Введение. 
Организация памяти персонального компьютера

Запоминающие устройства компьютера разделяют, как минимум, на два уровня: основную (главную, оперативную, физическую) и вторичную (внешнюю) память.

Основная память представляет собой упорядоченный массив однобайтовых ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес (номер). Процессор извлекает команду из основной памяти, декодирует и выполняет ее. Для выполнения команды могут потребоваться обращения еще к нескольким ячейкам основной памяти. Обычно основная память изготавливается с применением полупроводниковых технологий и теряет свое содержимое при отключении питания.

Вторичную память (это главным образом диски) также можно рассматривать как одномерное линейное адресное пространство, состоящее из последовательности байтов. В отличие от оперативной памяти, она является энергонезависимой, имеет существенно большую емкость и используется в качестве расширения основной памяти.

Память персонального компьютера. Основные понятия

Компьютерная память (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных в течение определенного 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.

Компьютерная память обеспечивает поддержку одной из наиважнейших функций современного компьютера, — способность длительного хранения информации. Вместе с центральным процессором запоминающее устройство являются ключевыми звеньями.

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 емкости системы хранения. Например, для хранения небольшого рассказа достаточно иметь устройство памяти общим объемом 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.

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

Все виды памяти в компьютере можно классифицировать как внутреннюю, специальную и внешнюю память.

В состав внутренней памяти, которая физически расположена внутри системного блока входят:

• — регистры процессора, предназначенные для хранения тех данных, с которыми компьютер работает в данный момент
• — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) является энергозависимым и хранит ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время. Это, например, может быть исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы.
• — сверхоперативная память (кэш).

Кэш — это раздел высокоскоростной памяти со временем доступа, сравнимым со временем доступа к регистрам центрального процессора. Часто кэш непосредственно входит в состав ЦП. Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды понадобятся в ближайшее время процессору. В этом случае обмен данными будет осуществляться не между регистрами и основной памятью, а между регистрами и кэшем. Затем, в подходящий момент, все выполненные изменения одновременно передаются в основную память компьютера.

К устройствам специальной памяти относятся постоянная память, перепрограммируемая постоянная память, видеопамять и др.

• — Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, англ. ROM) — энергонезависимая память. Содержание памяти зашивается при ее изготовлении и никогда не потребует изменения. В ней находится программа запуска и остановки компьютера. Важнейшей микросхемой является модуль BIOS-совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования и управления разными устройствами после включения питания и загрузки операционной системы в оперативную память.
• — Перепрограммируемая постоянная память — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись.

Разновидность постоянного запоминающего устройства CMOS RAM — память с невысоким быстродействием и минимальным потреблением энергии от батарейки. Содержит информацию о конфигурации компьютера и режиме его работы. Содержимое этой памяти изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения данных и сохраняет их и при выключении компьютера. ВЗУ не имеют прямой связи с процессором.

Наиболее распространены следующие типы ВЗУ:

• а) накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД)
• б) накопители на гибких магнитных дисках (НГМД)
• в) накопители на оптических дисках (НОД)
• г) накопители на магнитных лентах (НМЛ, стример)
• д) флеш-накопители.

Жесткий диск (англ. HDD) — основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных. На самом деле это не один диск, а группа со осных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, а 2*п поверхностей, где п -число дисков в группе. Их рабочие поверхности разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки на секторы. Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения/записи данных. Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство — контроллер жесткого диска.

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность.

Оптический диск — собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения. Существует несколько разновидностей оптических дисков:

• а) запись на компакт-диск только для чтения (англ. CD-ROM) производится один раз при его создании и не может быть изменена. Диск представляет собой прозрачную поликарбонатную пластинку, одна сторона которой покрыта тончайшей алюминиевой пленкой, поверх которой нанесен защитный слой лака. Информация на ней представляется чередованием углублений и пиков в цифровом коде. Информация наносится вдоль спиральной дорожки. На каждом дюйме (2.5 см) по радиусу размещается 16 тыс. витков. Емкость CD достигает 780 Мбайт. Считывание информации осуществляется путем сканирования дорожек лазерным лучом, который по-разному отражается от углублений и пиков.
• б)компакт-диск, допускающий хотя бы однократную запись информации на рабочем месте пользователя (англ.CD-R) является разновидностью компакт-диска. Обычный CD-R представляет собой тонкий диск из прозрачного пластика. Ёмкость стандартного CD-R составляет на данный момент 702 Мбайт данных. Он имеет спиральную дорожку для направления луча лазера при записи и считывании информации.
• в) при создании дисков, позволяющих вести многократную перезапись, доминирует магнитно-оптический принцип (англ. CD-МО). В основу положен следующий физический принцип: коэффициент отражения лазерного луча от по-разному намагниченных участков диска различен. Таким образом, запись на МО-диски магнитная, а считывание — оптическое, т. е. производится лазерным лучом.

Емкость записи и скорость доступа к информации у компакт-дисков того же порядка, что у жестких дисков. По надежности хранения информации оптические диски в настоящее время не имеют себе равных.

На персональных компьютерах иногда используют специальный кассетный накопитель, размеры которого совпадают с размерами НГМД и который можно вставить на место последнего — так называемый стример. Он удобен, например, для переноса информации с жесткого диска одного компьютера на другой, долговременного хранения особо ценных системных и личных программ и данных.

Флеш-накопитель это съёмное и перезаписываемое устройство, компактен, имеет малый вес и прост в использовании. Накопитель имеет как различные показатели скорости записи и чтения, так и объемы памяти которые достигает 16 Тб. Основное назначение флеш-накопителей — хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование и др.