Системная память
Основная память и физическая структура основной памяти
Основная память содержит оперативное (RAM) и постоянное (ROM) запоминающее устройство. ОЗУ хранит данные и программы непосредственно участвующие в вычислительном процессе на текущем этапе функционирования ПК. ОЗУ – энергозависимая память. Ее основу составляют большие интегральные схемы (БИС), которые содержат матрицы полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров). По способу хранения данных запоминающих элементов ОЗУ делится на:
1. Статические - положение хранимых данных и их значение не изменяются в процессе хранения и считывания. Статические элементы таких запоминающих устройств, способны хранить информацию до тех пор, пока подается питание. К таким элементам относятся триггеры.
2. Динамические – хранение информации обеспечивается периодической регенерацией содержимого. Динамические элементы могут хранить информацию только определенное короткое время. Для сохранения ее необходимо регенерировать. Примером динамического элемента может служить заряженный конденсатор.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ ОС, программ тестирования устройств ПК и некоторых драйверов BIOS.
Логическая структура основной памяти.
Структурно основная память состоит из миллионов отдельных однобайтовых ячеек памяти. Каждая ячейка памяти имеет свой уникальный адрес. Для ОЗУ и ПЗУ отводится единое адресное пространство. Адресное пространство определяет максимально возможное количество непосредственно адресуемых ячеек основной памяти. Адресное пространство зависит от разрядности адресных шин, поскольку максимальное количество адресов определяется разнообразием двоичных чисел, которые можно отобразить в N-разрядах, т.е. адресное пространство=2n, где n-разрядность адреса. За основу в ПК взят 16-разрядный адресный код. При помощи 16 разрядов адреса можно адресовать всего 216=65536=64 Кб ячеек памяти. Это 64 –х килобайтное поле памяти – сегмент, и является базовым понятием в логической структуре основной памяти.
Абсолютный (полный физический) адрес формируется в виде суммы нескольких составляющих:
1. Адрес сегмента – начальный адрес 64- килобайтного пол, внутри которого находится адресуемая ячейка.
2. Адрес смещения - относительный 16-разрядный адрес ячейки внутри сегмента.
В современных ПК существует режим виртуальной адресации. Она применяется для увеличения адресного пространства ПК при наличии основной памяти большей емкости (простая виртуальная адресация) или при организации виртуальной памяти, в которую наряду с основной включается и часть внешней памяти.
Виртуальная память создается при недостаточном объеме основной памяти, не позволяющем разместить в ней сразу всю необходимую информацию для выполнения задания. При загрузке очередной задачи в основную память необходимо выполнить распределение машинных ресурсов, в частности основной памяти между компонентами одновременно решаемых задач. При подготовке программ в их код заносятся условные адреса, которые должны быть привязаны к конкретному месту в памяти. Распределение памяти может выполняться в статическом режиме до загрузки программы в основную память или в динамическом режиме автоматически в момент загрузки программы либо в процессе ее выполнения.
Технология организации виртуальной памяти следующая:
Оперативная и дисковая память, привлеченные к задаче, а так же виртуальная память, разбиваются на страницы одинакового размера по 4 Кб. Страницам в виртуальной и физической памяти присваиваются номера, которые сохраняются одними и теми же на весь период решения задачи. ОС формирует две таблицы:
1. Таблица страниц виртуальной памяти;
2. Таблица физического размещения страниц.
Так же ОС устанавливает логические связи между этими таблицами.
Физические страницы могут находится в текущий момент времени как в основной памяти так и во внешней. Из внешней памяти виртуальной страницы автоматически перемещаются в основную память только тогда, когда к ним происходит обращение. При этом они замещают уже отработавшие страницы. Страничные таблицы для каждой программы формируются ОС в процессе распределения памяти и изменяются каждый раз, когда физические страницы перемещаются из внешней памяти в основную. Виртуальная память может иметь и сегментно-страничную организацию. В этом случае виртуальная память делится сначала на сегменты, а внутри них на страницы.
Основная память в соответствии с методами обращения и адресацией делится на отдельные, иногда частично или полностью перекрывающие друг друга области, имеющие общепринятые названия:
1. Область служебных программ и данных ОС
2. Область программ и данных пользователя
3. Область видеопамяти дисплея и служебных программ.
4. Область программ начальной загрузки ОС
Основная память делится на две логические области:
1. Непосредственно адресуемая память, занимающая первый Мб ячеек с адресами.
2. Расширенная память, доступ к ячейкам которой возможен при использовании специальных программ – драйверов.
