Память компьютера (разновидности, характеристики, перспективы развития)
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
. Разновидности памяти компьютера
. Организация и основные характеристики памяти компьютера
.1 Характеристики оперативной памяти
.2 Оперативная память(ОП) (ОЗУ)
.3 Распределение памяти в ПК (Разделы ОЗУ)
.4 Микросхемы ОП (модули ОП)
.5 ПЗУ (постоянное запоминающее устройство)
.6 BIOS
. 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.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:
)ОЗУ (оперативное запоминающее устройство);
)ПЗУ (постоянное запоминающее устройство);
)РОН (регистры общего назначения) внутренняя память процессора - его регистры;
)CMOS (Complement Metal Oxide Semiconductor) - комплементарные пары метал-оксид-полупроводник указывает на технологию изготовления данной памяти) - память системных установок(конфигурации);
)ВЗУ (внешнее запоминающее устройство);
)Видеопамять - электронная память, размещенная на видеокарте, используется в качестве буфера для хранения кадров динамического изображения.
,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.
Кб = 210 байт = 1024б
Мб = 210 Кбайт = 1024Кб
Гб = 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.
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)
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.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.
) 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).) самый старый (редко сейчас встречающийся) - FPM DRAM (или просто DRAM - Dynamic Random Access Memory - динамическая ОП). Работала на 486 и первых Pentium.) 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:
) 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.- 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.
) 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.
) 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.
х 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.- 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.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 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.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.
.Системным оперативным запоминающим устройством ОЗУ, организованным на модулях динамической памяти DRAM.
.Кэш-памятью команд и данных, которая содержится в процессоре и структурно разделена на несколько уровней L1-L3.
.Сверхоперативным запоминающим устройством, которое включает регистры микропроцессора. Это - самая быстрая память на системной плате, к которой постоянно обращается микропроцессор.
.Флеш-памятью BIOS, благодаря которой реализуется функция загрузки операционной системы и тестирования ПК.
.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.
.Липенков, А.Д. Информатика [Текст]: учебное пособие. / А.Д. Липенков. Челябинск: ЧелГУ, 2006.
4.Степанов, А.Н. Информатика [Текст]. СПб.: Питер, 2006.