Основная память (ОП) - предназначена для хранения и оперативного обмена информацией со всеми блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство - ПЗУ и оперативное запоминающее устройство ОЗУ - память с произвольным доступом). ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию. ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость). Объем ОЗУ обычно составляет от 32 до 512 Мбайт, но иногда для сложных задач компьютерного дизайна могут потребовать от 512 Мбайт до 2 Гбайт ОЗУ. Основная память имеет для ОЗУ и ПЗУ единое адресное пространство.

КЭШ-память - представляет собой небольшой блок быстро-действую-щей, но дорогой памяти, которая располагается как бы «ме-жду» процессором и оперативной памятью. Запись в кэш-память осуществляется параллельно с запросом процессора к ОЗУ. Данные, выбираемые процессором, одновре-менно копируются и в кэш-память. Если процессор повторно обратиться к тем же данным, то они будут считаны уже из кэш-памяти. Такая же опера-ция происходит и при записи процессором данных в память. Они записыва-ются в кэш-память, а затем в интервалы, когда шина свободна, переписыва-ются в ОЗУ. Проще говоря, при обращении про-цес-сора к па-мяти сначала производится поиск нужных данных в КЭШ-памяти.

Внешняя память - относится к внешним устройствам ПК и использу-ется для долговременного хранения любой информации, которая может ко-гда-либо потре-бо-ваться для решения задач (целостность её содержимого не зависит от того, вклю-чен или выключен компьютер ). В частности, во внеш-ней памяти хра-нится все про-граммное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разно-об-разные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имею-щимися практи-чески на любом компьютере, яв-ляются накопители на жестких (НЖМД ) и гибких (НГМД ) магнитных дис-ках. Назначение этих накопителей - хра-нение больших объ-емов информации, за-пись и выдача хранимой информации по за-просу в оперативное запоми-наю-щее устройство. В качестве устройств внеш-ней па-мяти используются также запоминающие устройства на кассетной магнит-ной ленте, накопители на оп-тических дисках и др

Внешние запоминающие устройства весьма разнооб-разны. Их можно класси-фи-цировать по целому ряду признаков: по виду носи-теля, типу конст-рукции, по прин-ципу записи и считывания информации, методу дос-тупа и т.д. В зависимо-сти от типа носителя все ВЗУ можно подразделить на дис-ко-вые накопители и на-копи-тели на маг-нитной ленте. Накопители на дисках бы-вают:

· накопители на гибких магнитных дисках (флоппи-диски );

· накопители на жестких магнитных дисках типа «винчестер»;

· накопители на оптических компакт-дисках;

Гибкий диск (англ . floppy disk ), или дискета, - носитель небольшого объ-ема ин-формации. Дискета состоит из круглой полимерной подложки, по-кры-той с обеих сторон магнитным окислом (являющим собой физическую ос-нову записи/считы-ва-ния ) и помещенной в пластиковую упаковку. В упаковке сде-ланы с двух сторон ра-ди-альные про-рези, через которые головки за-писи/счи-тывания накопи-теля полу-чают доступ к диску. Информация записы-вается по концентрическим дорожкам (тре-кам ), которые де-лятся на секторы. Ёмкость сектора постоянна и состав-ляет обычно 512 бай-тов

Накопитель на жёстких магнитных дисках (HDD - Hard Disk Drive ) или «вин-честер» используется для постоянного хранения информации - программ и дан-ных. По сравнению с дисководами для гибких дисков винчестеры обла-дают рядом ценных преимуществ: объем хранимых данных неизмеримо больше (достигает сотен Гбайт ), время доступа у винчестера на порядок меньше (все со-временные накопи-тели снабжа-ются встроенным кэшем, ко-торый существенно по-вы-шает их производительность )

Приводы компакт-дисков (CDD - Compact Disk Drive ) необходимый ат-рибут современного компьютера. Благодаря маленьким размерам, боль-шой емкости и надежности эти накопители становятся все более и более популяр-ными. Существует несколько разновидностей оптических дисков:

· обычные CD, только для считывания, т.е. устройства ROM;

· CD-R - диски с возможностью однократной записи;

· CD-RW - диски с многократной перезаписью;

· DVD-ROM - только для считывания;

· DVD-R - с возможностью однократной записи;

· DVD-RW - с возможностью многократной перезаписи.

