Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт Нефти и Газа

Разработка и эксплуатация нефтегазовых месторождений

РЕФЕРАТ

По информатике

Память компьютера (разновидности, характеристики, перспективы развития)

Преподаватель А.С Сатышев

СтудентГБ15-03Б, 81509708

А.И. Попов

Красноярск 2015

Содержание

Введение

1. Разновидности памяти компьютера

2. Организация и основные характеристики памяти компьютера

2.1 Характеристики оперативной памяти

2.2 Оперативная память(ОП) (ОЗУ)

2.3 Распределение памяти в ПК (Разделы ОЗУ)

2.4 Микросхемы ОП (модули ОП)

2.5 ПЗУ (постоянное запоминающее устройство)

2.6 BIOS

3. Перспективы развития памяти компьютера

Заключение

Список использованных источников

Введение

Компьютерная память представляет собой систему устройств хранения данных электронной вычислительной машины. Хранение данных может быть временным или постоянным, в зависимости от частоты запроса к данным. Каждый блок памяти состоит из чипов, которые имеют встроенные композиции миллионов транзисторов и конденсаторов. Эти крошечные элементы объединяются в ячейки памяти для хранения одного бита данных в виде двоичных цифр (0 и 1). Конденсатор действует как изолятор для двоичных данных, тогда как транзистор позволяет схемам памяти изменять значения данных, содержащихся в конденсаторе. Когда эти элементы связаны в памяти микросхемы, конденсатор способен принимать и хранить данные, передаваемые центральным процессором компьютера.

В начале 1940 года емкость памяти компьютера составляла несколько байтов. Память, основанная на линии акустической задержки была разработана Дж. Эккертом в том десятилетии, которое оказалась важной вехой в области технологий памяти. Однако этот тип памяти также был ограничен в объеме несколькими сотнями тысяч бит. В 1946 году были разработаны трубки Уильямса и трубки Селектрон, которые использовали пучки электронов в стеклянных трубках в качестве средства хранения данных. Емкость трубки Селектрон была 256 битами, в то время как трубка Уильямса может хранить тысячи бит. К концу десятилетия Джей Форрестер, Ян Рэйман и Ан Ванг разработали память на магнитных сердечниках, что позволило не терять данные даже после сбоя питания.

1. Разновидности памяти компьютера

Память компьютера - специальное устройство для записи и хранения различного рода данных. Выделяют два типа памяти в компьютерном устройстве: оперативная и постоянная (внутренняя и внешняя).

Оперативная память - быстрый тип памяти, позволяющий с высокой скоростью записывать и считывать данные, но при этом информация хранится в ней только во включенном состоянии компьютерного устройства, то есть когда на нее подается электричество. Именно этот нюанс делает оперативную память непригодной для долгосрочного хранения информации. Выключите компьютер - и вся информация из оперативной памяти будет стерта.

Предназначение оперативной памяти - это запись-чтение информации с высокой скоростью установленными программами и операционной системой. Загрузка компьютера при включении представляет собой всего лишь загрузку необходимых для работы программ в оперативную память. Оперативная память бывает нескольких типов: SDRAM, DDR, DDR2, DDR3. Каждый последующий тип памяти представляет собой улучшение предыдущего и позволяет новой памяти работать с большей скоростью. В данный момент в современных компьютерах используется оперативная память типа DDR3. Выбор оперативной памяти зависит от разъемов на материнской плате.

Постоянная память - тип памяти, позволяющий хранить информацию и при выключенном компьютере. Наиболее распространенный вариант постоянной памяти - жесткие диски HDD. Они представляют собой один или несколько магнитных дисков, вращающихся с огромной скоростью (от 5 до 12 тысяч оборотов в минуту), и головок, предназначенных для считывания и записи информации. HDD являются надежными носителями информации, позволяют записывать и считывать информацию огромное количество раз. Единственный их минус - они очень восприимчивы к ударам, падениям и прочим механическим воздействиям, особенно в момент работы.

Все большее распространение набирают твердотельные накопители SSD. Данный вид постоянной памяти развился из USB-флеш-накопителей. Основные преимущества и недостатки SSD-накопителей:

· имеют в разы более высокую скорость чтения и записи, чем HDD;

· не восприимчивы к механическим воздействиям;

· стоимость SSD-накопителей превышает плату за HDD в несколько раз;

· имеют конечное количество циклов чтения-записи.

CD и DVD-диски также относятся к постоянной памяти компьютера, являясь относительно недорогим вариантом хранения небольших объемов информации. Опасность потери информации на этих носителях состоит в их механическом повреждении: царапины, разломы, термическое воздействие.

