Компьютерная память

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

(Перенаправлено с Память (компьютерная))
Перейти к: навигация, поиск
НЖМД объёмом 45 МБ 1980-х годов выпуска, и CompactFlash объёмом 2 ГБ 2000-х годов выпуска
НЖМД объёмом 45 МБ 1980-х годов выпуска, и CompactFlash объёмом 2 ГБ 2000-х годов выпуска

Компью́терная па́мять (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных в течение определённого времени. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям. В современной компьютерной технике часто используются физические свойства полупроводников, когда прохождение тока через полупроводник или его отсутствие трактуются как наличие логических сигналов 0 или 1. Устойчивые состояния, определяемые направлением намагниченности, позволяют использовать для хранения данных разнообразные магнитные материалы. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе также может быть положено в основу системы хранения.

Наиболее знакомы средства машинного хранения данных, используемые в персональных компьютерах: — это модули оперативной памяти, жёсткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), CD или DVD диски, а также устройства флэш-памяти.

Содержание

[править] Назначение

Компьютерная память обеспечивает поддержку одной из наиважнейших 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.

Система хранения информации в современном цифровом компьютере основана на двоичной системе счисления. Числа, текстовая информация, изображения, звук, видео и другие формы данных представляются в виде последовательностей битовых строк или бинарных чисел, каждое из которых состоит из значений 0 и 1. Это позволяет компьютеру легко манипулировать ими при условии достаточной ёмкости системы хранения. Например, для хранения небольшого рассказа достаточно иметь устройство памяти общим объёмом всего лишь около 8 миллионов бит (примерно 1 Мегабайт).

К настоящему времени создано множество разнообразных устройств, предназначенных для хранения данных, многие из которых основаны на использовании самых разных физических эффектов. Универсального решения не существует, каждое содержит те или иные недостатки. Поэтому компьютерные системы обычно оснащаются несколькими видами систем хранения, основные свойства которых обуславливают их использование и назначение.

[править] Классификация

В зависимости от назначения и особенностей реализации устройств компьютерной памяти, по-разному подходят и к вопросам их классификации.

Так, при рассмотрении удалённости и доступности памяти для центрального процессорного устройства различают: первичную, вторичную или третичную память.

Способность или неспособность к хранению данных в условиях отключения внешних источников питания определяют энергонезависимость или энергозависимость устройств хранения данных. Особенности механизмов чтения-записи отличают устройства памяти только для чтения (ПЗУ), доступные для разовой записи и множества считываний (WORM) или пригодные для полноценного выполнения операций чтения-записи. Порядок выборки определяет память произвольного или последовательного доступа с блочной или файловой адресацией.

Впрочем, довольно часто к вопросу классификации подходят проще, например, различая устройства в зависимости от используемого типа носителя — полупроводниковая память, оптическая память, магнитооптическая память, магнитная память и т.п.

В зависимости от возможности записи и перезаписи данных, устройства памяти подразделяется на следующие типы:

ЗУ с записью-считыванием [read-write memory] - тип памяти, дающей возможность пользователю помимо считывания данных производить их исходную запись, стирание и-или обновление. К этому виду могут быть отнесены оперативная память, ОЗУ [random access memory, RAM], кэш-память [cache memory], а также программируемое постоянное запоминающее устройство, ППЗУ [programmable read only memory, PROM].

ПЗУ - тип памяти ЗУ, предназначенный для хранения и считывания данных, которые никогда не изменяются. Запись данных на ПЗУ производится в процессе его изготовления, поэтому пользователем изменяться не может. Наиболее распространены ПЗУ, выполненные на интегральных микросхемах (БИС, СБИС) и оптических дисках CD-ROM и DVD-ROM.

ППЗУ - тип памяти, в котором возможна запись или смена данных путём воздействия на носитель информации электрическими, магнитными и-или электромагнитными (в том числе ультрафиолетовыми или другими) полями под управлением специальной программы. Различают ППЗУ с однократной записью и стираемые ППЗУ (EPROM, Erasable PROM), в том числе:

  • Электрически программируемое ПЗУ, ЭППЗУ [Electrically Alterable Read Only Memory, EAROM]
  • Электрически стираемое программируемое ПЗУ, ЭСПЗУ [Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM]

Примечание: К стираемым ППЗУ также относятся микросхемы флэш-памяти [flash memory], отличающиеся высокой скоростью доступа и возможностью быстрого стирания данных.


