خلايا الذاكرة وعناوينها. الهيكل المنطقي للذاكرة الرئيسية

07.05.2019

رسم تخطيطي عام للمعالج

مبدأ فون نيومان

محاضرة 3

مبدأ فون نيومان. ألو. برنامج كسلسلة من رموز الأوامر. عنوان خلية الذاكرة سجلات المعالج كيف يضيف المعالج رقمين.

تم بناء معظم أجهزة الكمبيوتر الحديثة على أساس المبادئ التي صاغها العالم الأمريكي، أحد آباء علم التحكم الآلي، جون فون نيومان. تم نشر هذه المبادئ لأول مرة بواسطة فون نيومان في عام 1945 في مقترحاته لجهاز EDVAC. كان هذا الكمبيوتر من أوائل أجهزة البرامج المخزنة، أي. باستخدام برنامج مخزن في ذاكرة الجهاز، بدلاً من القراءة من بطاقة مثقوبة أو أي جهاز آخر مشابه. وبشكل عام تتلخص هذه المبادئ في ما يلي:

1) الوحدات الرئيسية لآلة فون نيومان هي وحدة التحكم، والوحدة الحسابية المنطقية، والذاكرة، وجهاز الإدخال والإخراج.

2) يتم ترميز المعلومات في شكل ثنائي وتقسيمها إلى وحدات تسمى الكلمات.

3) يتم تقديم الخوارزمية في شكل سلسلة من كلمات التحكم التي تحدد معنى العملية. تسمى كلمات التحكم هذه بالأوامر. تسمى مجموعة الأوامر التي تمثل خوارزمية بالبرنامج.

4) يتم تخزين البرامج والبيانات في نفس الذاكرة. تختلف الكلمات غير المتجانسة في طريقة استخدامها، ولكن ليس في طريقة ترميزها.

5) عادة ما يتم دمج وحدة التحكم والوحدة الحسابية في وحدة واحدة تسمى المعالج المركزي. يحددون الإجراءات التي سيتم تنفيذها من خلال قراءة الأوامر من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). تتلخص معالجة المعلومات التي تحددها الخوارزمية في التنفيذ المتسلسل للأوامر بترتيب يحدده البرنامج بشكل فريد.

تسمى أجهزة الكمبيوتر المبنية على هذه المبادئ بأجهزة فون نيومان.

المعالج هو الشريحة المركزية للكمبيوتر التي تنفذ عمليات معالجة المعلومات وتتحكم في تشغيل أجهزة الكمبيوتر الأخرى.

المعالج عبارة عن شريحة تحتوي على عدد كبير من جهات الاتصال، ولها شكل مستطيل أو مربع ويمكن وضعها بسهولة في راحة يدك.

مخترع المعالج الدقيق كدائرة يتم فيها تجميع جميع الإلكترونيات الرئيسية لجهاز الكمبيوتر تقريبًا هي الشركة الأمريكية INTEL، التي أصدرت المعالج 8008 في عام 1970. بدأ تاريخ أجهزة الكمبيوتر من الجيل الرابع بظهورها.

يستخدم المعالج في عمله السجلات - خلايا الذاكرة الموجودة داخل المعالج. يوضح الشكل المخطط العام للمعالج.

رسم تخطيطي عام للمعالج

ينقسم المعالج إلى قسمين:

جهاز التشغيل (op-amp)و واجهة الناقل (BHI) .

الغرض من op-amp هو تنفيذ الأوامر، ويقوم shi بإعداد الأوامر والبيانات للتنفيذ. يحتوي المضخم التشغيلي على:

وحدة المنطق الحسابي (ALU)- "مسؤول" عن تنفيذ الأوامر،

جهاز التحكم (CU)- يسترد الأوامر من الذاكرة ويرسلها إلى وحدة ALU وينقل النتائج التي تم الحصول عليها إلى خلية الذاكرة المطلوبة؛

10 سجلات- تستخدم في العمليات الحسابية.

توفر هذه الأجهزة تنفيذ الأوامر والحسابات الحسابية والعمليات المنطقية.

