Основная память

В компьютере для хранения данных используется большой набор схем, каж­дая из которых способна запомнить один двоичный разряд (бит). Это хранилище битов принято называть основной (или оперативной) памятью. Запоминающие схемы основной памяти машины организованы в небольшие блоки (доступные как единое целое), которые называются ячейками памяти (или машинными сло­вами). Как правило, размер ячейки памяти составляет восемь бит. Наборы из восьми бит получили такую популярность, что для их обозначения сейчас широ­ко используется специальный термин байт.

Микрокомпьютеры, используемые, например, в микроволновых печах, имеют основную память, которая измеряется всего лишь несколькими сотнями ячеек, тогда как компьютеры, предназначенные для хранения и обработки большого количества информации, имеют миллиарды ячеек основной памяти. Размер ос­новной памяти машины часто измеряется единицами в 1 048 576 отдельных ячеек. (Величина 1 048 576 — это число, равное 2²⁰, и это значение более удобно в качестве единицы измерения в компьютере, чем число 1 000 000.) Для обозна­чения этой единицы измерения используется термин мега. Аббревиатура Мбайт обычно употребляется как сокращение для термина мегабайт. Следовательно, память емкостью 4 Мбайт содержит 4194304 (4x1 048 576) ячейки, каждая размером 1 байт. Другими единицами измерения памяти являются килобайт (сокращенно Кбайт), который равен 1024 байт (2¹⁰ байт), и гигабайт (сокращенно Гбайт), который равен 1024 Мбайт, или 2³⁰ байт.

Для идентификации отдельных ячеек основной памяти машины каждой ячейке присваивается уникальное имя, называемое адресом. Эта система аналогична мето­ду, используемому для поиска здания в городе по указанному адресу. Однако в слу­чае с ячейками памяти применяются исключительно цифровые адреса. Точнее гово­ря, можно просто представить себе все эти ячейки помещенными в один ряд и про­нумерованными в восходящем порядке, начиная с нуля. Адреса ячеек в машине с памятью 4 Мбайт будут представлены числами 0, 1, 2, ..., 4 194 304. Следует отме­тить, что такая система адресации не только позволяет однозначно идентифициро­вать каждую ячейку памяти (рис. 1.7), но и упорядочивает их, делая правомочными такие выражения, как "следующая ячейка" или "предыдущая ячейка".

В состав основной памяти машины, помимо электрической цепи, фиксирующей значения битов, входит и другая цепь, позволяющая остальным компонентам маши­ны записывать данные в ячейки памяти и извлекать их оттуда. Благодаря этому другие схемы могут считывать информацию из памяти посредством электронного запроса на извлечение содержимого ячейки с определенным адресом (это действие называется операцией считывания) или записывать информацию в память, посылая запрос на помещение определенной комбинации двоичных разрядов в ячейку с ука­занным адресом (это действие называется операцией записи).

Поскольку основная память машины организована в виде небольших, прямо адресуемых ячеек, это позволяет адресовать каждую ячейку памяти в отдельно­сти, т.е. данные, помещенные в основную память, могут обрабатываться в про­извольном порядке. Это поясняет, почему основную память машины часто назы­вают памятью с произвольной выборкой (random access memory, RAM). Воз­можность произвольного доступа к небольшим блокам данных совершенно противоположна принципам работы с устройствами массовой памяти, которые будут обсуждаться в следующем разделе. В этих устройствах длинные строки битов приходится обрабатывать как единый блок. Если память типа RAM созда­ется с использованием технологии динамической памяти, то в этом случае ее на­зывают DRAM (Dynamic RAM).

Рис 1.7 Образное представление ячеек памяти, упорядоченных по адресам

Биты в ячейке памяти можно представить себе размещенными в один ряд. Один конец этого ряда называется старшим, а другой — младшим. Несмотря на то что в машине нет ни правой, ни левой стороны, в нашем представлении биты всегда выстроены в ряд слева направо, причем старший конец располагается слева. Бит, находящийся на этом конце, обычно называют старшим, или битом с наибольшим весом. Бит на другом конце именуют младшим, или битом с наименьшим весом. Таким образом, содержимое ячейки памяти размером один бай можно представить себе так, как показано на рис. 1.8.

Рис 1.8 Организация ячейки памяти размером один байт

Важным следствием упорядоченности ячеек в основной памяти и отдельных битов в пределах каждой такой ячейки является то, что вся совокупность бит памяти машины, в сущности, располагается в один длинный ряд. Следователь­но, отдельные части этого длинного ряда могут использоваться для хранения комбинаций двоичных разрядов, длина которых будет больше длины отдельной ячейки. В частности, если память разделена на ячейки размером один байт, то для сохранения строки из 16 бит можно просто воспользоваться двумя последо­вательными ячейками памяти.