Основными достоинствами накопителей на оптических дисках явля-ются:

· сменяемость и компактность носителей;

· большая информационная емкость;

· высокая надежность и долговечность;

· малая чувствительность к загрязнениям и вибрациям;

нечувствительность к электромагнитным полям

Новый тип памяти получил название флэш-память (Flash - Memory ). Флэш-память представляет собой микросхему энергонезависимого, перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства с произвольным доступом и неограниченным числом циклов перезаписи. Она использу-ется как для соз-дания быстро-дей-ству-ющих, ком-пакт-ных запо-ми-нающих уст-ройств - «твердотельных дис-ков», так и для замены ПЗУ.

Накопители на магнитной ленте . Как отмечалось, исторически пер-выми магнитными носителями в машинах 1 и 2 поко-ления были магнитные ленты (цифровые магнитофоны ) и магнитные бара-баны. В универсальных ЭВМ широко использовались и использу-ются накопи-тели на бобинной маг-нитной ленте, а в персональных ЭВМ - на-копители на кас-сет-ной магнитной ленте.

Тест по теме: «Устройство компьютера»

Вопрос № 1 : Компьютер - это :

1. устройства для работы с текстом;

2. комплекс программно - аппаратных средств, предназначенных для выполнения информационных процессов;

3. электронно-вычислительное устройство для работы с числами;

4. устройство для обработки аналоговых сигналов.

Правильный ответ -2

Вопрос №2: Для реализации процесса "обработка" предназначен...

1. процессор; 2. винчестер;

3. гибкий магнитный диск; 4. CD - ROM.

Правильный ответ -1

Вопрос №3: Тактовая частота процессора - это:

1. число вырабатываемых за одну секунду импульсов;

2. число возможных обращений к оперативной памяти;

3. число операций, совершаемых процессором за одну секунду;

4. скорость обмена информацией между процессором и ПЗУ.

Правильный ответ -1

Вопрос №4: Из какого списка устройств можно составить работающий персональный компьютер?

1. процессор, монитор, клавиатура;

2. процессор, оперативная память, монитор, клавиатура;

3. винчестер, монитор, мышь;

4. клавиатура, винчестер, CD - дисковод.

Правильный ответ -2

Вопрос №5 : Магистрально - модульный принцип архитектуры ЭВМ подразумевает такую организацию аппаратных средств, при которой:

1. каждое устройство связывается с другим напрямую;

2. устройства связываются друг с другом последовательно в определенной последовательности;

3. все устройства подключаются к центральному процессору;

4. все устройства связаны друг с другом через специальный трехжильный кабель, называемый магистралью.

Правильный ответ -4

Вопрос №6: Назовите устройства, входящие в состав процессора.

1. оперативная память, принтер;

2. арифметико-логическое устройство, устройство управления;

3. ПЗУ, видеопамять;

4. видеокарта, контроллеры.

Правильный ответ -2

Вопрос №7. К внутренней памяти не относятся:

1. ОЗУ 2. ПЗУ 3. Жесткий диск 4. Кэш-память

Правильный ответ -3

Вопрос №8: Для того, чтобы информация хранилась долгое время ее, надо записать.

1. в оперативную память; 2. в регистры процессора;

3. на жесткий диск; 4. в ПЗУ.

Правильный ответ -3

Вопрос №9: После отключения компьютера все информация стирается...

1. из оперативной памяти; 2. с жесткого диска;

3. с CD - ROM; 4. с гибкого диска.

Правильный ответ -1

Вопрос №10 : Оперативная память имеет следующую структуру:

1. состоит из ячеек, каждая ячейка имеет адрес и содержание.

2. разбита на сектора и дорожки, информация записана в виде намагниченных и не намагниченных областей;
3. разбита на кластеры, информация записана в виде намагниченных и не намагниченных областей;

Правильный ответ -1

Вопрос №11: Информация, записанная на магнитный диск, называется:

1. ячейка; 2. регистр; 3. файл.

Правильный ответ -3

Вопрос №12: Дисковод - это устройство для:

1. обработки команд исполняемой программы; 2. хранения информации;

3. вывода информации на бумагу;

4. чтения/записи данных с внешнего носителя.

Правильный ответ -4

Вопрос №13: Для ввода информации предназначено устройство...

1. процессор; 2. ПЗУ;

3. клавиатура; 4. принтер.

Правильный ответ -3

Вопрос №14: Манипулятор "мышь" - это устройство:

1. модуляции и демодуляции; 2. ввода информации;

3. хранения информации; 4. считывания информации.

Правильный ответ -2

Вопрос №15 : Для вывода информации на бумагу предназначен:

1. принтер; 2. сканер; 3. монитор; 4. процессор.

Правильный ответ - 1

Вопрос №16 : Монитор работает под управлением:

1. оперативной памяти; 2. звуковой карты;

3. видеокарты; 4. клавиатуры.

