Адрес это порядковый номер байта оперативной памяти
Наименьший элемент памяти компьютера называется битом памяти.
В каждом бите памяти может храниться в данный момент одно из двух значений: нуль или единица. Использование двух знаков для представления информации называется двоичной кодировкой.
Данные и программы в памяти компьютера хранятся в виде двоичного кода.
Один символ двухсимвольного алфавита несёт 1 бит информации. В одном бите памяти содержится один бит информации.
В информатике часто используется величина, называемая байтом и равная 8 битам. И если бит позволяет выбрать один вариант из двух возможных, то байт, соответственно, 1 из 256 (28). Наряду с байтами для измерения количества информации используются и более крупные единицы:
1 Кбайт (один килобайт) = 2 10 байт = 1024 байта;
1 Мбайт (один мегабайт) = 2 10 Кбайт = 1024 Кбайта;
1 Гбайт (один гигабайт) = 2 10 Мбайт = 1024 Мбайта.
Например, книга содержит 100 страниц; на каждой странице – 35 строк, в каждой строке – 50 символов. Объем информации, содержащейся в книге, рассчитывается следующим образом:
1750 × 100 = 175 000 байт.
175 000 / 1024 = 170,8984 Кбайт.
170,8984 / 1024 = 0,166893 Мбайт.
Битовая структура определяет первое свойство внутренней памяти компьютера — дискретность.
Второе свойство внутренней памяти компьютера — адресуемость.
Восемь расположенных подряд битов памяти образуют байт. Нумерация байтов во внутренней памяти пронумерована и начинается с нуля. Порядковый номер байта называется его адресом.
Принцип адресуемости означает, что запись информации в память, а также чтение её из памяти производится по адресам.
Основные характеристики модулей оперативной памяти:
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM)
ОЗУ - быстрая, полупроводниковая, энергозависимая память. ОЗУ имеет сравнительно небольшой объем - обычно от 64 до 512 Мбайт, тем не менее, центральный процессор имеет оперативный (быстрый) доступ к данным, записанным в ОЗУ (на извлечение данных из ОЗУ требуется не более нескольких наносекунд). В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. Это значит, что когда мы запускаем какую-либо компьютерную программу, находящуюся на диске, она копируется в оперативную память, после чего процессор начинает выполнять команды, изложенные в этой программе. Часть ОЗУ, называемая «видеопамять», содержит данные, соответствующие текущему изображению на экране. ОЗУ - это память, используемая как для чтения, так и для записи информации. При отключении электропитания информация в ОЗУ исчезает, что объясняется энергозависимостью.
От количества установленной в компьютере оперативной памяти напрямую зависит возможность, с какими программами вы сможете на нем работать. При недостаточном количестве оперативной памяти многие программы вовсе не будут работать, либо станут работать очень медленно.
Часто для оперативной памяти используют обозначение RAM (Random Access Memory), то есть память с произвольным доступом.
Работая с информацией, человек пользуется не только своими знаниями , но и книгами , справочниками и другими внешними источниками . В главе 1 «Человек и информация » было отмечено , что информация хранится в памяти человека и на в нешних носителях . Заученную информацию человек может забыть, а записи сохраняются надежнее .
У компьютера тоже есть два вида памяти: внутренняя (оперативная) и внешняя (долговременная) память.
Внутренняя память — это электронное устройство, которое хранит информацию, пока питается электроэнергией . При отключении компьютера от сети информация из оперативной памяти исчезает. Программа во время ее выполнения хранится во внутренней памяти компьютера. Сформулированное правило относится к принципам Неймана. Его называют принципом хранимой программы.
Внешняя памят ь — это различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски . Сохранение информации на них не требует постоянного электропитания .
На рис. 2 ,3 показана схема устройства компьютера с учетом двух видов памяти. Стрелки указывают напра вления информационного обмена .
Структура внутренней памяти компьютера
Все устройства компьютера производят определенную работу с информацией (данными и программами). А как ж е представляется в компьютере сама информация? Для ответа на этот вопрос «загляне м» внутрь машинной памяти. Струк туру внутренней памяти компьютера можно условно изобра зить так, как показано на ри с. 2.4.
