Виды памяти современных компьютеров

Введение.

В настоящее время компьютеры очень прочно вошли в нашу жизнь. Они проникли во все сферы экономики  и народного хозяйства: промышленность, управление, банковское дело, торговлю. Повышение уровня образования также  тесно связано с использованием компьютеров. Не смотря на огромное разнообразие компьютеров в наши дни, устройство любого компьютера включает в себя: память, процессор, устройства ввода  и вывода. Теоритическая часть  данной курсовой работы посвящена одному из главных устройств любого компьютера – памяти. На мой взгляд, данная тема является довольно значимой, так как память компьютера выполняет важные функции, а именно: приём информации из других устройств, запоминание информации, выдача информации по запросы в другие устройства компьютера. Также актуальность данной темы связана с тем, что информация в современном обществе является очень важным ресурсом, и работа с ней (в том числе хранение) является необходимой деятельностью информационного общества.

Целью курсовой работы является изучение видов памяти современных  компьютеров. В теоритической части  курсовой работы я раскрою понятие  память, приведу классификацию основных видов памяти и подробно остановлюсь  на каждом из них.

В практической части работы с помощью табличного процессора MS Excel я решу экономическую задачу и опишу подробный алгоритм её решения.

1. Теоритическая  часть

1.1 Понятие компьютерной  памяти

Компьютерная память (устройство хранения информации, запоминающее устройство) – часть вычислительной машины, физическое устройство или среда  для хранения данных в течение  определённого времени. В основе работы запоминающего устройства может  лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или  более устойчивым состояниям. В современной  компьютерной технике часто используются физические свойства полупроводников, когда прохождение тока через  полупроводник или его отсутствие трактуются как наличие логических сигналов 0 или 1. Устойчивые состояния, определяемые направлением намагниченности, позволяют использовать для хранения данных разнообразные магнитные  материалы. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе также может  быть положено в основу системы хранения.

Компьютерная память обеспечивает поддержку одной из наиважнейших функций современного компьютера, - способность длительного хранения информации. Вместе с центральным  процессором запоминающее устройство являются ключевыми звеньями.

Система хранения информации в современном цифровом компьютере основана на двоичной системе счисления. Числа, текстовая информация, изображения, звук, видео и другие формы данных представляются в виде последовательностей  битовых строк или бинарных чисел, каждое из которых состоит из значений 0 и 1. Это позволяет компьютеру легко  манипулировать ими при условии  достаточной ёмкости системы  хранения. Например, для хранения небольшого рассказа достаточно иметь устройство памяти общим объёмом всего лишь около 8 миллионов бит (примерно 1 Мегабайт).

К настоящему времени создано  множество разнообразных устройств, предназначенных для хранения данных, многие из которых основаны на использовании  самых разных физических эффектов. Универсального решения не существует, каждое содержит те или иные недостатки. Поэтому компьютерные системы обычно оснащаются несколькими видами систем хранения, основные свойства которых  обуславливают их использование  и назначение.

Наиболее знакомы средства машинного хранения данных, используемые в персональных компьютерах: - это  модули оперативной памяти, жёсткие  диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные  диски), CD или DVD диски, а также устройства флэш-памяти.

   1.2 Внутренняя память персонального компьютера

Компьютерная память бывает двух видов: внутренняя и внешняя. Внутренняя память предназначена для хранения относительно небольших объёмов информации при её обработке микропроцессором. Внутренняя память состоит из микроскопических ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес, или номер. Элемент информации сохраняется в памяти с назначением ему некоторого адреса. Чтобы отыскать эту информацию, компьютер «заглядывает» в ячейку и копирует её содержимое в свой «командный» пункт. Ёмкость отдельной ячейки памяти называется словом. Обычно длина слова для персонального компьютера составляет 16 двоичных цифр, или битов. Длина в 8 бит называется байтом. Типичные большие компьютеры оперируют словами длиной от 32 до 128 бит (от 4 до 16 байт), тогда как миникомпьютеры имеют дело со словами в 16–64 бит (2–8 байт). Микрокомпьютеры используют, как правило, слова длиной 8, 16 или 32 бит (1, 2 или 4 байт соответственно).

 Внутренняя память  бывает энергозависимая и энергонезависимая.

Энергозависимой называется память, которая стирается при выключении компьютера. Энергонезависимой называется память, которая не стирается при выключении компьютера.

