Computerens hukommelse

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 9. maj 2021; checks kræver 20 redigeringer .

Computerhukommelse ( informationslagringsenhed , lagerenhed ) er en del af en computer , en fysisk enhed eller datalagringsmedie, der bruges i computersystemer i en vis tid. Hukommelse har ligesom centralenheden været en gennemgående del af computeren siden 1940'erne. Hukommelse i computerenheder har en hierarkisk struktur og involverer normalt brugen af ​​flere lagerenheder med forskellige karakteristika.

I personlige computere omtales "hukommelse" ofte som en af ​​dens typer - dynamisk random access memory (DRAM), som bruges som RAM på en personlig computer.

Computerhukommelsens opgave er at gemme tilstanden af ​​ekstern påvirkning i dens celler for at registrere information . Disse celler kan optage en lang række fysiske effekter . De ligner funktionelt en konventionel elektromekanisk kontakt, og information er registreret i dem i form af to klart skelnelige tilstande - 0 og 1 ("fra" / "til"). Særlige mekanismer giver adgang ( læst , tilfældig eller sekventiel) til tilstanden af ​​disse celler.

Processen med at få adgang til hukommelse er opdelt i processer adskilt i tid - en skriveoperation ( slang - firmware , i tilfælde af at skrive en ROM ) og en læseoperation , i mange tilfælde foregår disse operationer under kontrol af en separat specialiseret enhed - en hukommelse controller .

Der er også en hukommelsessletningsoperation  - indtastning (skrivning) af de samme værdier i hukommelsesceller , normalt 00 16 eller FF 16 .

De mest kendte lagerenheder, der bruges i personlige computere : RAM-moduler (Random Access Memory ) , harddiske (harddiske), disketter (magnetiske disketter), CD'er eller DVD'er og flash-hukommelsesenheder .

Hukommelsesfunktioner

Computerhukommelse understøtter en af ​​funktionerne i en moderne computer - evnen til at gemme information i lang tid . Sammen med den centrale behandlingsenhed er lagerenheder nøgleelementerne i den såkaldte von Neumann-arkitektur , det princip, der ligger til grund for de fleste moderne computere til generelle formål.

De første computere brugte udelukkende lagerenheder til lagring af behandlede data. Deres programmer blev implementeret på hardwareniveau i form af hårdkodede eksekverbare sekvenser. Enhver omprogrammering krævede en enorm mængde manuelt arbejde med udarbejdelse af ny dokumentation, omledning, genopbygning af blokke og enheder osv. Brugen af ​​von Neumann-arkitekturen, som sørger for lagring af computerprogrammer og data i en delt hukommelse, ændrede sig radikalt situationen.

Enhver information kan måles i bits , og derfor, uanset hvilke fysiske principper og i hvilket talsystem en digital computer opererer (binær, ternær, decimal osv.), tal , tekstinformation , billeder , lyd , video og andre former for data kan repræsenteres som sekvenser af bitstrenge eller binære tal. Dette gør det muligt for computeren at manipulere data, forudsat at der er tilstrækkelig lagerkapacitet (for eksempel til at gemme teksten i en mellemstor roman, er der brug for omkring en megabyte ).

Til dato er der blevet skabt mange enheder til lagring af data, baseret på brugen af ​​en række fysiske effekter . Der er ingen universel løsning, hver har sine egne fordele og ulemper, så computersystemer er normalt udstyret med flere typer lagersystemer, hvis hovedegenskaber bestemmer deres brug og formål.

Fysisk basis for funktion

Driften af ​​en lagerenhed kan være baseret på enhver fysisk effekt , der bringer systemet til to eller flere stabile tilstande. I moderne computerteknologi bliver halvlederes fysiske egenskaber ofte brugt , når strømmens passage gennem en halvleder eller dens fravær tolkes som tilstedeværelsen af ​​logiske signaler 0 eller 1. Stabile tilstande bestemt af magnetiseringsretningen gør det muligt at bruge en række magnetiske materialer til datalagring. Tilstedeværelsen eller fraværet af en ladning i en kondensator kan også være grundlaget for et lagersystem. Refleksionen eller spredningen af ​​lys fra overfladen af ​​en cd, dvd eller Blu-ray-disk gør det også muligt at lagre information.

Klassifikation af hukommelsestyper

Det er nødvendigt at skelne mellem klassificering af hukommelse og klassificering af lagerenheder (hukommelse). Den første klassificerer hukommelse efter funktionalitet , den anden - efter teknisk implementering . Den første betragtes her - således falder både hardwaretyper af hukommelse (implementeret i hukommelsen) og datastrukturer , implementeret i de fleste tilfælde programmatisk, ind i den.