В современных компьютерах имеется еще один вид внутренней памяти , который называется постоянным запоминающ им устройст вом — ПЗУ . Это энергонезависимая память, информация из кото рой может только читаться .
Наименьший элемент памяти компьютера называется битом памяти . На рис. 2 .4 каждая клетка изображает бит. Вы видите , что у слова «бит» есть два значени я: единица измерения количества информации и частица памяти компьютера. Покажем , как связаны между собой эти понятия .
В каждом бите памяти может храниться в данный момент одно из двух значений: нуль или единица . Использование двух знаков для представления информации назы вается двоичной кодировко й.
Данные и программы в памяти компьютера хранятся в виде двоичного кода.
Один символ двухсимвольного алфавита несет 1 бит ин формации.
В одном бите памяти содержится один бит информации.
Битовая структура определяет первое свойство внутренней памяти компьютера — дискретност ь . Дискретные объекты составлены из отдельных частиц. Например , песок дискретен, так как состоит из песчинок, «Песчинкам и» ком пьютерной памяти являются биты.
Второе свойство внутренней памяти компьютера — адресуемост ь. Восемь расположенных подряд битов памяти образуют байт. Вы знает е, что это слово также обозначает единицу количества информации, равную восьми битам. Следовательно » в одном байте памяти хранится один байт информации.
Во внутре нней памяти компьютера все байты про пумеро ваны. Нумерация начинается с нуля.
Порядковый номер байта на зывается его адресом ,
Принцип адресуемости означает, что:
Запись информации в память, а также чтение ее из памяти пр оизводится по адреса м.
Память можно представить как многоквартирный дом, в котором каждая квартира — это байт , а номер квартиры — адрес . Для того чтобы почта дошла по назначению, необходимо указать правильный адрес . Именно так , по адресам, обращается процессор к внутренней памяти компьютера.
Носители и устройства внешней памяти
Устройства внешней памяти — это устройства чтения и записи информации на внешние носители. Информация на внешних носителях хранится в виде файлов. Что это такое, подробнее вы узнаете позже .
Важнейшими устройствами внешней памяти на современных компь ютерах являются накопители на магнитных дисках (НМД) , или дисковод ы.
Кто не знает, что такое магнитофон? На магнитофон мы привыкли записывать речь, музыку, а затем прослушивать за писи . Звук записывается на дорожках магнитной ленты с помощью магнитной головки , с помощью этого же устройст ва магнитная запись снова превращается в звук.
НМД действует аналогично магнитофону. На дорожки диска записываетс я все тот же двоичный код: намагничен ный участок — единица, не намагниченный — нуль. При чте нии с диска эта запись превращается в нули и единицы в битах внутренней памяти .
К магнитной поверхности диска подводится записывающая головка (рис. 2.5), которая может перемещаться по ра диусу. Во время работы НМД диск вращается . В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации.
Другим видом внешних носителей являются оптич еские диски (другое их название — лазерные диски) , На них используется не магнитный, а оптико -механический способ записи и чтения информаци и.
Сначала появились лазерные диски, на которые информация записывается только один раз. Стереть или перезаписать ее невозможно. Такие диски называются CD-ROM — Co mpact Disk-Read Only Memory , что в переводе значит «ком пактный диск — только для чтения ». Позже были изобрете ны перезаписываемые лазерные диски — CD-RW . На них , как и на магнитных носителях , хранимую информацию можно стирать и записывать заново.
Носители, которые пользователь может извлекать из дисковода, называют сменными.
Наибольшей информационной емкостью из сменных носителей обладают лазерные диски типа DVD-ROM — видеодиски . Объем информации , хранящейся на них, может достигать десятков гигабайтов. На видеодисках записываются полноформатные видеофильмы, которые можно просматривать с помощью компьютера, как по телевизору .
Коротко о главном
В состав компьютера входят внутренняя память и внешняя память.
Исполняемая программа хранится во внутренней памяти (принцип хранимой программы ).
Информация в памяти компьютера имеет двоичную форм у.