ثلاثة عناصر من SHI - وحدة التحكم بالحافلة وقائمة انتظار الأوامر وسجلات القطاعات - أداء الوظائف التالية:

نقل البيانات إلى أجهزة المرجع والذاكرة وأجهزة الإدخال / الإخراج الخارجية;

معالجة الذاكرة باستخدام أربعة سجلات مقطعية;

جلب الأوامر المطلوبة للتنفيذ من الذاكرة إلى قائمة انتظار الأوامر.

يحتوي الكمبيوتر على نوعين من الذاكرة الداخلية. ذاكرة القراءة فقط (ROM أو ROM - ذاكرة القراءة فقط). إنها شريحة خاصة لا يمكن من خلالها سوى القراءة، حيث يتم "حرق" البيانات الموجودة فيها بطريقة خاصة ولا يمكن تعديلها. الغرض الرئيسي منه: دعم إجراءات التمهيد، وإجراء عمليات التحقق المختلفة، وما إلى ذلك. لأغراض البرمجة، فإن العنصر الأكثر أهمية في ROM هو BIOS (نظام الإدخال / الإخراج الأساسي).

الذاكرة التي يتعامل معها المبرمج تسمى ذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الوصول العشوائي) - ذاكرة الوصول العشوائي. محتوياته قابلة للقراءة والكتابة. هذا هو المكان الذي يتم فيه تخزين البرامج والبيانات أثناء تشغيل الكمبيوتر.

جهاز معالجة المعلومات الرئيسي في الكمبيوتر هو الوحدة الحسابية المنطقية (ALU). أساسها هو دائرة إلكترونية مكونة من عدد كبير من الترانزستورات، تسمى الأفعى. يقوم الأفعى بإجراء أبسط العمليات المنطقية والحسابية على البيانات المقدمة في شكل رموز ثنائية (أصفار وآحاد). تتضمن العمليات المنطقية الضرب المنطقي (العملية AND)، والإضافة المنطقية (العملية OR)، والنفي المنطقي (العملية NOT). نتيجة عملية الضرب المنطقية هي 1 إذا كانت جميع متغيرات الإدخال هي 1، و0 إذا كان واحد منها على الأقل هو 0. وتذكر أن 1 يتم تمثيله بواسطة إشارة كهربائية، و0 بواسطة غياب الإشارة، يمكننا أن نقول ذلك عند إخراج الجهاز، ستكون هناك إشارة كهربائية إذا وفقط إذا كانت هناك إشارة عند كل إدخال:

نتيجة عملية الجمع المنطقية هي 0 إذا كانت جميع المتغيرات الأصلية تساوي صفر، و1 إذا كان واحد منها على الأقل يساوي 1. ونتيجة عملية النفي المنطقية هي 1 إذا كان الإدخال 0، و0 إذا كان الإدخال هو -1.

وبناءً على هذه العمليات الثلاث، يمكن إجراء العمليات الحسابية على الأعداد الممثلة بالأصفار والواحدات. الأساس النظري لذلك هو القوانين التي طورها عالم الرياضيات الأيرلندي جورج بول في عام 1847، والمعروفة باسم الجبر البوليني، والتي تستخدم رقمين فقط - 0 و1. في السابق، كان يُعتقد أنه لا أحد يحتاج إلى أعمال بول هذه، وأعمالها الخاصة تعرض الكاتب للسخرية. ومع ذلك، في عام 1938، وضع المهندس الأمريكي كلود شانون الجبر البولي كأساس لنظرية دوائر التبديل الكهربائية والإلكترونية، والتي أدى إنشائها إلى ظهور أجهزة كمبيوتر قادرة على إجراء العمليات الحسابية تلقائيًا.

يتم اختزال جميع العمليات الأخرى التي يقوم بها الكمبيوتر إلى عدد كبير من العمليات الحسابية والمنطقية البسيطة، على غرار الطريقة التي يمكن بها اختزال عملية الضرب إلى عدد كبير من عمليات الجمع.

في أجهزة الكمبيوتر الحديثة، يتم دمج الوحدة الحسابية المنطقية مع أجهزة التحكم في دائرة واحدة - وحدة المعالجة المركزية .

في أنظمة الكمبيوتر، تعتمد إدارة الذاكرة على مفاهيم بسيطة جدًا. في الأساس، كل ما يتعين على ذاكرة الكمبيوتر القيام به هو تخزين جزء واحد من المعلومات بحيث يمكن استرجاعه لاحقًا.

