загрузка...
загрузка...
На головну

Загальна архітектура комп'ютера

Розділ 3. Архітектура комп'ютера

лекція 8

з дисципліни «Інформатика та ІКТ»

ТЕМА 2 «ОРГАНІЗАЦІЯ ТА ФУНКЦІОНУВАННЯ КОМП'ЮТЕРІВ»

Содержание:

3.1. Загальна архітектура комп'ютера

3.2. Апаратна конфігурація ПК

3.3. Материнська плата ПК

3.4. центральний процесор

3.5. Оперативна пам'ять

3.6. Системні шини

Архітектуройназивають перш за все систему складових комп'ютер пристроїв і взаємозв'язків між ними, а також сукупність правил, за якими відбувається це взаємодія. До архітектури комп'ютера відносяться характеристики окремих пристроїв комп'ютера, структура і способи доступу до пам'яті і до зовнішніх пристроїв, система машинних команд комп'ютера, формати даних, що використовуються в машинних командах, і ін

головними пристроями є процесор і пам'ять. Саме взаємодією цих компонентів визначається можливість комп'ютера робити обчислення. лінії зв'язку, За якими дані передаються з процесора в пам'ять і назад, називаються шиною.Зазвичай це електричний провід (зараз з'явилися оптоволоконні проводи). Ліній зв'язку в комп'ютері багато, і вони виконують безліч різних функцій. Прийнято ділити лінії зв'язку всієї шини на шину даних, шину адреси, шину управління і шину харчування. Крім того, процесор і пам'ять повинні бути пов'язані проводами з багатьма іншими пристроями комп'ютера. У сучасних комп'ютерах одна і та ж шина використовується для обміну даними як між процесором і пам'яттю, так і між процесором і всіма портами введення-виведення. Така шина називається загальною шиною. Це означає, що якщо по загальній шині йде сигнал, то його, в принципі, можуть прочитати всі підключені до шини пристрої. Однак реально технологія обміну інформацією влаштована таким чином, що отримує сигнал саме той пристрій, для якого він призначається. Як це виходить, ми спробуємо пояснити далі.

Слід зазначити, що ця проста однозвенная схема часто буває ускладнена. Реально частина пристроїв підключається до загальної шині безпосередньо, а через одну з допоміжних шин, яка, в свою чергу, приєднується до загальної шини. Такі шини називаються локальними шинами. Однак це не змінює принципової схеми роботи комп'ютера.

Внутрімашінная системним інтерфейсомназивається вся система зв'язків і сполучень вузлів і блоків комп'ютера між собою. Інтерфейс включає сукупність електричних проводів, електронних мікросхем сполучення з компонентами комп'ютера, угод про передачу і перетворення сигналів. Інтерфейс із загальною шиною називається одинзв'язного. При многосвязной інтерфейсі пристрою пов'язані один з одним проводами (магістралями).

Компоненти пристрою, призначенням яких є взаємодія з іншими пристроями, називаються його інтерфейсом, а правила, яким інтерфейс зобов'язаний задовольняти, - протоколами. Іноді термін «інтерфейс» трактується більш широко, включаючи також і протоколи.

Для пристроїв однакового призначення може існувати кілька різних протоколів, але можна об'єднувати в одне ціле тільки ті пристрої, які працюють за однаковими протоколами.

сучасні комп'ютери конструюються на основі ідеології відкритих систем, Згідно з якою комп'ютер складається з декількох досить незалежних пристроїв, що виконують певну функцію. Окремі пристрої, що становлять комп'ютер, можуть мати різну конструкцію і випускатися різними фірмами. Однак вони повинні відповідати певним стандартам взаємодії один з одним. Ці стандарти відносяться як до технічних характеристик пристроїв (наприклад, величина напруги на вихідних контактах, форма і кількість контактів в роз'ємі), так і до змісту сигналів, якими обмінюються ці пристрої.