Наименьшим элементом внутренней памяти компьютера является бит . Один бит памяти хранит один бит информации: значение 0 или 1.
Восемь подряд расположенных битов образуют байт памяти. Байты пронумерован ы, начиная с нуля. Порядковый номер байта называется его адресом.
Во внутренней памяти запись и чтение информации происходят по адресам.
Внешняя память : магнитные диски, оптические (лазерные) диски — CD -ROM , CD-RW , DVD-RO M.
Вопросы и задания
1.Постарайтесь объяснить, зачем компьютеру нужны два вида памяти : внутренняя и внешняя .
Бит. Все данные и программы, хранящиеся в памяти компьютера, имеют вид двоичного кода. Один символ из двухсимвольного алфавита несет 1 бит информации. Ячейка памяти, хранящая один двоичный знак, называется «бит». В одном бите памяти хранится один бит информации.
Битовая структура памяти определяет первое свойство памяти — дискретность.
Байт. Восемь расположенных подряд битов памяти образуют байт. В одном байте памяти хранится один байт информации. Во внутренней памяти компьютера все байты пронумерованы. Нумерация начинается от нуля. Порядковый номер байта называется его адресом. В компьютере адреса обозначаются двоичным кодом. Используется также шестнадцатеричная форма обозначения адреса.
Пример1. Компьютер имеет оперативную память 2 Кбайт. Указать адрес последнего байта оперативной памяти (десятичный, шестнадцатеричный, двоичный).
Решение.
Объем оперативной памяти составляет 2048 байт. Десятичный адрес (номер) последнего байта равен 2047, так как нумерация байтов памяти начинается с нуля. 204710 = 7FF16 = 0111 1111 11112.
Машинное слово. Наибольшую последовательность бит, которую процессор может обрабатывать как единое целое, называют машинным словом. Длина машинного слова может быть разной — 8, 16, 32 бита и т.д. Адрес машинного слова в памяти компьютера равен адресу младшего байта, входящего в это слово.
Занесение информации в память, а также извлечение ее из памяти производится по адресам. Это свойство памяти называется адресуемостью.
Пример 2. Объем оперативной памяти компьютера равен 1 Мбайту, а адрес последнего машинного слова —- 1 048 574. Чему равен размер машинного слова?
Решение. 1Мбайт = 1024 Кбайта = 1 048 576 байт. Так как нумерация байтов начинается с нуля, значит адрес последнего байта будет равен 1 048 575. Таким образом, последнее машинное слово включает в себя 2 байта с номерами 1 048 574 и 1 048 575. Ответ: 2 байта.
Внутренне представление информации в компьютере.
Для представления чисел в памяти компьютера используются два формата: формат с фиксированной точкой и формат с плавающей точкой. В формате с фиксированной точкой представляются только целые числа, в формате с плавающей точкой — вещественные числа (целые и дробные).
Целые числа
Множество целых чисел, представимых в памяти ЭВМ, ограничено. Диапазон значений зависит от размера ячеек памяти, используемых для их хранения. В k-разрядной ячейке может храниться 2 k различных значений целых чисел.
Пример 1. Пусть для представления целых чисел в компьютере используется 16-разрядная ячейка (2 байта). Определить, каков диапазон хранимых чисел, если а) используются только положительные числа; б) используются как положительные так и отрицательные числа в равном количестве.
Решение. Всего в 16-разрядной ячейке может храниться 2 16 •= 65536 различных значений. Следовательно:
а) диапазон значений от 0 до 65535 (от 0 до 2 k -1);
б) диапазон значений от -32768 до 32767 (от –2 k-1 до 2 k-1 -1).
Чтобы получить внутреннее представление целого положительного числа N, хранящегося в k-разрядном машинном слове, необходимо:
1) перевести число N в двоичную систему счисления;
2) полученный результат дополнить слева незначащими нулями до k разрядов.
Пример 2. Получить внутреннее представление целого числа 1607 в 2-х байтовой ячейке.
Решение.N = 160710 = 110010001112- Внутреннее представление этого, числа в ячейке будет следующим: 0000 0110 0100 0111. Шестнадцатеричная форма внутреннего представления числа получается заменой 4-х двоичных цифр одной шестнадцатеричной цифрой: 0647.
