Моя страничка

Внутренняя память ПК состоит из нескольких разновидностей памяти. Они отличаются друг от друга по объему, быстродействию, стоимости, назначению, энергозависимости. Существование нескольких видов памяти позволяет снять противоречие между высокой стоимостью памяти одного вида и низким быстродействием памяти другого вида.
Физические принципы организации памяти. Существует много различных типов внутренней памяти, но сточки зрения физического принципа различают динамическую (DRAM) и статическую (SRAM) память.
Самый быстродействующий тип электронной памяти — энергозависимая динамическая память. Именно она применяется в компьютерах и других цифровых устройствах в качестве оперативной памяти — ОЗУ (RAM — Random Access Memory) память с прямым доступом.
Информационная ячейка такой памяти представляет собой миниатюрный конденсатор — пару проводников, отстоящих друг от друга на небольшом расстоянии и способных накапливать и удерживать в течение некоторого времени электрический заряд. Наличие заряда в ячейке памяти интерпретируется компьютером, как логическая единица, отсутствие заряда — как логический нуль.
Время удержания заряда невелико и исчисляется миллисекундами. Даже современные материалы, из которых изготавливают разделяющие проводники изоляторы, не увеличивают времени саморазряда микроконденсаторов. Слишком уж невелики физические размеры ячеек и слишком невелики электрические заряды между парами проводников.
Для поддержания уровня зарядов и, соответственно, сохранения информации в ячейках микросхемы контроллер памяти постоянно подзаряжает конденсаторы. При обновлении содержимого памяти одни пары проводников разряжаются, другие, наоборот, получают заряд. Процесс происходит непрерывно, динамически и до тех пор, пока не отключено питание компьютера. Соответственно, и информация в микросхемах оперативной памяти сохраняется, только пока компьютер не обесточен.
Недостатки:

1. 
   Как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, следовательно, будет уменьшаться скорость записи данных.
   
2. 
   Заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, следовательно, ячейки памяти надо все время подзаряжать.
   

Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы – триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и соответственно – дороже.
Остается добавить, что каждая ячейка электронной памяти, независимо от ее типа, имеет строго фиксированный системный адрес. Но доступ к любой ячейке — прямой, компьютеру не приходится последовательно проверять состояние всех ячеек, чтобы считать нужный бит информации.
Микросхемы динамической памяти используются в качестве основной памяти для хранения данных и программ (оперативная память). Микросхемы статической памяти используют в кэш памяти для оптимизации работы процессора.
Иначе устроена энергонезависимая статическая электронная память.
В самом простом случае это набор проводников, одни из которых остаются целыми, а другие разрушаются, препятствуя движению электрического тока. Такой тип памяти называется ПЗУ или ROM (Read Only Memory) — память только для чтения.
Статическим этот тип памяти называется потому, что для сохранения информации в ячейках микросхемы не приходится постоянно подавать на них электрический сигнал, а считывание информации происходит по мере потребности и при прохождении (или не прохождении) через ячейки электрического тока. Целый проводник ячейки распознается контроллером, как логический нуль, разорванный проводник, как логическая единица.
Микросхемы ROM когда–то применялись в персональных компьютерах для хранения базовой системы ввода–вывода — BIOS. Сегодня для хранения BIOS используется перезаписываемая флэш-память, поскольку память ROM не позволяет обновлять содержимое ячеек. ПЗУ – хранит тестирующие и загрузочные программы, которые начинают работать сразу же после включения ПК.
КЭШ память – это высокоскоростная память, в которой хранятся копии недавно используемых данных из основной памяти. Если программ повторно выполняет эти же инструкции или модифицирует те же числа, а в большинстве случаев так и бывает, КЭШ повышает быстродействие, т. к. скорость процессора во многом зависит от того, насколько быстро происходит обмен данными с оперативной памятью. Многие команды включают чтение данных из оперативной памяти или запись в нее. Выполнение операции чтения или записи заканчивается в момент завершения передачи данных. Если процес­сору приходится ждать, скорость работы падает. Частота работы обычной памя­ти меньше, чем внутренняя частота процессора, поэтому задержки неизбежны. Эксперименты показывают, что производительность процессора при этом сни­жается в десять и более раз. Ускорить работу позволяет дополнительная кэш­ память, отданная в полное распоряжение процессора.
Объем кэш-памяти меньше объема основной памяти, но запись и чтение данных в ней выполняется намного быстрее. Данные в кэш-памяти дублируют данные, имеющиеся в основной памяти. В ходе работы процессору часто нужны одни и те же данные. Если эти данные есть в кэш-памяти, «медленные» операции чте­ния и записи в основную память не нужны. При чтении из основной памяти данные одновременно заносятся в кэш. Повторное обращение к ним процессор выполнит намного быстрее.

Кэш-память впервые появилась в компьютерах с процессором 80486. Тогда она устанавливалась на материнской плате. Сегодня процессоры имеют несколько уровней кэш-памяти. Чем меньше номер уровня, тем легче доступ процессора к кэшу и выше быстродействие. По историческим и техническим причинам наиболее распространено двухуровневое кэширование. Быстрее всего работает кэш-память первого уровня, интегрированная в процессор. Она имеет неболь­шой объем, причем команды и данные кэшируются по отдельности. Кэш пер­вого уровня всегда работает на той же частоте, что и процессор. У современных процессоров кэш второго уровня также располагается в кристалле и работает на частоте процессора.
Если объем обрабатываемых данных меньше размера кэш-памяти, произ­водительность процессора существенно повышается. Например, процессор Athlon обеспечивает пятикратный рост производительности, если данные цели­ком помещаются в кэш-память первого уровня, и четырехкратный — если загру­жена кэш-память второго уровня.
Современный процессор обычно содержит 256-512 Кбайт кэш-памяти вто­рого уровня. Некоторые процессоры работают и с кэш-памятью третьего уров­ня (располагается на материнской плате).