Внутренняя память и ее развитие в современных ПК

Содержание

 

Введение

1. Назначение памяти ПК
2. Виды внутренней памяти ПК
1. Оперативная память
2. Постоянная память
3. Полупостоянная память
4. Кэш-память (сверхоперативная память)
5. Видеопамять
3. Перспективы развития памяти ПК

Заключение

Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Как может компьютер быть таким удивительным устройством?

Многие люди, однако, не удивлены тем, как это устройство изменило их образ жизни. Сегодня можно увидеть компьютеры разных форм и размеров. Кажется, почти каждый дом, где бы он ни находился, имеет свой собственный мини компьютер. Начиная от автомобилей и недвижимости до всевозможных электронных устройств, большинство времени человек всё же проводит в работе за компьютером, который коренным образом изменяет нашу жизнь.

Прежде всего, нужно сказать, что самым главным компонентом компьютера является его процессор. Он считается “сердцем” компьютера, обеспечивающим циркуляцию системы.

Но со всеми своими возможностями вычисления и обработки информации, компьютер не будет являться столь выдающимся устройством без своей поразительной памяти. Память позволяет хранить всю необходимую и важную информацию на компьютере. Данная информация может использоваться снова и снова и, когда необходимо, можно без труда найти указанные вами данные. Без памяти процессор не будет иметь возможности хранить обработанную информацию и произведённые вычисления, делая их бесполезными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Назначение памяти

 

Слово “память” используется в компьютерном стиле речи применительно к внутренней памяти. Когда вы открываете программу или игру, ваш компьютер сохраняет некоторые требуемые данные в оперативной памяти для быстрого и легкого доступа.

Компактная микроэлектронная “память” широко применяется в современной аппаратуре самого различного назначения. Но, тем не менее, разговор о памяти следует начать с определения места и роли, отведённой памяти в ЭВМ.

Компьютерная память обеспечивает поддержку одной из функций современного компьютера, - способность длительного хранения информации. Вместе с центральным процессором запоминающее устройство являются ключевыми звеньями так называемой архитектуры фон Неймана, - принципа заложенного в основу большинства современных компьютеров общего назначения.

Первые компьютеры использовали запоминающие устройства исключительно для хранения обрабатываемых данных. Их программы реализовывались на аппаратном уровне в виде жёстко заданных выполняемых последовательностей. Любое перепрограммирование требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перекоммутации, перестройки блоков и устройств и т. п. Использование архитектуры фон Неймана, предусматривающей хранение компьютерных программ и данных в общей памяти, коренным образом переменило ситуацию.

 

 

 

 

2. Виды внутренней памяти ПК

 

Внутренняя память компьютера - это место хранения информации, с которой он работает (см.Рис.1-4. приложения 1).

Внутренняя память компьютера предназначена для оперативной обработки данных. Она является более быстрой, чем внешняя память.

Внутренняя память компьютера является временным рабочим пространством; в отличие от нее внешняя память, такая как файл  
на дискете, предназначена для долговременного хранения информации.

Информация во внутренней памяти не сохраняется при выключении питания.

 

1. Оперативная память

В оперативную память (см.Рис.1. приложения 2) помещаются программы для выполнения и данные для работы программы, которые используются микропроцессором. Она обладает большим быстродействием и является энергозависимой. Обозначается RAM - Random Access Memory -память с произвольным доступом;

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) предназначено для хранения переменной информации; оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения вычислительного процесса. Таким образом, процессор берёт из ОЗУ код команды и, после обработки каких-либо данных, результат обратно помещается в ОЗУ.

Причем возможно размещение в ОЗУ новых данных на месте прежних, которые при этом перестают существовать. В ячейках происходит стирание старой информации и запись туда новой. Из этого видно, что ОЗУ является очень гибкой структурой и обладает возможностью перезаписывать информацию в свои ячейки неограниченное количество раз по ходу выполнения программы. Поэтому ОЗУ играет значительную роль в ходе формирования виртуальных адресов.

 

2. Постоянная память

Постоянная память - BIOS (Basic Input-Output System). В нее данные занесены при изготовлении компьютера. Обозначается ROM - Read Only Memory.

Постоянная память хранит:

• программы для проверки оборудования при загрузке операционной системы;
• программы начала загрузки операционной системы;
• программы по выполнению базовых функций по обслуживанию устройств компьютера;
• программу настройки конфигурации компьютера - Setup. Она позволяет установить характеристики: типы видеоконтроллера, жестких дисков и дисководов для дискет, режимы работы с RAM, запрос пароля при загрузке и т.д;

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) содержит такой вид информации, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором программы. Такую информацию составляют стандартные подпрограммы, табличные данные, коды физических констант и постоянных коэффициентов. Эта информация заносится в ПЗУ предварительно, и блокируется путем пережигания легкоплавких металлических перемычек в структуре ПЗУ. В ходе работы процессора эта информация может только считываться. Таким образом, ПЗУ работает только в режимах хранения и считывания.