Сигнал по каналах зв'язку всередині комп'ютера передасться в цифровій формі: по дротах передаються імпульси, які кодують нулі і одиниці.

Спосіб передачі даних, при якому по каналу зв'язку одночасно передається одна двійкова цифра (т. Е. 1 біт даних), називається послідовним.при паралельномуспособі передачі даних сигнали одночасно йдуть по декількох проводів, які в сукупності утворюють один паралельний канал зв'язку. Кількість проводів в каналі визначає його розрядність. Обсяг одночасно переданих по каналу даних залежить від розрядності каналу. Паралельна передача даних є більш швидкодіючою, ніж послідовна

За способом передачі даних в часі розрізняють синхронну і асинхронну передачі. при синхронній передачі даних процес передачі синхронізується з тактовими сигналами, які виробляє тактовий генератор. Інтервал передачі визначається найбільшим часом затримки в системі передачі даних і максимальним часом перетворення сигналу. Асинхронна передача даних відбувається при отриманні спеціальних повідомлень, які сигналізують про готовність зовнішнього пристрою до обміну і про етапах самого процесу передачі (ці сигнали посилаються процесором і характеризують початок обміну, кінець обміну і контроль правильності передачі даних). При такій організації обміну автоматично встановлюється раціональне співвідношення між швидкістю передачі даних і величинами затримки сигналів в каналі зв'язку.

Існує безліч різних типів периферійних пристроїв. Якщо обмежитися персональним комп'ютером, то до його складу можуть входити пристрої ручного введення - клавіатура і миша, пристрої графічного введення - сканер, пристрої виведення - монітор, принтер, плотер (плоттер), зовнішні накопичувачі даних - жорсткий диск (вінчестер), дисковод для гнучкого диска (флоппі-диска), CD-ROM, звукові колонки, мережевий вихід. У більш потужних комп'ютерах використовуються спеціалізовані зовнішні пристрої.

Пристрої комп'ютера підключені до шини безпосередньо, а через проміжні пристрої, які називаються контролерами або адаптерами. Пов'язано це з кількома обставинами:

- Швидкість виконання операцій в різних пристроях різна, і при обміні потрібно десь накопичувати дані;

- Характеристики сигналів в пристроях комп'ютера і загальної шині різні, і тому необхідно перетворення сигналу з одного виду в інший;

- Контролер бере на себе деякі стандартні операції процесу обміну даними (такі, як опитування готовності пристрою або контроль правильності передачі), звільняючи від цих функцій центральний процесор.

Фактично контролери і адаптери мають свій процесор, який часто можна навіть програмувати, і свою пам'ять і є спеціалізованим мікрокомп'ютер.

Інтерфейс окремого пристрою включає в себе весь комплекс засобів, призначених для забезпечення зв'язку конкретного пристрою комп'ютера з іншими пристроями: сполучні канали, контролери або адаптери, алгоритми, що забезпечують управління пристроєм. Від характеристик інтерфейсу залежить швидкодія і надійність пристрою. Інтерфейс стандартизований згідно з протоколами, що описує пристрої саме цього функціонального призначення. Стандартизація стосується як технічних параметрів пристрою, так і команд управління пристроєм. Схеми управління зазвичай розміщуються всередині.

Многосвязной інтерфейс використовується в великих і супервелику комп'ютерах, коли окремі пристрої зв'язуються один з одним по декількох незалежних каналах зв'язку (магістралях). Найчастіше кожен пристрій забезпечується однією вихідний магістраллю для видачі даних і декількомавхідними для прийому даних від інших пристроїв. При несправності будь-якої магістралі або обслуговуючих її пристроїв виявляється відключеним тільки одне периферійний пристрій. Керуюча апаратура комп'ютера автоматично визначає несправний вузол і вибирає справні і незайняті магістралі.

