Tietokoneen muistiin

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 9. toukokuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 20 muokkausta .

Tietokoneen muisti ( tietojen tallennuslaite , tallennuslaite ) on tietokoneen osa, fyysinen laite tai tietojen tallennusväline, jota käytetään laskentajärjestelmissä tietyn ajan. Muisti, kuten keskusyksikkö , on ollut kiinteä osa tietokonetta 1940-luvulta lähtien. Tietojenkäsittelylaitteiden muistilla on hierarkkinen rakenne ja yleensä käytetään useita erilaisia ​​tallennuslaitteita, joilla on erilaiset ominaisuudet.

Henkilökohtaisissa tietokoneissa "muistia" kutsutaan usein yhdeksi sen tyypeistä - dynaamiseksi hajasaantimuistiksi (DRAM), jota käytetään henkilökohtaisen tietokoneen RAM -muistina.

Tietokoneen muistin tehtävänä on tallentaa soluihinsa ulkoisen vaikutuksen tila , tallentaa tietoa . Nämä solut voivat tallentaa monenlaisia ​​fyysisiä vaikutuksia . Ne ovat toiminnallisesti samanlaisia ​​kuin tavanomaiset sähkömekaaniset kytkimet ja niihin tallennetaan tiedot kahden selvästi erotettavan tilan muodossa - 0 ja 1 ("off" / "on"). Erikoismekanismit tarjoavat pääsyn ( luku , satunnainen tai peräkkäinen) näiden solujen tilaan.

Muistin käyttöprosessi on jaettu ajallisesti erotettuihin prosesseihin - kirjoitustoiminto ( slangi - firmware , jos kirjoitetaan ROM :ia ) ja lukutoiminto , monissa tapauksissa nämä toiminnot tapahtuvat erillisen erikoislaitteen - muistin - ohjauksessa. ohjain .

Lisäksi on muistin tyhjennystoiminto  - samojen arvojen syöttäminen (kirjoittaminen) muistisoluihin , yleensä 00 16 tai FF 16 .

Tunnetuimmat henkilökohtaisissa tietokoneissa käytetyt tallennuslaitteet : RAM-muistimoduulit ( RAM ), kiintolevyt (kiintolevyt), levykkeet (magneettilevykkeet), CD- tai DVD -levyt ja flash-muistilaitteet .

Muistitoiminnot

Tietokoneen muisti tukee yhtä nykyaikaisen tietokoneen toiminnoista - kykyä tallentaa tietoja pitkään . Tallennuslaitteet ovat yhdessä keskusyksikön kanssa niin sanotun von Neumann -arkkitehtuurin avainelementtejä , joka on useimpien nykyaikaisten yleiskäyttöisten tietokoneiden taustalla oleva periaate.

Ensimmäiset tietokoneet käyttivät tallennuslaitteita vain käsiteltyjen tietojen tallentamiseen. Heidän ohjelmansa toteutettiin laitteistotasolla kovakoodattujen suoritettavien sekvenssien muodossa. Kaikki uudelleenohjelmointi vaati valtavan määrän manuaalista työtä uuden dokumentaation valmistelussa, johdotuksessa, lohkojen ja laitteiden uudelleenrakentamisessa jne. Von Neumann -arkkitehtuurin käyttö, joka mahdollistaa tietokoneohjelmien ja tietojen tallentamisen jaettuun muistiin, muuttui radikaalisti tilanne.

Mikä tahansa tieto voidaan mitata bitteinä , ja siksi riippumatta siitä, mitä fysikaalisia periaatteita ja missä numerojärjestelmässä digitaalinen tietokone toimii (binääri-, kolmi-, desimaali- jne.), numeroita , tekstitietoja , kuvia , ääntä , videota ja muita data voidaan esittää bittijonojonoina tai binäärilukuina . Näin tietokone voi käsitellä tietoja, mikäli tallennuskapasiteettia on riittävästi (esimerkiksi keskikokoisen romaanin tekstin tallentamiseen tarvitaan noin yksi megatavu ).