К энергонезависимой внутренней памяти относится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Содержимое ПЗУ устанавливается  на заводе-изготовителе и в дальнейшем не меняется. Эта память составлена из микросхем, как правило, небольшого объёма. Обычно в ПЗУ записываются программы, обеспечивающие минимальный  базовый набор функций управления устройствами компьютера. При включении  компьютера первоначально управление передаётся программе из ПЗУ, которая  тестирует компоненты компьютера и  запускает программу-загрузчик операционной системы.

К энергозависимой внутренней памяти относятся оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), видеопамять и кэш-память

ОЗУ работают быстро: микропроцессор может получать доступ к ним за 10–20 нс. Обычные коммерческие модули ОЗУ хранят до 256 Мб (1 Мб равен 1 048 576 байт). ОЗУ надёжны и работают годами, выполняя миллиарды операций. ОЗУ помнят только то, что вы сообщили им в последний раз; все остальное стирается. При отключении энергии ОЗУ свою память теряет. В оперативной памяти во время работы хранятся программы и данные. Оперативная память часто рассматривается как временное хранилище, потому что данные и программы в ней сохраняются только при включённом компьютере или до нажатия кнопки сброса (reset). Перед выключением или нажатием кнопки сброса все данные, подвергнутые изменениям во время работы, необходимо сохранить на запоминающем устройстве, которое может хранить информацию постоянно (обычно это жёсткий диск). При новом включении питания сохранённая информация вновь может быть загружена в память.

Термин оперативная память часто обозначает не только микросхемы, которые составляют устройства памяти в системе, но включает и такие  понятия, как логическое отображение  и размещение. Логическое отображение - это способ представления адресов памяти на фактически установленных микросхемах. Размещение - это расположение информации (данных и команд) определённого типа по конкретным адресам памяти системы.

Центральный процессор компьютера связан с оперативной памятью. Основная оперативная память компонента полезна  для хранения данных и программ, которые запускаются в центральном  процессоре. В современных компьютерах  оперативная память, как твердотельная  память, присоединена к центральному процессору, и она использует шину памяти. Шину памяти также называют адресной шиной.

 В дополнение к оперативной  памяти существует также кэш-память, которая содержит маленькие части памяти для их использования центральным процессором. Цель состоит в том, чтобы уменьшить время выборки, и, таким образом, ускорить работу центрального процессора. Кэш-память увеличивает производительность центрального процессора, воздействуя тем самым на работу компьютера.

Часть оперативной памяти отводится для хранения изображений, получаемых на экране монитора, и называется видеопамять. Чем больше видеопамять, тем более сложные и качественные картинки может выводить компьютер.

Вообще, оперативная память - это самая важная часть компьютерной памяти. Оперативная память сделана  из интегрированных полупроводниковых  микросхем.

Разумеется, чем большей  оперативной памятью обладает персональный компьютер, тем больше его возможности  для размещения и использования  в своей работе программ и данных. Для увеличения объёма оперативной памяти используются дополнительная память (Expanded Memory) на дополнительных платах, а также расширенная память (Extended Memory), которая обычно размещается прямо на материнской плате. При работе с дополнительной памятью процессор обращается к данным так, словно они расположены в обычной оперативной памяти объёмом до 1 Мбайта, но при этом происходит переадресация в дополнительную память на дополнительной плате, которая может иметь ёмкость несколько мегабайт. Для работы с расширенной памятью процессор должен переходить из реального режима в защищённый (protected mode).

1.3. Внешняя память  персонального компьютера

Внешние устройства хранения необходимы для организации долговременного  хранения данных и программ. К устройствам  внешнего хранения относятся накопители на жёстких и гибких дисках, DVD и СD накопители, накопители на магнитных лентах (стримеры), flash-память.

  Жёсткий диск (накопители на жёстких магнитных дисках, НЖМД) предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т.д. Наличие жёсткого диска значительно повышает удобство работы с компьютером.

Ёмкость винчестера – его  основная характеристика. Сегодня объем  данных, которые можно записать должен быть не менее 10-15 Гб, но требования программного обеспечения постоянно растут, поэтому  жёсткий диск придётся менять раз  в 1-2 года в зависимости от то того насколько интенсивно и с какими целями используется компьютер.

Ещё одой характеристикой  является время доступа необходимое HDD для поиска любой информации на диске. Среднее время доступа, на сегодняшний день, для лучших IDE и SCSI дисков - это значение меньше 2 мс. Среднее время поиска – время, в течение которого магнитные головки перемещаются от одного цилиндра к другому главным образом зависит от механизма привода головок, а не от интерфейса. Скорость передачи данных, зависит от количества байт в секторе, количестве секторов на дорожке и от скорости вращения дисков (3000-3600 об/мин. Самые современные HDD – 7200 об/мин.). Производители дают гарантию надёжности устройства, которая обычно составляет 20000-500000 часов. Наработка винчестера за год составит 8760 часов, что делает этот параметр не важным, так как винчестер морально устареет раньше, чем физически.