Вся робота комп'ютера зводиться до організації потоків даних і операціями обробки інформації в процесорі, посколькуy тільки процесор визначає, коли, кому і яке повідомлення повинно бути передано. Інші пристрої можуть тільки отримувати сигнали і виконувати потрібні дії. У свою чергу, процесор витягує цю інформацію з комп'ютерної програми і даних, що використовуються програмою. Для того щоб він міг це зробити, і те й інше має перебувати в оперативній пам'яті комп'ютера. Навіть якщо спочатку ці дані зберігалися на зовнішньому носії, перш ніж вони можуть бути використані комп'ютером (процесором!), Вони повинні бути переписані в оперативну пам'ять.

3.2. Апаратна конфігурація ПК

Апаратну конфігурацію настільного ПК можна розглянути з двох точок зору.

1) Зовнішня конфігурація. Елементом комп'ютерної системи вважається пристрій, виконаний в окремому корпусі.

2) Функціональна конфігурація. Елементом комп'ютерної системи вважається пристрій, що виконує певну функцію, незалежно від його конструктивного виконання.

Розглянемо спочатку зовнішню конфігурацію настільного ПК (рис. 2.1).


базову конфігурацію складають 4 основні елементи: системний блок, монітор, клавіатура и миша. Всі інші елементи відносяться до розширеної конфігурації.

Розглянемо тепер функціональну конфігурацію (рис. 2.2). Основу функціональної конфігурації ПК становить материнська плата, Яку будемо позначати MB (main board, motherboard). Материнська плата встановлюється в системному блоці, всі інші пристрої ПК підключаються до неї.

Основними пристроями, які обов'язково повинні бути підключені до материнської плати є процесор (CPU - Central Processing Unit) і оперативна пам'ять (RAM - Random Access Memory). Усі інші пристрої підключаються до материнської плати через відповідні адаптери. Наприклад, адаптером монітора є відеокарта, адаптером аудіосистеми - звукова карта. Більшість адаптерів включають в себе контролери, Що керують роботою пристроїв. Контролер здатний здійснювати деякі операції з управління пристроєм і по передачі даних без звернення до CPU, в цьому сенсі кожен контролер можна вважати додатковим до CPU вузькоспеціалізованим процесором. При необхідності контролер може записувати / зчитувати дані з RAM. Процедура прямого (минаючи CPU) обміну даними між пристроєм і RAM називається прямим доступом до пам'яті або DMA (Direct Memory Access). Якщо пристрій може потребувати DMA, йому виділяється для цього спеціальна область пам'яті (діапазон адрес).

Для підключення адаптерів пристроїв на материнській платі встановлені спеціальні роз'єми (слоти). Часто використовується термін «порт»- Це більш широке поняття, яке включає, крім типу роз'єму, ще й тип апаратного інтерфейсу - набір угод про передачу сигналів. Відеокарта підключається до спеціальних високошвидкісним портам AGP (Accelerated Graphic Port) або PCIE, Звукова карта, мережева карта і багато інших пристроїв - до порту PCI (Peripheral Component Interconnect).

Адаптери деяких пристроїв входять до складу материнської плати (так звані інтегровані адаптери) - в цьому випадку на материнській платі є роз'єм для підключення самого пристрою. Так, наприклад, жорсткий диск можна підключити безпосередньо до порту IDE, А клавіатуру і мишу - до портів PS / 2.

В даний час для підключення периферійних пристроїв розроблені універсальні адаптери USB (Universal Serial Bus) і FireWire (IEEE 1394, i-Link). Через порт USB можна підключати самі різні пристрої - клавіатуру, миша, принтер, сканер, стільниковий телефон, цифровий фотоапарат, а також зовнішні носії даних - флеш-накопичувачі і переносні жорсткі диски (такі пристрої бажано підключати через високошвидкісний порт USB 2.0). Порт FireWire зазвичай використовується для підключення цифрових телекамер, які працюють в режимі реального часу.

