в кристалі процесора, або в тому ж вузлі, що і процесор, хоча і виконується на окремому кристалі. Кеш-пам'ять першого і другого рівня працює на частоті, узгодженої з частотою ядра процесора. Кеш-пам'ять третього рівня виконують на швидкодіючих мікросхемах типу SRAM і розміщують на материнській платі поблизу процесора. Її обсяги можуть досягати декількох Мбайт, але працює вона на частоті материнської плати.
2. Організація систем адресації і команд
Процесор - основна мікросхема комп'ютера, в якій і проводяться всі обчислення. Конструктивно процесор складається з комірок, схожих на клітинки оперативної пам'яті, але в цих осередках дані можуть не тільки зберігатися, але і змінюватися. Внутрішні клітини процесора називають регістрами. Важливо також відзначити, що дані, що потрапили до деяких регістри, розглядаються не як дані, а як команди, керівники обробкою даних в інших регістрах. Серед регістрів процесора є й такі, які в залежності від свого змісту здатні модифікувати виконання команд. Таким чином, керуючи засиланням даних в різні регістри процесора, можна управляти обробкою даних. На цьому й грунтується виконання програм.
З іншими пристроями комп'ютера, і в першу чергу з оперативною пам'яттю, процесор зв'язаний кількома групами провідників, які називаються шинами. Основних шин три: шина даних, адресна шина і командна шина.
Адресна шина. У процесорів Intel Pentium (а саме вони найбільш поширені в персональних комп'ютерах) адресна шина 32-розрядна, тобто складається з 32 паралельних ліній. У залежності від того, є напруга на якийсь з ліній чи ні, кажуть, що на цій лінії виставлена одиниця чи нуль. Комбінація з 32 нулів та одиниць утворює 32-розрядний адреса, що вказує на одну з комірок оперативної пам'яті. До неї і підключається процесор для копіювання даних з осередку в один зі своїх регістрів.
Шина даних. По цій шині відбувається копіювання даних з оперативної пам'яті в регістри процесора і назад. У комп'ютерах, зібраних на базі процесорів Intel Pentium, шина даних 64-розрядна, тобто складається з 64 ліній, по яких за один раз на обробку надходять відразу 8 байтів.
Шина команд. Для того щоб процесор міг обробляти дані, йому потрібні команди. Він повинен знати, що треба зробити з тими байтами, які зберігаються в його регістрах. Ці команди надходять у процесор теж з оперативної пам'яті, але не з тих областей, де зберігаються масиви даних, а звідти, де зберігаються програми. Команди теж представлені у вигляді байтів. Найпростіші команди вкладаються в один байт, проте є й такі, для яких потрібно два, три і більше байтів. У більшості сучасних процесорів шина команд 32-розрядна (наприклад, в процесорі Intel Pentium), хоча існують 64-розрядні процесори і навіть 128-розрядні.
Система команд процесора. У процесі роботи процесор обслуговує дані, що знаходяться в його регістрах, в полі оперативної пам'яті, а також дані, що знаходяться в зовнішніх портах процесора. Частина даних він інтерпретує безпосередньо як дані, частина даних - як адресні дані, а частина - як команди. Сукупність усіх можливих команд, які може виконати процесор над даними, утворює так звану систему команд процесора. Процесори, що відносяться до одного сімейства, мають однакові або близькі системи команд. Процесори, що відносяться до різних родин, розрізняються за системою команд і не взаємозамінні.
Процесори з розширеною і скороченою системою команд. Чим ширше набір системних команд процесора, тим складніша його архітектура, тим довший формальна запис команди (у байтах), тим вище середня тривалість виконання однієї команди, виміряна в тактах роботи процесора. Так, наприклад, система команд процесорів Intel Pentium в даний час налічує більше тисячі різних команд. Такі процесори називають процесорами з розширеною системою команд - CISС-процесорами (CISC - Complex Instruction Set Computing).
На противагу CISC-процесорам в середині 80-х років з'явилися процесори архітектури RISC із скороченою системою команд (RISC - Reduced Instruction Set Computing). При такій архітектурі кількість команд у системі набагато менше, і кожна з них виконується набагато швидше. Таким чином, програми, які складаються з простих команд, виконуються цими процесорами багато швидше. Зворотний бік скороченого набору команд полягає в тому, що складні операції доводиться емулювати далеко не ефективною послідовністю найпростіших команд скороченого набору.