Каждый вид памяти компьютерного устройства имеет свои преимущества и недостатки, но есть некоторые, без которых компьютер не будет работать. CD и DVD-диски, USB-флеш-накопитель, съемный жесткий диск являются необязательными комплектующими в системном блоке, а без оперативной памяти и локального жесткого диска устройство не будет функционировать.

микросхема память компьютер оперативный

2. Организация и основные характеристики памяти компьютера

Всю память ЭВМ можно разделить на:

1) ОЗУ (оперативное запоминающее устройство);

2) ПЗУ (постоянное запоминающее устройство);

3) РОН (регистры общего назначения) внутренняя память процессора - его регистры;

4) CMOS (Complement Metal Oxide Semiconductor) - комплементарные пары метал-оксид-полупроводник указывает на технологию изготовления данной памяти) - память системных установок(конфигурации);

5) ВЗУ (внешнее запоминающее устройство);

6) Видеопамять - электронная память, размещенная на видеокарте, используется в качестве буфера для хранения кадров динамического изображения.

1,2,3,6 - электронная память, 5 - электромеханическая память.

2.1 Характеристики оперативной памяти

Внутренняя память ПК обладает двумя основными свойствами: дискретностью и адресуемостью.

Дискретность - память состоит из битов (бит - элемент памяти, частица информации, хранит двоичный код 0 или 1. Слово бит произошло от англ. «binary digit» - двоичная цифра).

Бит - наименьшая частица памяти компьютера.

Следовательно, у слова «бит» есть два смысла: это единица измерения количества информации и частица памяти компьютера. Оба эти понятия связаны между собой следующим образом: в одном бите памяти хранится один бит информации.

Память - это упорядоченная последовательность двоичных разрядов (бит). Эта последовательность делится на группы по 8 разрядов. Каждая такая группа образует байт памяти.

Следовательно «бит» и «байт» обозначают не только названия единиц измерения количества информации, но и структурные единицы памяти ЭВМ.

1Кб = 210 байт = 1024б

1Мб = 210 Кбайт = 1024Кб

1Гб = 1024Мб

Ячейка памяти - группа последовательных байтов внутренней памяти, вмещающая в себе информацию, доступную для обработки отдельной командой процессора.

Содержимое ячейки памяти называется машинным словом. Байты внутренней памяти пронумерованы. Нумерация начинается с 0.

Порядковый № байта называется адресом байта. Принцип адресуемости памяти заключается в том, что любая информация заносится в память и извлекается из нее по адресам, т.е. чтобы взять информацию из ячейки памяти или поместить ее туда, необходимо указать адрес этой ячейки. Адрес ячейки память равен адресу младшего байта, входящим в ячейку. Адресация памяти начинается с 0. Адреса ячеек кратны количеству байтов в машинном слове.

2.2 Оперативная память(ОП) (ОЗУ)

Из ОП ЦП берет исходные данные для обработки, в нее записываются полученные результаты. Название «оперативная» память получила потому что работает быстро.

Является энергозависимой, данные и программы сохраняются в ней только до тех пор, пока ПК включен, при выключении ПК содержимое ОП стирается.

ОЗУ предназначена для хранения текущей, быстроменяющейся информации и допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислений.

Используется два основных типа оперативной памяти: статическая память (SRAM-Static RAM - КЭШ) и динамическая память (DRAM-Dynamic RAM - ОЗУ).

Эти две разновидности памяти различаются быстродействием и удельной плотностью (емкостью) хранимой информации.

Быстродействие памяти характеризуется двумя параметрами: временем доступа (access time) и длительностью цикла памяти (cycle time). Эти величины, как правило, измеряются в наносекундах. Чем больше эти величины, тем больше быстродействие памяти.

Время доступа представляет собой промежуток времени между формированием запроса на чтение информации из памяти и моментом поступления из памяти запрошенного машинного слова (операнда).

Длительность цикла определяется минимальным допустимым временем между двумя последовательными обращениями к памяти.

В статической памяти элементы построены на триггерах - схемах с двумя устойчивыми состояниями. Для построения одного триггера требуется 4-6 транзисторов. После записи информации в статический элемент памяти он может хранить информацию сколь угодно долго (пока подается электрическое питание). Статическая память имеет высокое быстродействие и низкую плотность размещения хранящихся данных. Этот вид памяти дорог и энергоемок, следовательно, может происходить перегрев, что снижает надежность система, поэтому вся ОП не может быть построена по статическому принципу.