Останнім часом все частіше використовується бездротове підключення пристроїв до материнської плати - обмін сигналами при цьому відбувається за допомогою електромагнітних хвиль. Для такого підключення існують спеціальні адаптери Blue Tooth, Які приєднуються до USB порту. За допомогою такого адаптера можна, наприклад, встановити бездротовий зв'язок комп'ютера зі стільниковим телефоном, підключити комп'ютер до Інтернету, зв'язати настільний комп'ютер з ноутбуком і т. Д. Більш докладно особливості підключення різних пристроїв ми розглянемо в наступній Лекції.

3.3. Материнська плата ПК

Материнська плата, є основним пристроєм ПК, що забезпечує підключення і взаємодію всіх інших пристроїв один з одним. Саме материнська плата забезпечує реалізацію апаратних інтерфейсів. У складі материнської плати можна виділити наступні елементи.

1. Мікропроцесорний набір (чіпсет, chipset);

2. Незалежна пам'ять, яка також називається ПЗУ (постійний запам'ятовуючий пристрій) або ROM (Read Only Memory);

3. Інтегровані пристрої;

4. Генератор тактової частоти;

5. Системні шини;

6. Слоти (роз'єми) для підключення пристроїв;

7. Автономне джерело живлення.

Розглянемо призначення цих елементів.

чіпсет - Це набір мікросхем, з яких власне і побудована материнська плата. Саме чіпсет реалізує необхідні апаратні інтерфейси, на основі яких працює комп'ютер. Усі інші пристрої материнської плати можна вважати доповненням до чіпсету. Однак необхідно мати на увазі, що на основі одного і того ж чіпсета різними виробниками розробляються різні материнські плати, тому типів материнських плат значно більше, ніж базових чіпсетів.

Незалежна пам'ять є необхідним доповненням до чіпсету. Вона містить набір базових програм (BIOS - Basic Input and Output System), що підтримують апаратні інтерфейси, що виконують перевірку працездатності комп'ютера при його включенні, що завантажують операційну систему і т. Д. Основне вміст незалежній пам'яті записується при виготовленні материнської плати і не змінюється в процесі експлуатації комп'ютера, однак частина цього вмісту (настройки BIOS) можна змінити через спеціальну програму BIOS Setup, яка також записана в незалежну пам'ять. Сучасні материнські плати підтримують і процедуру перезапису всього вмісту незалежній пам'яті (перезапис BIOS, прошивка BIOS), але це дуже критична процедура - при невдачі комп'ютер виявиться повністю непрацездатним.

Крім чіпсета до складу материнської плати можуть входити мікросхеми інших пристроїв, що виконують функції, які не відносяться до функцій материнської плати. Наприклад, в материнську плату може бути вбудована звукова карта, мережева карта або відеокарта. Такі пристрої називаються інтегрованими в материнську плату. Наявність інтегрованої відеокарти означає, наприклад, що монітор можна підключати безпосередньо до відповідного роз'єму материнської плати.

Генератор тактової частоти також є необхідним елементом материнської плати, що задає частоту проходження всіх електричних імпульсів (частоту системної шини) і, отже - швидкість обміну даними між усіма пристроями комп'ютера. Якщо частота системної шини дорівнює , То мінімальне часова відстань між імпульсами . Якщо від одного пристрою передається іншому одночасно n біт, то максимальна (пікова) швидкість передачі денних між цими пристроями біт / с. Це саме можна сказати і до передачі даних усередині пристроїв, за винятком процесора - в ньому внутрішня швидкість передачі даних набагато вище. У процесорі діє інша, більш висока тактова частота , Де Кп - Коефіцієнт множення частоти. величина Kп знаходиться в діапазоні від 2 до 21. Тому - тактова частота процесора - Може значно перевищувати тактову частоту системної шини .