У результаті конкуренції між двома підходами до архітектури процесорів склалося таке розподіл їх сфер застосування:
• CISC-процесори використовують в універсальних обчислювальних системах;
• RISC-процесори використовують у спеціалізованих обчислювальних системах або пристроях, орієнтованих на виконання однакових операцій.
Для персональних комп'ютерів платформи IBM PC довгий час випускалися тільки CISC-процесори, до яких відносяться і всі процесори сімейства Intel Pentium. Проте останнім часом компанія AMD приступила до випуску процесорів сімейства AMD-K6, в основі яких лежить внутрішнє ядро, виконане по RISC-архітектурі, і зовнішня структура, виконана з архітектури CISC. Таким чином, сьогодні з'явилися процесори, сумісні по системі команд з процесор
Висновок
Системна пам'ять поділяється на два типи - з динамічної та статичної вибіркою, динамічна у свою чергу на синхронну і асинхронну.
ОЗП (оперативний запам'ятовуючий пристрій) - пам'ять з довільною вибіркою, вона зберігає їх програми і дані, безпосередньо беруть участь в операціях. Від обсягу ОЗУ залежить не тільки можливість роботи з ресурсоємними програмами, але й продуктивність ПК.
ПЗУ (постійний запам'ятовуючий пристрій) - пам'ять, яка тривалий час зберігає інформацію, навіть коли комп'ютер вимкнений. Програми, що знаходяться в ПЗП, називають «зашитими» - їх записують туди на етапі виготовлення мікросхеми. Комплект програм, що знаходяться в ПЗП, утворює базову систему введення-виведення (BIOS).
Для роботи з іншим обладнанням необхідна «енергонезалежна пам'ять» (CMOS). Від оперативної пам'яті вона відрізняється тим, що її вміст не стирається під час вимикання комп'ютера, а від ПЗУ вона відрізняється тим, що дані в неї можна заносити і змінювати самостійно, у відповідності з тим, яке обладнання входить до складу системи.
Для того щоб зменшити кількість звертань до оперативної пам'яті, всередині процесора створюють буферну область - так звану кеш-пам'ять. Це як би «сверхоперативная пам'ять». Коли процесору потрібні дані, він спочатку звертається до кеш-пам'ять, і тільки якщо там потрібних даних немає, відбувається його звернення в оперативну пам'ять.
Відеоадаптер має спеціальну пам'ять (відеопам'ять), в яку процесор записує зображення в періоди відносно невеликий завантаженості. А вже потім відеоадаптер, незалежно від процесора, виводить вміст відеопам'яті на екран.
Процесор - основна мікросхема комп'ютера, в якій і проводяться всі обчислення. Конструктивно процесор складається з комірок, дані в них можуть не тільки зберігатися, але і змінюватися. Внутрішні клітини процесора називають регістрами. Дані, що потрапили до деяких регістри, розглядаються не як дані, а як команди, керівники обробкою даних в інших регістрах. З іншими пристроями комп'ютера, і в першу чергу з оперативною пам'яттю, процесор зв'язаний кількома групами провідників, які називаються шинами. Основних шин три: шина даних, адресна шина і командна шина.
Адресна шина складається з паралельних ліній. У залежності від того, є напруга на якийсь з ліній чи ні, кажуть, що на цій лінії виставлена одиниця чи нуль. Комбінація з нулів і одиниць утворює розрядний адреса, що вказує на одну з комірок оперативної пам'яті. До неї і підключається процесор для копіювання даних з осередку в один зі своїх регістрів.
Для того щоб процесор міг обробляти дані, йому потрібні команди. Він повинен знати, що треба зробити з тими байтами, які зберігаються в його регістрах. Ці команди надходять у процесор теж з оперативної пам'яті, з областей, де зберігаються програми. Команди теж представлені у вигляді байтів. У процесі роботи процесор частина даних інтерпретує безпосередньо як дані, частина даних - як адресні дані, а частина - як команди. Сукупність усіх можливих команд, які може виконати процесор над даними, утворює систему команд процесора.
Список використаної літератури
1. Гуда О.М., Бутакова М.А., Нечитайло М.М., Чернов А.В. Інформатітка. Загальний курс: Підручник / За ред. академіка РАН В.І. Колесникова. - М.: Видавничо-торгова корпорація «Дашков і К». Ростов н / Д: Наука - Прес, 2008. - 400с.
2. Інформатика: Базовий курс: / О.А. Акулов, Н. В. Медведєв. 2-е вид., Испр. і доп. - М.: Омега - Л, 2005 .- 552с.
3. Інформатика: Підручник. - 3-е перероб. вид. / Под ред. Н.В. Макарової. - М.: Фінанси і статистика, 2002. - 768с.: Іл.
4. Інформатика. Базовий курс / Симонович С.В. та ін - Спб: Видавництво «Пітер», 2000. - 640с.: Іл.
1. Організація пам'яті.
2. Організація систем адресації і команд
3. Висновок
4. Список використаної літератури
Організація пам'яті
Системна пам'ять. Зазвичай під системної розуміють лише оперативну пам'ять. Насправді працездатність всієї комп'ютерної системи залежить від характеристик підсистеми пам'яті в цілому. Підсистема пам'яті охоплює:
оперативну пам'ять як таку;
кеш-пам'ять першого рівня, розташовану в ядрі МП;
кеш-пам'ять другого рівня (в деяких конфігураціях вона виступає як кеш третього рівня), що розміщується на СП, на картриджі МП або в його ядрі;
контролер пам'яті;
шини даних і команд, які об'єднують всі елементи підсистеми в єдине ціле.
Системна пам'ять поділяється на два типи - з динамічної та статичної вибіркою. У першому випадку значення біта інформації в комірці визначається наявністю або відсутністю заряду на мініатюрному конденсаторі, керованому одним-двома транзисторами. У статичній пам'яті застосовані спеціальні елементи - тригери, реалізовані на 4-6 транзисторах. Природно, що через необхідність очікування накопичення (стікання) заряду на конденсаторі швидкодію DRAM нижче. Проте завдяки більшій кількості транзисторів на клітинку, пам'ять SRAM істотно дорожче. Зазвичай модулі DRAМ застосовують в оперативній і відеопам'яті, а модулі SRAМ - як швидких буферних елементів в процесорах, на СП, в контролерах жорстких дисків, CD-RОМ і пр.
Статична пам'ять. Осередком в статичній пам'яті є тригер - логічний елемент з двома стійкими надбаннями, в будь-якому з яких він зберігається до тих пір, поки підключений до джерела живлення. Час спрацювання тригера складає в сучасних мікросхемах одиниці наносекунд. Однак щільність компонування осередків SRAM істотно нижче, ніж в мікросхемах DRAM, а вартість виробництва вище, тому статична пам'ять застосовується лише в найбільш відповідальних компонентах.
У сучасних системах зазвичай використовується конвеєрний режим з пакетним способом передачі даних (Pipelined Burst Cache), організований на мікросхемах статичної пам'яті з синхронним доступом.
Асинхронна динамічна пам'ять (DRAM). Асинхронний інтерфейс роботи динамічної пам'яті передбачає наявність окремого пристрою в контролері пам'яті для генерації управляючих сигналів. Для операцій читання / запису визначається тривалість, що залежить від технології виготовлення мікросхеми, ширини шини даних, наявності буфера та інших параметрів. Кожен цикл операції читання і запису осередків пам'яті може мати тривалість, відмінну від інших циклів. Ніяка наступна операція не може початися до сигналу про закінчення попередньої. Для генерації необхідних імпульсів контролер асинхронної пам'яті має дільник, що виробляє сигнали необхідної частоти для кожної операції всередині циклу.
Синхронна динамічна пам'ять (SDRAM). У цьому випадку всі команди і обмін даними по шині пам'яті проходять синхронно з тактовими імпульсами системної шини, тому всі цикли однієї операції мають однакову тривалість.
Осередки у динамічній пам'яті утворюють матрицю, що складається з рядків і стовпців. При зчитуванні даних вміст одного рядка цілком переноситься в буфер, реалізований на елементах статичної пам'яті. Після цього з рядка зчитується значення (0 або 1) потрібної клітинки, і вміст буфера знову записується в колишню рядок динамічної пам'яті. Такі переноси даних здійснюються шляхом зміни стану конденсаторів осередків, тобто відбувається процес заряду (розряду, якщо конденсатор був заряджений). Так як конденсатори надзвичайно малі, висока ймовірність мимовільного зміни їх стану через паразитних витоків і наведень.
Для виключення втрати даних проводяться цикли регенерації з певною частотою, які зазвичай не започатковано спеціалізованими мікросхемами. За один такт мікропроцесора пам'ять може регенеруватися кілька разів.
Без участі МП інформація з пам'яті може зчитуватися блоками пристроєм прямого доступу до пам'яті DMA - Direct Memory Access. При необхідності воно посилає запит, що містить адресу і розмір блоку даних, а також керуючі сигнали. Так як доступ до пам'яті по каналах DMA одночасно можуть мати кілька пристроїв (наприклад, процесор, відеокарта з інтерфейсом AGP, контролер шини PCI, HDD), утвориться черга запитів, хоча кожному споживачеві ресурсів пам'яті потрібні власні дані, часто розташовані не тільки в різних мікросхемах , але і в різних банках пам'яті.
ОЗУ (англомовне назва RAM, Random-Access Memory - пам'ять з довільною вибіркою) зберігає їх програми і дані, безпосередньо беруть участь в операціях. Середній час доступу до її осередкам становить близько 10 наносекунд (10 ~ 9 с). На сучасних ПК обсяг ОЗУ знаходиться в межах 128-4096 Мбайт. Від обсягу ОЗУ залежить не тільки можливість роботи з ресурсоємними програмами, але і його продуктивність, оскільки при нестачі пам'яті як її логічного розширення використовується жорсткий диск, час доступу до якого значно більше. На продуктивність ПК впливають також швидкодію ОЗУ і використовуваний спосіб обміну даними між мікропроцесором і пам'яттю.
ОЗУ реалізується на мікросхемах DRAM (Dynamic RAМ - динамічна пам'ять з довільною вибіркою), що характеризуються в порівнянні з іншими різновидами пам'яті низькою вартістю і високою питомою ємністю, але великим енергоспоживанням і меншим швидкодією. Кожен інформаційний біт (0 або 1) у DRAM зберігається у вигляді заряду конденсатора. Через струмів витоку цей заряд необхідно з певною періодичністю оновлювати. Регенерація вмісту пам'яті вимагає додаткового часу, а запис інформації під час регенерації в пам'ять не допускається.
Відеоадаптер ПК дозволяє монітору взаємодіяти з процесором. Тому відеоадаптер повинен мати спеціальну пам'ять (відеопам'ять), в яку процесор записує зображення в періоди відносно невеликий завантаженості. А вже потім відеоадаптер, незалежно від процесора, може виводити вміст відеопам'яті на екран. У сучасних умовах мінімальним об'ємом відеопам'яті слід вважати 32 Мбайт, прийнятним - 128 Мбайт, комфортним - 256 Мбайт. Зважаючи на великі обсяги відеоінформації відеоадаптери, як правило, підключаються до материнської плати через спеціалізовані шини з найбільшою пропускною здатністю.
Незалежна пам'ять CMOS. Вище ми відзначили, що робота таких стандартних пристроїв, як клавіатура, може обслуговуватися програмами, що входять в BIOS, але такими засобами не можна забезпечити роботу з усіма можливими пристроями. Так, наприклад, виробники BIOS абсолютно нічого не знають про параметри наших жорстких і гнучких дисків, їм не відомі ні склад, ні властивості довільній обчислювальної системи. Для того щоб почати роботу з іншим обладнанням, програми, що входять до складу BIOS, повинні знати, де можна знайти потрібні параметри. З очевидних причин їх не можна зберігати ні в оперативній пам'яті, ні в постійному запам'ятовуючому пристрої. Спеціально для цього на материнській платі є мікросхема «енергонезалежній пам'яті», за технологією виготовлення звана CMOS. Від оперативної пам'яті вона відрізняється тим, що її вміст не стирається під час вимикання комп'ютера, а від ПЗУ вона відрізняється тим, що дані в неї можна заносити і змінювати самостійно, у відповідності з тим, яке обладнання входить до складу системи. Ця мікросхема постійно підживлюється від невеликої батарейки, що розташована на материнській платі. Заряду цієї батарейки вистачає на те, щоб мікросхема не втрачала дані, навіть якщо комп'ютер не будуть включати кілька років.