В динамической памяти элементы памяти построены на основе полупроводниковых конденсаторов, занимающих гораздо более меньшую площадь, чем триггеры в статической памяти.

Для построения динамического элемента памяти требуется 1-2 транзистора. Каждый бит ОП представляется в виде наличия или отсутствия заряда на конденсаторе, образованном в структуре полупроводникового кристалла. Ячейки динамической памяти очень компактны, но со временем конденсатор испытывает утечку заряда, поэтому периодически (приблизительно 1000 раз в сек.) выполняется автоматическое восстановление информации в каждой ячейке. Это снижает скорость работы динамической памяти и является основным ее недостатком.

ОП часто обозначают RAM (Random Access memory) - память с произвольным доступом (тип доступа к памяти при котором ячейки памяти пронумерованы, т.е. адресуемы и, следовательно, обращение к ним может производиться в произвольном порядке).

Термин «произвольный доступ» означает, что можно считать (записать) информацию в любой момент времени из любой ячейки.

Заметим, что существует и другая организация памяти, при которой прежде чем считать нужную информацию нужно «вытолкнуть» ранее поступившие операнды.

От объема ОП, установленным на ПК напрямую зависит с каким ПО Вы сможете на нем работать. При недостатке ОП программы не запускаются, выдается сообщение: “Out of memory”, либо работают крайне медленно.

Чем больше ОП в ПК, тем лучше. При необходимости объем ОП можно нарастить (ограничивается параметрами ОП, поддерживаемой конкретной материнской платы, внимательно см.спецификацию к системной плате).

2.3 Распределение памяти в ПК (Разделы ОЗУ)

RAM устроена довольно сложно, она иерархична (многоэтажна). ОП разделяют на несколько типов. Деление это обусловлено историческими причинами.

Первые компьютеры были выполнены так, что они могли работать максимально с 640Кб памяти. Выделяют 4 вида памяти:

· Стандартная (conventional memory area);

· Верхняя (upper memory blocks(area));

· Дополнительная (expanded memory specification);

· Расширенная (extended memory specification).

Стандартная (conventional memory area) - базовая, первые 640 Кб, также его часто называют lower. В мл. адреса этой памяти загружается ОС и драйверы устройств. Оставшуюся свободную часть памяти занимают пользовательские программы. Резидентные программы так же остаются в этой памяти.

Верхняя (upper memory аrea) - 640Кб - 1Мб используется для хранения служебной информации: памяти видеоадаптера, BIOS. Спец. драйвер Himem.sys позволяют загружать в свободные участки этой области резидентные программы и драйвера устройств.

High memory - первые 64 Кб после 1Мб. ОС MS DOS позволяет загрузить часть резидентной DOS в эту область, освобождая при этом существенную часть базовой памяти для работы прикладных программ. Особенно это полезно для программ, использующих всю ОП. Используя спец. утилиты (для DOS emm386.exe) в верхние разделы памяти можно загружать также и резидентные программы (команды LH для autoexec.bat и DEVICEHIGT для config.sys).

Вся память свыше 1 Мб может быть рассмотрена как дополнительная (expanded) или какрасширенная (extended). В ОС менеджер памяти позволяет использовать память и как расширенную и как дополнительную, автоматически обеспечивая тот тип взаимодействия с данными, который нужен прикладным программам. Т.е. пользователю новых современных ПК (от Pentium) нет необходимости распределять память «в ручную», менеджер выделить память таким образом, как это требует прикладная программа.

Дополнительная(expanded) память - постраничная, т.е. ОП разбивается на страницы, каждой странице ставится в соответствие определенный адрес в основной памяти. При обращении к такому адресу EMM(expanded memory manager) драйвер расширенной памяти(менеджер памяти) позволяет компьютеру считать информацию с соответствующей страницы памяти.

Расширенная (extended) память построчной организации (Smartdrv - драйвер расширенной памяти) используется для создания временного логического диска (виртуального диска), как буфер обмена с жестким диском.

2.4 Микросхемы ОП (модули ОП)

Производительность ПК зависит от типа и размера ОП, а это в свою очередь зависит от набора интегральных схем на материнской плате.

Внешний вид микросхем ОП: пластиковая полоска, на ней расположены кремневые «черепашки» - чипы-микросхемы (то есть используется полупроводниковая технология) и имеются «ножевые» контактные разъемы.

Устройства памяти характеризуются следующими основными показателями:

· временем доступа (быстродействием). Время доступа - промежуток времени, за который может быть записано (прочитано) содержимое ячейки памяти;

· емкостью (определяет количество ячеек (битов) в устройстве памяти);

· стоимостью;

· потребляемой мощностью (электропотреблением).