الذاكرة هي أحد العناصر الرئيسية للكمبيوتر التي تسمح له بالعمل بشكل طبيعي. الذاكرة الداخلية للكمبيوتر هي المكان الذي يتم فيه تخزين المعلومات التي يعمل بها. الذاكرة الداخلية للكمبيوتر هي مساحة عمل مؤقتة؛ وفي المقابل، فإن الذاكرة الخارجية، مثل الملف الموجود على قرص مرن، مصممة لتخزين المعلومات على المدى الطويل. لا يتم الاحتفاظ بالمعلومات الموجودة في الذاكرة الداخلية عند إيقاف تشغيل الطاقة.

تحتوي كل خلية ذاكرة على عنوان يتم استخدامه لتحديد موقعها. عناوين - هذه أرقام تبدأ من الصفر للخلية الأولى، وتتزايد حتى آخر خلية ذاكرة. وبما أن العناوين هي نفس الأرقام، فيمكن للكمبيوتر استخدام العمليات الحسابية لحساب عناوين الذاكرة.

تفرض بنية كل كمبيوتر قيودًا خاصة به على حجم العناوين. يحدد أكبر عنوان ممكن مقدار مساحة العنوان الموجودة بالكمبيوتر، أو مقدار الذاكرة التي يمكنه استخدامها. عادةً ما يستخدم الكمبيوتر ذاكرة أقل مما تسمح به إمكانيات العنونة الخاصة به. إذا كانت بنية الكمبيوتر تسمح بأكبر مساحة عنوان، فإن هذا يضع قيودًا صارمة على قدرات هذا الكمبيوتر. يبلغ طول العناوين الموجودة في 8088 20 بت، لذلك يمكن للمعالج معالجة اثنين أس عشرين من البايتات، أو 1024 كيلو بايت.

البيانات الموجودة في الكمبيوتر عبارة عن مجموعة من البتات والبايتات والسجلات التي يجب تسجيلها في ذاكرة الجهاز.

في أجهزة الكمبيوتر الحديثة، يتم تخزين البيانات ليس فقط في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، ولكن أيضًا في الذاكرة طويلة المدى.

يمكن للذاكرة طويلة المدى تخزين كميات كبيرة من البيانات، بالإضافة إلى مجموعات كاملة من البرامج المستخدمة للتحكم في تشغيل أجهزة الكمبيوتر والأنظمة الآلية.

كيف تعمل ذاكرة الكمبيوتر؟

من الأفضل التفكير في ذاكرة الكمبيوتر على أنها سلسلة من الخلايا. كمية المعلومات في كل خلية هي بايت واحد.

يتم تخزين أي معلومات في ذاكرة الكمبيوتر كسلسلة من البايتات. يتم ترقيم البايتات (خلايا) الذاكرة واحدة تلو الأخرى، ويكون عدد البايت الأول من بداية الذاكرة مساوياً للصفر. يمكن لكل معلومة محددة مخزنة في الذاكرة أن تشغل بايتًا واحدًا أو أكثر. عدد البايتات التي تشغلها معلومة معينة في الذاكرة هو حجم تلك المعلومات بالبايت.

على سبيل المثال، عدد صحيح موجب من 0 إلى 2 8 -1=255 يستهلك 1 بايت من الذاكرة. لتخزين عدد صحيح موجب من 2 8 = 256 إلى 2 16 -1 = 65536، تحتاج إلى بايتين متتاليين.

المهمة الرئيسية عند العمل مع الذاكرة هي العثور على المكان في الذاكرة الذي توجد به المعلومات الضرورية.

من أجل العثور على شخص في مدينة كبيرة، عليك أن تعرف عنوانه الدقيق. أيضًا، من أجل العثور على موقع هذه المعلومات أو تلك في الذاكرة، تم تقديم مفهوم عنوان الذاكرة.

على سبيل المثال، إذا كانت كلمة "علوم الكمبيوتر" المكونة من 11 حرفًا، تشغل بايتات مرقمة من 1234 إلى 1244 (إجمالي 11 بايت)، فإن عنوان هذه الكلمة هو 1234.

