Дипломна робота

i80386, i486. Нова мікросхема містила біля 3,1 мільйони транзисторів і мала 32-розрядну адресну і 64-розрядну зовнішню шину даних. Одним із найбільш цікавих нововведень,

використовуваних у Pentium, є невелика кеш-пам'ять, названа Branch Target Buffer, BTB (буфер міток переходів), що дозволяє динамічно пророкувати переходи в програмах, що виконуються. В даний час мікросхеми Pentium-60/66 зняті з виробництва, а випускаються версії процесорів другого покоління Pentium із внутрішнім множенням частоти в 1,5 і 2

рази на 75/50, 90/60, 100/66, 120/60, 133/66, 150/60 і 166/66 Мгц. Презентація перших моделей цих процесорів відбулася в березні 1994 року.

1.2 Система збереження інформації

Комп'ютерна пам'ять — частина ПК, фізичний пристрій або середовище для зберігання даних протягом певного часу. В основі роботи запам'ятовуючих пристроїв може лежати будь-який фізичний ефект, що забезпечує приведення системи до двох або кількох стійких станів. У сучасній комп'ютерній техніці часто використовуються фізичні властивості напівпровідників, коли проходження струму через напівпровідник або його відсутність трактується як наявність логічних сигналів 0 або 1. Стійкі стани, що визначаються напрямком намагніченості, дозволяють використовувати для зберігання даних різноманітні магнітні матеріали. Наявність або відсутність заряду в конденсаторі також може бути покладена в основу системи зберігання інформації. Найпоширеніші засоби машинного зберігання даних, використовувані в персональних комп'ютерах: — це модулі оперативної пам'яті, а також тверді диски (вінчестери), дискети (гнучкі магнітні

диски), cd або DVD диски, а також пристрої флеш-пам'яті.

Види пам'яті ПК:

Цей вид пам'яті має таку назву тому, що дозволяє не тільки зчитувати інформацію з пам'яті за вказаними адресами, але і записувати інформацію в пам'ять (тобто змінювати зміст пам'яті). Саме з цією пам'яттю центральний процесор постійно обмінюється

12

інформацією при вирішенні комп'ютером кожного конкретного завдання. Вміст цього виду пам'яті не зберігається при вимиканні комп'ютера. Оперативна пам'ять призначена для читання і запису інформації Другий вид пам'яті називається постійним запам'ятовуючим пристроєм (ПЗУ) і характеризується тим, що дозволяє тільки зчитувати інформацію. Саме тому такий вид пам'яті отримав у англійській мові назва ROM -

пам'ять тільки для читання. Запис в цей вид пам'яті неможливий. Завдяки цьому інформація, що знаходиться в ROM-пам'яті, захищена від порушень і змін. Вміст цього виду пам'яті зберігається при вимиканні комп'ютера. Постійна пам'ять призначена тільки для читання інформації. У ПЗУ знаходяться важливі для правильної роботи комп'ютера дані і програми, частина з яких комп'ютер використовує для своєї роботи відразу після включення. ПЗУ становить лише невелику частину загального обсягу пам'яті комп'ютера.

Велику частину всього обсягу пам'яті комп'ютера займає ОЗУ. Крім перерахованих є ще один вид пам'яті, що служить для прискорення роботи комп'ютера. Вона називається кеш-пам'ять і являє собою невелику за обсягом окрему пам'ять, в якій зберігається найбільш часто використовувана інформація. Час доступу до інформації, що зберігається в кеш-пам'яті, менше, ніж час доступу до цієї ж інформації, що зберігається в інших видах пам'яті комп'ютера. Механізм кешування прискорює роботу комп'ютера, тобто швидко чинним пристроєм не доводиться очікувати надходження інформації від повільно діючих в порівнянні з ними видів пам'яті - інформація витягується з кеш-пам'яті. Таким чином, що кеш-пам'ять використовується для узгодження часу взаємодії швидких і повільних пристроїв. Пам'ять комп'ютера зручно уявляти собі у вигляді комірок. Кожна комірка містить інформацію в кількості один байт (вісім бітів). Будь-яка інформація зберігається в пам'яті комп'ютера у вигляді послідовності байтів. Байти пам'яті пронумеровані один за одним, причому номер першого від початку пам'яті байта дорівнює нулю. Кожна конкретна інформація, що зберігається в пам'яті, може займати один або декілька байтів. Кількість байтів, яке займає та чи інша інформація в пам'яті, є

розмір цієї інформації в байтах. Пам'ять складається з осередків. Осередок містить один байт інформації. Розмір інформації - цекількість байтів, займаних цією інформацією.