Для записи внутреннего представления целого отрицательного числа (-N) необходимо:
1) получить внутреннее представление положительного числа М;
2) получить обратный код этого числа заменой 0 на 1 и 1 на 0 (эта операция называется инвертированием) ;
3) к полученному числу прибавить 1, получить дополнительный код..
Данная форма представления целого отрицательного числа называется дополнительным кодом. Использование этого кода позволяет упростить аппаратную реализацию вычитания, которая заменяется на операцию сложение уменьшаемого числа с дополнительным кодом вычитаемого.
Пример 3. Подучить внутреннее представление целого отрицательного числа —1607.
Решение.1) Внутреннее представление положительного числа: .
0000 0110 0100 0111
2) обратный код: 1111 1001 1011 1000
3) результат прибавления 1: 1: 1111 1001 1011 1001 (единица переноса полученного результата отбрасывается) – это внутреннее представление двоичное представление отрицательного числа -1607
4) Шестнадцатеричная форма: F9В9.
Двоичные разряды в ячейках памяти нумеруются от 0 до k справа на лево. Старший k-разряд во внутреннем представлении любого положительного числа равен нулю, отрицательного – числа единице. Поэтому этот разряд называется знаковым.
Вещественные числа
Формат с плавающей точкой использует представление вещественного числа R в экспоненциальной форме, которая представляет собой: произведения мантиссы т на основание системы счисления п в некоторой целой степени р, которую называют порядком: R=m*n p . Представление числа в форме с плавающей точкой неоднозначно. Например, справедливы следующие равенства: 25.324 = 2.5324 *10 1 = 0.0025324 * 10 4 = 2532,4*10 -2 и т.п.
В ЭВМ используют нормализованное представление числа в форме с плавающей точкой. В нормализованном числе мантисса –эта правильная дробь, имеющая после запятой цифру отличную от нуля.
В памяти компьютера мантисса представляется как целое число, содержащее только значащие цифры (0 целых и запятая не хранятся). Следовательно, внутреннее представление вещественного числа сводится к представлению пары целых чисел: мантиссы и порядка.
В разных типах ЭВМ применяются различные варианты представления чисел в форме с плавающей точкой.
Для примера рассмотрим внутреннее представление вещественного числа в 4-х байтовой ячейке памяти.
В ячейке должна содержаться следующая информация о числе: знак числа, порядок и значащие цифры мантиссы.
± мат. порядок | М А | Н ТИС | •СА |
1-й байт | 2-й байт | 3-й байт | 4-й байт |
В старшем бите 1-го байта хранится знак числа: 0 обозначает плюс, 1 — минус. Оставшиеся 7 бит первого байта содержат машинный порядок. В следующих трех байтах хранятся значащие цифры мантиссы (24 разряда).
В семи двоичных разрядах помещаются двоичные числа в диапазоне от 0000000 до 1111111. Значит, машинный порядок изменяется в диапазоне от 0 до 127 (в десятичной системе счисления). Всего 128 значений. Порядок, очевидно, может быть как положительным так и отрицательным. Разумно эти 128 значений разделить поровну между положительными и отрицательными значениями порядка: от -64 до 63. С целью упрощения аппаратной реализации арифметических операций в представлении числа знак порядка явно не сохраняется. В записи числа от порядка переходят к характеристике.
Машинный порядок (характеристика) смещен относительно математического и имеет только положительные значений. Смещение выбирается так, чтобы минимальному математическому значению порядка соответствовал нуль.
Связь между машинным порядком (Мр) и математическим (р) в рассматриваемом случае выражается формулой: .Мр=р+64.
Полученная формула записана в десятичной системе. В двоичной системе формула имеет вид:Мр2 =р2+100 00002
Для записи внутреннего представления вещественного числа необходимо:
1) перевести модуль данного числа в двоичную систему счисления 24 значащими цифрами;
2) нормализовать двоичное число;
3) найти машинный порядок в двоичной системе счисления;
4) учитывая знак числа, выписать его представление в 4-х байтовом машинном слове.