كلما كبرت الذاكرة، زاد عدد الملفات والبرامج التي يمكنها استيعابها، وزادت المهام التي يمكنك إنجازها باستخدام جهاز الكمبيوتر الخاص بك.

ما الذي يحدد مقدار ذاكرة الكمبيوتر المتوفرة أو ما هو أكبر رقم يمكن استخدامه للإشارة إلى العنوان؟

يتم توفير العنوان، مثل أي معلومات موجودة على جهاز الكمبيوتر، في شكل ثنائي. وهذا يعني أن القيمة الأكبر للعنوان يتم تحديدها من خلال عدد البتات المستخدمة لتمثيله في النظام الثنائي. في بايت واحد (8 بتات) يمكنك تخزين 2 8 (= 256) أرقام من 0 إلى 255، في بايتين (16 بت) - 2 16 رقمًا من 0 إلى 65536، في أربع بايت (32 بت) - 2 32 رقمًا من 0 إلى 4294967295.

أنواع الذاكرة

كبش

ذاكرة الوصول العشوائي (RAM أو ذاكرة الوصول العشوائي الإنجليزية من ذاكرة الوصول العشوائي - ذاكرة الوصول العشوائي) هي جهاز تخزين سريع بسعة ليست كبيرة جدًا، وهي متصلة مباشرة بالمعالج ومصممة لكتابة وقراءة وتخزين البرامج والبيانات القابلة للتنفيذ والتي تتم معالجتها من خلال هذه البرامج .

يتم استخدام ذاكرة الوصول العشوائي فقط للتخزين المؤقت للبيانات والبرامج، لأنه عند إيقاف تشغيل الجهاز، يختفي كل ما كان موجودًا في ذاكرة الوصول العشوائي. الوصول إلى عناصر ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) يكون مباشرًا - وهذا يعني أن كل بايت من الذاكرة له عنوانه الفردي الخاص.

يتراوح حجم ذاكرة الوصول العشوائي عادةً من 32 إلى 512 ميجابايت. بالنسبة للمهام الإدارية البسيطة، فإن 32 ميجا بايت من ذاكرة الوصول العشوائي كافية، لكن مهام تصميم الكمبيوتر المعقدة قد تتطلب من 512 ميجا بايت إلى 2 جيجا بايت من ذاكرة الوصول العشوائي.

عادة، يتم تصنيع ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) من دوائر SDRAM (ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المتزامنة) المتكاملة. يتم تخزين كل بتة معلومات في SDRAM كشحنة كهربائية لمكثف صغير يتكون في بنية بلورة أشباه الموصلات. بسبب تسرب التيار، يتم تفريغ هذه المكثفات بسرعة ويتم إعادة شحنها بشكل دوري (كل 2 مللي ثانية تقريبًا) بواسطة أجهزة خاصة. تسمى هذه العملية تجديد الذاكرة (تحديث الذاكرة). تتمتع شرائح SDRAM بسعات تتراوح من 16 إلى 256 ميجابت أو أكثر. يتم تثبيتها في العلبة وتجميعها في وحدات الذاكرة. تم تجهيز معظم أجهزة الكمبيوتر الحديثة بوحدات من نوع DIMM (وحدة ذاكرة مزدوجة الخط - وحدة ذاكرة مع ترتيب مزدوج الصف من الرقائق). تستخدم أنظمة الكمبيوتر على أحدث المعالجات

وحدات Rambus DRAM (RIMM) وDDR DRAM عالية السرعة.

مباشرة بعد تشغيل الكمبيوتر، تبدأ "الساعة" الإلكترونية للحافلة الرئيسية في "وضع علامة". تدفع نبضاتهم المعالج النائم بعيدًا، ويمكنه البدء في العمل. لكن المعالج يحتاج إلى أوامر ليعمل.

بتعبير أدق، هناك حاجة إلى البرامج، لأن البرامج عبارة عن مجموعات مرتبة من الأوامر. وبالتالي، في مكان ما في الكمبيوتر، يجب أن يكون هناك برنامج تشغيل تم إعداده مسبقًا، ويجب أن يعرف المعالج مكانه بالضبط في لحظة الاستيقاظ.