Tähän mennessä on luotu monia laitteita tietojen tallentamiseen, jotka perustuvat useiden fyysisten tehosteiden käyttöön . Universaalia ratkaisua ei ole, jokaisella on omat etunsa ja haittansa, joten tietokonejärjestelmät on yleensä varustettu useilla tallennusjärjestelmillä, joiden pääominaisuudet määräävät niiden käytön ja tarkoituksen.

Toiminnan fyysinen perusta

Tallennuslaitteen toiminta voi perustua mihin tahansa fyysiseen vaikutukseen , joka saattaa järjestelmän kahteen tai useampaan vakaaseen tilaan. Nykyaikaisessa tietotekniikassa käytetään usein puolijohteiden fysikaalisia ominaisuuksia , kun virran kulkeminen puolijohteen läpi tai sen puuttuminen tulkitaan loogisten signaalien 0 tai 1 läsnäoloksi. Magnetisoinnin suunnan määräämät vakaat tilat mahdollistavat erilaisia ​​magneettisia materiaaleja tietojen tallentamiseen. Varauksen olemassaolo tai puuttuminen kondensaattorissa voi olla myös varastointijärjestelmän perusta. Valon heijastus tai sironta CD-, DVD- tai Blu-ray-levyn pinnalta mahdollistaa myös tietojen tallentamisen.

Muistityyppien luokitus

On tarpeen tehdä ero muistin luokituksen ja tallennuslaitteiden (muistin) luokituksen välillä. Ensimmäinen luokittelee muistin toiminnallisuuden , toinen teknisen toteutuksen mukaan . Tässä tarkastellaan ensimmäistä - joten siihen kuuluvat sekä laitteistotyypit (muistiin toteutetut) että tietorakenteet , jotka on toteutettu useimmissa tapauksissa ohjelmallisesti.

Käytettävissä olevat datatoiminnot

• Vain lukumuisti (ROM )
• Luku/kirjoitusmuisti

Ohjelmoitavan ja uudelleenohjelmoitavan ROM-muistin (PROM ja PROM) muistilla ei ole yleisesti hyväksyttyä paikkaa tässä luokituksessa. Sitä kutsutaan joko "vain luku"-muistin alalajiksi [1] tai se on eristetty erilliseen tyyppiin.

Muistia ehdotetaan myös määrittäväksi jollekin tyypille sen uudelleenkirjoittamisen ominaistaajuuden mukaan käytännössä: RAM viittaa tyyppeihin, joissa tiedot usein muuttuvat toiminnan aikana, ja ROM tarkoittaa niitä, jotka on tarkoitettu suhteellisen muuttumattoman tiedon tallentamiseen [1] .

Käyttötapa

• Jaksottainen pääsy ( englanniksi  sequential access memory, SAM ) - muistisolut valitaan (luetaan) peräkkäin, yksi toisensa jälkeen, niiden sijaintijärjestyksessä. Tällaisen muistin muunnos on pinomuisti .
• Random access ( Random  Access Memory, RAM ) - tietokonelaite voi käyttää mielivaltaista muistisolua missä tahansa osoitteessa.

Tietojen tallennus- ja käyttöalgoritmien organisointi

Toistaa tietorakenteiden luokituksen :

• Osoitteellinen muisti  - osoitus tapahtuu tietojen sijainnin mukaan.
• Assosiatiivinen muisti ( englanniksi  assosiatiivinen muisti, content-addressable memory, CAM ) - osoitus tapahtuu tietojen sisällön, ei niiden sijainnin perusteella (muisti tarkistaa, onko solussa määritetty sisältö, ja jos sellainen (s. ) on läsnä (yut) palauttaa sen (heidän ) osoitteensa tai muita siihen (niihin) liittyviä tietoja.
• Store (pino) muisti ( eng.  pushdown storage ) - pino toteutus .
• Matriisimuisti ( eng.  matrix storage ) - muistisolut sijaitsevat niin, että niihin pääsee käsiksi kahdella tai useammalla koordinaatilla.
• Object storage ( eng.  object storage ) - muisti, jonka hallintajärjestelmä on keskittynyt objektien tallentamiseen. Jokaiselle objektille on ominaista tietueen tyyppi ja koko.
• Semanttinen tallennus ( eng.  semantic storage ) - tiedot sijoitetaan ja kirjataan pois tietyn käsitteellisten piirteiden rakenteen mukaisesti.