Чим більше об'єм пам'яті, тим більше даних і програм вона може вмістить, тим більше завдань можна вирішити за допомогою комп'ютера. Обмін даними між центральним

13

процесором і пам'яттю здійснюється за допомогою спеціального пристрою, званого шиною. Спрощено шину можна уявити собі як набір паралельних проводів, кожний з яких передає один біт інформації: 1 або 0. Кількість проводів у шині - це ширина шини.

Саме ширина шини і є те кількість бітів (розрядів), яке визначає кількість одночасно переданої інформації. Чим ширше шина тим більше даних можна передати одночасно.

Для передачі адрес використовується шина. Природно, що процес удосконалення сучасних комп'ютерів включає в себе і перехід до більш широких шин. Таким чином,

ширина шини адреси визначає обсяг доступної пам'яті комп'ютера. Сучасні IBM-сумісні комп'ютери мають ширину шини адреси 20, 24 або 32 розряди. Комп'ютери з 20 -

розрядною шиною адреси можуть звертатися (адресувати) до 1 Мбайта.

1.2.1 Внутрішня пам'ять

Оперативна пам’ять(Random Access Memory або RAM) (Рис. 1.5) — це пам’ять,

яка потрібна в першу чергу комп'ютеру. Дана пам'ять дає комп'ютеру змогу дуже швидко записувати та зчитувати данні. На відміну від вінчестера, є повністю енергозалежною,

тобто дані в ній зберігаються лише при умові, що комп'ютер ввімкнений. У ній комп'ютер зберігає тимчасово потрібні для нього файли.

Рис. 1.5 Random Access Memory або RAM

Основні характеристики оперативної пам'яті:

1.Тип. Це головна характеристика оперативної пам'яті. Адже кожне нове покоління комп'ютерів змінює процесори, материнську плату, а також — і оперативну пам'ять. В

нових комп’ютерах стандартом є тип DDR II та DDR III. А провідні виробники оперативної пам'яті такі, як G.Skill, Geil, Corsair та ін. вже працюють над новими

стандартами DDR IV і навіть DDR V.

14

Рис. 1.6 пам’ять типу DDR DDR2 DDR3

2.Об'єм. Чим більший об'єм оперативної пам'яті має комп'ютер, тим швидше він працює, тим більшу кількість різноманітних програм водночас ви можете використовувати.

3.Частота. Частота оперативної пам'яті вимірюється у мегагерцах (МГц). Чим більша частота модулів оперативної пам'яті, тим чіткіше та швидше працює комп'ютер.

Для нормальної роботи потрібно, щоб були встановлені модулі оперативної пам'яті з частотою як мінімум 333 МГц та об'ємом як мінімум 256 Мб. Найкрищими фірмами-

виробникими оперативної пам'яті є наступні фірми:

G. Skill, Geil, Corsair, Hunix, Infineon, OCZ, Kingston.

15

Оперативна пам’ять використовується процесором для короткочасного зберігання інформації під час виконання різних операцій. Чим більше програм одночасно відкрито і обробляється процесором, тим більше оперативної пам’яті використовується. Простіше кажучи, коли запущена будь-яка програма, процесор один раз обробляє деяку інформацію, а потім віддає її в пам’ять і якщо йому знову знадобиться ця інформація – він не буде її за новою обчислювати, а просто візьме з пам’яті. Після закриття програм або вимикання комп’ютера, всі дані з оперативної пам’яті зникають. Виходячи з цього очевидно, що після процесора на продуктивність комп’ютера впливає об’єм встановленої оперативної пам’яті. У результаті розвитку і удосконалень пам’ять має кілька типів: DDR, DDR2, DDR3, DDR4. Природно, чим вище цифра-приставка, тим продуктивнішою є пам’ять. Кожен з цих типів має свій роз’єм для підключення А кожна материнська плата розрахована на підтримку тільки одного з цих типів. Слід бути уважним до цього моменту, оскільки якщо ваша материнська плата, наприклад підтримує оперативну пам’ять DDR2, придбавши планку пам’яті DDR3 ви просто не зможете її встановити

(рис.1.6). Для встановлення оперативної пам’яті на материнській платі знаходяться спеціальні слоти з двома засувками з боків (рис.1.7).