لا يمكن تخزين هذا البرنامج على أي وسائط تخزين، لأنه في لحظة تشغيله، لا يعرف المعالج شيئًا عن أي جهاز. ولكي يتعرف عليها، فهو يحتاج أيضًا إلى نوع من البرامج، ونعود إلى حيث بدأنا. من المستحيل أيضًا تخزينه في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، لأنه لا يتم تخزين أي شيء فيه في حالة إلغاء تنشيطه.

هناك طريقة واحدة فقط للخروج هنا. يجب إنشاء مثل هذا البرنامج باستخدام الأجهزة. لهذا الغرض، هناك شريحة خاصة على اللوحة الأم، والتي تسمى جهاز ذاكرة القراءة فقط - ROM. حتى أثناء الإنتاج، تم "دمج" مجموعة قياسية من البرامج فيها، والتي يجب أن يبدأ المعالج في العمل بها. تسمى هذه المجموعة من البرامج بنظام الإدخال / الإخراج الأساسي.

يختلف تصميم شريحة ROM عن شرائح ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، لكن من المنطقي أن تكون هذه هي نفس الخلايا التي تُكتب فيها بعض الأرقام، إلا أنها لا تُمحى عند إيقاف تشغيل الطاقة. كل خلية لها عنوانها الخاص.

بعد بدء التشغيل، يوجه المعالج عنوانًا ثابتًا (نفسه دائمًا)، والذي يشير تحديدًا إلى ذاكرة القراءة فقط (ROM). هذا هو المكان الذي تأتي منه البيانات والأوامر الأولى. هكذا يبدأ عمل المعالج ومعه الكمبيوتر. على الشاشة في هذه اللحظة نرى أحرفًا بيضاء على خلفية سوداء.

أحد الإجراءات الأولى التي يتم تنفيذها هو روتين فرعي يقوم بإجراء اختبار ذاتي للكمبيوتر. يطلق عليه: اختبار التشغيل (باللغة الإنجليزية - POST - الاختبار الذاتي للتشغيل). أثناء تشغيله، يتم فحص العديد من الأشياء، ولكن على الشاشة نرى فقط أرقامًا تومض تتوافق مع خلايا ذاكرة الوصول العشوائي التي تم فحصها.

تعد أدوات برنامج BIOS كافية لإجراء فحوصات أولية وتوصيل الأجهزة القياسية مثل لوحة المفاتيح والشاشة. لقد أبرزنا على وجه التحديد كلمة المعيار. الحقيقة هي أن الشاشة ولوحة المفاتيح لديك قد تكون غير قياسية على الإطلاق. ولكن في هذه المرحلة لا يهم - فالكمبيوتر يعاملها كمعيار قياسي في الوقت الحالي. وهو لا يعرف بعد جميع خصائصها، ويعتقد أن لوحة المفاتيح والشاشة لدينا هي نفسها التي كانت مستخدمة قبل عشرين عامًا، خلال زمن أجهزة الكمبيوتر الأولى. وهذا يضمن أنك سترى على الأقل شيئًا ما على الشاشة، بغض النظر عن طراز الشاشة الموجود تحت تصرفك. يفترض BIOS أن شاشتنا باللونين الأبيض والأسود - ولهذا السبب يتم إرسال الرسائل الأولى التي تظهر على الشاشة باللونين الأبيض والأسود.

ومع ذلك، لا يمكن للكمبيوتر العمل مع الأجهزة القياسية فقط لفترة طويلة. لقد حان الوقت بالنسبة له لمعرفة ما لديه حقا. يتم تسجيل المعلومات الحقيقية حول أجهزة الكمبيوتر على القرص الصلب، ولكن لا تزال بحاجة إلى تعلم كيفية قراءتها. قد يكون لكل شخص قرص صلب خاص به، لا يشبه الآخرين. السؤال هو، كيف تعرف برامج BIOS كيفية العمل بشكل خاص مع محرك الأقراص الثابتة لديك؟