Виды памяти, различаемые по признаку зависимости сохранения записи при снятии электропитания:

Энергонезависимая память [nonvolatile storage] - ЗУ, записи в которых не стираются при снятии электропитания. К этому типу памяти относятся все виды ПЗУ и ППЗУ.

Энергозависимая память [volatile storage] - ЗУ, записи в которых стираются при снятии электропитания. К этому типу памяти относится ОЗУ, кэш-память.

Динамическая память [dynamic storage] - разновидность энергозависимой полупроводниковой памяти, в которой хранимая информация с течением времени разрушается, поэтому для сохранения записей необходимо производить их периодическое восстановление (регенерацию), которое выполняется под управлением специальных внешних схемных элементов.


Различия видов памяти по виду физического носителя и способа записи данных:

Акустическая память [acoustic storage] - в качестве среды для записи и хранения данных используются замкнутые акустические линии задержки.

Голографическая память [holographic storage] - в качестве среды для записи и хранения используется пространственная графическая информация голограмм.

Емкостная память [capacitor storage] - вид ЗУ, использующий в качестве среды для записи и хранения данных элементы электрической цепи - конденсаторы.

Криогенная память [cryogenic storage] - в качестве среды для записи и хранения данных используются материалы, обладающие сверхпроводимостью.

Лазерная память [laser storage] - вид памяти, в котором запись и считывание данных производятся лучом лазера (CD-R/RW, DVD±R/RW, DVD-RAM).

Магнитная память [magnetic storage] - вид памяти, использующий в качестве среды для записи и хранения данных магнитный материал. Разновидностями этого вида памяти являются память на магнитной проволоке [plated wire memory], память на магнитной пленке [thin-film memory], наносимой на некоторую подложку, например стеклянную. Наиболее широко использующимися устройствами реализации магнитной памяти в современных ЭВМ являются накопители на магнитных лентах (НМЛ), магнитных (жестких и гибких) дисках (НЖМД и НГМД).

Магнитооптическая память [magnetooptics storage] - вид памяти, использующий магнитный материал, запись данных на который возможна только при нагреве до температуры Кюри (порядка 1450 С), осуществляемом в точке записи лучом лазера (объём записи на стандартные 3.5 и 5.25 дюймовые гибкие диски составляет при этом соответственно до 600 Мб и 1.3 Гб). В 2002 г. компания Fujitsu выпустила магнитооптические накопители DynaMO 2300U2 и дискеты к ним (стандартный размер дискет — 3.5 дюйма) ёмкостью 2.3 Гбайт.

Молекулярная память [molecular storage] – вид памяти, использующей технологию "атомной тунельной микроскопии", в соответствии с которой запись и считывание данных производится на молекулярном уровне. Носителями информации являются специальные виды плёнок. Головки, считывающие данные, сканируют поверхность плёнки. Их чувствительность позволяет определять наличие или отсутствие в молекулах отдельных атомов, на чём и основан принцип записи-считывания данных. В середине 1999 г. эта технология была продемонстрирована компанией Nanochip. В основе архитектуры устройств записи-считывания лежит технология MARE (Molecular Array Read-Write Engine). Достигнуты следующие показатели по плотности упаковки: ~ 40 Гбит/см2 в устройствах чтения/записи и 128 Гбит/см2 в устройствах с однократной записью, что считается в 6 раз выше, чем у экспериментальных образцов, которые основаны на классической технологии магнитной записи, и более чем в 25 раз превосходит лучшие её образцы, находящиеся в серийном производстве.