Существует 2 модуля памяти, отличающиеся формой, внутренней архитектурой, скоростью работы: SIMM и DIMM.

I. SIMM (SINGLE IN-LINE MEMORY MODULES) (SRAM) бывают двух типов (отличающихся количеством контактов).

1) 30-контактные модули SIMM. Бывают 1 и 4 Мб. Практически сегодня исчезли из продажи для компьютеров 386, 286-процессором. Сегодня им нашлось интересное применение - в качестве ОП, устанавливаемой в некоторые звуковые платы, например, Greafive Sound Blaster 32 (AWE-32) Gravis UltraSound PnP. Однако новая карта AWE-64 уже содержит свои модули ОП, эта память не нужна.

2) 72-контактные SIMM (на 1, 4, 8, 16, 32, 64 Мб, редко 128 Мб). Внешний вид неизменный, а вот тип устанавливаемой на них памяти меняется (тип памяти указывается на микросхеме).

a) самый старый (редко сейчас встречающийся) - FPM DRAM (или просто DRAM - Dynamic Random Access Memory - динамическая ОП). Работала на 486 и первых Pentium.

b) модифицированный тип EDO DRAM (или EDO - Extended data output).

Микросхемы SIMM выпускаются одинарной и двойной плотности, с контролем четности и без (использование контроля четности позволяет парировать одиночную ошибку памяти). Модули отличаются и по скорости доступа 60 и 70 наносекунд, чем скорость меньше, тем быстрее доступ. 60 наносекунд быстрее 70 наносекунд. Модули SIMM в материнской плате Pentium и Pentium MMX устанавливаются только попарно, образуя так называемый банк.

Пример:

Необходимо 32 Мб => 2 модуля SIMM по 16 Мб.

Необходимо 64 Мб => 4 модуля SIMM по 16 Мб или 2 модуля SIMM по 32Мб.

В рамках одного банка можно использовать только одинаковые по емкости и скорости доступа модули SIMM. Если на вашей материнской плате 4 слота для модулей памяти SIMM, то можно сформировать два банка различной емкости.

II. DIMM (SDRAM DUAL IN-LINE MEMORY MODULES).

Появился впервые у MMX- компьютеров, стал основой для PII., поэтому у PII редко бывают SIMM-разъемы. DIMM не обязательно должно быть четное число. Модули DIMM бывают емкостью 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мб

Виды DIMM:

1) EDO SD RAM (Synchronous DRAM) - синхронизируемая динамическая ОП. SD RAM (SINGLE DATA RATE RANDOM ACCESS MEMORY).ЗУПВ с одинарной скоростью передачи данных, которая в зависимости от тактовой частоты называется памятью PC100 и PC133. Микросхема на 168 контактов, является сегодня самой «медленной» из семейства DIMM-модулей памяти, Время доступа = 10-20 наносекунд. Верхний предел ее тактовой частоты 133 МГц. И все же этот тип ОП вполне подходит для большинства офисных и домашних ПК. Пропускная способность 1Гб/с.

SPD - это небольшая микросхема, установленная в модуле памяти SD RAM DIMM и содержащая подробную информацию о типе установленной памяти и некоторые другие устройства. РС133 SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory) самая быстрая из класса классической ОП. (были и РС66, РС100). Теперь это самый медленный тип ОЗУ. Физически представляет собой массив микроскопических конденсаторов, «упакованных» в микросхемы памяти. Логически каждый конденсатор есть не что иное, как элементарная однобитовая информационная ячейка с 2-мя состояниями: 0 - если конденсатор не заряжен, 1 - если заряжен. Эти ячейки объединяются в двумерную матрицу, где каждая ячейка адресуется номерами строки и столбца, на пересечении которых она находится. К микросхеме подводятся шины командная (передает команды, управляющие работой микросхем ОП), адресная (адреса строк и столбцов), и данных. Все три синхронизируются импульсами одной и той же частоты. (133). SDRAM - синхронная память и логика работы микросхем памяти этого типа жестко синхронизируется с тактовым сигналом. Например, контроллер памяти точно знает, в течение скольких тактов микросхемы памяти будут готовить запрошенные данные для передачи и на каком такте начнется собственно их передача. Сегодня данная микросхема встречается редко.