للقيام بذلك، هناك شريحة أخرى على اللوحة الأم - ذاكرة CMOS. يقوم بتخزين الإعدادات اللازمة لتشغيل برامج BIOS. على وجه الخصوص، يتم تخزين التاريخ والوقت الحاليين ومعلمات محركات الأقراص الثابتة وبعض الأجهزة الأخرى هنا. لا يمكن أن تكون هذه الذاكرة جاهزة للعمل (وإلا سيتم مسحها) ولا دائمة (وإلا سيكون من المستحيل إدخال البيانات فيها من لوحة المفاتيح). وهي مصنوعة بشكل غير متطاير ويتم تشغيلها باستمرار بواسطة بطارية صغيرة قابلة لإعادة الشحن، موجودة أيضًا على اللوحة الأم. إن شحن هذه البطارية كافٍ لضمان عدم فقدان الكمبيوتر للإعدادات، حتى لو لم يتم تشغيله لعدة سنوات.

تعد إعدادات CMOS، على وجه الخصوص، ضرورية لتعيين تاريخ النظام ووقته عند تثبيت محركات الأقراص الثابتة أو استبدالها، وكذلك عند التعافي من معظم حالات الطوارئ. من خلال ضبط BIOS، يمكنك، على سبيل المثال، تعيين كلمة مرور، والتي بفضلها لن يتمكن شخص غير مصرح له من بدء تشغيل الكمبيوتر. ومع ذلك، فإن هذه الحماية فعالة فقط ضد الأطفال الصغار جدًا.

لتغيير الإعدادات المخزنة في ذاكرة CMOS، يحتوي ROM على برنامج خاص - SETUP. لبدء تشغيله، تحتاج إلى الضغط مع الاستمرار على مفتاح DELETE في اللحظة الأولى بعد بدء تشغيل الكمبيوتر. يتم التنقل في نظام القائمة لبرنامج SETUP باستخدام مفاتيح المؤشر. يتم تحديد عناصر القائمة المطلوبة باستخدام مفتاح ENTER، ويتم الرجوع إلى قائمة المستوى الأعلى باستخدام مفتاح ESC. لتغيير القيم المحددة، استخدم مفتاحي Page Up وPage Down.

الذاكرة المؤقتة

الذاكرة المؤقتة هي ذاكرة وصول عشوائي عالية السرعة يستخدمها معالج الكمبيوتر لتخزين المعلومات مؤقتًا. فهو يعمل على تحسين الأداء من خلال إبقاء البيانات والأوامر الأكثر استخدامًا "أقرب" إلى المعالج، حيث يمكن استرجاعها بشكل أسرع.

تؤثر ذاكرة التخزين المؤقت بشكل مباشر على سرعة العمليات الحسابية وتساعد المعالج على العمل بحمل أكثر توازناً. تخيل مجموعة المعلومات المستخدمة في مكتبك. هناك حاجة لكميات صغيرة من المعلومات في المقام الأول، مثل قائمة بأرقام هواتف القسم، معلقة على الحائط فوق مكتبك. وبالمثل، يمكنك الاحتفاظ بالمعلومات حول المشاريع الحالية في متناول يدك. توجد الأدلة الأقل استخدامًا، على سبيل المثال، دليل هاتف المدينة، على الرف بجوار سطح المكتب. الأدب الذي نادرًا ما تلجأ إليه يحتل رفوف خزانة الكتب. تقوم أجهزة الكمبيوتر بتخزين البيانات في تسلسل هرمي مماثل. عندما يبدأ تشغيل أحد التطبيقات، يتم نقل البيانات والأوامر من القرص الصلب البطيء إلى ذاكرة الوصول العشوائي، حيث يمكن للمعالج استردادها بسرعة. تعمل ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) كذاكرة تخزين مؤقت للقرص الصلب. بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر السريعة بما فيه الكفاية، من الضروري توفير الوصول السريع إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وإلا فإن المعالج الدقيق سيكون خاملاً وسينخفض أداء الكمبيوتر. ولهذا الغرض، يمكن تجهيز أجهزة الكمبيوتر هذه بذاكرة تخزين مؤقت، أي. ذاكرة "Ultra-RAM" ذات حجم صغير نسبيًا (عادةً من 64 إلى 256 كيلو بايت)، والتي تخزن المناطق الأكثر استخدامًا من ذاكرة الوصول العشوائي. تقع الذاكرة المؤقتة “بين” المعالج الدقيق وذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وعندما يصل المعالج الدقيق إلى الذاكرة، يقوم أولاً بالبحث عن البيانات المطلوبة في الذاكرة المؤقتة. نظرًا لأن وقت الوصول إلى الذاكرة المؤقتة أقل بعدة مرات من الذاكرة التقليدية، وفي معظم الحالات، تكون البيانات التي يحتاجها المعالج الدقيق موجودة في ذاكرة التخزين المؤقت، ويتم تقليل متوسط وقت الوصول إلى الذاكرة. بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر المستندة إلى Intel-80386dx أو 80486sx، يكون حجم ذاكرة التخزين المؤقت 64 كيلو بايت مرضيًا، و128 كيلو بايت كافية تمامًا. عادةً ما تكون أجهزة الكمبيوتر المعتمدة على Intel-80486dx وdx2 مزودة بذاكرة تخزين مؤقت تبلغ سعتها 256 كيلو بايت.