У мікросхемі CMOS зберігаються дані про гнучкі і жорстких дисках, про процесор, про деякі інші пристроях материнської плати. Той факт, що комп'ютер чітко відслідковує час і календар (навіть і у вимкненому стані), теж пов'язаний з тим, що свідчення системних годин постійно зберігаються (і змінюються) в CMOS. Таким чином, програми, записані в BIOS, зчитують дані про склад обладнання комп'ютера з мікросхеми CMOS, після чого вони можуть виконати звернення до жорсткого диска, а в разі необхідності і до гнучкого, і передати управління тим програмам, які там записані.
Мікросхема ПЗП і система BIOS. У момент включення комп'ютера в його оперативної пам'яті немає нічого - ні даних, ні програм, оскільки оперативна пам'ять не може нічого зберігати без підзарядки осередків більш сотих часток секунди, але процесору потрібні команди, в тому числі і в перший момент після включення. Тому відразу після включення на адресній шині процесора виставляється стартовий адресу. Це відбувається апаратно, без участі програм (завжди однаково). Процесор звертається по виставленому адресою за своєю першою командою і далі починає працювати за програмами. Цей вихідний адресу не може вказувати на оперативну пам'ять, у якій поки що нічого немає. Він вказує на інший тип пам'яті - постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ). Мікросхема ПЗП здатна тривалий час зберігати інформацію, навіть коли комп'ютер вимкнений. Програми, що знаходяться в ПЗП, називають «зашитими» - їх записують туди на етапі виготовлення мікросхеми. Комплект програм, що знаходяться в ПЗП, утворює базову систему введення-виведення (BIOS - Basic Input Output System). Основне призначення програм цього пакету полягає в тому, щоб перевірити склад та працездатність комп'ютерної системи та забезпечити взаємодію з клавіатурою, монітором, жорстким диском і дисководом гнучких дисків. Програми, що входять в BIOS, дозволяють нам спостерігати на екрані діагностичні повідомлення, які супроводжують запуск комп'ютера, а також втручатися в хід запуску за допомогою клавіатури. Модуль BIOS знаходиться в мікросхемі енергонезалежної пам'яті (CMOS'-пам'яті). У CMOS'-пам'яті записана конфігурація апаратних засобів комп'ютера і деяка інша інформація. Вона живиться від невеликої батареї, і тому її вміст не стирається навіть після виключення живлення комп'ютера. Якщо системна плата містить вбудований контроллер накопичувачів на жорстких дисках, на ній також розташовується роз'єм для підключення індикатора жорсткого диска. Цей індикатор світиться в момент звернення до жорстких дисків.
Обмін даними всередині процесора відбувається в кілька разів швидше, ніж обмін з іншими пристроями, наприклад з оперативною пам'яттю. Для того щоб зменшити кількість звертань до оперативної пам'яті, всередині процесора створюють буферну область - так звану кеш-пам'ять. Це як би «сверхоперативная пам'ять». Коли процесору потрібні дані, він спочатку звертається до кеш-пам'ять, і тільки якщо там потрібних даних немає, відбувається його звернення в оперативну пам'ять. Приймаючи блок даних з оперативної пам'яті, процесор заносить його одночасно і в кеш-пам'ять. «Вдалі» звернення в кеш-пам'ять називають влученнями в кеш. Відсоток попадань тим вище, чим більше розмір кеш-пам'яті, тому високопродуктивні процесори комплектують підвищеним обсягом кеш-пам'яті.
Нерідко кеш-пам'ять розподіляють по декількох рівнях. Кеш першого рівня виконується в тому ж кристалі, що і сам процесор, і має об'єм порядку десятків Кбайт. Кеш другого рівня знаходиться або в кристалі процесора, або в тому ж вузлі, що і процесор, хоча і виконується на окремому кристалі. Кеш-пам'ять першого і другого рівня працює на частоті, узгодженої з частотою ядра процесора. Кеш-пам'ять третього рівня виконують на швидкодіючих мікросхемах типу SRAM і розміщують на материнській платі поблизу процесора. Її обсяги можуть досягати декількох Мбайт, але працює вона на частоті материнської плати.