2) Rambus (RD RAM) - двухканальная ОП (микросхема фирмы Intel). Direct Rambus - это новая шина памяти, в которой управление адресацией отделено от работы с данными. Система состоит из контроллера Direct Rambus, подсоединенного к одному или нескольким модулям Direct Rambus DRAM, которые называются RIMM, в отличии от обычных микросхем памяти, соединяемых параллельно, RIMM соединяются последовательно. Канал Direct Rambus включает двунаправленную шину данных и шину адреса, т.е. адреса памяти передаются одновременно с данными. Каждая микросхема RDRAM может содержать до 32 независимых банков, SD RAM - от 2 до 8. Свободно работает на высоких тактовых частотах.

Микросхема на 184 контакта Микросхемы ОП с тактовой частотой от 600 до 800 МГц. Когда используется микросхема PC800 (частота синхронизации 400 МГц), пропускная способность шины «память-процессор» достигает 3,2 Гб/с. При использовании PC600 (300 МГц) этот параметр = 2,6 Гб/с.

В свободные гнезда памяти Rambus необходимо устанавливать заглушки Continuity Rimm (CRIMM). Без них система не станет работать, поскольку модули в обоих каналах Rambus включаются каскадно, то есть тактовые и управляющие сигналы проходят через разъемы Rimm последовательно. Емкость ОЗУ может быть до 3 Гб. Обеспечивают значительное быстродействие при выполнении сложных приложений на ПК и рабочих станциях. Вопрос о быстродействии ОП сегодня очень спорный.

3) DDR SDRAM (Double Data Rate) - двойная скорость передачи данных - это по сути модификации обычной SDRAM и отличается от нее тем, что в ней запись и чтение данных происходят и по переднему и по заднему фронту тактового импульса. Поэтому за один такт по шине передается вдвое больше данных, и ее эффективная частота оказывается вдвое больше физической.

2х канальная память DDR266 DDR333 и DDR400 и системы с ней не уступают памяти RDRAM. ОП с удвоенной скоростью передачи данных, а иначе называется PC200 и PC266 в зависимости от тактовой частоты системной шины. Не столь дорогая, чем (3 ) и явно способствует повышению быстродействия ПК в отличие от (2). В основном благодаря использованию этой памяти ПК на базе Athlon 1,2 Ггц обошел на многих тестах 1,5 Ггц Р-IV с памятью RD RAM.

Сегодня, пока, покупатель не может просто выбрать желательный для него тип ОП, так как она связана с интегральной схемой на системной плате, а та с ЦП. Так, пока, Р-IV работает с набором ИС- 850 компании Intel и дорогостоящей памятью RD RAM. (В середине 2001 года планируется появление микросхем, совместимых с устройствами SD RAM и DDR). Если вы хотите приобрести Р-IV, то автоматически будете вынуждены приобрести и дорогую ОП. Наборы интегральных схем семейства Athlon используют ОП SD RAM и DDR, но не могут RD RAM.

2.5 ПЗУ (постоянное запоминающее устройство)

В ПЗУ информация остаётся неизменной.

Запись в ПЗУ обычно осуществляется электрическим или механическим способом, в процессе изготовления материнской карты. Эти данные, как правило, не могут быть изменены, выполняемые не ПК программы могут их только считывать В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере.

Часто ее называют ROM (Read Only Memory) - память только для чтения. В постоянной памяти хранятся программы для проверки оборудования компьютера, инициирования загрузки ОС и выполнение базовых функций по обслуживанию устройств ПК. Часто содержимое постоянной памяти называют BIOS(Basic Input Output System) - базовая система ввода/вывода.

BIOS - это система контроля и управления устройствами, подключёнными к ПК (жёсткий диск, ОП, часы, календарь). Это часть программного обеспечения ПК, поддерживающая управление адаптерами внешних устройств, экранные операции, тестирование, начальную загрузку и установку OS. BIOS находится на материнской плате (отдельная микросхема с автономным питанием от батарейки в ПК).

На сегодняшних ПК BIOS можно перезаписывать.BIOS сегодня может сам определять новые устройства, подключённые к ПК (стандарт PnP - Plug-And-Play) включи и работай.

Управление устройствами осуществляется через механизм прерываний.

Прерывания могут быть:

· аппаратные (инициируются аппаратными средствами);

· логические (инициируются микропроцессором - нестандартные ситуации в работе микропроцессора);

· программные (инициируются каким-либо программным обеспечением).

При включении ПК автоматически загружается и выполняется спец. программа POST(Power-On Self-Test) из состава BIOS.

Эта программа производит самопроверку и тестирование при загрузке:

· проверка переключателей и CMOS-памяти на системной (материнской) плате (определение оборудования, которое подключено к ПК);

· тестирование ОЗУ;

· выполнение действий по загрузке OС (загрузка в ОЗУ и запуск Блока Начальной Загрузки OС);

· выполняет другие специфические действия по подготовке ПК и дополнительного оборудования к работе.

2.6 BIOS

Является своеобразной программной оболочкой вокруг аппаратных средств ПК (самого нижнего уровня), реализуя доступ к аппаратным средствам ПК через механизм прерываний.

CMOS-память - ПЗУ (с возможностью модификации), где содержится некоторая настроченная информация по конфигурации ДАННОГО ПК и некоторого дополнительного оборудования. Обладает низким электропотреблением. Питается от аккуммуляторной батарейки.

«Вход» в редактирование CMOS-памяти, как правило, по нажатию клавиши DELETE (DEL) (на клавиатуре) сразу после включения ПК в процессе работы POST-программы (загрузка программы Setup).

Содержание CMOS-памяти (основное):

· системные часы,

· информация по результатам диагностики POST-программы,

· информация по наличию и типу FDD,

· информация по наличию и типу HDD,

· размер ОЗУ,

· наличие дополнительного оборудования.

3. Перспективы развития памяти компьютера

Чарльз Штросс - специалист по компьютерным технологиям и по совместительству автор научной фантастики. В своем блоге он пытается предсказать нам, какими будут компьютерные технологии через каких-то два десятка лет - скажем, году в 2030-м. По его словам, полученный в 1990-м году уровень познаний компьютерных наук - это примерно как полученные в 1930-х знания в авиационной отрасли - настолько все быстро меняется. Но в недалекое будущее заглянуть можно. Предсказывать близкое будущее особенно опасно. Если ты ошибаешься - тебя обсмеивают. Если же пророчествуешь далекое - ты уже умрешь, а следовательно, тебе безразлична критика.

Посмотрим на попытки предсказания от талантливых: сам Айзек Азимов в 1950-х описывал, как калькулятор 2000-го года за несколько секунд прокручивает цифры. Конечно, это звучало смешно уже для читателей 1990-х. Впрочем, можно быть уверенным, что компьютерные технологии четко зависят от трех факторов: технологического прогресса, социальных перемен, а также природы самого человека.

Что касается технологии, ее развитие можно более или менее точно предсказать на ближайшие несколько лет. Во-первых, состоится по крайней мере еще один этап миниатюризации чипов. Это значит, что меньшие устройства смогут развивать большую мощность. Но одновременно увеличивается и цена - стоимость каждого транзистора может быстро падать, но увеличение их количества все же приведет к росту общей цены устройств, которые считаются необходимыми в каждом следующем поколении компьютеров.

На практическом уровне это значит, что не стоит ожидать новых производителей в мире «железа». Сегодня для того, чтобы войти на рынок, уже нужны миллионы, если не миллиарды долларов. В средней перспективе - от 5 до 15 лет - технология достигнет предела увеличения мощности процессоров. Это связано с тем, что мы уже скоро выйдем в нанотехнологиях на уровень атомов и дальше, если только не произойдет принципиального скачка в технологии, двигаться некуда. Транзистор, меньше атома, (пока) не построишь. Этого предела мы достигнем уже к 2020 году.

Впрочем, можно двигаться в другом направлении. Нынешние транзисторы двумерные. Возможно добавлять все новые и новые слои их в третьем измерении - по высоте. Но возникают проблемы с выбросом тепла - нужно отводить куда тепло, которое выделяться при работе транзисторов. Если не будет изобретено принципиально новых решений, можно сказать, что эра чрезвычайно быстрого роста мощности позади. Но если это нас огорчает - давайте отвлечемся от железа и посмотрим в другую сторону.

Сто в одном: будет один телефон, он же компьютер, телевизор и стиральная машина.

После тактико-технических характеристик процессоров (а значит и мощности памяти) следующий фактор, который следует рассмотреть - скорость передачи данных. Физическим пределом здесь является электромагнитный спектр. Максимум для любого канала - примерно терабит в секунду, независимо от того, это беспроводная связь, или оптическое волокно. После этого мы вылезаем в рентгеновские частоты опасные для жизни тех, кто будет находиться рядом с модемом. Впрочем, пока что мы итак далеко от показателя в терабит в секунду. Увеличение скорости интернета означает слияние компьютера как с телефоном, так и с телевидением. Если ты можешь через телефон выходить в Скайп - зачем платить в десятки раз больше мобильному оператору за традиционную связь? Если ты можешь посмотреть любую передачу в интернете - зачем платить поставщикам кабельного телевидения? Телефония и ТВ станут не более чем нишами в пользовании персональными компьютерами.

