Память ЭВМ и организация вычислительного процесса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

по  дисциплине: “Архитектура ЭВМ и систем”

на  тему:

«Память ЭВМ и организация вычислительного процесса»

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент  группы

___________

Проверил:

Преподаватель

  ___________

 

 

 

 

 

 

Содержание.

 

1. Введение.  Архитектура ЭВМ.
2. Внутренняя память.
3. Основные операции с памятью.
4. Основные характеристики памяти.
5. Виды памяти.
6. Внутренняя память. Оперативная память (оперативное запоминающее устройство - ОЗУ).
7. Внутренняя память. Постоянная память (постоянное запоминающее устройство – ПЗУ).
8. Внутренняя память. Кэш – память.
9. Внешняя память.
10. Гибкие магнитные диски.
11. Физическая структура диска.
12. Логическая структура диска.
13. Жесткие магнитные диски.
14. Оптические диски.
15. Основные характеристики оптических дисководов.
16. Дополнительная информация о структуре дисков.
17. Флэш – память.
18. Карты флэш памяти.
19. Организация вычислительного процесса
20. Архитектура приложения
21. Централизованная архитектура
22. Распределенная архитектура
23. Архитектура клиент-сервер
24. Многозвенная архитектура
25. Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Архитектура ЭВМ - это общее описание структуры и функций ЭВМ, ее ресурсов. Архитектура современных персональных компьютеров (открытая архитектура) основана на магистрально- модульном принципе.

Магистрально-модульный  принцип (принцип открытой архитектуры) построения современных компьютеров заключается в том, что

• все устройства взаимодействуют между собой единым способом через посредство специальной информационной магистрали (шины).
• каждое устройство конструктивно оформляется в виде отдельного блока (модуля), который легко подключается к общей схеме через один или несколько разъемов.

Модульный принцип позволяет  комплектовать нужную конфигурацию компьютера и производить при  необходимости модернизацию компьютера.

 

Внутренняя память

В процессе работы компьютера программы, исходные данные, а также промежуточные и окончательные результаты необходимо где-то хранить и иметь возможность обращаться к ним. Для этого в составе компьютера имеются различные запоминающие устройства, которые называются памятью.

Память компьютера - совокупность устройств для хранения информации.

Основные операции с памятью

Существует  две распространенные операции с  памятью - чтение информации из памяти и запись ее в память для хранения.

 

 

     При чтении порции информации из памяти осуществляется передача ее копии в другое устройство, где с ней производятся определенные действия. После считывания информация не исчезает и хранится в той же области памяти до тех пор, пока на ее место не будет записана другая информация.

     При записи (сохранении) информации предыдущие данные, хранящиеся на этом месте, стираются. Вновь записанная информация хранится до тех пор, пока на ее место не будет записана другая.  
    !Внимание! Из энергозависимой памяти информация пропадает при выключении компьютера.

  Основные характеристики  памяти

Способ обращения к  устройству памяти для чтения или  записи информации получил название доступа. С этим понятием связан такой важный параметр памяти, как время доступа, или быстродействие - это время, необходимое для чтения из памяти или записи в нее минимальной порции информации. Измеряется в милли-, микро-, наносекундах.

Другой важной характеристикой  памяти является ее объем, или емкость. Эта величина показывает, какой максимальный объем информации можно хранить в данной памяти. Изменяется в кило-, мега-, гигабайтах.

 

Виды памяти

Различают два вида памяти - внутреннюю и внешнюю (по отношению к материнской (системной) плате).

Внутренняя память компьютера является быстродействующей, но имеет ограниченный объем. Работа с внешней памятью  требует гораздо большего времени, но она позволяет хранить практически  неограниченной количество информации.

Внутренняя память состоит из нескольких частей: оперативной (ОЗУ), постоянной (ПЗУ) и кэш-памяти.

Скорость работы компьютера существенным образом зависит от быстродействия оперативной памяти. Поэтому, постоянно  ведутся поиски элементов для  оперативной памяти, затрачивающих  меньше времени на операции чтения-записи. Но вместе с быстродействием возрастает стоимость элементов памяти, поэтому  наращивание быстродействующей  оперативной памяти нужной емкости  не всегда приемлемо экономически.

Проблема решается построением  многоуровневой памяти. Оперативная  память состоит из двух-трех частей: основная часть большей емкости  строится на относительно медленных (более  дешевых) элементах, а дополнительная (так называемая кэш-память) состоит  из быстродействующих элементов. Данные, к которым чаще всего обращается процессор находятся в кэш-памяти, а больший объем оперативной  информации хранится в основной памяти.

Внутренняя память

Оперативная память (Оперативное запоминающее устройство - ОЗУ)  (Random Access Memory - RAM)

Оперативная память (ОЗУ, англ.RAM, Random Access Memory - память с произвольным доступом) - это быстродействующее  запоминающее устройство, непосредственно  связанное с процессором и  предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и обрабатываемых ими данных.

Оперативная память неотъемлемая часть  любого персонального компьютера. Это  запоминающее устройство сравнительно небольшого (по сравнению с устройствами внешней памяти) объема.

Оперативная память изготавливается  в виде модулей памяти – пластин  с рядами контактов, на которых размещаются  микросхемы памяти. Модули устанавливаются  в специальные разъемы на системной  плате и могут различаться  между собой по количеству контактов, по быстродействию, емкости и т.д.

Именно в ОЗУ загружаются  выполняемая процессором программа  и необходимые для ее выполнения данные.

