Paměti počítače

Počítačová paměť ( informační paměťové zařízení , paměťové zařízení ) je část počítače , fyzické zařízení nebo datové paměťové médium používané ve výpočetních systémech po určitou dobu. Paměť, stejně jako centrální procesorová jednotka , byla konzistentní součástí počítače od 40. let 20. století. Paměť ve výpočetních zařízeních má hierarchickou strukturu a obvykle zahrnuje použití několika úložných zařízení s různými vlastnostmi.

V osobních počítačích je "paměť" často označována jako jeden z jejích typů - dynamická paměť s náhodným přístupem (DRAM), která se používá jako RAM osobního počítače.

Úkolem paměti počítače je ukládat stav vnějšího vlivu ve svých buňkách , zaznamenávat informace . Tyto buňky mohou zaznamenat širokou škálu fyzických efektů . Funkčně jsou podobné běžnému elektromechanickému spínači a informace se v nich zaznamenává ve formě dvou jasně odlišitelných stavů - 0 a 1 ("vypnuto" / "zapnuto"). Speciální mechanismy poskytují přístup ( čtení , náhodný nebo sekvenční) ke stavu těchto buněk.

Proces přístupu do paměti se dělí na časově oddělené procesy - operace zápisu ( slangový firmware , v případě zápisu ROM ) a operace čtení , v mnoha případech tyto operace probíhají pod kontrolou samostatného specializovaného zařízení - paměti . ovladač .

Existuje také operace mazání paměti  - zadávání (zápis) stejných hodnot do paměťových buněk , obvykle 00 16 nebo FF 16 .

Nejznámější paměťová zařízení používaná v osobních počítačích : paměťové moduly s náhodným přístupem ( RAM ), pevné disky (pevné disky), diskety (magnetické diskety), disky CD nebo DVD a paměťová zařízení flash .

Paměťové funkce

Paměť počítače poskytuje podporu pro jednu z funkcí moderního počítače - schopnost ukládat informace po dlouhou dobu . Spolu s centrální procesorovou jednotkou jsou úložná zařízení klíčovými prvky takzvané von Neumannovy architektury , principu, který je základem většiny moderních univerzálních počítačů.

První počítače používaly paměťová zařízení výhradně pro ukládání zpracovaných dat. Jejich programy byly implementovány na hardwarové úrovni ve formě napevno kódovaných spustitelných sekvencí. Jakékoli přeprogramování si vyžádalo obrovské množství ruční práce na přípravě nové dokumentace, přepojování, přestavbě bloků a zařízení atd. Radikálně se změnilo využití von Neumannovy architektury, která počítá s ukládáním počítačových programů a dat do sdílené paměti. situace.

Jakákoli informace může být měřena v bitech , a proto bez ohledu na to, na jakých fyzikálních principech a v jakém číselném systému digitální počítač pracuje (binární, ternární, dekadický atd.), čísla , textové informace , obrázky , zvuk , video a další druhy data mohou být reprezentována jako sekvence bitových řetězců nebo binární čísla. To umožňuje počítači manipulovat s daty za předpokladu, že je k dispozici dostatečná úložná kapacita (například pro uložení textu středně velkého románu je potřeba asi jeden megabajt ).

K dnešnímu dni bylo vytvořeno mnoho zařízení pro ukládání dat na základě použití různých fyzických efektů . Univerzální řešení neexistuje, každé má své výhody a nevýhody, proto jsou počítačové systémy obvykle vybaveny více typy úložných systémů, jejichž hlavní vlastnosti určují jejich použití a účel.

Fyzikální základ fungování

Provoz úložného zařízení může být založen na jakémkoli fyzickém efektu , který přivede systém do dvou nebo více stabilních stavů. V moderní výpočetní technice se často využívá fyzikálních vlastností polovodičů , kdy průchod proudu polovodičem nebo jeho nepřítomnost je interpretována jako přítomnost logických signálů 0 nebo 1. Ustálené stavy určené směrem magnetizace umožňují využít různé magnetické materiály pro ukládání dat. Přítomnost nebo nepřítomnost náboje v kondenzátoru může být také základem akumulačního systému. Odraz nebo rozptyl světla od povrchu CD, DVD nebo Blu-ray disku také umožňuje ukládání informací.