Одно устройство может заменить все. Уже сейчас, iPhone (который по сути является мобильным компьютером, а не телефоном) съедает живьем цифровые фотоаппараты, MP3-плееры, веб-браузеры, электронные книги, GPS, уличные карты и т.д. Но iPhone - это только начало. Представим себе подобное устройство - для которого сейчас трудно подобрать название - в районе 2020 года. Его можно держать в руке - но он мощнее нынешних компьютеров. Он несколько гигабайт оперативной памяти в районе терабайта флэш-памяти.

Это одновременно радио-и телеприемник, карта, фото и видеокамера, а также компьютер для пользования интернетом - все это в качестве лучшем, чем сейчас лучшие из каждого среди отдельных устройств.

Сегодня слабость смартфонов - плохие показатели ввода-вывода данных: крошечные экраны, мелкие клавиатуры…В 2020 можно будет создать виртуальную или подключить механическую клавиатуру, большой экран и т.д. Он будет содержать также акселерометр (чтобы подсказать, в какую сторону вы движетесь), и, вероятно, проектор с виртуальным экраном.

То, что когда в фантастике называли «видеофон» - видеосвязь вместо телефона - уже сейчас существует благодаря веб-камерам. Через десяток лет это станет распространенным во всех мобильных устройствах. Над виртуальным проектором сегодня работают все, начиная от Texas Instruments и заканчивая Samsung. Такой проектор возможен благодаря лазерам красного, синего и зеленого цветов, которые проецируют изображение на дополнительные микроэлектромеханические зеркала и сканируют на цель - скажем, на кусок белой бумаги или на стену. Это позволяет получить экран, подобный компьютерному, на любой имеющейся поверхности. А также откорректировать цвета, если поверхность оказалась не белой.

Еще одна многообещающая технология - известные из фантастики очки, создающие виртуальную реальность. Изображение передается не на экран - а прямо на глаза пользователя. Нужно подчеркнуть - это уже не телефон, как его не называй. Это устройство - нечто большее, чем просто сумма его частей. Это платформа для создания полноценной виртуальной реальности. А теперь учтем, что все это всегда подключено к интернету. Ты наводишь устройство на любой объект, начиная от дома и заканчивая живым человеком - и видишь все это с наложенными поверх данными из интернета.

В то время как производительность центральных процессоров неуклонно возрастает, модули оперативной памяти RAM становятся все более похожи на «бутылочное горлышко» на пути передачи данных. Нынешние ОЗУ не в состоянии поставлять их процессору с достаточно высокой скоростью. Ограничителями выступают и малая полоса пропускания, и слишком низкая скорость чтения и записи. С выпуском каждого нового процессора положение все более усугубляется, ведь новинка требует увеличенного объема данных, которые должны поставляться ей с еще большей скоростью. Одновременно с этим растет и потребность в экономичных и миниатюрных модулях памяти для использования в смартфонах и планшетных компьютерах. Этим устройствам всегда нужен большой объем оперативной памяти, который должен размещаться на крохотных платах.

Решению проблемы могла бы помочь новейшая разработка компаний Intel и Micron - оперативная память типа Hybrid Memory Cube. Она представляет собой память с многослойным расположением кристаллов. Эти слои соединяются друг с другом при помощи кремниевых контактов-стержней. Вся конструкция располагается на слое управляющей логики, который является новым подходом к архитектуре ОЗУ. Данный слой поставляет центральному процессору или его отдельным ядрам все необходимые данные с высокими показателями скорости и эффективности.

На форуме разработчиков Intel Developer Forum 2011 производители впервые показали прототип Hybrid Memory Cube, построенный на четырехслойном пакете кристаллов памяти. Он обеспечивает пропускную способность 128 Гбит/с - если, конечно, материнская плата оснащена соответствующей инфраструктурой. Для сравнения: современный модуль памяти DDR3-1333 передает информацию со скоростью 11 Гбит/с. Так что у производителей материнских плат впереди еще много работы: им предстоит создать такие образцы, которые были бы в состоянии транслировать огромные объемы данных от Memory Cube с наивысшей скоростью. Ведь кому нужна полоса пропускания памяти в 128 Гбит, если все прочие шины будут передавать данные слишком медленно. Да и остальные компоненты компьютера, например HDD и SSD, должны существенно прибавить в скорости чтения и записи. Именно поэтому в будущем эти накопители, очевидно, будут заменены более прогрессивными, созданными на базе технологий типа Memristor, Millipede или подобных им. Такие накопители будут работать в пять раз быстрее нынешних твердотельных.