Tilgængelige dataoperationer

• Skrivebeskyttet hukommelse (ROM )
• Læse/skrive hukommelse

Hukommelse på programmerbar og omprogrammerbar ROM (PROM og PROM) har ikke en generelt accepteret plads i denne klassifikation. Den omtales enten som en underart af "skrivebeskyttet" hukommelse [1] , eller er isoleret i en separat type.

Det foreslås også at tilskrive hukommelse til en eller anden type i henhold til den karakteristiske frekvens af dens omskrivning i praksis: RAM henviser til typer, hvor information ofte ændres under drift, og ROM henviser til dem, der er beregnet til at lagre relativt uændrede data [1] .

Adgangsmetode

• Sekventiel adgang ( engelsk  sekventiel adgangshukommelse, SAM ) - hukommelsesceller vælges (læses) sekventielt, den ene efter den anden, i rækkefølgen efter deres placering. En variant af sådan hukommelse er stakhukommelse .
• Random access ( engelsk  random access memory, RAM ) - en computerenhed kan få adgang til en vilkårlig hukommelsescelle på enhver adresse.

Organisering af datalagring og adgangsalgoritmer

Gentager klassificeringen af ​​datastrukturer :

• Adresserbar hukommelse  - adressering udføres af dataenes placering.
• Associativ hukommelse ( engelsk  associativ hukommelse, indholdsadresserbar hukommelse, CAM ) - adressering udføres af indholdet af dataene og ikke efter deres placering (hukommelse kontrollerer tilstedeværelsen af ​​en celle med det specificerede indhold, og hvis sådan (s ) er til stede (yut) returnerer den (deres) adresse(r) eller andre data forbundet med den(dem).
• Store (stack) memory ( eng.  pushdown storage ) - stak implementering .
• Matrixlagring ( eng.  matrixlagring ) - hukommelsesceller er placeret, så de tilgås af to eller flere koordinater.
• Objektlagring ( eng.  objektlagring ) - hukommelse, hvis styringssystem er fokuseret på lagring af objekter. Hvert objekt er kendetegnet ved postens type og størrelse.
• Semantisk lagring ( eng.  semantisk lagring ) - data placeres og afskrives i overensstemmelse med en bestemt struktur af begrebstræk.

Udnævnelse

• Bufferhukommelse ( eng.  buffer storage ) - hukommelse designet til midlertidig lagring af data, når de udveksles mellem forskellige enheder eller programmer.
• Midlertidig (mellemliggende) hukommelse ( eng.  midlertidig (mellem)lagring ) - hukommelse til lagring af mellembehandlingsresultater.
• Cachehukommelse ( engelsk  cachehukommelse ) er en del af arkitekturen for en enhed eller software, der gemmer ofte brugte data for at give dem hurtigere adgang end cachehukommelse.
• Korrigerende hukommelse ( engelsk  patch memory ) - en del af computerens hukommelse, designet til at gemme adresserne på defekte celler i hovedhukommelsen. Begreberne flyttetabel og omlægningstabel bruges også.
• Kontrolhukommelse ( engelsk  kontrollager ) - hukommelse indeholdende kontrolprogrammer eller mikroprogrammer. Normalt implementeret som en ROM.
• Delt hukommelse eller kollektiv adgangshukommelse ( eng.  shared memory, shared access memory ) - hukommelse tilgængelig samtidigt for flere brugere, processer eller processorer.

Organisation af adresserummet

• Real eller fysisk hukommelse ( engelsk  real (physical) memory ) - hukommelse, hvis adresseringsmetode svarer til den fysiske placering af dens data;
• Virtuel hukommelse ( eng.  virtuel hukommelse ) - hukommelse, hvis adresseringsmetode ikke afspejler den fysiske placering af dens data;
• Overlay memory ( eng.  overlayable storage ) - hukommelse, hvori der er flere områder med samme adresser, hvoraf kun én er tilgængelig ad gangen.