Klasifikace typů paměti

Je nutné rozlišovat mezi klasifikací paměti a klasifikací paměťových zařízení (paměti). První klasifikuje paměť podle funkčnosti , druhá podle technické implementace . Zde je uvažován první - tedy do něj spadají jak hardwarové typy paměti (implementované v paměti), tak datové struktury , implementované ve většině případů programově.

Dostupné datové operace

• Paměť pouze pro čtení (ROM )
• Paměť pro čtení/zápis

Paměť na programovatelných a přeprogramovatelných ROM (PROM a PROM) nemá v této klasifikaci obecně uznávané místo. Buď se označuje jako poddruh paměti „pouze pro čtení“ [1] , nebo je izolován do samostatného typu.

Navrhuje se také přiřazovat paměť tomu či onomu typu podle charakteristické frekvence jejího přepisování v praxi: RAM označuje typy, u kterých se informace během provozu často mění, a ROM pak ty, které jsou určeny k ukládání relativně nezměněných dat [1] .

Přístupová metoda

• Sekvenční přístup ( anglicky  sequential access memory, SAM ) - paměťové buňky jsou vybírány (čteny) postupně, jedna po druhé, v pořadí jejich umístění. Variantou takové paměti je zásobníková paměť.
• Random access ( anglicky  random access memory, RAM ) - výpočetní zařízení může přistupovat k libovolné paměťové buňce na libovolné adrese.

Organizace ukládání dat a přístupové algoritmy

Znovu opakuje klasifikaci datových struktur :

• Adresovatelná paměť  - adresování se provádí podle umístění dat.
• Asociativní paměť ( anglicky  asociativní paměť, content-addressable memory, CAM ) - adresování se provádí podle obsahu dat, nikoli podle jejich umístění (paměť kontroluje přítomnost buňky se zadaným obsahem, a pokud ano (s ) je přítomen (yut) vrátí ji (jejich ) adresu (adresy) nebo jiná data s ní (jimi) spojená.
• Store (stack) memory ( angl.  pushdown storage ) - stack implementace .
• Maticové úložiště ( angl.  matrix storage ) - paměťové buňky jsou umístěny tak, aby k nim bylo přistupováno dvěma nebo více souřadnicemi.
• Object storage ( angl.  object storage ) - paměť, jejíž systém správy je zaměřen na ukládání objektů. Každý objekt je charakterizován typem a velikostí záznamu.
• Sémantické úložiště ( angl.  sémantic storage ) - data jsou umisťována a odepisována v souladu s určitou strukturou pojmových znaků.

Schůzka

• Vyrovnávací paměť ( angl.  buffer storage ) - paměť určená pro dočasné ukládání dat při jejich výměně mezi různými zařízeními nebo programy.
• Temporary (intermediate) memory ( angl.  dočasné (intermediate) storage ) - paměť pro ukládání mezivýsledků zpracování.
• Mezipaměť ( anglicky  cache memory ) je součástí architektury zařízení nebo softwaru, který ukládá často používaná data a poskytuje k nim rychlejší přístup než paměť cache.
• Opravná paměť ( anglicky  patch memory ) - část paměti počítače, určená k ukládání adres vadných buněk v hlavní paměti. Používají se také pojmy relokační tabulka a remapovací tabulka.
• Řídící paměť ( anglicky  control storage ) - paměť obsahující řídící programy nebo mikroprogramy. Obvykle implementován jako ROM.
• Sdílená paměť neboli kolektivní přístupová paměť ( angl.  shared memory, shared access memory ) - paměť dostupná současně několika uživatelům, procesům nebo procesorům.

Organizace adresního prostoru

• Reálná neboli fyzická paměť ( anglicky  real (physical) memory ) - paměť, jejíž způsob adresování odpovídá fyzickému umístění jejích dat;
• Virtuální paměť ( angl.  virtual memory ) - paměť, jejíž způsob adresování neodráží fyzické umístění jejích dat;
• Překryvná paměť ( angl.  overlayable storage ) - paměť, ve které je několik oblastí se stejnými adresami, z nichž je dostupná vždy pouze jedna.