Tapaaminen

• Puskurimuisti ( eng.  buffer storage ) - muisti , joka on suunniteltu tietojen väliaikaiseen tallentamiseen, kun niitä vaihdetaan eri laitteiden tai ohjelmien välillä.
• Väliaikainen (välimuisti) ( eng.  tilapäinen (välimuisti ) - muisti väliprosessointitulosten tallentamiseen.
• Välimuisti ( englanniksi  cache memory ) on osa laitteen tai ohjelmiston arkkitehtuuria, joka tallentaa usein käytetyt tiedot tarjotakseen niitä nopeammin kuin välimuisti.
• Korjaava muisti ( englanniksi  patch memory ) - osa tietokoneen muistia, joka on suunniteltu tallentamaan viallisten solujen osoitteet päämuistiin. Myös termejä siirtotaulukko ja uudelleenkartoitustaulukko käytetään.
• Ohjausmuisti ( englanniksi  control storage ) - ohjausohjelmia tai mikroohjelmia sisältävä muisti. Yleensä toteutetaan ROM-levynä.
• Jaettu muisti tai kollektiivinen käyttömuisti ( esim.  jaettu muisti, jaettu käyttömuisti ) - muisti, joka on samanaikaisesti useiden käyttäjien, prosessien tai prosessorien käytettävissä.

Osoiteavaruuden organisaatio

• Todellinen tai fyysinen muisti ( englanniksi  real (physical) memory ) - muisti, jonka osoitusmenetelmä vastaa sen tietojen fyysistä sijaintia;
• Virtuaalimuisti ( eng.  virtual memory ) - muisti, jonka osoitusmenetelmä ei heijasta sen tietojen fyysistä sijaintia;
• Overlay-muisti ( eng.  overlayable storage ) - muisti, jossa on useita alueita, joilla on samat osoitteet, joista vain yksi on kerrallaan käytettävissä.

Etäisyys ja prosessorin saavutettavuus

• Ensisijainen muisti (super-rapid, SRAM) - prosessorin käytettävissä ilman ulkoisten laitteiden käyttöä.
  • prosessorirekisterit ( prosessori tai rekisterimuisti ) - suoraan ALU :ssa sijaitsevat rekisterit ;
  • prosessorin välimuisti  - prosessorin käyttämä välimuisti lyhentääkseen tietokoneen muistiin kuluvaa keskimääräistä käyttöaikaa. Se on jaettu useisiin tasoihin, jotka eroavat nopeuden ja äänenvoimakkuuden suhteen (esimerkiksi L1, L2, L3).
• Toissijainen muisti  - prosessorin käytettävissä suoralla osoitteella osoiteväylän kautta ( osoitteellinen muisti ). Siten käytettävissä on RAM (muisti, joka on suunniteltu tallentamaan nykyiset tiedot ja suoritettavat ohjelmat) ja tulo-lähtöportit (erityiset osoitteet, joiden kautta vuorovaikutus muiden laitteiden kanssa toteutetaan).
• Tertiäärinen muisti  - käytettävissä vain ei-triviaalin toimintosarjan kautta. Tämä sisältää kaikenlaisen ulkoisen muistin  - saatavilla I / O-laitteiden kautta. Vuorovaikutus tertiaarisen muistin kanssa suoritetaan tiettyjen sääntöjen (protokollat) mukaisesti ja vaatii asianmukaisten ohjelmien läsnäolon muistissa. Ohjelmat, jotka tarjoavat vähimmäisvuorovaikutuksen, sijoitetaan toissijaisessa muistissa olevaan ROM-muistiin ( PC-yhteensopiville tietokoneille tämä on BIOS ROM ).