Fjernhed og tilgængelighed for processoren

• Primær hukommelse (superhurtig, SRAM) - tilgængelig for processoren uden brug af eksterne enheder.
  • processorregistre ( processor eller registerhukommelse ) - registre placeret direkte i ALU'en ;
  • processor cache  - en cache, der bruges af processoren til at reducere den gennemsnitlige adgangstid til computerens hukommelse. Den er opdelt i flere niveauer, der adskiller sig i hastighed og lydstyrke (for eksempel L1, L2, L3).
• Sekundær hukommelse  - tilgængelig for processoren ved direkte adressering gennem adressebussen ( adresserbar hukommelse ). Således er RAM (hukommelse designet til at lagre aktuelle data og eksekverbare programmer) og input-output-porte (specielle adresser, hvorigennem interaktion med andet udstyr implementeres) tilgængelige.
• Tertiær hukommelse  - kun tilgængelig gennem en ikke-triviel sekvens af handlinger. Dette inkluderer alle former for ekstern hukommelse  - tilgængelig via I/O-enheder. Interaktion med tertiær hukommelse udføres i henhold til visse regler (protokoller) og kræver tilstedeværelsen af ​​passende programmer i hukommelsen. Programmer, der giver den mindst nødvendige interaktion, placeres i ROM'en, der er inkluderet i den sekundære hukommelse (for pc-kompatible pc'er er dette BIOS ROM'en ).

Placeringen af ​​datastrukturer placeret i hovedhukommelsen i denne klassifikation er tvetydig. Som regel er de slet ikke inkluderet i den, idet de udfører en klassifikation med henvisning til traditionelt anvendte hukommelsestyper [2] .

Tilgængelighed med tekniske midler

• Direkte styret ( on -line lagring ) hukommelse er hukommelse, der er direkte tilgængelig i øjeblikket . 
• Autonom hukommelse, Arkiv ( eng.  off-line lagring ) - hukommelse, hvortil adgang kræver eksterne handlinger - for eksempel indsættelse af operatøren af ​​et arkivmedie med en identifikator specificeret af programmet
• Semi- autonom  hukommelse nearline lagring  - det samme som autonom, men den fysiske bevægelse af medier udføres af en robot på kommando af systemet, det vil sige, det kræver ikke tilstedeværelse af en operatør

Andre termer

• Multiblock memory ( eng.  multibank memory ) - en type RAM, organiseret fra flere uafhængige blokke, der tillader samtidig adgang til dem, hvilket øger dens båndbredde. Begrebet "interleave" bruges ofte (tracing paper fra det engelske  interleave  - interleave) og kan findes i nogle virksomheders dokumentation "multichannel memory" ( engelsk  multichanel ).
• Hukommelse med indbygget logik ( engelsk  logic-in-memory ) er en type hukommelse, der indeholder indbyggede midler til logisk behandling (transformation) af data, såsom skalering, kodekonvertering, feltoverlejring osv.
• Multiport -lagerhukommelse er en  hukommelsesenhed, der tillader uafhængig adgang fra flere retninger (input), og anmodninger behandles i prioriteret rækkefølge.
• Multilevel memory ( eng.  multilevel memory ) - en hukommelsesorganisation bestående af flere niveauer af lagerenheder med forskellige karakteristika og betragtet af brugerne som helhed. Multilevel-hukommelse er karakteriseret ved en personsøgningsorganisation, som giver "gennemsigtighed" af dataudveksling mellem hukommelse på forskellige niveauer.
• Parallel lagring er en  type hukommelse, hvor alle søgeområder kan tilgås samtidigt.
• Sidehukommelse ( eng.  sidehukommelse ) - hukommelse, opdelt i identiske områder - sider. Skrive-læse-operationer på dem udføres ved at skifte side af hukommelsescontrolleren .

Se også

• Memtest86+

Noter

1. ↑ 1 2 V. Fioktistov. Oversigt over informationslagringsteknologier. Del 1. Principper for drift og klassificering af hukommelse (21. juli 2006). Hentet 19. august 2009. Arkiveret fra originalen 21. august 2011. (ubestemt)
2. ↑ E. Tanenbaum. Computerarkitektur . - 4. udg. - Sankt Petersborg. : Peter , 2003. - S. 68. - 698 s. - ISBN 5-318-00298-6 . Arkiveret kopi (ikke tilgængeligt link) . Hentet 19. august 2009. Arkiveret fra originalen 11. januar 2012. (ubestemt) 

Litteratur

• Ian Sinclair. Hukommelse // Ordbog over computerbegreber = Ordbog for Personal Computing / Pr. fra engelsk. A. Hjælp. — M .: Veche, AST , 1996. — 177 s. — ISBN 5-7141-0309-2 .

Links

• Kapitel 1. Generelle principper for computerhukommelsesorganisation