Основы компьютеров - первичная память

В компьютерах требуется память для хранения данных и инструкций. Память физически организована как большое количество ячеек, способных хранить по одному биту в каждой. Логически они организованы как группы битов, называемых словами, которым назначен адрес. Данные и инструкции доступны через эти адреса памяти . Скорость, с которой эти адреса памяти могут быть доступны, определяет стоимость памяти. Чем быстрее скорость памяти, тем выше цена.

Можно сказать, что компьютерная память организована иерархически, где память с самыми высокими скоростями доступа и самыми высокими затратами находится наверху, тогда как память с самыми низкими скоростями и, следовательно, самыми низкими затратами лежит на дне. Исходя из этого критерия память бывает двух типов - первичная и вторичная . Здесь мы рассмотрим первичную память подробно.

Основными особенностями первичной памяти, которые отличают ее от вторичной памяти, являются -

  • Доступ к нему напрямую осуществляется процессором
  • Это самая быстрая доступная память
  • Каждое слово хранится так же, как и
  • Он энергозависим, т.е. его содержимое теряется при отключении питания

Поскольку первичная память является дорогой, разрабатываются технологии для оптимизации ее использования. Это широкие типы первичной памяти.

Первичная Память

ОЗУ

ОЗУ означает оперативное запоминающее устройство . Процессор напрямую обращается ко всем адресам памяти, независимо от длины слова, что ускоряет хранение и поиск. RAM - самая быстрая доступная память и, следовательно, самая дорогая. Эти два фактора подразумевают, что ОЗУ доступно в очень небольших количествах до 1 ГБ. Оперативная память изменчива, но я могу быть любого из этих двух типов

DRAM (динамическая RAM)

Каждая ячейка памяти в DRAM состоит из одного транзистора и одного конденсатора, которые хранят один бит данных. Однако эта ячейка начинает терять заряд и, следовательно, данные сохраняются менее чем за тысячную долю секунды. Поэтому его нужно обновлять тысячу раз в секунду, что отнимает процессорное время. Однако из-за небольшого размера каждой ячейки один DRAM может иметь большое количество ячеек. Первичная память большинства персональных компьютеров состоит из DRAM.

SRAM (SRAM)

Каждая ячейка в SRAM состоит из триггера, который хранит один бит. Он сохраняет свой бит до включения питания и не нуждается в обновлении, как DRAM. Он также имеет более короткие циклы чтения-записи по сравнению с DRAM. SRAM используется в специализированных приложениях.

ПЗУ

ROM расшифровывается как Read Only Memory . Как следует из названия, ROM может быть прочитан только процессором. Новые данные не могут быть записаны в ПЗУ. Данные, которые должны быть сохранены в ПЗУ, записываются во время самой фазы производства. Они содержат данные, которые не нужно изменять, например последовательность загрузки компьютера или алгоритмические таблицы для математических приложений. ROM медленнее и, следовательно, дешевле, чем RAM. Он сохраняет свои данные даже при отключении питания, то есть он энергонезависимый. ПЗУ не может быть изменено так, как может быть ОЗУ, но имеются технологии для программирования этих типов ПЗУ -

PROM (программируемое ПЗУ)

PROM может быть запрограммирован с использованием специального аппаратного устройства, называемого PROM programmer или PROM burner.

EPROM (стираемое программируемое ПЗУ)

EPROM может быть удален и затем запрограммирован с использованием специальных электрических сигналов или ультрафиолетовых лучей. EPROM, которые можно стирать с помощью УФ-лучей, называются UVEPROM, а те, которые можно стирать с помощью электрических сигналов, называются EEPROM. Однако обрабатывать электрические сигналы проще и безопаснее, чем УФ-лучи.

Кэш-память

Небольшая часть высокоскоростной энергозависимой памяти, доступная процессору для быстрой обработки, называется кэш-памятью . Кэш-память может представлять собой зарезервированную часть основной памяти, другую микросхему ЦП или независимое высокоскоростное запоминающее устройство. Кэш-память состоит из быстродействующих SRAM. Процесс хранения некоторых данных и инструкций в кэш-памяти для более быстрого доступа называется кешированием . Кэширование выполняется, когда к набору данных или инструкций обращаются снова и снова.

Всякий раз, когда процессору нужны какие-либо данные или инструкции, он сначала проверяет кэш. Если он там недоступен, то осуществляется доступ к основной памяти и, наконец, к дополнительной памяти. Поскольку кэш-память имеет очень высокую скорость, время, затрачиваемое на доступ к нему каждый раз, ничтожно мало по сравнению с временем, сэкономленным, если данные действительно находятся в кеше. Поиск данных или инструкции в кеше называется попаданием в кеш .