Пример 4. Записать внутреннее представление числа 250,1875 в форме с плавающей точкой. Решение:
1 Переведем его в двоичную систему счисления с 24 значащими цифрами; 250,187510 – 11111010, 00110000000000002.
2. Запишем в форме нормализованного двоичного числа с плавающей точкой: 0,111110100011000000000000 * 102 1000 . Здесь мантисса, основание системы счисления (210 = 102) и порядок (810 = 10002) записаны в двоичной системе.
3. Вычислим машинный порядок в двоичной системе счисления.Мр2 = 1000+ 100 0000=н 100 1000. - ,
4. Запишем представление числа в 4-х байтовой ячейке памяти с учетом знака числа:
Различают два основных вида памяти – внутреннюю и внешнюю.
Основными характеристиками памяти являются объем, время доступа и плотность записи информации. Объем памяти определяется максимальным количеством информации, которая может быть помещена в эту память, и выражается в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах. Время доступа к памяти (секунды) представляет собой минимальное время, достаточное для размещения в памяти единицы информации. Плотность записи информации (бит/см 2 ) представляет собой количество информации, записанной на единице поверхности носителя.
ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА
Внутренняя память компьютера состоит из двух частей: оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Они располагаются на материнской плате.В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш–память и специальная память.
Процессор компьютера может работать только с теми данными, которые хранятся в ячейках его оперативной памяти.
Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Aссess Memory – память с произвольным доступом) – это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.
Рассмотрим принципиальную схему её организации.
Оперативная память — это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные.
Память можно представить наподобие листа из тетради в клеточку. В каждой клетке может храниться в данный момент только одно из двух значений: нуль или единица. В ячейку можно записать только 0 или 1, то есть 1 бит информации. Такая ячейка так и называется — «бит».
éЯчейка(бит)
Ячейка памяти, хранящая один двоичный знак, называется «бит».
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 следующим образом: В одном бите памяти хранится один бит информации.
Это наименьшая частица памяти компьютера и в связи с этим память имеет битовую структуру, которая определяет первое свойство оперативной памяти – дискретность.
Дискретные объекты состоят из отдельных частиц. Например, песок дискретен, так как состоит из песчинок. Память состоит из отдельных ячеек – битов.
Бит является слишком маленькой едиицей информации, поэтому биты объединили в группы по 8 – байты. В одном байте памяти можно сохранить 1 байт информации.
é Байт
Каждый байт получает порядковый номер – адрес. Адресуемость – второе свойство оперативной памяти. Нумерация начинается с нуля.
Таким образом, память можно представить себе в виде многоквартирного дома, в котором квартиры – это байты, а номер квартиры – адрес. Чтобы найти нужную информацию, необходимо знать адрес байта, в котором она хранится. Именно так поступает процессор, когда обращается за данными и программами к оперативной памяти.
Мы можем в любое время прийти к кому-нибудь в гости, если знаем адрес. Аналогично доступ к любой ячейке памяти осуществляется в любой момент времени. Поэтому оперативную память называют памятью с произвольным доступом.
Группа из нескольких байтов, которые процессор может обработать как единое целое, называется машинным словом. Длина машинного слова бывает различной – 8, 16, 32 бита и т.д. Адрес машинного слова равен адресу младшего байта, входящего в это слово.
… | ||||
байт | байт | байт | байт | байт |
байт | байт | байт | байт | байт |
байт | байт | … | … | … |
… | ||||
… |
машинное слово длиной 16 бит
Объём оперативной памяти зависит от количества разрядов, отведённых под адрес. В настоящее время принята 32-разрядная адресация, а это означает, что всего независимых адресов может быть 2 32 . 2 32 =4294967296 байт. Объём оперативной памяти увеличивается из поколения в поколение. В современных компьютерах её объём достигает 2 Гбайт.
Рассмотрим физический принцип действия оперативной памяти. С этой точки зрения различают динамическую память (DRAM) и статистическую память(SRAM).