2. Організація систем адресації і команд
Процесор - основна мікросхема комп'ютера, в якій і проводяться всі обчислення. Конструктивно процесор складається з комірок, схожих на клітинки оперативної пам'яті, але в цих осередках дані можуть не тільки зберігатися, але і змінюватися. Внутрішні клітини процесора називають регістрами. Важливо також відзначити, що дані, що потрапили до деяких регістри, розглядаються не як дані, а як команди, керівники обробкою даних в інших регістрах. Серед регістрів процесора є й такі, які в залежності від свого змісту здатні модифікувати виконання команд. Таким чином, керуючи засиланням даних в різні регістри процесора, можна управляти обробкою даних. На цьому й грунтується виконання програм.
З іншими пристроями комп'ютера, і в першу чергу з оперативною пам'яттю, процесор зв'язаний кількома групами провідників, які називаються шинами. Основних шин три: шина даних, адресна шина і командна шина.
Адресна шина. У процесорів Intel Pentium (а саме вони найбільш поширені в персональних комп'ютерах) адресна шина 32-розрядна, тобто складається з 32 паралельних ліній. У залежності від того, є напруга на якийсь з ліній чи ні, кажуть, що на цій лінії виставлена одиниця чи нуль. Комбінація з 32 нулів та одиниць утворює 32-розрядний адреса, що вказує на одну з комірок оперативної пам'яті. До неї і підключається процесор для копіювання даних з осередку в один зі своїх регістрів.
Шина даних. По цій шині відбувається копіювання даних з оперативної пам'яті в регістри процесора і назад. У комп'ютерах, зібраних на базі процесорів Intel Pentium, шина даних 64-розрядна, тобто складається з 64 ліній, по яких за один раз на обробку надходять відразу 8 байтів.
Шина команд. Для того щоб процесор міг обробляти дані, йому потрібні команди. Він повинен знати, що треба зробити з тими байтами, які зберігаються в його регістрах. Ці команди надходять у процесор теж з оперативної пам'яті, але не з тих областей, де зберігаються масиви даних, а звідти, де зберігаються програми. Команди теж представлені у вигляді байтів. Найпростіші команди вкладаються в один байт, проте є й такі, для яких потрібно два, три і більше байтів. У більшості сучасних процесорів шина команд 32-розрядна (наприклад, в процесорі Intel Pentium), хоча існують 64-розрядні процесори і навіть 128-розрядні.
Система команд процесора. У процесі роботи процесор обслуговує дані, що знаходяться в його регістрах, в полі оперативної пам'яті, а також дані, що знаходяться в зовнішніх портах процесора. Частина даних він інтерпретує безпосередньо як дані, частина даних - як адресні дані, а частина - як команди. Сукупність усіх можливих команд, які може виконати процесор над даними, утворює так звану систему команд процесора. Процесори, що відносяться до одного сімейства, мають однакові або близькі системи команд. Процесори, що відносяться до різних родин, розрізняються за системою команд і не взаємозамінні.
Процесори з розширеною і скороченою системою команд. Чим ширше набір системних команд процесора, тим складніша його архітектура, тим довший формальна запис команди (у байтах), тим вище середня тривалість виконання однієї команди, виміряна в тактах роботи процесора. Так, наприклад, система команд процесорів Intel Pentium в даний час налічує більше тисячі різних команд. Такі процесори називають процесорами з розширеною системою команд - CISС-процесорами (CISC - Complex Instruction Set Computing).
На противагу CISC-процесорам в середині 80-х років з'явилися процесори архітектури RISC із скороченою системою команд (RISC - Reduced Instruction Set Computing). При такій архітектурі кількість команд у системі набагато менше, і кожна з них виконується набагато швидше. Таким чином, програми, які складаються з простих команд, виконуються цими процесорами багато швидше. Зворотний бік скороченого набору команд полягає в тому, що складні операції доводиться емулювати далеко не ефективною послідовністю найпростіших команд скороченого набору.
У результаті конкуренції між двома підходами до архітектури процесорів склалося таке розподіл їх сфер застосування:
• CISC-процесори використовують в універсальних обчислювальних системах;
• RISC-процесори використовують у спеціалізованих обчислювальних системах або пристроях, орієнтованих на виконання однакових операцій.