! Энергозависимая память. Поэтому ОЗУ обеспечивает хранение информации лишь в течение сеанса работы. При отключении питания содержимое ОЗУ стирается.

Оперативная память представляет собой  множество ячеек, каждая из которых  имеет свой уникальный адрес (номер). Нумерация начинается с нуля. Объем  каждой ячейки – 1 байт.

Для процессоров, у которых разрядность  шины адреса составляет 32 бита, может  быть задан максимальный адрес 2³² = 4 294 967 296 байт = 4,3 Гбайт, если же разрядность шины адреса равна 36 бит, то максимальный объем адресуемой памяти равен 2³⁶ = 68 719 476 736 байт = 64 Гбайт.

В персональных компьютерах объем  адресуемой памяти и объем фактически установленной оперативной памяти (модулей) практически всегда различаются. Величина фактически установленной  памяти обычно значительно меньше, (например, «всего» 4 Гбайт).

Быстродействие компьютера (скорость работы) зависит от величины ОЗУ.

Внутренняя память

Постоянная  память (Постоянное запоминающее устройство - ПЗУ)

(Read Only Memory - ROM)

Постоянная память (ПЗУ, англ.ROM, Read Only Memory - память только для чтения) - энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда  не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ  можно только читать.

Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой  самого процессора. В ПЗУ находятся  программы управления дисплеем, клавиатурой, внешней памятью, программы запуска  и остановки компьютера, программы  тестирования устройств.

Важнейшая микросхема ПЗУ - модуль BIOS (Basic Input/Output System - базовая система  ввода-вывода) - совокупность программ, предназначенных для автоматического  тестирования устройств после включения  питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память.

Роль BIOS двоякая - с одной стороны - это неотъемлемый элемент аппаратуры, а с другой стороны - важный модуль любой операционной системы.

Итак, ПЗУ постоянно хранит информацию, которая записывается туда при изготовлении компьютера.

! Энергонезависимая память. При отключении питания содержимое ПЗУ не стирается.

В ПЗУ находятся:

1. тестовые программы, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы устройств;
2. программы управления основными периферийными устройствами (дисководом, монитором, клавиатурой);
3. программа начальной загрузки, которая осуществляет поиск загрузчика операционной системы на внешнем носителе. Современные BIOS позволяют загружать операционную систему не только с магнитных и оптических дисков, но и с USB флэш-дисков.

Внутренняя память

Кэш-память

Кэш-память — очень быстрое  запоминающее устройство небольшого объема, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для  компенсации разницы в скорости обработки информации процессором  и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Кэш-памятью управляет специальное  устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды, вероятнее всего, понадобятся  в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как попадания, так и промахи. В случае попадания, т. е. если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает ее непосредственно из оперативной памяти.

Такой алгоритм работы позволяет сократить  частоту обращений процессора к  оперативной памяти и, следовательно, повысить производительность компьютера. Чем больше размер кэш-памяти, тем  большая вероятность, что необходимые  данные находятся там. Поэтому высокопроизводительные процессоры имеют повышенные объемы кэш-памяти.

Различают кэш-память первого уровня (выполняется на одном кристалле  с процессором и имеет объем  порядка несколько десятков Кбайт), второго уровня (выполняется на отдельном  кристалле, но в границах процессора, с объемом в сто и более  Кбайт) и третьего уровня (выполняется  на отдельных быстродействующих  микросхемах с расположением  на материнской плате и имеет  объем один и больше Мбайт).

Внешняя память

Внешняя память - это память, реализованная в виде внешних (относительно материнской платы) запоминающих устройств (ВЗУ) с разными принципами хранения информации.

ВЗУ предназначены для долговременного хранения информации любого вида и характеризуются большим объемом памяти и низким по сравнению с ОЗУ быстродействием.

Под внешней памятью компьютера подразумевают обычно как устройства для чтения / записи информации - накопители, так и устройства, где непосредственно хранится информация - носители информации.

 

Как правило, для каждого  носителя информации существует свой накопитель. А такое устройство как  винчестер, совмещает в себе и  носитель, и накопитель.

Носителями информации во внешней памяти современных компьютеров  являются магнитные и оптические диски, магнитные ленты и некоторые  другие.

Основными типами устройств  внешней (долговременной) памяти по способу  записи являются:

В персональных компьютерах  к устройствам внешней памяти относятся:

• Накопители на гибких магнитных дисках, предназначенные для чтения / записи информации на гибкие диски (дискеты);
• Накопители на жестких магнитных дисках, или винчестеры;
• дисководы для работы с лазерными (оптическими) дисками;
• стримеры, предназначенные для чтения / записи информации на магнитные ленты;
• Магнито-оптические дисководы для работы с магнито-оптическими дисками;
• Устройства энергонезависимой памяти (флэш-память).

По типу доступа к информации устройства внешней памяти делятся  на два класса:

• Устройства прямого (произвольного) доступа. В устройствах прямого (произвольного) доступа время обращения к информации не зависит от места ее расположения на носителе. Например, чтобы прослушать песню, записанную на грампластинке, достаточно установить звукосниматель проигрывателя в место на пластинке, где записана песня.
• Устройства последовательного доступа. В устройствах последовательного доступа такая зависимость существует. Например, время доступа к песне на аудиокассете зависит от местоположения записи. Для ее прослушивания необходимо предварительно перемотать кассету до того места, где записана песня.