Рис.1.7 Слоти для оперативної пам’яті Види ЗПДД (запам'ятовуючий пристрій з довільним доступом) :

Напівпровідникова статична(SRAM)(рис.1.8) комірками є напівпровідникові

тригери.

16

Рис. 1.8 SRAM

Переваги: невелике енергоспоживання, висока швидкодія. Відсутність необхідності

проводити «регенерацію».

Недоліки: малий обсяг, висока вартість. Нині широко використовується як кеш-пам'ять

процесорів у комп'ютерах.

Напівпровідникова динамічна (DRAM) (Рис. 1.9) — кожна комірка є конденсатором на основі переходу КМОН-транзистора.

Рис. 1.9 DRAM

Переваги: низька вартість, великий обсяг.

Недоліки: необхідність періодичного прочитування і перезапису кожної комірки — як наслідок, зниження швидкодії, велике енергоспоживання. Процес перезапису реалізується спеціальним контролером, встановленим на материнській платі або в

17

центральному процесорі. DRAM зазвичай використовується як оперативна пам'ять (ОЗП)

комп'ютерів.

Феромагнітна (Рис. 1.10) — є матрицею з провідників, на перетині яких знаходяться кільця або біакси, виготовлені з феромагнітних матеріалів.

Рис. 1.10 Матриця феритової пам'яті

Переваги: збереження інформації при виключенні живлення;

Недоліки: мала ємність, велика вага, стирання інформації при кожному читанні. В наш час в такому, зібраному з дискретних компонентів вигляді, не застосовується.

1.2.2Постійна пам'ять ROM (Read Only Memory)

Вмомент включення комп'ютера в його оперативній пам'яті відсутні будь-які дані,

оскільки оперативна пам'ять не може зберігати дані при вимкненому комп'ютері. Але процесору необхідні команди, в тому числі і відразу після включення. Тому процесор звертається за спеціальною стартовою адресою, яка йому завжди відома, за своєю першою командою. Ця адреса вказує на пам'ять, яку прийнято називати постійною пам'яттю ROM або постійним запам'ятовуючим пристроєм (ПЗП). Мікросхема ПЗП здатна тривалий час зберігати інформацію, навіть при вимкненому комп'ютері. Кажуть,

що програми, які знаходяться в ПЗП, "зашиті" у ній - вони записуються туди на етапі виготовлення мікросхеми. Комплект програм, що знаходиться в ПЗП утворює базову систему введення/виведення BIOS (Basic Input Output System). Основне призначення цих

18

програм полягає в тому, щоб перевірити склад та працездатність системи та забезпечити взаємодію з клавіатурою, монітором, жорсткими та гнучкими дисками. Постійна пам'ять

(ROM, read-only memory) служить для зберігання програм, що повинні бути доступні комп'ютерові відразу після його ввімкнення ще до завантаження операційної системи. У

ній зберігається програма первісного тестування, BIOS комп'ютера. На окремих мікросхемах ROM, розміщених на платах розширення (відеокартах, мережних адаптерах), зберігаються BIOS цих плат (рис.1.11)

ROM тає такі типи:

PROM (programmable read-only memory - програмована пам'ять дише для читання)

— це чіп пам'яті, дані в який можуть бути записані тільки один раз. Те, що записано в

PROM, зберігається в ньому назавжди. На відміну від основної пам'яті, PROM зберігає дані навіть при вимкнутому комп'ютері.

Відмінність PROM від ROM (read-only memory — пам'ять тільки для читання) у

тому, що PROM споконвічно виробляються чистими, у той час як у ROM дані заносяться в процесі виробництва. А для запису даних у чіпи PROM застосовуються спеціальні пристрої, що називаються програматорами.

EPROM (erasable programmable read-only memoryпрограмована пам'ять тільки для читання, що може стиратися) — спеціальний тип PROM, що може очищатися з використанням ультрафіолетових променів. Після стирання EPROM може бути перепрограмована.

