Интернет магазин китайских планшетных компьютеров



Компьютеры - Компьютерная память - Физические основы функционирования

22 января 2011


Оглавление:
1. Компьютерная память
2. Функции памяти
3. Физические основы функционирования
4. Редкоиспользуемые, устаревшие и экспериментальные виды
5. Прочие термины



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. Отражение или рассеяние света от поверхности CD, DVD или Blu-ray-диска также позволяет хранить информацию.

Классификация типов памяти

Следует различать классификацию памяти и классификацию запоминающих устройств. Первая классифицирует память по функциональности, вторая же — по технической реализации. Здесь рассматривается первая — таким образом, в неё попадают как аппаратные виды памяти, так и структуры данных, реализуемые в большинстве случаев программно.

Доступные операции с данными

  • Память только для чтения
  • Память для чтения/записи

Память на программируемых и перепрограммируемых ПЗУ не имеет общепринятого места в этой классификации. Её относят либо к подвиду памяти «только для чтения», либо выделяют в отдельный вид.

Также предлагается относить память к тому или иному виду по характерной частоте её перезаписи на практике: к RAM относить виды, в которых информация часто меняется в процессе работы, а к ROM — предназначенные для хранения относительно неизменных данных.

Энергозависимость

  • Энергонезависимая память — память, реализованная ЗУ, записи в которых не стираются при снятии электропитания. К этому типу памяти относятся все виды памяти на ПЗУ и ППЗУ;
  • Энергозависимая память — память, реализованная ЗУ, записи в которых стираются при снятии электропитания. К этому типу памяти относятся память, реализованная на ОЗУ, кэш-память.
    • Статическая память — энергозависимая память, которой для хранения информации достаточно сохранения питающего напряжения;
    • Динамическая память — энергозависимая память, в которой информация со временем разрушается, и, кроме подачи электропитания, необходимо производить её периодическое восстановление.

Метод доступа

  • Последовательный доступ — ячейки памяти выбираются последовательно, одна за другой, в очерёдности их расположения. Вариант такой памяти — стековая память.
  • Произвольный доступ — вычислительное устройство может обратиться к произвольной ячейке памяти по любому адресу.

Назначение

  • Буферная память — память, предназначенная для временного хранения данных при обмене ими между различными устройствами или программами.
  • Временная память storage) — память для хранения промежуточных результатов обработки.
  • Кеш-память — часть архитектуры устройства или программного обеспечения, осуществляющая хранение часто используемых данных для предоставления их в более быстрый доступ, нежели кешируемая память.
  • Корректирующая память — часть памяти ЭВМ, предназначенная для хранения адресов неисправных ячеек основной памяти. Также используются термины «relocation table» и «remap table».
  • Управляющая память — память, содержащая управляющие программы или микропрограммы. Обычно реализуется в виде ПЗУ.
  • Разделяемая память или память коллективного доступа — память, доступная одновременно нескольким пользователям, процессам или процессорам.

И др.

Организация адресного пространства

  • Реальная или физическая память memory) — память, способ адресации которой соответствует физическому расположению её данных;
  • Виртуальная память — память, способ адресации которой не отражает физического расположения её данных;
  • Оверлейная память — память, в которой присутствует несколько областей с одинаковыми адресами, из которых в каждый момент доступна только одна.

Удалённость и доступность для процессора

  • Первичная память — доступна процессору без какого-либо обращения к внешним устройствам. Данная память отличается крайне малым временем доступа и тем, что неадресуема для программиста.
    • регистры процессора — регистры, расположенные непосредственно в АЛУ;
    • кэш процессора — кэш, используемый микропроцессором для уменьшения среднего времени доступа к компьютерной памяти. Разделяется на несколько уровней, различающихся скоростью и объёмом.
  • Вторичная память — доступна процессору путём прямой адресацией через шину адреса. Таким образом доступна основная память и порты ввода-вывода.
  • Третичная память — доступна только путём нетривиальной последовательности действий. Сюда входят все виды внешней памяти — доступной через устройства ввода-вывода. Взаимодействие с третичной памятью ведётся по определённым правилам и требует присутствия в памяти соответствующих программ. Программы, обеспечивающие минимально необходимое взаимодействие, помещаются в ПЗУ, входящее во вторичную память;

Положение структур данных, расположенных в основной памяти, в этой классификации неоднозначно. Как правило, их вообще в неё не включают, выполняя классификацию с привязкой к традиционно используемым видам ЗУ.