Memory Cube обеспечивается многочисленными кремниевыми «столбиками», которые передают данные от кристаллов памяти к уровню управляющей логики со скоростью до 1 Тбайт/с. От применения подобной технологии сильно выиграет операционная система Windows, которая во время работы постоянно записывает в RAM данные и считывает их оттуда. Разумеется, программы, требующие интенсивных вычислений, также станут функционировать быстрее (например, значительно возрастет скорость обработки видео в соответствующих редакторах).

Логический уровень у Hybrid Memory Cube позволит решить и еще одну проблему. Сегодня процессоры имеют до восьми ядер, и тенденция к увеличению их количества сохраняется. Современные модули RAM располагают всего одним подключением к процессору, которое управляется внешним контроллером памяти. А вот у Hybrid Memory Cube логический уровень может обращаться через матричный переключатель непосредственно к отдельному процессорному ядру. При этом коммуникации с другими ядрами или чипами ОЗУ станут происходить независимо друг от друга, в рамках параллельных процессов, а каждое отдельное подключение будет работать на полной скорости.

Благодаря этой особенности оперативная память сможет наконец-то идти в ногу с эволюцией современных процессоров. Если на рынке когда-нибудь появится пользовательский CPU с десятью ядрами, то логический уровень просто выделит два дополнительных «рубильника» в матричном переключателе, и скорость передачи данных через них останется максимальной.

По аналогичному принципу работают уже имеющиеся на рынке модули оперативной памяти RDIMM от компании Samsung. В них слои памяти тоже соединяются кремниевыми контактами, однако логический уровень управления отсутствует. Поэтому они, подобно обычным модулям RAM, обращаются к внешнему контроллеру ОЗУ, который соединяется с CPU лишь по одной шине. Тем не менее RDIMM имеет громадное преимущество по сравнению с обычной оперативной памятью: новые решения потребляют на 40% меньше энергии, чем модули DDR3.

Сокращение энергопотребления у новых модулей происходит в первую очередь из-за уменьшения расстояния, на которое передаются данные. Благодаря «умному» управлению работой памяти, осуществляемому логическим уровнем, Hybrid Memory Cube дополнительно экономит до 30% энергии на каждый передаваемый бит информации. Намного более производительная память типа Memory Cube теоретически должна потреблять на 70% меньше энергии, чем нынешние модули DDR3. Каким при этом окажется тепловыделение, пока неясно. Ведь если данные станут передаваться так быстро и эффективно, то логично предположить, что рабочая частота ОЗУ будет очень высокой. В этом случае кристаллы DRAM станут сильно нагреваться. Таким образом, сэкономленная энергия, очевидно, будет расходоваться на охлаждение «слоеного пирога» дополнительным кулером.

Благодаря многослойному размещению кристаллов оперативной памяти и трехмерному строению интегрированных микросхем модули Hybrid Memory Cube имеют очень компактный форм-фактор. На материнской плате им требуется на 90% меньше пространства, чем современным модулям RAM.

Заключение

Компьютерная память (устройство хранения информации, запоминающее устройство) - часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемая в вычислениях, в течение определённого времени. Память, как и центральный процессор, является неизменной частью компьютера с 1940-х. Память в вычислительных устройствах имеет иерархическую структуру и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики.

Система памяти персонального компьютера представлена следующими компонентами.

1. Системным оперативным запоминающим устройством ОЗУ, организованным на модулях динамической памяти DRAM.

2. Кэш-памятью команд и данных, которая содержится в процессоре и структурно разделена на несколько уровней L1-L3.

3. Сверхоперативным запоминающим устройством, которое включает регистры микропроцессора. Это - самая быстрая память на системной плате, к которой постоянно обращается микропроцессор.

4. Флеш-памятью BIOS, благодаря которой реализуется функция загрузки операционной системы и тестирования ПК.

5. Статической памятью, построенной на базе микросхем со структурой CMOS RAM. Энергонезависимая память RTC CMOS RAM входит в состав системы BIOS и содержит данные конфигурирования компьютера и часы реального времени.

Список использованных источников

1. Громов, Ю.Ю., Дидрих, В.Е. Информационные технологии [Текст]. Тамбов: ТГТУ, 2011.

2. Есипов, А.С. Информатика [Текст]. Учебник по базовому курсу. СПб.: Наука и Техника, 2001.

3. Липенков, А.Д. Информатика [Текст]: учебное пособие. / А.Д. Липенков. Челябинск: ЧелГУ, 2006.

4. Степанов, А.Н. Информатика [Текст]. СПб.: Питер, 2006.

Размещено на Allbest.ur