Системні шини - Це системи провідників, щоб забезпечити проходження електричних сигналів між пристроями. Таким чином, пристрої обмінюються даними один з одним саме через системні шини. Мікросхеми чіпсета пов'язані один з одним і зі слотами пристроїв через шини, виконані у вигляді електричної розводки плати. Основною характеристикою шини є розрядність (ширина шини) - Кількість біт, які можуть передаватися по шині одночасно. Тип і розрядність шини визначаються апаратним інтерфейсом, який ця шина повинна підтримувати, тому, говорячи про розрядності шини, мають на увазі саме тип інтерфейсу.

Для підключення різних пристроїв до материнської плати використовуються слоти - Спеціальні роз'єми, з'єднані через відповідні шини з мікросхемами чіпсета. Кожен слот призначений для передачі даних відповідно до визначеного інтерфейсом, тому слоти позначаються тими ж абревіатурами, що і інтерфейси, наприклад, PCI, AGP, USB.

Останній елемент списку автономне джерело живлення являє собою стандартний маленький акумулятор, призначений для підтримки роботи незалежній пам'яті і генератора тактової частоти в той час, коли комп'ютер вимкнений. При виході автономного джерела живлення з ладу відбувається збій внутрішнього годинника і налаштувань BIOS, що може привести до збоїв в роботі програм. Що вийшов з ладу автономне джерело живлення, як правило, нескладно замінити.

3.4. центральний процесор(CPU)

центральний процесор (ЦП) - це пристрій, який виконує обробку інформації відповідно до виконуваної комп'ютером програмою, що знаходиться в оперативній пам'яті і складається з окремих команд, зрозумілих для процесора. У кожній команді містяться відомості про те, звідки взяти вихідні дані, яку операцію над ними виконувати і куди помістити результат.

Процесор виконує наступні функції:

- Читання команд з оперативної пам'яті і їх дешифрування;

- Читання даних з оперативної пам'яті і портів введення-виведення;

- Запис даних в оперативну пам'ять або їх пересилання в порти введення-виведення;

- Прийом і обробка запитів і команд від адаптерів зовнішніх пристроїв;

- Вироблення керуючих сигналів для всіх інших пристроїв комп'ютера.

Функціонально процесор складається з двох компонентів - операційної та інтерфейсної частин. Операційна частина включає пристрій управління, арифметико-логічний пристрій і процессорную пам'ять (регістри загального призначення - РОН). Інтерфейсна частина включає мікросхеми управління шиною і портами, а також адресний і командний регістри.

Пристрій управління є найбільш складною частиною процесора. Воно виробляє сигнали, які управляють всіма пристроями комп'ютера, і процесором зокрема. Більшість операцій в процесорі виконується паралельно, а синхронізуються вони за допомогою тактових імпульсів, що виробляються генератором тактових імпульсів, частота яких - одна з найважливіших характеристик процесора.

Пристрій управління виконує наступні функції:

- Вибирає з адресного регістра адресу в ОЗУ черговий виконуваної команди;

- Вибирає з ОЗУ чергову команду;

- За допомогою дешифратора операцій аналізує код команди і ідентифікує виконувану нею операцію і її ознаки;

- Зчитує відповідну обраної операції микропрограмму процесора, що задає послідовність керуючих сигналів, які будуть задавати і синхронізувати роботу по виконанню даної операції;

-счітивает адреси в ОЗУ операндів операції і в разі необхідності переписує дані з ОЗУ в регістри загального призначення;

- Виконує операцію;

- Записує результати операції назад в ОЗУ;

- Формує адреса наступної команди.

Арифметико-логічний пристрій (АЛП) Призначене для виконання арифметичних і логічних операцій. Операнди операції перед цим повинні бути розміщені в регістрах загального призначення. Результат також міститься в регістр загального призначення. Саме АЛУ є мікросхемою, на вхід якої подаються операнди операції, а на виході виходить результат. Зазвичай для підвищення загального швидкодії процесор може виконувати додавання і множення тільки цілих чисел, а для додавання і множення чисел з плаваючою точкою використовуються спеціальні прошивки. Регістри загального призначення використовуються для зберігання початкових, кінцевих і проміжних даних при роботі процесора.