Правильный ответ -3

Вопрос №17: Персональный компьютер не будет функционировать, если отключить:
1. дисковод; 2. оперативную память; 3. мышь; 4. принтер

Правильный ответ -2

Вопрос №18: Адресуемость оперативной памяти означает:
1. дискретность структурных единиц памяти;
2. энергозависимость оперативной памяти;
3. наличие номера у каждой ячейки оперативной памяти;
4. возможность произвольного доступа к каждой единице памяти

Правильный ответ -3

Вопрос №19: Принцип программного управления работой компьютера предполагает:
1. двоичное кодирование данных в компьютере;
2. необходимость использование операционной системы для синхронной работы аппаратных средств;
3. возможность выполнения без внешнего вмешательства целой серии команд.

Правильный ответ -3

Вопрос №20 : Постоянное запоминающее устройство служит для:
1. хранения программ начальной загрузки компьютера и тестирования его узлов;
2. хранения программы пользователя во время его работы;
3. записи особо ценных прикладных программ;
4. постоянного хранения особо ценных документов.

Правильный ответ -1

ПОСТОЯННАЯ ПАМЯТЬ (ПЗУ)

Существует тип памяти, который хранит данные без электрического тока, именно постоянная память ROM (Read Only Memory), или иногда ее называют энергонезависимой памятью, применяемую для хранения системных и дополнительных программ, предназначенных для постоянного использования микропроцессором, которая не позволяет изменять или стирать информацию.

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) - микросхема на материнской плате, в которой находятся программы, данные, занесенные при изготовлении компьютера и используемые для внутреннего тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память. Совокупность этих микропрограмм называется BIOS (Basic Input-Output System) - базовая система ввода-вывода. В BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера (SETUP). Она позволяет установить некоторые характеристики устройств компьютера (тип видеоконтроллера, жестких дисков и дисководов для дискет, часто также режимы работы с оперативной памятью, запрос пароля при начальной загрузке).

Данные записываются в ПЗУ в процессе производства. Для этого изготавливается трафарет с определенным набором битов, который накладывается на фоточувствительный материал, а затем части поверхности вытравливаются.

Различают:

ППЗУ (программируемые ПЗУ) были разработаны в конце 70-х годов компания под названием Texas Instruments. Другими словами в условиях эксплуатации есть возможность программировать. Такие ПЗУ обычно содержат массив крошечных перемычек. В которой есть возможность, пережечь определенную перемычку, выбрав нужные строку и столбец, а затем приложить высокое напряжение к определенному выводу микросхемы.

EPROM (стираемое программируемое ПЗУ), позволяют при использование специального аппарата, программировать в условиях эксплуатации и стирать информацию. Для этого чип подвергают воздействию сильного ультрафиолетового света с определенной длиной волны, в течении 15 минут.

EEPROM (Электронно - перепрограммированные ПЗУ), также стираемое ППЗУ, но в отличие от ППЗУ они позволяют перепрограммировать путем приложения импульсов и не требуют специальных дополнительных устройств. Но работают в 10 раз медленнее с гораздо меньшей емкостью и цена дороже.

Флеш-память, стирается и записывается по блокам. Производится на печатных платах, имеет емкость до нескольких десятков мегабайт.

Устанавливаемые на системной плате ПК модули и кассеты ПЗУ имеют емкость, как правило, не превышающую 128 Кбайт. Быстродействие у постоянной памяти меньшее, чем у оперативной, поэтому для повышения производительности содержимое ПЗУ копируется в ОЗУ, и при работе непосредственно используется только эта копия, называемая также теневой памятью ПЗУ (Shadow ROM).

«В настоящее время в ПК используются «полупостоянные», перепрограммируемые запоминающие устройства -- флэш-память. Модули, или карты, флэш-памяти могут устанавливаться прямо в разъемы материнской платы и имеют следующие параметры: емкость до 512 Мбайт (в ПЗУ BIOS используются до 128 Кбайт), время обращения по считыванию 0,035 -- 0,2 мкс, время записи одного байта 2 -- 10 мкс. Флэш-память -- энергонезависимое запоминающее устройство. Примером такой памяти может служить память NVRAM -- Non Volatile RAM со скоростью записи 500 Кбайт/с. Обычно для перезаписи информации необходимо подать на специальный вход флэш-памяти напряжение программирования (12 В), что исключает возможность случайного стирания информации. Перепрограммирование флэш-памяти может выполняться непосредственно с гибкого диска или с клавиатуры ПК при наличии специального контроллера, либо с внешнего программатора, подключаемого к ПК. Флэш-память бывает весьма полезной как для создания весьма быстродействующих, компактных, альтернативных НМД 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» [Электронный ресурс] URL:http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/vich_sistemi/viches_sist_2.htm (Дата обращения 15.05.2013)..