Vzdálenost a dostupnost pro procesor

• Primární paměť (super-rapid, SRAM) – dostupná pro procesor bez jakéhokoli využití externích zařízení.
  • registry procesoru ( procesorová nebo registrová paměť ) - registry umístěné přímo v ALU ;
  • mezipaměť procesoru  - mezipaměť používaná procesorem ke snížení průměrné doby přístupu do paměti počítače. Je rozdělen do několika úrovní, které se liší rychlostí a hlasitostí (například L1, L2, L3).
• Sekundární paměť  - dostupná pro procesor přímým adresováním přes adresovou sběrnici ( adresovatelná paměť ). K dispozici jsou tedy RAM (paměť určená k ukládání aktuálních dat a spustitelných programů) a vstupně-výstupní porty (speciální adresy, jejichž prostřednictvím je realizována interakce s jiným zařízením).
• Terciární paměť  – přístupná pouze prostřednictvím netriviálního sledu akcí. To zahrnuje všechny druhy externí paměti  – dostupné prostřednictvím I/O zařízení. Interakce s terciární pamětí probíhá podle určitých pravidel (protokolů) a vyžaduje přítomnost příslušných programů v paměti. Programy, které zajišťují minimální nezbytnou interakci, jsou umístěny v paměti ROM obsažené v sekundární paměti (u počítačů kompatibilních s PC je to BIOS ROM ).

Pozice datových struktur umístěných v hlavní paměti v této klasifikaci je nejednoznačná. Zpravidla do něj nejsou zahrnuty, provádějí klasifikaci s odkazem na tradičně používané typy paměti [2] .

Dostupnost technickými prostředky

• Přímo spravovaná ( on -line úložiště ) paměť je paměť, která je v tuto chvíli přímo dostupná . 
• Autonomní paměť, Archiv ( angl.  off-line storage ) - paměť, ke které je potřeba přístup zvenčí - např. vložení archivního média operátorem s identifikátorem určeným programem
• Poloautonomní  paměť nearline storage  - stejné jako autonomní, ale fyzický pohyb médií provádí robot na příkaz systému, to znamená, že nevyžaduje přítomnost operátora

Jiné termíny

• Multibloková paměť ( angl.  multibank memory ) - typ paměti RAM, organizovaný z několika nezávislých bloků, které k nim umožňují současný přístup, což zvyšuje její šířku pásma. Často se používá termín „interleave“ (pauzovací papír z anglického  interleave  – interleave) a lze jej nalézt v dokumentaci některých firem „multichannel memory“ ( anglicky  multichanel ).
• Paměť s vestavěnou logikou ( anglicky  logic-in-memory ) je typ paměti obsahující vestavěné prostředky logického zpracování (transformace) dat, jako je škálování, převod kódu, překrývání polí atd.
• Víceportová paměť je paměťové zařízení  , které umožňuje nezávislý přístup z několika směrů (vstupů) a požadavky jsou obsluhovány v pořadí podle jejich priority.
• Víceúrovňová paměť ( angl.  multilevel memory ) - organizace paměti sestávající z několika úrovní paměťových zařízení s různými vlastnostmi a zvažovaná uživateli jako celkem. Víceúrovňová paměť se vyznačuje organizací stránkování, která zajišťuje „transparentnost“ výměny dat mezi pamětí různých úrovní.
• Paralelní úložiště je typ  paměti, ve které lze současně přistupovat ke všem oblastem vyhledávání.
• Paměť stránek ( angl.  page memory ) - paměť, rozdělená na stejné oblasti - stránky. Operace zápisu a čtení na nich se provádí přepínáním stránek paměťovým řadičem .

Viz také

• Memtest86+

Poznámky

1. ↑ 1 2 V. Fioktistov. Přehled technologií ukládání informací. Část 1. Principy činnosti a klasifikace paměti (21. července 2006). Získáno 19. srpna 2009. Archivováno z originálu dne 21. srpna 2011. (neurčitý)
2. ↑ E. Tanenbaum. Architektura počítače . - 4. vyd. - Petrohrad. : Peter , 2003. - S. 68. - 698 s. - ISBN 5-318-00298-6 . Archivovaná kopie (nedostupný odkaz) . Získáno 19. srpna 2009. Archivováno z originálu 11. ledna 2012. (neurčitý) 

Literatura

• Ian Sinclair. Paměť // Slovník počítačových termínů = Dictionary of Personal Computing / Per. z angličtiny. A. Pomoc. — M .: Veche, AST , 1996. — 177 s. — ISBN 5-7141-0309-2 .

Odkazy

• Kapitola 1. Obecné principy organizace paměti počítače