Непосредственно адресуемая память в диапазоне от 0 до 640 Кб – стандартная память (CMA), от 640 до 1024 Кб – верхняя память (UMA). Исключение составляет небольшая 64 –хКб область памяти до 1024 до 1088 – высокая память (HMA)
22.03.2012
Кэш-память
- память повышенного быстродействия, в которую загружаются коды команд МП или данные, которые часто используются в работе МП.
Если востребованная команда или данные находятся в кэш-памяти, то говорят о попадании кэша. В этом случае команда или данные быстро извлекаются из кэша, и процессор не тратит время на ожидание. Если происходит промах кэша, то команда или данные изымаются из ОЗУ в обычном порядке, что замедляет работу МП и приводит к тактам ожидания.
Система кэш-памяти в современных ПК имеет ряд уровней:
1. Кэш – память, встроенная в МП – очень быстрая объемом от 64 до 512 Кб.
2. Внешняя кэш-память – устанавливается на материнскую плату. Объем 256 – 2048 Кб, время доступа 10-20 наносекунд.
3. Кэш-память периферийных устройств – чаще всего применяется в контроллерах HDD
4. Использование в качестве кэш-памяти части обычного ОЗУ. Такая память бесполезна для ускорения операций с самим ОЗУ, однако многие программы используют неоднократно информацию, записанную на жестком или лазерном диске - они имеют намного меньшую скорость обмена с МП, чем ОЗУ.
Базовая система ввода – вывода (BIOS)
- предназначена для изоляции ОС и прикладных программ от специфических способностей конкретной аппаратуры. BIOS находится в микросхемах энергонезависимой памяти, расположенной на системной плате; на картах расширения (звук,видео) могут находится дополнительные модули BIOS, поддерживающие функционирование этих карт.
ROM-BIOS хранится в микросхемах ПЗУ, которые могут быть перепрограммируемые. Для изменения содержимого ПЗУ их приходится извлекать из системной платы и перезаписывать на спец. устройстве – программаторе.
Флеш-BIOS хранится в микросхемах флеш-памяти, допускающей перепрограммирование прямо на месте установки.
Функции BIOS распределяются на следующие группы:
1. Инициализация и начальное тестирование аппаратных средств.
2. Настройка и конфигурирование аппаратных средств и системных ресурсов.
3. Поддержка управления энергопотреблением.
4. Обслуживание аппаратных прерываний от системных устройств
5. Начальная загрузка
Одна из главных задач BIOS – тест начального включения – тестирование процессора, памяти и системных средств ввода – вывода. В результате теста начального включения на экран выводятся следующие данные:
1. Тестирование полного объема ОЗУ
2. Тестирование клавиатуры
3. Тестирование часов
4. Инициализация COM и LPT- портов
5. Инициализация и тест контроллера НЖМД
Особенности BIOS:
1. Возможность обновления – перезапись новой версии BIOS без замены материнской платы.
2. Возможность работы со стандартом PlagantPlay
3. Возможность загрузки с CD-ROM и других носителей.
Материнские платы – сложная многослойная плата, на которую устанавливаются основные компоненты ПК.
Классификация МП по Form Factor – стандарт, определяющий размер МП, места ее крепления к корпусу, расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода-вывода, сокита, слотов ОП, а так же тип разъема для блока питания.
1. Устаревшие -
Baby AT – использовался в первых компьютерах IBM PC и XT.
Полноразмерная плата АТ
Mini ATX
LPX
2. Современные
а) АТХ – применяются в стандартных настольных ПК; поддерживают до 7 разъемов расширения.
б) Micro ATX – уменьшенная ширина (244 или 282 мм), уменьшенное число разъемов и уменьшенный блок питания.
в) Flex ATX – отличаются меньшим размером и поддерживаются процессоры Coket.
г) NLX – заменил собой стандарт LPX.
3. Внедряемые
Mini ITX, Nano ITX, Pico ITX, BTX, Micro BTX, Pico BTX.
Компоненты МП:
1. Центральный процессор
2. Набор системной логики (чипсет) – набор микросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств. Они строятся на базе двух микросхем.
а) Северный мост – системный контроллер, обеспечивающий подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.
б) Южный мост – периферийный контроллер, который содержит в себе контроллеры периферийных устройств (HDD,сетевой адаптер, звуковая карта), контроллеры шин (PCI, PCI Express, USB), а так же контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (мышь, клавиатура)
3. ОП – предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору, для выполнения операций.
4. Загрузочные ПЗУ – хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания, содержит BIOS.
5. Разъемы шин – ISA, PCI, AGP.