EEPROM — по суті схожа на PROM, але для стирання вимагає електричних сигналів. EEPROM (electrically erasable programmable read-only memoryпрограмована пам'ять тільки для читання, що стирається електрично) — спеціальний тип PROM, що може бути очищений електричним розрядом. Подібно до інших типів PROM, EEPROM

зберігає дані й при вимкнутому живленні комп'ютера. Аналогічно до інших типів ROM, EEPROM працює не швидше за RAM.

Спеціальний тип EEPROM, названий Flash memory або Flash EEPROM, може бути перезаписаний без застосування додаткових пристроїв типу програматора, знаходячись у комп'ютері.

19

Рис. 1.11 Мікросхема ROM

1.2.3 Кеш-пам'ять

Кеш-пам'ять - це високошвидкісна пам'ять довільного доступу, використовувана процесором комп'ютера для тимчасового зберігання інформації. Вона збільшує продуктивність, оскільки зберігає найбільш часто використовувані дані і команди

«ближче» до процесора. Кеш-пам'ять безпосередньо впливає на швидкість обчислень і допомагає процесору працювати з більш рівномірним завантаженням. Уявіть собі масив інформації, використовуваної у вашому офісі. Невеликі обсяги інформації, необхідної в першу чергу, скажімо список телефонів підрозділів, висять на стіні над вашим столом.

Точно так само ви зберігаєте під рукою інформацію за поточними проектами. Рідше використовувані довідники, наприклад, міська телефонна книга, лежать на полиці, поруч з робочим столом. Література, до якої ви звертаєтеся зовсім рідко, займає полиці книжкової шафи. Комп'ютери зберігають дані в аналогічній ієрархії. Коли додаток починає працювати, дані і команди переносяться з повільного жорсткого диска в оперативну пам'ять довільного доступу (Dynamic Random Access Memory - DRAM),

звідки процесор може швидко їх отримати. Оперативна пам'ять виконує роль кеша для жорсткого диска. Для досить швидких комп'ютерів (наприклад, на основі intel-80386 з

тактовою частотою більше 25 мгц або intel-80486) необхідно забезпечити швидкий доступ до оперативної пам'яті, інакше мікропроцесор буде простоювати і швидкодія комп'ютера зменшиться. Для цього такі комп'ютери можуть оснащуватися кеш-пам'яттю,

тобто "Сверхоперативной" пам'яттю відносно невеликого обсягу (звичайно від 64 до 256

кбайт), в якій зберігаються найбільш часто використовувані ділянки оперативної пам'яті.

Кеш-пам'ять розташовується "між" мікропроцесором і оперативною пам'яттю, і при

зверненні мікропроцесора до пам'яті спочатку виробляється пошук потрібних даних у

20

кеш-пам'яті. Оскільки час доступу до кеш-пам'яті в кілька разів менше, ніж до звичайної пам'яті, а в більшості випадків необхідні мікропроцесору дані містяться в кеш-пам'яті,

середній час доступу до пам'яті зменшується. Для комп'ютерів на основі intel-80386dx

або 80486sx розмір кеш-пам'яті в 64 кбайт є задовільним, 128 кбайт - цілком достатнім.

Комп'ютери на основі intel-80486dx і dx2 зазвичай оснащуються кеш-пам'яттю ємністю

256 кбайт.

1.2.4 Зовнішня пам'ять Жорсткий диск (рис.1.12) – пристрій для довгострокового зберігання великих

об’ємів інформації (програм, даних тощо). Хоча з першого погляду – це невеличка коробочка в середині системного блоку, значення його дуже велике. Бо саме на жорсткому диску зберігаються всі програми, з якими ви працюєте, файли і документи, що ви створили і якими користуєтесь. Основним пристроєм зберігання інформації у комп'ютерній системі є жорсткий диск. Великий обсяг і енергонезалежність зробили його найбільш придатним для зберігання програм і даних.

Рис. 1.12 Жорсткий диск Повна назва жорсткого диска - накопичувач на жорстких магнітних

дисках(НЖМД). Іноді його ще називають вінчестером. Накопичувач на жорсткому диску

21