رقائق OP

الذاكرة هي جزء وظيفي من جهاز الكمبيوتر مصمم لتسجيل المعلومات وتخزينها وإصدارها.

تنزيل العرض التقديمي "خصائص ذاكرة الكمبيوتر"

يمكن تقسيم ذاكرة الكمبيوتر بالكامل إلى:

ذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الوصول العشوائي)
ROM (ذاكرة القراءة فقط)
RON (سجلات الأغراض العامة) الذاكرة الداخلية للمعالج - سجلاته.
CMOS (أشباه الموصلات لأكسيد المعدن المكمل - تشير أزواج أشباه الموصلات لأكسيد المعدن التكميلي إلى تقنية تصنيع هذه الذاكرة) - ذاكرة إعدادات النظام (التكوين).
ESD (جهاز تخزين خارجي)
ذاكرة الفيديو - الذاكرة الإلكترونية الموجودة على بطاقة الفيديو، وتستخدم كمخزن مؤقت لتخزين إطارات الصور الديناميكية.

1،2،3،6 – الذاكرة الإلكترونية. 5 – الذاكرة الكهروميكانيكية.

خصائص ذاكرة الوصول العشوائي

تحتوي الذاكرة الداخلية للكمبيوتر على خاصيتين رئيسيتين: السرية وقابلية المعالجة.

السرية - تتكون الذاكرة من البتات (البت هو عنصر ذاكرة، جزء من المعلومات، يخزن رمزًا ثنائيًا 0 أو 1. تأتي كلمة بت من الكلمة الإنجليزية "binary digit" - رقم ثنائي).

البت هو أصغر وحدة في ذاكرة الكمبيوتر.

ولذلك فإن كلمة "البت" لها معنيان: فهي وحدة قياس كمية المعلومات وجسيم من ذاكرة الكمبيوتر. ويرتبط كلا المفهومين ببعضهما البعض على النحو التالي:
بت واحد من الذاكرة يخزن بت واحدمعلومة.

الذاكرة عبارة عن تسلسل مرتب من الأرقام الثنائية (البتات). وينقسم هذا التسلسل إلى مجموعات من 8 بتات. تشكل كل مجموعة من هذه المجموعات بايت من الذاكرة.

وبالتالي، فإن "البت" و"البايت" لا يشيران فقط إلى أسماء وحدات قياس كمية المعلومات، بل يشيران أيضًا إلى الوحدات الهيكلية لذاكرة الكمبيوتر.
1 كيلو بايت = 210 بايت = 1024 بايت
1 ميجابايت = 210 كيلو بايت = 1024 كيلو بايت
1 جيجابايت = 1024 ميجابايت

خلية الذاكرة - مجموعة بايتات متتالية من الذاكرة الداخلية تحتوي على معلومات متاحة للمعالجة بواسطة أمر معالج منفصل.
تسمى محتويات خلية الذاكرة بالكلمة الآلية. يتم ترقيم بايتات الذاكرة الداخلية. يبدأ الترقيم من 0.
يسمى الرقم التسلسلي للبايت عنوان البايت. مبدأ قابلية معالجة الذاكرةيكمن في حقيقة أن أي معلومات يتم إدخالها إلى الذاكرة واسترجاعها منها على العناوين، أي. لأخذ معلومات من خلية ذاكرة أو وضعها هناك، يجب عليك تحديد عنوان هذه الخلية. عنوان خلية الذاكرة يساوي عنوان البايت المنخفض الموجود في الخلية.
تبدأ عنونة الذاكرة من 0. عناوين الخلايا هي مضاعفات عدد البايتات في الكلمة الآلية.