Характеристики | ||||
Что является ячейкой | Недостатки | Преимущества | Где используется | |
Статистическая память | Микроконденсатор, способный накапливать заряд на своих обкладках | 1. Заряды ячеек рассеиваются в пространстве и их приходится всё время подзаряжать, чтобы не утратить данные. Процесс подзарядки называется регенерацией и осуществляется несколько десятков раз в секунду. При этом происходит непроизвольный расход ресурсов вычислительной системы. 2. Запись данных происходит медленно | Это экономически доступный вид памяти и поэтому наиболее распространённый | В основной оперативной памяти |
Динамическая память | Триггер, хранящий состояние включен/ выключен | Технологически сложнее и дороже | Более быстрая | В кэш-памяти |
Оба вида запоминающих микросхем успешно конкурируют между собой, поскольку ни одна из них не является идеальной. С одной стороны, статистическая память значительно проще в эксплуатации, так как не требует регенерации, и приближается по быстродействию к процессорным микросхемам. С другой стороны, она имеет меньший информационный объём и большую стоимость (в самом деле, изготовление конденсатора значительно проще, чем триггерной схемы и требует на кремниевой пластине гораздо меньше места), сильнее нагревается при работе. На практике в данный момент выбор микросхем для построения ОЗУ всегда решается в пользу динамической памяти. И все же быстродействующая статистическая память в современном компьютере тоже обязательно есть – кэш-память.
Вышерассмотренное физическое устройство оперативной памяти определяет её третье свойство – энергозависимость. Так как и конденсаторы, и триггеры хранят информацию, закодированную с помощью электрического сигнала, следовательно, его отсутствие ведёт к потере информации. Это значит, что ОЗУ используется для временного хранения данных и программ, так как когда машина выключается (пропадает источник электрических сигналов), всё, что находилось в данной памяти, пропадает.
И, наконец, оперативную память конструктивно представляет собой набор микросхем, размещенных на одной небольшой плате (модуль, планка). Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются БИС памяти. Модули памяти могут различаться между собой по размеру и количеству контактов(SIMM или DIMM), быстродействию, информационной емкости и так далее. Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие, которое зависит от максимально возможной частоты операций записи или считывания информации их ячеек памяти. Модули вставляются в соответствующие разъёмы на материнской плате. Такая конструкция облегчает процесс замены или наращивания памяти. Количество модулей зависит от нужного вам объёма ОЗУ.
Как вам уже известно, важнейшей характеристикой компьютера является скорость обработки информации, которая зависит от быстродействия процессора. Но, если «быстрый» процессор будет работать с «медленной» памятью небольшого объёма, то большую часть своего времени он будет простаивать. Поэтому объём оперативной памяти и скорость её работы также очень влияют на работоспособность компьютерной системы.
Для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств с различным быстродействием современный компьютер использует ещё один вид — кэш-память.
Кэш (англ. сaсhe), или сверхоперативная память – очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и менее быстродействующей ОЗУ.
Кэш–памятью управляет специальное устройство – контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш–память. Если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти.
Для постоянного хранения информации используется постоянное запоминающее устройство, где хранятся данные, не требующие вмешательства пользователя и необходимые для корректной работы компьютера. Она включает в себя программы: запуска и остановки ЭВМ; тестирования устройств, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков; управления работой процессора, дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью. А также содержит информацию о месторасположении на диске операционной системы.
Компьютер может читать или исполнять программы из постоянной памяти, но он не может изменять их и добавлять новые. Постоянная память предназначена только для считывания информации. Это свойство постоянной памяти объясняет часто используемое английское название.
Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory – память только для чтения) – энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения пользователем и необходимы для корректной работы компьютера.
Содержание памяти специальным образом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Микросхема ПЗУ устанавливается так, что её память занимает нужные адреса. Поэтому процессор, когда начинает свою работу, попадает в постоянную память, заготовленную для него заранее. Из ПЗУ можно только читать информацию.
К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память СMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.
СMOS RAM – это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки, расположенная на материнской плате.
Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Заряда батарейки хватает на несколько лет. Наличие этого вида памяти позволяет отслеживать время м календарь, даже если компьютер выключен. Таким образом, программы, записанные в ПЗУ, считывают информацию о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего выполняют тестирование устройств ПК.
Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) – энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого.
Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.
Важнейшая микросхема постоянной памяти – модуль BIOS.
BIOS (Basiс Input/Output System – базовая система ввода–вывода) – совокупность программ, предназначенных для: тестирования устройств, загрузки операционной системы в оперативную память, управление устройствами компьютера.
Для хранения графической информации используется видеопамять.
Видеопамять (VRAM) – разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам – процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.
Задача 2.1: Объясните понятия линейный адрес и сегментный адрес. Опишите алгоритм работы сумматора адреса.
Сегментный адрес
Таким образом, сегмент - это начальный адрес блока памяти, размер которого не может превышать 65536 байтов (64К). Смещение - это адрес конкретного байта в пределах данного сегмента (от 0000 до FFFF). Процессор может поддерживать не более 65536 различных сегментов памяти.
Алгоритм работы программы обработки прерывания № 9
Задача 2.3: Опишите алгоритм работы программы обработки прерывания № 9 при нажатии на любую из символьных клавиш.
Клавиатура подключена к линии IRQ1 контроллера прерываний и к порту ввода-вывода с адресом 60h, в который помещается скан-код последней нажатой (или отпущенной) клавиши. Линии IRQ1 соответствует прерывание № 9. Обработчик прерывания № 9 записывает данные об очередной нажатой символьной клавише в буфер клавиатуры (буфер клавиатуры начинается с адреса 0040:001E), а прикладные программы считывают эти данные для дальнейшего использования.
Сумматор адреса
При использовании сегментной организации памяти для определения адреса приходится выполнять некоторые вычисления. 20-разрядный линейный адрес вычисляется в специализированном аппаратном устройстве, которое называется сумматор адреса и входит в состав центрального процессора. Сумматор адреса выполняет операцию сложения со сдвигом над двумя операндами, которые находятся в соответствующем сегментном регистре и регистре смещения (см. рис. 2). При выполнении операции сдвига содержимое сегментного регистра (номер сегмента) сдвигается на четыре двоичных разряда (т.е. умножается на 16 или 10h). В результате получается 20-битовый базовый адрес - линейный адрес начала сегмента, номер которого указан в сегментном регистре. После сложения базового адреса сегмента с содержимым регистра смещения на выходе сумматора формируется полный 20-битовый линейный адрес, который и передается на адресную шину.
Управляющие клавиши
Задача 2.4: Опишите алгоритм работы программы обработки прерывания № 9 при нажатии на любую из управляющих клавиш.
Факты нажатия или отпускания управляющих клавиш Shift, Ctrl, Alt, ScrollLock, NumLock, CapsLock, SysReq или Pause никак не отражаются на буфере клавиатуры. Однако при этом обработчиком прерывания № 9 в области данных BIOS формируются два байта - флаги клавиатуры. Биты этих флаговых байтов устанавливаются в 1 или 0, в зависимости от текущего состояния соответствующих клавиш, или от того, установлен или нет соответствующий режим.
Например, при нажатии клавиши CapsLock, 6-й бит первого и второго флаговых байтов будет установлен в 1. При отпускании этой клавиши 6-й бит второго байта будет обнулен, а первый байт останется без изменений, что соответствует ситуации «установлен верхний регистр». После повторного нажатия и отпускания этой клавиши оба флаговых бита вернутся в исходное (нулевое) состояние.
Функциональное назначение областей памяти
Задача 2.2: Определите линейные и сегментные адреса по данным приведенной ниже таблицы. Результаты представьте в шестнадцатиричной и двоичной системах счисления. Определите функциональное назначение соответствующих областей памяти ПК.
Сегментный адрес
Таким образом, сегмент - это начальный адрес блока памяти, размер которого не может превышать 65536 байтов (64К). Смещение - это адрес конкретного байта в пределах данного сегмента (от 0000 до FFFF). Процессор может поддерживать не более 65536 различных сегментов памяти.
Линейный адрес
Все байты памяти последовательно пронумерованы. Порядковый номер байта в адресном пространстве компьютера - это и есть его линейный адрес (или физический адрес).
Читайте также: