Контрольная работа №3 по информатике 10

МИФ-2, №1, 2008
3
Контрольная работа №3 по информатике 10-11 классы 2008 год
Информатика, 10-11 класс
Мазитова, М.Г., ДВГГУ
ЭЛЕКТРОННАЯ ПАМЯТЬ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
Традиционно считается, что термин «электронная память» относится к тем
узлам, которые выполнены на интегральных микросхемах. В данной статье
рассмотрим наиболее важные виды электронной памяти - оперативную память, кэшпамять и постоянную память.
Оперативная память (Main memory), или память с произвольным доступом - это
основное место хранения команд и данных текущих задач (программ) в персональных
компьютерах. Часто для обозначения оперативной памяти используются термины
«оперативное запоминающее устройство» (ОЗУ) или, в английском варианте,
«Random Access Memory» (RAM). Для создания оперативной памяти применяются
микросхемы, припаиваемые на сменные модули памяти, которые, в свою очередь,
устанавливаются в разъемы на системной плате. ОЗУ - наиболее быстродействующая
адресуемая память в компьютере, причем именно от скорости обмена данными между
процессором и микросхемами оперативной памяти зависит производительность
компьютера. Наибольший недостаток микросхем ОЗУ заключается в том, что при
выключении питания компьютера все данные, находящиеся в них, теряются. Емкость
ОЗУ в персональном компьютере может достигать величины в 1 Гбайт и более. Для
ОЗУ персонального компьютера используются микросхемы динамической памяти
(DRAM – Dynamic RAM).
В кристаллах динамической памяти содержатся простейшие динамические
элементы, представленные полевым транзистором и конденсатором паразитной
емкости. Хранение в элементе логической единицы или нуля определяется наличием
или отсутствием на конденсаторе заряда. Все элементы объединены и организованы в
матрицу, доступ к которой осуществляется по строкам и столбцам.
Полевой транзистор в динамической ячейке работает в ключевом режиме,
управляя передачей заряда к емкости.
Для динамической памяти введено очень много временных характеристик, но
важнейшие из них три:
 Время предзаряда памяти - представляет собой задержку, связанную с
предварительным зарядом разрядных шин опорным напряжением.
 Время доступа к памяти - обусловлено активизацией числовой шины, в результате
чего на выходную шину данных памяти выкладывается информация.
 Время цикла - состоит из задержек времени предзаряда и доступа.
Помимо задержек внутри DRAM
существуют потери времени для
доступа к ячейкам ОЗУ.
Так
как
в
современном
компьютере применяются микросхемы,
содержащие сотни тысяч ячеек, то для
упрощения управления запоминающие
ячейки группируются в квадратные
матрицы.
Для обращения к конкретной
ячейке памяти используется адрес,
формируемый из номера строки и
4
МИФ-2: Математика, информатика, физика – школьникам Хабаровского края
столбца (рис.). Как только на шинах столбцов и строк будет установлен правильный
адрес нужной ячейки, на выходе матрицы появится напряжение, соответствующее
информации, записанной в ячейку памяти. Такой принцип адресации используется и
для чтения или записи байта в оперативной памяти, но при этом за каждый разряд
байта или слова отвечает своя запоминающая матрица, которая, чаще всего,
находится в отдельной микросхеме.
Для записи информации в конкретную ячейку микросхемы предназначен всего
один вывод. Когда на шине адреса установится нужный адрес ячейки памяти, то, хотя
сигнал записи будет подан на все ячейки, запись произойдет только в ту ячейку,
которая будет в данный момент выбрана (адресована).
После выключения ПК память DRAM информацию теряет. Это вызвано тем,
что естественный процесс утечки тока с емкости приблизительно через 20 мс
приводит к исчерпанию заряда емкости и потере данных.
Поскольку динамическая память энергозависима, она требует периодического
восполнения энергии, которая содержится в паразитных емкостях. Для
восстановления энергетической кондиции ячеек DRAM в ПК применяется
стандартная процедура регенерации. Эта аппаратная процедура инициируется
интервальным таймером (который расположен в чипсете) каждые 15,6 мкс и
выполняется через канал прямого доступа к памяти (ПДП).
Очевидно, что процедура регенерации памяти задерживает работу системы,
поскольку в этот момент времени обмен данными между процессором и ОЗУ
невозможен.
ОЗУ поставляется в ПК в виде модулей, с одной или двух сторон которых
распаяны микросхемы памяти. Для ПК используются модули памяти с
односторонними выводами памяти SIMM (Single In-line Memory Module), модули
памяти с двухсторонними выводами DIMM (Dual In-line Memory Module).
Для соединения модулей памяти с материнской платой используется так
называемый ножевой разъем. В момент установки модуль прижимается к
соответствующим контактам на плате, расположенным в неглубокой канавке, и в
таком положении фиксируется с торцов при помощи специальных защелок.
Для микросхем ОЗУ характерны следующие показатели:
 тип - обозначает статическую или динамическую память;
 объем - показывает емкость микросхемы;
 структура - определяет количество ячеек памяти и разрядность каждой из них;
 время доступа к ячейке памяти - характеризует скорость работы микросхемы
памяти, указывается в наносекундах (нс) в конце наименования микросхемы;
 энергопотребление.
Кэш-память (Cache Memory) или сверхоперативная память (СОЗУ) - это одна из
разновидностей быстродействующей оперативной памяти, для которой используются
МИФ-2, №1, 2008
5
дорогостоящие микросхемы статической памяти. В отличие от ячеек динамической
памяти, ячейки статической памяти (SRAM – Static RAM) на протяжении работы ПК
информацию не утрачивают – данные теряются только при отключении питания.
Принцип хранения битов информации в ячейках SRAM существенно отличается от
DRAM. Ячейки памяти этой конструкции организованы на базе простейших
электронных ключей – триггеров.
Микросхемы SRAM содержат большое число элементов и, в отличие от
DRAM, очень громоздки. В связи с этим статическая память – малоёмкий накопитель.
Основное назначение кэш-памяти в компьютере - служить местом временного
хранения обрабатываемых в текущий момент времени кодов программ и данных.
Другими словами, ее назначение - служить буфером между различными устройствами
для хранения и обработки информации. Например, между процессором и ОЗУ, между
механической частью винчестера и ОЗУ и т. д. В зависимости от назначения и типа
процессора объем кэш-памяти может составлять величину, например 8 и 16 Кбайт,
128 и 256 Кбайт, а в ряде случаев достигает 2-3 Мбайт. Кроме того, кэш-память
делится на уровни и, соответственно, для каждого уровня кэш-памяти используются
свои, весьма различные по конструкции и быстродействию микросхемы.
Внутренний кэш процессора класса Pentium, он же первичный кэш, или кэш
первого уровня (Level I Cache), находится на том же кристалле, что и процессор.
Основное назначение – хранение команд и данных, которые в текущий момент
обрабатываются в процессоре. Главное отличие от всех остальных видов памяти у
внутреннего кэша процессора в том, что доступ к ячейкам памяти происходит на
тактовой частоте ядра процессора. Появление такого типа кэша было вызвано тем,
что ядро процессора, начиная с 486, работает на частоте, которая превышает частоту
внешней синхронизации. В старых процессорах внутреннего кэша не было, а термин
«кэш-память» относился к микросхемам внешнего кэша. Кроме того, для кэша
первого уровня у современных процессоров используют ассоциативную или наборноассоциативную память, в которой выбор данных из памяти происходит не по
абсолютным адресам ячеек памяти, а по их содержимому, что значительно ускоряет
работу системы процессор - кэш.
Вторичный кэш, или кэш второго уровня (Level 2 Cache) - это или внешний
кэш, который устанавливается на системной плате, или кэш-память значительного
объема, которая находится на том же кристалле, что и процессор. Возможен вариант
как в процессоре Pentium II, где кэш второго уровня находится на отдельном
кристалле внутри картриджа процессора.
Кэш третьего уровня (Level 3 Cache) имеют некоторые процессоры, которые
предназначены для серверных приложений.
Постоянная память. Термин «постоянное запоминающее устройство» (ПЗУ) или
Read-Only Memory (ROM) наиболее часто используется для обозначения микросхем,
из которых можно только читать данные, но изменить их нельзя. В каждом
персональном компьютере обязательно есть несколько микросхем ПЗУ. Например,
после включения компьютера первой запускается программа BIOS, которая записана
в микросхеме ПЗУ объемом в 1-2 Мбайт. Быстродействие микросхем ПЗУ почти на
порядок ниже, чем у микросхем оперативной памяти. Разработано множество
разнообразных типов микросхем ПЗУ - в некоторые можно записать данные всего
один раз, а другие выдерживают многократную перезапись информации. В последнее
время наиболее популярными для использования в ПЗУ стали микросхемы флэшпамяти, позволяющие перезаписывать информацию до 1 млн. раз.
6
МИФ-2: Математика, информатика, физика – школьникам Хабаровского края
Контрольная работа №3
Представленные ниже задачи являются контрольным заданием №3 для учащихся 10-11
классов. Решения необходимо оформить в отдельной тетради и выслать по адресу 680000,
г. Хабаровск, ул. Дзержинского, 48, ХКЦТТ, ХКЗФМШ.
И10-11.3.1. На памяти какого типа
организована кэш-память?
a) флэш;
b) статической;
c) динамической.
И10-11.3.2. На
каком
принципе
основана работа динамической памяти?
d) на работе триггеров;
e) на заряде паразитной емкости;
f) на работе логики.
И10-11.3.3. На
каком
принципе
основана работа статической памяти?
g) на работе триггеров;
h) на заряде паразитной емкости;
i) на работе логики.
И10-11.3.4. От чего зависит деление
кэш-памяти по уровням?
И10-11.3.5. Чем обусловлена малая
емкость кэш-памяти?
И10-11.3.6. Каково
основное
назначение оперативной памяти?
j) служить
буфером
между
различными
устройствами
для
хранения и обработки информации;
k) для хранения команд и данных
текущих задач;
l) для хранения программы BIOS.
И10-11.3.7. В каком виде поставляется
оперативная память?
МИФ-2, №1, 2008
7
Литература
1) Косцов, А. Персональный компьютер. Настольная книга пользователя / А. Косцов,
В. Косцов. – М.: Мартин, 2003. _ 496 с.
2) Соломенчук, В.Г. Аппаратные средства персональных компьютеров. - СПб.: БХВПетербург, 2003. – 512 с.: ил.
3) Степаненко, О.С. Настройка персонального компьютера. Установки BIOS.
Самоучитель.: - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. – 336 с.: ил.
4) Таненбаум, Э. Архитектура компьютера. – СПб.: Питер, 2002. – 704 с.: ил.
5) Трасковский, А.В. Устройство, модернизация, ремонт IBM PC. – СПб.: БХВПетербург, 2004. – 608 с.: ил.
6) Хамахер, К. Организация ЭВМ. 5-е изд. / К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки. –
СПб.: Питер; Киев: Издат. группа BHV, 2003. – 848 с.: ил.