Для підвищення ефективності роботи в сучасних процесорах використовується вбудована швидкодіюча пам'ять - кеш-пам'ять, Що виконує функцію буфера між оперативною пам'яттю і ядром процесора, в якому відбувається виконання команд. Дані з оперативної пам'яті спочатку потрапляють в кеш-пам'ять процесора і тільки потім піддаються подальшій обробці. При цьому реалізується пакетний спосіб передачі даних - дані з оперативної пам'яті в кеш-пам'ять передаються відразу великим блоком (пакетом).

Продуктивність процесора залежить в першу чергу від його тактової частоти , Яка визначає кількість елементарних операцій здійснюються процесором в одиницю часу. Сучасні ПК характеризуються значеннями від 2 ГГц до 4 ГГц. Використання більш високих тактових частот пов'язано зі значними технічними труднощами, головними з яких є прояв хвильових властивостей електричних імпульсів на високих частотах (що призводить до спотворень сигналів) і збільшення тепловиділення з ростом частоти (що призводить перегріву мікросхем або до необхідності робити складну і громіздку систему охолодження ). Тому в даний час розробники процесорів прагнуть збільшити продуктивність процесорів, не збільшуючи істотно тактову частоту.

Продуктивність процесора залежить також від числа елементарних операцій, які виконуються процесором одночасно (за один такт). У цьому випадку говорять, що операції виконуються паралельно і що процесор підтримує паралельні обчислення. Розглянемо основні способи організації паралельних обчислень всередині процесора.

1. Конвеєрна обробка даних. Застосовується майже у всіх сучасних процесорах. В основу конвеєрної обробки покладено той факт, що тактові (т. Е. Виконуються за один такт частоти процесора) елементарні операції, на які розбивається кожна команда, виконуються різними незалежними блоками процесора. Е ти операції могли б виконуватися одночасно, але для однієї команди це неможливо - кожна наступна операція використовує результат попередньої. Зате одночасні обчислення можна організувати для групи однорідних незалежних між собою команд. Нехай, наприклад, процесору потрібно виконати послідовність з великої кількості незалежних однотипних команд. Для спрощення міркувань вважатимемо, що процесор складається з n блоків, а кожна команда складається з послідовності n тактових операцій, причому, i-ту операцію виконує i-й блок. Після того, як 1-й блок виконає 1-ю операцію 1-ї команди (за 1-й такт), він звільниться і зможе відразу виконати 1-ю операцію 2-ї команди. Одночасно з ним 2-й блок буде виконувати 2-ю операцію 1-ї команди. Все це відбудеться за 2-й такт. За 3-й такт 1-й блок виконає 1-ю операцію 3-й команди, 2-й блок - 2-ю операцію 2-ї команди, а 3-й блок - 3-ю операцію 1-ї команди і т. д. Таким чином, кожна чергова команда процесора починає виконуватися не після закінчення попередньої команди (на це в нашому прикладі пішло б n тактів), а через один такт після початку попередньої. Ефективність конвеєрної обробки залежить від конструкції процесора, об'єму кеш-пам'яті, і від специфіки оброблюваного програмного коду.

Конвеєрна обробка даних, що дозволяє одночасно обробляти будь-які (не обов'язково однотипні) команди називається суперскалярной.

2. Технологія Hyperthreading (Гіпертредінг, многоконвейерной обробка даних) - подальший розвиток ідеї конвеєрної обробки. У цьому випадку процесор забезпечується подвійним набором регістрів і сприймається програмним забезпеченням як 2 паралельно працюють процесора. Насправді процесор один і має одне ядро, в якому власне відбуваються обчислення, але одночасно можуть виконуватися команди від 2-х різних завдань. Найбільший ефект дає використання такого процесора, якщо комп'ютер працює в багатозадачному режимі (це характерно для всіх сучасних ПК), причому, одночасно виконуються програми носять істотно різний характер. Наприклад, якщо складна обчислювальна задача виконується одночасно з комп'ютерною грою, процесор з Hyperthreading дасть максимальний виграш - обидві програми майже не помітять один одного. Якщо ж одночасно працюють дві обчислювальних завдання, то використання процесора з Hyperthreadingпрактіческі не дасть виграшу в порівнянні з таким же процесором без цієї технології.