 

3. Полупостоянная память

Полупостоянная память - CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Хранит параметры конфигурации компьютера. Обладает низким энергопотреблением, потому не изменяется при выключении компьютера, т.к. питается от аккумулятора.

 

4. Кэш-память (сверхоперативная)

Кэш-память (от англ. caсhe – тайник). Она служит буфером между RAM и микропроцессором и позволяет увеличить скорость выполнения операций, т.к. является сверхбыстродействующей. В нее помещаются данные, которые процессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Эта память хранит копии наиболее часто используемых участков RAM. При обращении микропроцессора к памяти сначала ищутся данные в кэш-памяти, а затем, если остается необходимость, в оперативной памяти.

5. Видеопамять

Видеопамять используется для хранения видеоизображения, выводимого на экран. Входит в состав видеоконтроллера.

 

3. Перспективы развития памяти ПК

 

Теперь давайте поговорим о новых технологиях памяти. Сегодня на роль памяти ближайшего времени претендуют две технологии.

Первая технология. Это технология, базирующаяся на SDRAM, и называется она DDR SRDAM. DDR расшифровывается как Double Data Rate, т.е. удвоенный поток данных. Удвоение скорости передачи данных достигается за счет того, что биты данных дважды передаются за один период периодического сигнала: на подъеме и на спаде. Таким образом, при этом удается немного модифицировав SDRAM, добиться увеличения пропускной способности вдвое. Например: SDRAM на частоте 100 МГц имеет пропускную способность 100 МГц * 64 бит (ширина шины) = 800 Мбайт/с. Применение технологии DDR SDRAM позволяет передавать при той же частоте работы шины (100 МГц) и при той же ширине шины (64 бит) передавать вдвое больше информации, т.е. пропускная способность DDR SDRAM на частоте 100 МГц составит 1600 Мбайт/с. При этом стоимость DDR SDRAM лишь непринципиально выше, чем у стандартной SDRAM (в перспективе примерно на 20%). Естественно, что DDR SDRAM - прекрасный кандидат на роль памяти ближайшего будущего, так как удвоенная производительность достигается при увеличении стоимости продукта на 20% . Но на пути DDR SDRAM на рынок PC фактически оказались весьма большие препятствия.

Дело в том, что Intel, о котором мы говорили, что эта фирма - основоположник стандартов для PC сегодня, решила, что памятью ближайшего будущего станет совсем другая технология. К сожалению (для рынка :)), за этим решением стояли не технические, а маркетинговые и идеологически причины.

Вторая технология. Intel выбрал в качестве памяти ближайшего будущего технологию, разработанную фирмой Rambus, и называемую Direct Rambus DRAM (DR DRAM).

Чем же привлекательна эта память?

Естественно, что на пути разработки высокоскоростных интерфейсов есть два решения: увеличивать частоту работы шины и увеличивать ширину шины. Разумеется, если можно было бы увеличивать эти два параметра так, как хочется производителю, то мы сегодня имели бы память, работающую на огромных частотах и имеющую очень широкую шину, что давало бы огромную пропускную способность. Но, увы, все не так просто. Чем шире шина, тем больше взаимных наводок создают друг для друга провода, по которым передаются данные, чем выше частота передачи данных, тем большие требования предъявляются к технологии изготовления, и тем выше потребляемая мощность (см.Рис.2. приложения 2).

 

Rambus пошел по пути  изготовления очень высокоскоростной  шины (800 МГц, сравните с 133 МГц SDRAM и DDR SDRAM), но при этом очень узкой. Ширина канала DR DRAM - всего 16 бит (сравните с 64 бит у SDRAM и DDR SDRAM). Итого, пропускная способность такого канала обмена составляет 800 МГц * 2 байта = 1600 Мбайт/с. Т.е. пропускная способность канала Rambus выше, чем у SDRAM (800 Мбайт/с при частоте 100 МГц и 1064 Мбайт/с при частоте 133 МГц), равна DDR SDRAM при частоте 100 МГц, и проигрывает DDR SDRAM на частоте 133 МГц (133 МГц*64 бит * 2 из-за DDR = 2100 Мбайт/с).

Но при этом есть еще два немаловажных фактора.

Первое: у DR DRAM очень высокие задержки на доступ к памяти, примерно вдвое выше, чем у SDRAM и DDR SDRAM, что при равенстве пропускной способности уже ставит под сомнение эффективность применения DR DRAM. Но второй фактор еще более важен. Дело в том, что цена на DR DRAM в 7-8 раз выше, чем цена на SDRAM и DDR SDRAM!!!. Если 128 Мбайт SDRAM сегодня стоит около $25, то столько же DR DRAM стоит около $400 - $500.