Для персональних комп'ютерів платформи IBM PC довгий час випускалися тільки CISC-процесори, до яких відносяться і всі процесори сімейства Intel Pentium. Проте останнім часом компанія AMD приступила до випуску процесорів сімейства AMD-K6, в основі яких лежить внутрішнє ядро, виконане по RISC-архітектурі, і зовнішня структура, виконана з архітектури CISC. Таким чином, сьогодні з'явилися процесори, сумісні по системі команд з процесор
Висновок
Системна пам'ять поділяється на два типи - з динамічної та статичної вибіркою, динамічна у свою чергу на синхронну і асинхронну.
ОЗП (оперативний запам'ятовуючий пристрій) - пам'ять з довільною вибіркою, вона зберігає їх програми і дані, безпосередньо беруть участь в операціях. Від обсягу ОЗУ залежить не тільки можливість роботи з ресурсоємними програмами, але й продуктивність ПК.
ПЗУ (постійний запам'ятовуючий пристрій) - пам'ять, яка тривалий час зберігає інформацію, навіть коли комп'ютер вимкнений. Програми, що знаходяться в ПЗП, називають «зашитими» - їх записують туди на етапі виготовлення мікросхеми. Комплект програм, що знаходяться в ПЗП, утворює базову систему введення-виведення (BIOS).
Для роботи з іншим обладнанням необхідна «енергонезалежна пам'ять» (CMOS). Від оперативної пам'яті вона відрізняється тим, що її вміст не стирається під час вимикання комп'ютера, а від ПЗУ вона відрізняється тим, що дані в неї можна заносити і змінювати самостійно, у відповідності з тим, яке обладнання входить до складу системи.
Для того щоб зменшити кількість звертань до оперативної пам'яті, всередині процесора створюють буферну область - так звану кеш-пам'ять. Це як би «сверхоперативная пам'ять». Коли процесору потрібні дані, він спочатку звертається до кеш-пам'ять, і тільки якщо там потрібних даних немає, відбувається його звернення в оперативну пам'ять.
Відеоадаптер має спеціальну пам'ять (відеопам'ять), в яку процесор записує зображення в періоди відносно невеликий завантаженості. А вже потім відеоадаптер, незалежно від процесора, виводить вміст відеопам'яті на екран.
Процесор - основна мікросхема комп'ютера, в якій і проводяться всі обчислення. Конструктивно процесор складається з комірок, дані в них можуть не тільки зберігатися, але і змінюватися. Внутрішні клітини процесора називають регістрами. Дані, що потрапили до деяких регістри, розглядаються не як дані, а як команди, керівники обробкою даних в інших регістрах. З іншими пристроями комп'ютера, і в першу чергу з оперативною пам'яттю, процесор зв'язаний кількома групами провідників, які називаються шинами. Основних шин три: шина даних, адресна шина і командна шина.
Адресна шина складається з паралельних ліній. У залежності від того, є напруга на якийсь з ліній чи ні, кажуть, що на цій лінії виставлена одиниця чи нуль. Комбінація з нулів і одиниць утворює розрядний адреса, що вказує на одну з комірок оперативної пам'яті. До неї і підключається процесор для копіювання даних з осередку в один зі своїх регістрів.
Для того щоб процесор міг обробляти дані, йому потрібні команди. Він повинен знати, що треба зробити з тими байтами, які зберігаються в його регістрах. Ці команди надходять у процесор теж з оперативної пам'яті, з областей, де зберігаються програми. Команди теж представлені у вигляді байтів. У процесі роботи процесор частина даних інтерпретує безпосередньо як дані, частина даних - як адресні дані, а частина - як команди. Сукупність усіх можливих команд, які може виконати процесор над даними, утворює систему команд процесора.
Список використаної літератури
1. Гуда О.М., Бутакова М.А., Нечитайло М.М., Чернов А.В. Інформатітка. Загальний курс: Підручник / За ред. академіка РАН В.І. Колесникова. - М.: Видавничо-торгова корпорація «Дашков і К». Ростов н / Д: Наука - Прес, 2008. - 400с.
2. Інформатика: Базовий курс: / О.А. Акулов, Н. В. Медведєв. 2-е вид., Испр. і доп. - М.: Омега - Л, 2005 .- 552с.
3. Інформатика: Підручник. - 3-е перероб. вид. / Под ред. Н.В. Макарової. - М.: Фінанси і статистика, 2002. - 768с.: Іл.
4. Інформатика. Базовий курс / Симонович С.В. та ін - Спб: Видавництво «Пітер», 2000. - 640с.: Іл.