Сравнительная характеристика ОЗУ и ПЗУ

Таблица 2 Сравнительная характеристика.

«Физически для построения запоминающего устройства типа RАМ используют микросхемы динамической и статической памяти, для которых сохранение бита информации означает сохранение электрического заряда (именно этим объясняется энергозависимость всей оперативной памяти, то есть потеря при выключении компьютера всей информации, хранимой в ней).

Оперативная память физически выполняется на элементах динамической RАМ, а для согласования работы сравнительно медленных устройств (в нашем случае динамической RАМ) со сравнительно быстрым микропроцессором используют функционально для этого предназначенную кэш-память, построенную из ячеек статической RАМ. Таким образом, в компьютерах присутствуют одновременно оба вида RАМ. Физически внешняя кэш-память также реализуется в виде микросхем на платах, которые вставляются в соответствующие слоты на материнской плате» Николаева В.А. Информатика и информационные технологии. [Электронный ресурс] URL: http://www.junior.ru/wwwexam/pamiat/pamiat4.htm (дата обращение: 15.05.2013).

В электронных устройствах одним из наиболее важных элементов, обеспечивающих работу всей системы считается память, которая делится на внутреннюю и внешнюю. Элементами внутренней памяти считают ОЗУ, ПЗУ и кеш процессора. Внешняя – это всевозможные накопители, которые подключаются к компьютеру из вне – жесткие диски, флешки, карты памяти и др.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) служит для хранения данных, изменение которых в процессе работы невозможно, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) для помещения в её ячейки информации от процессов, происходящих в текущий момент времени в системе, а кеш память используется для срочной обработки сигналов микропроцессором.

Что такое ПЗУ

ПЗУ или ROM (Read only memory – Только для чтения) – типичное устройство хранения неизменяемой информации, включенное в состав почти каждого компонента ПК и телефона и требующееся для запуска и работы всех элементов системы. Содержимое в ROM записано производителем аппаратного обеспечения и содержит директивы для предварительного тестирования и запуска устройства.

Свойствами ПЗУ являются независимость от питания, невозможность перезаписи и возможность хранить информацию длительные сроки. Информация, содержащаяся в ROM, вносится разработчиками однажды, и аппаратное обеспечение не допускает её стирания, хранится до окончания службы компьютера или телефона, или его поломки. Конструктивно ПЗУ защищены от повреждений при перепадах напряжения, поэтому нанести ущерб содержащейся информации могут только механические повреждения.

По архитектуре делятся на масочные и программируемые:

• В масочных устройствах информация вносится с помощью типичного шаблона на финальном этапе изготовления. Содержащиеся данные не могут быть перезаписаны пользователем. Разделяющими компонентами выступают типичные pnp элементы транзисторов или диодов.
• В программируемых ПЗУ (Programmable ROM) информация представлена в виде двумерной матрицы проводящих элементов, между которыми расположен pn переход полупроводникового элемента и металлическая перемычка. Программированием такой памяти происходит устранением или созданием перемычек посредством тока высокой амплитуды и продолжительности.

Основные функции

В блоки памяти ROM вносят информацию по управлению аппаратным обеспечением заданного устройства. ПЗУ включает в себя следующие подпрограммы:

• Директиву старта и контроля за работой микропроцессора.
• Программу проверяющую работоспособность и целостность всего аппаратного обеспечения, содержащегося в компьютере или телефоне.
• Программу дающую начало работе системы и завершающее её.
• Подпрограммы, управляющие периферийным оборудованием и модулями ввода/вывода.
• Данные о адресе операционной системы на физическом накопителе.

Архитектура

Постоянные запоминающие устройства выполнены в виде двухмерного массива . Элементами массива являются наборы проводников, часть которых не затрагивается, прочие ячейки разрушаются. Проводящие элементы являются простейшими переключателями и формируют матрицу за счет поочередного соединения их к рядам и строкам.

Если проводник замкнут, он содержит логический ноль, разомкнут – логическую единицу. Таким образом в двухмерный массив физических элементов вносят данные в двоичном коде, которые считывает микропроцессор.

Разновидности

В зависимости от способа изготовления устройства ПЗУ делят на:

• Обыкновенные , создаваемые фабричным способом. Данные в таком устройстве не изменяются.
• Программируемые ПЗУ, допускающие изменение программы один раз.
• Стираемое программируемое оборудование , позволяющее очищать данные с элементов и перезаписывать их, например, посредством ультрафиолета.
• Электрически очищаемые перезаписываемые элементы, в которых допускается многократное изменение . Такой вид применяется в HDD, SSD, Flash и других накопителях. На такой же микросхеме записан BIOS на материнских платах.
• Магнитные , в которых информация хранилась на намагниченных участках, чередующихся с не намагниченными. В них была возможна перезаписи.