Возникает резонный вопрос: кому вообще может при таких условиях понадобиться DR DRAM? Ответ на него: фирме Intel. Но зачем???

Дело в том, что около года назад Intel заключил c Rambus договор о партнерстве, обязавшись во всех своих чипсетах поддерживать только DR DRAM в случае, если пропускная способность памяти в системе выше, чем 1000 Мбайт/с, и этот договор действует в течение 2-х лет! В обмен на это Rambus должен был обеспечить Intel высокоскоростной шиной памяти. Intel эта сделка стоила огромных денег (около $5млрд.), и сегодня Intel понимает, как неверно было заключить такой договор. Дело в том, что у Intel было около 90% рынка чипсетов летом 1999, летом 2000 - 40%, потому, что Intel не имел права предлагать решения с доступным и дешевым 133 МГц SDRAM (133 МГц х 8 байт ширина шины = 1066 Мбайт/с > 1000), а предлагал решения на совсем не более быстром (из-за более высоких задержек при обращении) DR DRAM, притом, что цена на память типа DR DRAM была в 7-8 раз выше. Фактически Intel сам связал себя по рукам и ногам в выпуске чипсетов, по сути частично утратив контроль над этим рынком. Отчасти, именно из-за противоборства DDR SDRAM и DR DRAM мы и начали изучение оперативной памяти ранее, чем чипсетов. Иначе было бы неясно, почему присутствующие на рынке решения от Intel никуда не годятся с потребительской точки зрения, в то время, как решения конкурентов завоевывают популярность так стремительно, как никогда еще с конкурентами Intel не случалось.

На сегодняшний день DR DRAM присутствует на рынке уже около года, притом, что никакой массовой популярности не приобрел и, вероятно, не приобретет в дальнейшем, в то время как DDR SDRAM только появляется на рынке.

Также несколько слов нужно сказать и о самой фирме Rambus. Дело в том, что все типы памяти, которые мы описывали ранее, являются открытыми, т.е. они разрабатываются не какой либо одно фирмой, а консорциумом разработчиков, и производить эти типы памяти может любая фирма, если не нарушает при этом ничьих технологических патентов. С DR DRAM все обстоит несколько иначе. Эта технология разработана от начала до конца самой фирмой Rambus и, при этом, Rambus не производит памяти, а только разрабатывает ее, предлагая другим производителям эту память изготавливать, выплачивая за каждый произведенный чип фирме Rambus комиссионные. Так вот, недавно Rambus подал в суд практически на всех крупнейших производителей памяти, заявляя, что они (производители) нарушают патенты Rambus ... при изготовлении SDRAM и DDR SDRAM. Что самое интересное: уже семь крупнейших производителей памяти согласились уплачивать Rambus комиссионные с каждого проданного чипа SDRAM и DDR SDRAM, которые являются открытыми стандартами!!! Но ряд фирм, во главе с крупнейшим производителем чипов памяти Micron, не согласны платить Rambus комиссионные и подали ряд ответных исков против Rambus, обвиняя ее в МОНОПОЛИЗАЦИИ рынка! С требованием отобрать у Rambus ряд незаконно используемых ею патентов. Причем по имеющейся информации адвокаты Intel работали вместе с адвокатами Micron! По отчетам Rambus за последний финансовый период, расходы Rambus на оплату услуг адвокатов составили заметную часть дохода фирмы. В общем, ситуация вокруг Rambus накаляется. Исходом может стать и прекращение существования этой достаточно мало удачливой технически и очень наглой в юридическом плане фирмы. А может, и наоборот. Возможно, Rambus удастся замять все судебные дела и заняться, наконец, тем, чем давно пора вновь заняться, а именно технической деятельностью: направить свои усилия на удешевление технологии изготовления чипов и модулей DR DRAM, а также уменьшение задержек на доступ. Там, глядишь, может быть действительно разработки Rambus и станут памятью будущего, только вот и верится в это мало, и будущее уж слишком отдаленное.

При изучении чипсетов, основное, на что мы будем обращать внимание (учитывая описанную ситуацию)- тип поддерживаемой чипсетом оперативной памяти. И мы увидим, каким образом Rambus появлялась на рынке и какой "успех" она имела.

Что же касается DDR SDRAM, то чипсеты, поддерживающие эту память только появились на рынке и самое ближайшее будущее, очевидно, будет временем безраздельного доминирования DDR SDRAM. Однако все решает рынок...

Осталось добавить, что память типа DR DRAM устанавливается на специальные модули, называемые RIMM (Rambus Inline Memory Module), а в пустые разъемы для RIMM необходимо устанавливать специальные заглушки. Память DDR SDRAM устанавливается на модули DIMM, но не на 168 pin, как обычный SDRAM, а специальные 184 pin модули.