Внутрішня та зовнішня пам’ять комп’ютера

Обсяг інформації, що зберігається та обробляється на комп’ютерах, постійно і швидко зростає. Це обумовило інтенсивний пошук нових методів та засобів її збереження. Не випадково, що в останні роки з’явилось багато типів запам’ятовуючих пристроїв, які суттєво відрізняються як за своїми характеристиками, так і за принципами дії. Пам’ять суттєво впливає на загальні характеристики комп’ютера і є однією з основних його складових. У сучасних комп’ютерах вартість запам’ятовуючих пристроїв складає 25...40% від загальної вартості комп’ютера.

Відзначимо, що від знання принципів побудови та функціонування запам’ятовуючих пристроїв значною мірою залежить розуміння принципів функціонування комп’ютера в цілому. Без знання певних принципів не можливо свідомо, на високому рівні уявити роботу ПК.

Вимоги до пам’яті [10, c.7]:

· пам’ять повинна абсолютно надійно зберігати інформацію;

· обсяг пам’яті повинен бути максимально можливим, який би забезпечив розв’язання широкого кола різноманітних задач;

· пам’ять повинна бути максимально швидкою, тобто мати мінімальний час запису й читання необхідної інформації;

· мати мінімальну вартість збереження інформації, мінімальні габарити та споживану енергію.

Але одночасно виконати всі ці вимоги практично неможливо. Існує безпосередня залежність між деякими наведеними характеристиками. Поліпшення одних характеристик часто негативно впливає на інші. Наприклад, існує безпосередня залежність між такими характеристиками, як обсяг пам’яті, швидкодія та вартість. Ця залежність полягає у тому, що, наприклад, із підвищенням швидкодії або обсягу пам’яті суттєво зростає її вартість.

Крім того, варто зазначити, що бажано мати таку швидкодію пам’яті, яка б працювала на одній частоті з процесором. При цьому слід пам’тати, що процесор є найшвидшим присроєм комп’ютера, який безпосередньо взаємодіє з пам’яттю, тобто записує і зчитує з нього інформацію (рис. 19). Якщо швидкодія пам’яті не буде “встигати” за швидкістю процесора, то це буде гальмувати його роботу і знижувати загальну ефективність роботи комп’ютера.

Отже, із процесором повинна взаємодіяти найшвидша пам’ять, бажано великих обсягів. Але збільшення обсягу такої пам’яті неминуче призведе до суттєвого збільшення її вартості.

Як розв’язати зазначене протиріччя? Вихід було знайдено в ієрархічній структурі побудови пам’яті. Та пам’ять, із якою безпосередньо обмінюється інформацією процесор, є найшвидшою, але у зв’язку з тим, що вона найдорожча, обсяг її невеликий. Ця пам’ять має найвищий (перший) рівень. Пам’ять першого рівня обмінюється інформацією з пам’яттю другого рівня, другого рівня — із пам’яттю третього рівня і т.д., тобто команди та дані поступово наближуються до найшвидшої пам'яті, а потім надходять до процесора. Чим нижчий рівень пам’яті, тим її обсяг зростає, а швидкодія й вартість зменшуються.

У сучасних ком’ютерах можна виділити чотири рівні пам’яті (рис. 20) [10, c. 8].

Регістрову пам’ять, звичайно, в окремий рівень не виділяють. Вона має дуже обмежений обсяг і використовується безпосередньо в процесі обробки інформації. Регістрова пам'ять, пам'ять 1-го, і 2-го рівнів — це пам’ять на електронних схемах (на напівпровідникових елементах). Пристрої пам’яті цих рівнів називають первинними запам'яовуючими пристроями. Пам’ять 3-го рівня — це пам’ять на магнітних і оптичних дисках, а пам’ять 4-го рівня — пам’ять на магнітних стрічках. Пристрої пам’яті 3-го та 4-го рівнів називають ще зовнішніми або вторинними запам’ятовуючими пристроями.

А традиційно пам’ять поділяють на дві групи: зовнішню й внутрішню (рис.21).

Внутрішня пам’ять комп’ютера складається з:

- регістрів процесора;

- кеш-пам’яті.

- оперативного запам’ятовуючого пристрою (ОЗП або RAM);

- постійного запам’ятовуючого пристрою (ПЗП або ROM);

Основною характеристикою пам’яті є її ємність.

Хорошим вважають комп’ютер, який має не менше 16 МБайт оперативної пам’яті.

Програма та дані починають оброблятись в комп’ютері тільки після того, як вони потрапляють із зовнішньої в оперативну пам’ять.

Постійна пам’ять – це електронна пам’ять для довготривалого зберігання програм і даних. Використовується вона тільки для читання інформації. Ця інформація записується при виготовлення комп’ютера і слугує для початкового завіантаження операційної системи та перевірки дієздатності персонального комп’ютера.

Оперативна пам’ять – це електронна пам’ять для зберігання програм та даних, які орпацьовує процесор у даний проміжок часу. В ОЗП зберігається тимчасова інформація, яка змінюється під час виконання процесором різних операцій.

Регістри (чарунки) – це надшвидка пам’ять процесора. Вони зберігають адресу команди, саму команду, дані для її виконання і результат.

Кеш-пам’ять (від англ. Cashe – склад, тайник) є проміжним запам’ятовуючим пристроєм.

Зовнішня пам’ять призначена для тривалого зберігання програм і даних. Така інформація в зовнішній пам’яті зберігається при відключенні комп’ютера.