Управление процессором

  • Непосредственно управляемая память — память, непосредственно доступная в данный момент времени центральному процессору.
  • Автономная память — память, реализованная, например при помощи службы внешних носителей в Windows 2000, предусматривающей оперативное управление библиотеками носителей и устройствами с автоматической подачей дисков, облегчающей использование съёмных носителей типа магнитных лент и съёмных дисков, магнитных или оптических.

Организация хранения данных и алгоритмы доступа к ним

Повторяет классификацию структур данных:

  • Адресуемая память — адресация осуществляется по местоположению данных.
  • Ассоциативная память — адресация осуществляется по содержанию данных, а не по их местоположению.
  • Магазинная память — реализация стека.
  • Матричная память — ячейки памяти расположены так, что доступ к ним осуществляется по двум или более координатам.
  • Объектная память — память, система управления которой ориентирована на хранение объектов. При этом каждый объект характеризуется типом и размером записи.
  • Семантическая память — данные размещаются и списываются в соответствии с некоторой структурой понятийных признаков.

И др.

Физические принципы

Эта классификация повторяет соответствующую классификацию ЗУ.

Вид Среда, хранящая информацию Принцип чтения/записи Примеры
Полупроводниковая память сформированные в полупроводнике элементы, имеющие 2 устойчивых состояния с различными электрическими параметрами включение в электрическую цепь SRAM, DRAM, EEPROM, Flash-память
Магнитная память Намагниченность участков ферромагнитного материала Магнитная запись Магнитная лента, магнитный диск, магнитная карта
Оптическая память последовательность участков, отражающих или рассеивающих свет чтение: отражение либо рассеяние лазерного луча от питов;
запись: точечный нагрев, изменяющий свойства отражающего слоя
CD, DVD, Blu-ray, HD DVD
Магнитооптическая память показатель преломления участков информационного слоя чтение: преломление и отражение луча лазера
запись: точечный нагрев и электромагнитный импульс
CD-MO, Fujitsu DynaMO
Магниторезистивная память с произвольным доступом магнитные домены В STT-RAM электрическое поле воздействует на микромагниты, заставляя их менять направление магнитного поля. В свою очередь направление магнитного поля вызывает изменение в сопротивлении. MRAM
Память с изменением фазового состояния молекулы халькогенида использует изменение фазового состояния халькогенида — вещества, способного под воздействием нагрева и электрических полей переходить из непроводящего аморфного состояния в проводящее кристаллическое. В ней применены диоды вертикального типа и трехмерная кристаллическая структура. Не требует предварительного удаления старых данных перед записью новых, не требует электропитания для сохранения своего состояния. PRAM
Ёмкостная память конденсаторы подача электрического напряжения на обкладки DRAM

Разновидности полупроводниковой памяти

  • NOR
  • NAND
  • NVRAM
  • SRAM
  • DRAM
  • FB-DIMM
  • EEPROM
  • Flash

Разновидности магнитной памяти

  • Память на магнитной ленте — представляет собой пластиковую узкую ленту с магнитным покрытием и механизм с блоком головок записи-воспроизведения. Лента намотана на бобину, и последовательно протягивается лентопротяжным механизмом возле БГЗВ. Запись производится перемагничиванием частиц магнитного слоя ленты при прохождении их возле зазора головки записи. Считывание записанной информации происходит при прохождении намагниченного ранее участка плёнки возле зазора головки воспроизведения.
  • Память на магнитных дисках — представляет собой круглый пластиковый диск с магнитным покрытием и механизм с БГЗВ. Данные при этом наносятся радиально, при вращении диска вокруг своей оси и радиальном сдвиге БГЗВ на шаг головки. Запись производится перемагничиванием частиц магнитного слоя диска при прохождении их возле зазора головки записи. Считывание записанной информации происходит при прохождении намагниченного ранее участка возле зазора головки воспроизведения.
  • Память на магнитной проволоке Использовалась в магнитофонах до магнитной ленты. В настоящее время по этому принципу конструируется большинство авиационных т. н. «чёрных ящиков» — данный носитель имеет наиболее высокую устойчивость к внешним воздействиям и высокую сохранность даже при повреждениях в аварийных ситуациях.
  • Ферритовая память — ячейка представляет собой ферритовый сердечник, изменение состояния которого происходит при пропускании тока через намотанный на него проводник. В настоящее время имеет ограниченное применение, в основном в военной сфере.

Разновидности оптической памяти

  • Фазоинверсная память — оптическая память, в которой рабочий слой выполнен из полимерного вещества, способного при нагреве менять фазовое состояние и отражающие характеристики в зависимости от режима нагрева. Применяется в перезаписываемых оптических дисках.


Просмотров: 4124


<<< Запоминающее устройство
Beta Disk Interface >>>