Оперативная память
Оперативная память - устройство, которое служит для хранения информации (программ, исходных данных, промежуточных и конечных результатов обработки), непосредственно используемой в ходе выполнения программы в процессоре. В настоящее время объем ОП персональных компьютеров составляет несколько сотен мегабайт. Оперативная память работает на частоте системной шины и требует 6-8 циклов синхронизации шины для обращения к ней. Так, при частоте работы системной шины 100 МГц (при этом период равен 10 нс) время обращения к оперативной памяти составит несколько десятков наносекунд. Для устранения «узкого горла» между ЦПУ и ОП по скорости обращения и стоимости в настоящее время используется кэш-память, которая организована как более быстродействующая (и, следовательно, более дорогая) статическая оперативная память со специальным механизмом записи и считывания информации и предназначена для хранения информации, наиболее часто используемой при работе программы. Суть кэша – дублирование данных с целью ускорения выполнения операций. Как правило, часть кэш-памяти располагается непосредственно на кристалле микропроцессора (внутренний кэш), а часть - вне его (внешняя кэш-память). Кэш-память программно недоступна. Для обращения к ней используются аппаратные средства процессора и компьютера.
Внешняя память организуется, как правило, на магнитных и оптических дисках, магнитных лентах. Емкость дисковой памяти достигает десятков гигабайт при времени обращения менее 1 мкс. Магнитные ленты вследствие своего малого быстродействия и большой емкости используются в настоящее время в основном только как устройства резервного копирования данных.
Ячейки оперативной памяти нумеруются числами 0, 1, 2,......, называемыми адресомячеек. Если необходимо записать в память слово, следует подать нашину адресапамяти сигналы соответствующие адресу нужной ячейки, и подать само слово на шину записи. Для того чтобы получить содержимое хранимого в ячейке слова, в память посылается адрес и она выдает пошинечтения копию слова. Центральный процессор взаимодействует с ОЗУ посредством 3-х шин:шина адреса, по которой передается адрес нужной ячейки памяти;шина чтения, предназначенная для передачи данных из выбранной ячейки вCPU; шина записи, предназначенная для передачи данных изCPUи записи их в выбранную ячейку памяти. Физический адрес памяти (есть еще логический, но об это позже), который процессор выдает на шину адреса всегда считается адресом байта. Такое представление памяти называетсяадресным пространством. Следовательно, с точки зрения процессора память имеет очень простую организацию, показанную ниже. Здесь ОЗУ содержит 4096 ячеек памяти, каждая из которых занимает по 20 разрядов (бит).
Рис. 2.2 Структура памяти простейшего компьютера
Из этих 20-ти разрядов 12 используются для представления адреса, а оставшиеся 8 (байт) – для хранения. Следовательно, объем памяти (адресное пространство) этого ОЗУ равен 4096 * байт = 4096 байт = 4 Кбайт. Конечно этого очень мало для современного микропроцессора. В общем случае минимальный адрес равен 0, а максимальный N– 1, числоNопределяется разрядностью шины адреса (ширина, количество проводников шины). Таким образом, адресное пространство равно 2N, например для процессораPentiumсN= 32 составляет 4 Гбайт. Если шина данных процессора имеет 16 или 32 линии, то за одно обращение к памяти можно передать два или четыре байта данных, что существенно увеличивает производительность процессора.