Полупроводниковая память [semiconductor storage] - вид памяти, использующий в качестве средств записи и хранения данных микроэлектронные интегральные схемы (БИС и СБИС). Преимущественное применение этот вид памяти получил в ПЗУ и ОЗУ ЭВМ, поскольку он характеризуется высоким быстродействием. Сравнительно недавно объём памяти, реализуемой на одной твердотельной (полупроводниковой) плате, ограничивался единицами Мбайт. Однако в настоящее время рядом фирм США, Японии и Европы разработана миниатюрная плата памяти с габаритами 38х33х3.5 мм, объёмом памяти до 64 Мбит и уже принят соответствующий международный стандарт. Это позволяет существенно расширить использование твердотельной памяти, в том числе в качестве устройств внешней памяти ПЭВМ и в других применениях.

Ферритовая память [core storage] - вид ОЗУ на ферритовых сердечниках.

Фазоинверсная память [Phase Change Rewritable storage, PCR] - разновидность лазерной (дисковой) памяти, использующей свойства некоторых полимерных материалов в точке лазерного нагрева в зависимости от температуры изменять фазовое состояние вещества (в частности кристаллизоваться или плавиться с возвращением в исходное состояние), а вместе с ним - и характеристики отражения. Указанная технология позволяет создавать оптические диски (650 Мб) для многократной перезаписи данных. Разработкой данной технологии занимается ряд компаний, включая Panasonic и Toshiba.

Электростатическая память [electrostatic storage] - вид памяти, в котором носителями данных являются накопленные заряды статического электричества на поверхности диэлектрика.


По назначению, организации памяти и-или доступа к ней различают следующие виды памяти:

Автономное ЗУ [off-line storage] - вид памяти, не допускающий прямого доступа к ней со стороны центрального процессора: обращение к ней, а также управление ею производится вводом в систему специальных команд и через посредство оперативной памяти.

Адресуемая память [addressed memory] - вид памяти, к которой может непосредственно обращаться центральный процессор.

Ассоциативное ЗУ, АЗУ [associative memory, content-addressable memory, CAM] - вид памяти, в котором адресация осуществляется на основе содержания данных, а не их местоположения, чем обеспечивается ускорение поиска необходимых записей. С указанной целью поиск в ассоциативной памяти производится на основе определения содержания ли в той или иной её области (ячейке памяти) слова, словосочетания, символа и т.п., являющихся поисковым признаком. Существуют различные методы реализации АЗУ, в том числе использующие методы поиска основанные на "точном совпадении", "близком совпадении", "маскировании" слова-признака и т.д., а также различные процедуры реализации поиска, например, кэширования с целью производства “наилучшей оценки” истинного адреса, за которой следует проверка содержимого ячейки с вычисленным адресом. Некоторые ассоциативные ЗУ строятся по принципу последовательного, другие - параллельного сравнения признаков поиска (так называемые ортогональные ЗУ). Параллельные ассоциативные ЗУ нашли применение в организации кэш-памяти и виртуальной памяти.

Буферное ЗУ [buffer storage] - вид ЗУ, предназначенный для временного хранения данных при обмене ими между различными устройствами ЭВМ

Виртуальная память [virtual memory]:

  • Способ организации памяти, в соответствии с которым часть внешней памяти ЭВМ используется для расширения её "внутренней" (основной, оперативной) памяти. Например, содержимое некоторой области, не используемой в данный момент времени "внутренней" памяти, хранится на жёстком диске и возвращается в оперативную память по мере необходимости.
  • Область (пространство) памяти, предоставляемая отдельному пользователю или группе пользователей и состоящая из основной и внешней памяти ЭВМ, между которыми организован так называемый постраничный обмен данными. С указанной целью всё адресное пространство делится на страницы памяти. Поиск адресов страниц производится в ассоциативной памяти.

Временная память [temporary storage] - специальное запоминающее устройство или часть оперативной памяти, резервируемые для хранения промежуточных результатов обработки.

Вспомогательная память [auxiliary storage] - часть памяти ЭВМ, охватывающая внешнюю и нарощенную оперативную память.

Вторичная память [secondary storage] - вид памяти, который в отличие от основной памяти имеет большее время доступа, основывается на блочном обмене, характеризуется большим объёмом и служит для разгрузки основной памяти.

Гибкая память [elastic storage] - вид памяти, позволяющей хранить переменное число данных, пересылать (выдавать) их в той же последовательности, в которой принимает, и варьировать скорость вывода.