Разница между RAM и ROM

Отличия между двумя видами аппаратного обеспечения, заключаются в её сохранности при отключении питания, скорости и возможности доступа к данным.

В оперативной памяти (Random access memory или RAM) информация содержится в последовательно расположенных ячейках к каждой из которых возможно получить доступ посредством программных интерфейсов . RAM содержит данные о выполняемых в текущий момент процессах в системе, таких как программы, игры, содержит значения переменных и списки данных в стеках и очередях. При отключении компьютера или телефона RAM память полностью очищается . По сравнению с ROM памятью она отличается большей скоростью доступа и потреблением энергии.

ROM память работает медленнее, и для своей работы потребляет меньше энергии. Главное отличие заключается в невозможности изменять входящие данные в ПЗУ, в то время как в ОЗУ информация меняется постоянно.

ПЗУ - быстрая, энергонезависимая память, которая, предназначенная только для чтения. Информация заносится в нее один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере). В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере. Комплект программ, находящийся в ПЗУ образовывает базовую систему ввода/вывода BIOS (Basic Input Output System). BIOS (Basic Input Output System - базовая система ввода-вывода) - совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память.

В ПЗУ находятся:

Тестовые программы, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков;

Программы для управления основными периферийными устройствами - дисководом, монитором, клавиатурой;

Информация о том, где на диске расположена операционная система.

Типы ПЗУ:

ПЗУ с масочным программированием это память, в которую информация записана раз и навсегда в процессе изготовления полупроводниковых интегральных схем. Постоянные запоминающие устройства применяются только в тех случаях, когда речь идет о массовом производстве, т.к. изготовление масок для интегральных схем частного применения обходится весьма недешево.

ППЗУ (программируемое постоянное запоминающее устройство).

Программирование ПЗУ – это однократно выполняемая операция, т.е. информация, когда-то записанная в ППЗУ, впоследствии изменена быть не может.

СППЗУ (стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство). При работе с ним, пользователь может запрограммировать его, а затем стереть записанную информацию.

ЭИПЗУ (электрически изменяемое постоянное запоминающее устройство). Его программирование и изменение осуществляются с помощью электрических средств. В отличии от СППЗУ для стирания информации, хранимой в ЭИПЗУ, не требуется специальных внешних устройств.

Наглядно ОЗУ и ПЗУ можно представить себе в виде массива ячеек, в которые записаны отдельные байты информации. Каждая ячейка имеет свой номер, причем нумерация начинается с нуля. Номер ячейки является адресом байта.

Центральный процессор при работе с ОЗУ должен указать адрес байта, который он желает прочитать из памяти или записать в память. Разумеется, из ПЗУ можно только читать данные. Прочитанные из ОЗУ или ПЗУ данные процессор записывает в свою внутреннюю память, устроенную аналогично ОЗУ, но работающую значительно быстрее и имеющую емкость не более десятков байт.

Процессор может обрабатывать только те данные, которые находятся в его внутренней памяти, в ОЗУ или в ПЗУ. Все эти виды устройства памяти называются устройствами внутренней памяти, они обычно располагаются непосредственно на материнской плате компьютера (внутренняя память процессора находится в самом процессоре).

Кэш-память. Обмен данными внутри процессора происходит намного быстрее, чем обмен данными между процессором и оперативной памятью. Поэтому, для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают так называемую сверхоперативную или кэш-память. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается к кэш-памяти, и только тогда, когда там отсутствуют нужные данные, происходит обращение к оперативной памяти. Чем больше размер кэш-памяти, тем большая вероятность, что необходимые данные находятся там. Поэтому высокопроизводительные процессоры имеют повышенные объемы кэш-памяти.

Различают кэш-память первого уровня (выполняется на одном кристалле с процессором и имеет объем порядка несколько десятков Кбайт), второго уровня (выполняется на отдельном кристалле, но в границах процессора, с объемом в сто и более Кбайт) и третьего уровня (выполняется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на материнской плате и имеет объем один и больше Мбайт).

В процессе работы процессор обрабатывает данные, находящиеся в его регистрах, оперативной памяти и внешних портах процессора. Часть данных интерпретируется как собственно данные, часть данных - как адресные данные, а часть - как команды. Совокупность разнообразных команд, которые может выполнить процессор над данными, образовывает систему команд процессора. Чем больше набор команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее запись команд в байтах и тем дольше средняя продолжительность выполнения команд.