Дискета (накопители на гибких магнитных дисках)  представляет собой круглый кусок гибкого пластика, покрытый магнитным окислом. Магнитные диски, использующиеся на больших компьютерах, изготавливаются из жёстких металлических пластин, а для дискет используются гибкие пластиковые кружки, что и дало им популярное название "гибкие" или "флоппи" - диски. То, что эти диски были сделаны гибкими, значительно уменьшило вероятность их повреждения при обращении с ними и это в значительной мере определило их успех. Сейчас в компьютерах используются накопители для дискет размером 3,5 дюйма (89 мм) и ёмкостью 1,44 Мбайт. Эти дискеты заключены в жёсткий пластмассовый конверт, что значительно повышает их надёжность и долговечность. На дискетах 3,5 дюйма имеется специальный переключатель - защёлка, разрешающая или запрещающая запись на дискету. Стримеры-Устройства хранения данных на магнитной ленте, являются распространённым средством архивации данных. Они относятся к категории устройств хранения Off-Line, для них характерно очень большое время доступа, обусловленное последовательным методом доступа, средняя скорость обмена и большая ёмкость носителя - от сотен мегабайт до нескольких гигабайт. Существуют стандарты: QIC, TRAVAN, DDS, DAT и DLT.

Оптические  запоминающие устройства

Самым распространённым представителем этого вида оптических запоминающих устройств является CD-ROM. Его характеризуют следующие показатели:

- По сравнению с винчестером  он надёжнее в транспортировке

- CD-ROM имеет большую ёмкость, порядка 700Мб

- CD-ROM практически не изнашивается

   CD-ROM являются, в основном, адаптацией компакт-дисков цифровых, аудио записывающих систем. Цифровые данные записываются на диски, используя специальное записывающее устройство, которое наносит микроскопические ямки на поверхности диска. Информация, закодированная с помощью этих ямок, может быть прочитана просто путём регистрации изменения отражонности (ямки будут темнее, чем фон блестящего серебристого диска). Как только CD-ROM будет отштампован с помощью прессов, данные уже не могут быть изменены, углубления будут вечны.

Дальнейшее развитие в  области оптической записи привело  к появлению стандарта DVD. Компакт-диск этого формата имеет такие же размеры ,как и CD, но имеет большую ёмкость. Для того чтобы достичь шести - семикратного увеличения плотности хранения данных по сравнению с CD-R(RW), нужно было изменить две ключевых характеристики записывающих устройств: длину волны записывающего лазера и относительное отверстие объектива, который его фокусирует. В технологии CD-R применяется инфракрасный лазер с длиной волны 780 нанометров (нм), в то время как DVD-R(RW) использует красный лазер с длиной волны либо 635, либо 650 нм. В то же время, относительное отверстие объектива типичного устройства CD-R(RW) равно 0,5, а устройства DVD-R(RW) - 0,6. Такие характеристики аппаратуры позволяют наносить на диски DVD-R(RW) метки размером всего лишь 0,40 мкм, что гораздо меньше минимального размера метки CD-R(RW) - 0,834 мкм.

DVD является носителем,  который может содержать любой  тип информации, который обычно  размещается на массово выпускаемых  дисках DVD: видео, аудио, изображения,  файлы данных, мульти медийные приложения и так далее. В зависимости от типа записанной информации диски DVD-R и DVD-RW можно использовать на стандартных устройствах воспроизведения DVD, включая большинство дисководов DVD-ROM и проигрывателей DVD -Video.

С появлением флэш-памяти производители электроники получили возможность без особых проблем и затрат оснастить свои устройства новым типом накопителей. Налицо были выгоды – низкое энергопотребление, высокая надёжность (из-за отсутствия движущихся деталей) и устойчивость к внешним воздействиям и нагрузкам.

USB Flash Drive (флеш - диск) - портативное устройство для хранения и переноса данных с одного компьютера на другой. Компактный, лёгкий, удобный и удивительно простой в эксплуатации. Для его работы не нужны ни соединительные кабели, ни источники питания (включая батарейки), ни дополнительное программное обеспечение. Особенности USB Flash Drive: высокая скорость обмена данными по USB, защита от записи переключателем на корпусе, защита данных паролем, не требуются драйверы и внешнее питание, может быть отформатирован как загрузочный диск, хранение данных до 10 лет.