Дополнительная память [add-in memory] - вид устройства памяти, предназначенного для увеличения объёма основной оперативной или внешней памяти на жёстком магнитном диске (ЖМД), входящих в основной комплект поставки ЭВМ.

Иерархическая память [hierarchical storage] - вид памяти, имеющей иерархическую структуру, на верхнем уровне которой используется сверхоперативное запоминающее устройство, а на нижнем уровне - архивное ЗУ сверхбольшой ёмкости.

Коллективная (массовая) память, память коллективного доступа [shared memory]:

  • Память, доступная множеству пользователей, которые могут обращаться к ней одновременно или последовательно.
  • Память, связанная одновременно с несколькими процессорами для обеспечения их взаимодействия при совместно решаемых ими задачах и использовании общих для них программных средств.

Корректирующая память [patch memory] - часть памяти ЭВМ, предназначенная для хранения адресов неисправных ячеек основной памяти.

Локальная память [local memory] - "внутренняя" память отдельного устройства ЭВМ (процессора, канала и т.п.), предназначенная для хранения управляющих этим устройством команд, а также сведений о состоянии устройства.

Магазинная (стековая) память [pushdown storage] - вид памяти, являющийся аппаратной реализацией магазинного списка - стека, запись и считывание в котором осуществляются через одну и ту же ячейку - вершину стека.

Матричная память [matrix storage] - вид памяти, элементы (ячейки) которой имеют такое расположение, что доступ к ним осуществляется по двум или более координатам.

Многоблочная память [multibunk memory] - вид оперативной памяти, организованной из нескольких независимых блоков, допускающих одновременное обращение к ним, что повышает её пропускную способность.

Многовходовая память [multiport storage memory] - устройство памяти, допускающее независимое обращение с нескольких направлений (входов), причём обслуживание запросов производится в порядке их приоритета.

Многоуровневая память [multilevel memory] - организация памяти, состоящая из нескольких уровней запоминающих устройств с различными характеристиками и рассматриваемая со стороны пользователей как единое целое. Для многоуровневой памяти характерна страничная организация, обеспечивающая "прозрачность" обмена данными между ЗУ разных уровней.

Непосредственно управляемая (оперативно доступная) память [on-line storage] - память, непосредственно доступная в данный момент времени центральному процессору.

Объектно-ориентированная память [object storage] - память, система управления которой ориентирована на хранение объектов. При этом каждый объект характеризуется типом и размером записи.

Оверлейная память [overlayable storage] - вид памяти с перекрытием вызываемых в разное время программных модулей.

Память параллельного действия [parallel storage] - вид памяти, в которой все области поиска могут быть доступны одновременно.

Перезагружаемая управляющая память [reloadable control storage] - вид памяти, предназначенный для хранения микропрограмм управления и допускающий многократную смену содержимого - автоматически или под управлением оператора ЭВМ.

Перемещаемая память [data-carrier storage] - вид архивной памяти, в которой данные хранятся на перемещаемом носителе. Непосредственный доступ к ним от ЭВМ отсутствует.

Память последовательного действия [sequential storage] - вид памяти, в которой данные записываются и выбираются последовательно — разряд за разрядом.

Память процессора, процессорная память [processor storage] - память, являющаяся частью процессора и предназначенная для хранения данных, непосредственно участвующих в выполнении операций, реализуемых арифметико-логическим устройством и устройством управления.

Память со встроенной логикой , функциональная память [logic-in-memory] - вид памяти, содержащий встроенные средства логической обработки (преобразования) данных, например их масштабирования, преобразования кодов, наложения полей и др.

Рабочая (промежуточная) память [working (intermediate) storage]:

  • Часть памяти ЭВМ, предназначенная для размещения временных наборов данных.
  • Память для временного хранения данных.

Реальная память [real storage] - вся физическая память ЭВМ, включая основную и внешнюю память, доступная для центрального процессора и предназначенная для размещения программ и данных.

Регистровая память [register storage] - вид памяти, состоящей из регистров общего назначения и регистров с плавающей запятой.