Päämuistissa olevien tietorakenteiden sijainti tässä luokituksessa on epäselvä. Pääsääntöisesti niitä ei sisällytetä siihen ollenkaan, ja ne suorittavat luokituksen perinteisesti käytettyjen muistityyppien perusteella [2] .

Saavutettavuus teknisin keinoin

• Suoraan hallittu ( on- line-tallennus ) muisti on muisti, joka on tällä hetkellä suoraan käytettävissä . 
• Autonominen muisti, Arkisto ( eng.  off-line storage ) - muisti, johon pääsy vaatii ulkoisia toimia - esim. arkistovälineen lisääminen käyttäjän toimesta ohjelman määrittelemällä tunnisteella
• Puoliautonominen  muisti nearline-tallennus  - sama kuin autonominen, mutta median fyysisen liikkeen suorittaa robotti järjestelmän käskystä, eli se ei vaadi operaattorin läsnäoloa

Muut ehdot

• Multiblock-muisti ( eng.  multibank memory ) - RAM-tyyppi, joka on järjestetty useista itsenäisistä lohkoista, jotka mahdollistavat samanaikaisen pääsyn niihin, mikä lisää sen kaistanleveyttä. Termiä "interleave" käytetään usein (kutsupaperi englanninkielisestä  interleave  - interleave) ja se löytyy joidenkin yritysten dokumentaatiosta "monikanavamuisti" ( englanniksi  multichanel ).
• Sisäänrakennetulla logiikalla varustettu muisti ( englanniksi  logic-in-memory ) on muistityyppi, joka sisältää sisäänrakennettuja menetelmiä tietojen loogiseen käsittelyyn (muunnos), kuten skaalaus, koodin muuntaminen, kentän päällekkäisyys jne.
• Moniporttinen tallennusmuisti on muistilaite ,  joka mahdollistaa itsenäisen pääsyn useista suunnista (sisääntuloista), ja pyynnöt käsitellään niiden tärkeysjärjestyksessä.
• Monitasomuisti ( eng.  multilevel memory ) - muistiorganisaatio, joka koostuu useista eri tasoista tallennuslaitteista, joilla on erilaiset ominaisuudet ja joita käyttäjät pitävät kokonaisuutena. Monitasomuistille on ominaista hakuorganisaatio, joka tarjoaa "läpinäkyvyyden" eri tasoisten muistien välillä tapahtuvaan tiedonvaihtoon.
• Rinnakkaistallennus on muistityyppi , jossa  kaikkia hakualueita voidaan käyttää samanaikaisesti.
• Sivumuisti ( eng.  page memory ) - muisti, jaettu identtisiin alueisiin - sivut. Niiden kirjoitus-lukutoiminnot suoritetaan vaihtamalla sivuja muistiohjaimella .

Katso myös

• Memtest86+

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 V. Fioktistov. Tietojen tallennustekniikoiden yleiskatsaus. Osa 1. Muistin toimintaperiaatteet ja luokitus (21.7.2006). Haettu 19. elokuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 21. elokuuta 2011. (määrätön)
2. ↑ E. Tanenbaum. Tietokoneen arkkitehtuuri . - 4. painos - Pietari. : Peter , 2003. - S. 68. - 698 s. - ISBN 5-318-00298-6 . Arkistoitu kopio (linkki ei saatavilla) . Haettu 19. elokuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 11. tammikuuta 2012. (määrätön) 

Kirjallisuus

• Ian Sinclair. Muisti // Tietokonetermien sanakirja = Dictionary of Personal Computing / Per. englannista. A. Apua. — M .: Veche, AST , 1996. — 177 s. — ISBN 5-7141-0309-2 .

Linkit

• Luku 1. Tietokoneen muistin organisoinnin yleiset periaatteet