3. Двохядерні процесори. Це по суті справи виконання двох процесорів в одній мікросхемі, т. Е. Одночасне використання двох паралельно працюючих процесорів. Використання двоядерного процесора підвищує продуктивність роботи в 2 рази практично для будь-якого багатозадачного режиму роботи комп'ютера. Не дає виграшу такий процесор тільки в однозадачних режимі (наприклад, в операційній системі DOS). Подальший розвиток цієї технології, мабуть, призведе до створення багатоядерних процесорів для ПК.

Конструктивно будь-який процесор для ПК виконується у вигляді мікросхеми, яка вставляється в спеціальний (процесорний) слот материнської плати. Т. к. Робота процесора супроводжується виділенням великої кількості тепла, для його охолодження використовуються радіатор і спеціальний вентилятор, які щільно притискаються до корпусу процесора. В даний час є кілька стандартів процесорних слотів, тому необхідно, щоб процесор і материнська плата відповідали один одному.

Мікросхема процесора складається з величезної кількості (сотень мільйонів) найдрібніших напівпровідникових елементів - транзисторів. Кількість транзисторів в одиниці об'єму процесора називається ступенем інтеграції і визначає питому продуктивність. Збільшення ступеня інтеграції дозволяє або зменшити обсяг при даній продуктивності, або збільшити продуктивність при заданому обсязі. Замість ступеня інтеграції часто користуються іншою величиною - середнім розміром одного транзистора. У цьому випадку йдеться про те, що мікросхема виготовлена за технологією ... - і далі вказується середній розмір транзистора в мікронах (1 мкм = 10-6 М). або в нанометрах (1 нм = 10-9 м). Сучасні мікросхеми виготовляються за технологією 50 - 90 нм, що близько до технологічної межі.

3.5 Оперативна пам'ять (RAM).

Оперативна пам'ять, Звана також ОЗУ (Оперативний запам'ятовуючий пристрій) або RAM (Random Access Memory, пам'ять з довільним доступом) - це пристрій, в якому знаходяться працюють в даний момент програми та дані для них. Будь-яка програма перед виконанням повинна бути завантажена в оперативну пам'ять, після чого процесор зможе послідовно витягувати з пам'яті команди цієї програми і виконувати їх. Оперативна пам'ять, як і процесор, є необхідним пристроєм - без неї комп'ютер працювати не зможе.

Дані в оперативній пам'яті зберігаються тільки під час роботи комп'ютера, при його виключенні оперативна пам'ять очищається.

Оперативна пам'ять для ПК виконується у вигляді модулів, що представляють собою набір мікросхем закріплених на спеціальній платі з контактами. модулі пам'яті вставляються в спеціальні слоти на материнській платі. Тип модулів пам'яті повинен бути узгоджений з типом материнської плати і з типом процесора.

Модулі пам'яті відрізняються як за конструктивним виконанням (форм-фактор), так і за функціональним типом.

Форм-фактор - Це стандарт, який визначає розміри модуля пам'яті, а також кількість і розташування контактів. Існує кілька фізично несумісних форм-факторів пам'яті: SIMM (30 або 72 контактів, в даний час майже не використовуються), DIMM (168, 184, 200 або 240 контактів), SODIMM (72, 144, 168 або 200 контактів, зменшений розмір) , MicroDIMM (60 контактів, зменшений розмір), RIMM (168, 184 або 242 контакту, для пам'яті типу Rambus).

Будь-яка мікросхема (чіп) модуля пам'яті складається з великої кількості однакових елементарних осередків, кожна клітинка здатна зберігати 1 біт даних, т. Е. Може перебувати в одному з 2-х станів: 0 (вимкнено) або 1 (включено), перехід з одного стану в інший здійснюється подачею імпульсу на цей осередок. В даний час використовуються 2 типу елементарних осередків пам'яті.

1) тригери. Це осередки, що складаються з 6-7 транзисторів кожна. Тригер здатний утримувати стан 0 або 1 необмежено довго, поки на нього подано напруга живлення.

2) ємнісні осередки. Кожна така комірка складається з одного транзистора і одного мікроконденсаторів. Ємнісні осередку значно менше і простіше за структурою, ніж тригери, але вони мають один суттєвий недолік - зберігають свій стан дуже обмежений час.

Відповідно до використовуваними типами осередків, будуються різні функціональні типи пам'яті.

1) статична памятьSRAM (Static RAM) будується з тригерів це найбільш надійний, але і найбільш дорогий, громіздкий і енергоємний тип пам'яті. Статична пам'ять використовується для побудови кеш-пам'яті, буфера жорсткого диска і для інших найбільш відповідальних вузлів.

2) динамічна памятьDRAM (Dynamic RAM) будується з ємнісних осередків. Однак обмежитися тільки ємнісними осередками не можна - така пам'ять зможе зберігати дані тільки протягом часток секунди. Тому, необхідним елементом динамічної пам'яті є буфер, Що складається з тригерів, а необхідною умовою роботи такої пам'яті - процес регенерації, що складається в постійному автоматичному зчитуванні в буфер даних з різних блоків ємнісних осередків і перезапису цих даних назад. Таким чином, в динамічної пам'яті реалізується безперервний процес перезапису даних через буфер, що і пояснює її назву.

Об'єм оперативної пам'яті, Встановленої в ПК - це одна з головних характеристик, що визначають продуктивність комп'ютера. Швидкодію комп'ютера залежить від обсягу оперативної пам'яті не менше (а часто і більше!), Ніж від тактової частоти процесора. Це пояснюється тим, що сучасне програмне забезпечення характеризується великим обсягом коду програм, а для ефективної роботи комп'ютера необхідно, щоб всі запущені в даний момент програми та всі дані до них знаходилися в оперативній пам'яті. Якщо виконується програма не поміщається в оперативну пам'ять, збою не відбувається - вся програма або її частина вивантажується на жорсткий диск, - але робота комп'ютера при цьому різко сповільнюється. Таким чином, обсяг оперативної пам'яті повинен бути достатнім з точки зору використовуваного програмного забезпечення. Наприклад, для офісного комп'ютера при використанні в основному програм пакета Microsoft Office (MS Word, MS Excel, MS Power Point, MS Access) під операційною системою Windows XP необхідно не менше 256 MB оперативної пам'яті. При використанні ж комп'ютера в якості графічної станції, для відеомонтажу або для тривимірних ігор буде потрібно вже не менше 1 GB пам'яті.

Слід зазначити, що якщо обсяг оперативної пам'яті такий, що завжди всі програми поміщаються в оперативну пам'ять, подальше збільшення обсягу пам'яті не призведе до підвищення продуктивності комп'ютера. Тому обсяг пам'яті завжди потрібно вибирати оптимальним, виходячи з тих завдань, для яких буде використовуватися комп'ютер.

Ще одним важливим параметром пам'яті є її пікове швидкодія (пропускна здатність), Т. Е. Максимальна швидкість, з якою можуть відбуватися операції читання / запису даних. Ця величина визначається типом пам'яті, який, в свою чергу, визначається типом материнської плати. Пропускна здатність позначається кількістю переданих в секунду біт, наприклад, PC-4200 (4200 Mб / с), PC-6000 (6000 Mб / с).

Соціальна структура і соціальна нерівність «-- попередня | наступна --» Системні шини
загрузка...
© om.net.ua