Свободная (доступная) память [free space] - область или пространство памяти ЗУ, которая в данный момент может быть выделена для загрузки программы или записи данных.

Семантическая память [semantic storage] - вид памяти, в которой данные размещаются и списываются в соответствии с некоторой структурой понятийных признаков.

Совместно используемая (разделяемая) память [shareable storage] - вид памяти, допускающий одновременное использование его несколькими процессорами.

Память с защитой, защищенное ЗУ [protected storage] - вид памяти, имеющий встроенные средства защиты от несанкционированного доступа к любой из его ячеек.

Память с последовательным доступом [sequential access storage] - вид памяти, в которой последовательность обращённых к ним входных сообщений и выборок данных соответствует последовательности, в которой организованы их записи. Основной метод поиска данных в этом виде памяти - последовательный перебор записей.

Память с прямым доступом, ЗУ с произвольной выборкой (ЗУПВ) [Random Access Memory, RAM] - вид памяти, в котором последовательность обращённых к ним входных сообщений и выборок данных не зависит от последовательности, в которой организованы их записи или их местоположения.

Память с пословной организацией [word-organized memory] - вид памяти, в которой адресация, запись и выборка данных производится не побайтно, а пословно.

Статическая память [static storage] - вид памяти, в котором положение данных и их значение не изменяются в процессе хранения и считывания. Разновидностью этого вида памяти является статическое ЗУПВ [static RAM].

Страничная память [page memory] - память, разбитая на одинаковые области - страницы. Обмен с такой памятью осуществляется страницами.

Управляющая память [control storage] - память, содержащая управляющие программы или микропрограммы. Обычно реализуется в виде ПЗУ.

Различные типы памяти обладают разными преимуществами, из-за чего в большинстве современных компьютеров используются сразу несколько типов устройств хранения данных.

[править] Первичная или вторичная?

Первичная память характеризуется наибольшей скоростью доступа. Центральный процессор имеет прямой доступ к устройствам первичной памяти; иногда они даже размещаются на одном и том же кристалле.

В традиционной интерпретации первичная память содержит активно используемые данные (например, программы, работающие в настоящее время, а также данные, обрабатываемые в настоящее время). Обычно бывает высокоскоростная, относительно небольшая, энергозависимая (не всегда). Иногда её называют основной памятью.

Вторичная память также называется периферийной. В ней обычно хранится информация, не используемая в настоящее время. Доступ к такой памяти происходит медленнее, однако объёмы такой памяти могут быть в сотни и тысячи раз больше. В большинстве случаев энергонезависима.

Однако это разделение не всегда выполняется. В качестве основной памяти может использоваться диск с произвольным доступом, являющийся вторичным запоминающим устройством (ЗУ). А вторичной памятью иногда называются отключаемые или извлекаемые ЗУ, например, ленточные накопители.

[править] Энергозависимость

Энергозависимая память теряет своё содержимое после отключения питания. Энергонезависимая память хранит содержимое после отключения питания в течение, как правило, десятков лет.

[править] Произвольный или последовательный доступ?

ЗУ с произвольным доступом отличаются возможностью передать любые данные в любое время. Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ и винчестер — примеры такой памяти.

ЗУ с последовательным доступом, напротив, могут передавать данные только в определённой последовательности. Ленточная память и некоторые типы флэш-памяти имеют такой тип доступа.

[править] Блочный или файловый доступ?

На винчестере, используются 2 типа доступа. Блочный доступ предполагает, что вся память разделена на блоки одинаковых размеров с произвольным доступом. Файловый доступ использует абстракции — папки с файлами, в которых и хранятся данные. Другой способ адресации — ассоциативная использует алгоритм хеширования для определения адреса.

[править] Типы запоминающих устройств

[править] См. также

[править] Литература

  • Память // Словарь компьютерных терминов = Dictionary of Personal Computing / Айен Синклер ; Пер. с англ. А.Помогайбо — Москва : Вече, АСТ, 1996. — С. 177, ISBN 5-7141-0309-2.

[править] Ссылки

Источник — «http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B0%D0%BC%D1%8F%D1%82%D1%8C»