هيكل ذاكرة الوصول العشوائي

ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)

من OP، تأخذ وحدة المعالجة المركزية البيانات الأولية للمعالجة، ويتم كتابة النتائج التي تم الحصول عليها فيها. تم تسمية اسم "RAM" لأنه يعمل بسرعة.
إنه متقلب، ويتم تخزين البيانات والبرامج فيه فقط أثناء تشغيل الكمبيوتر؛ عند إيقاف تشغيل الكمبيوتر، يتم مسح محتويات OP.
تم تصميم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لتخزين المعلومات الحالية والمتغيرة بسرعة وتسمح لمحتوياتها بالتغيير أثناء قيام المعالج بإجراء العمليات الحسابية.
هناك نوعان رئيسيان من ذاكرة الوصول العشوائي المستخدمة: الذاكرة الثابتة (SRAM-Static RAM - ذاكرة التخزين المؤقت) والذاكرة الديناميكية (DRAM-Dynamic RAM - RAM).
هذان النوعان من الذاكرة مختلفان السرعة والكثافة المحددة (السعة) للمعلومات المخزنة.

أداء الذاكرة تتميز بمعلمتين: وقت الوصول وزمن دورة الذاكرة (زمن الدورة).
عادة ما يتم قياس هذه الكميات بالنانو ثانية. كلما زادت هذه القيم، كان أداء الذاكرة أسرع.
وقت الوصول يمثل الفاصل الزمني بين تكوين طلب قراءة المعلومات من الذاكرة ولحظة وصول الكلمة الآلية المطلوبة (المعامل) من الذاكرة.
مدة الدورة يتم تحديده بواسطة الحد الأدنى من الوقت المسموح به بين وصولين متتاليين للذاكرة.

في ذاكرة ثابتة العناصر مبنية على مشغلات - دوائر ذات حالتين مستقرتين. لبناء مشغل واحد، هناك حاجة إلى 4-6 ترانزستورات. بعد
تسجيل المعلومات في عنصر ذاكرة ثابت، ويمكنه تخزين المعلومات إلى أجل غير مسمى (طالما يتم توفير الطاقة الكهربائية).
تتميز الذاكرة الثابتة بأداء عالٍ وكثافة منخفضة للبيانات المخزنة. هذا النوع من الذاكرة باهظ الثمن ويستهلك الكثير من الطاقة، وبالتالي قد يحدث ارتفاع في درجة الحرارة،
مما يقلل من موثوقية النظام، لذلك لا يمكن بناء OP بأكمله على مبدأ ثابت.

في الذاكرة الديناميكية يتم بناء عناصر الذاكرة على مكثفات شبه موصلة، والتي تشغل مساحة أصغر بكثير من مساحة المتأرجح في الذاكرة الثابتة.
لبناء عنصر ذاكرة ديناميكي، يلزم وجود 1-2 ترانزستورات. يتم تمثيل كل بتة OP على أنها وجود أو عدم وجود شحنة على مكثف متكون في البنية
كريستال أشباه الموصلات. خلايا الذاكرة الديناميكية مدمجة للغاية، ولكن مع مرور الوقت، يتعرض المكثف لتسرب الشحنة، لذلك بشكل دوري (حوالي 1000 مرة في الثانية)
يتم إجراء الاستعادة التلقائية للمعلومات في كل خلية. وهذا يقلل من سرعة الذاكرة الديناميكية وهو عيبها الرئيسي.

غالبًا ما يُشار إلى OP ذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الوصول العشوائي) - ذاكرة الوصول العشوائي (نوع من الوصول إلى الذاكرة يتم فيه ترقيم خلايا الذاكرة، أي قابلة للعنونة، وبالتالي يمكن الوصول إليها بأي ترتيب).

يعني مصطلح "الوصول العشوائي" أنه يمكن قراءة (كتابة) المعلومات في أي وقت من أي خلية.

لاحظ أن هناك تنظيمًا آخر للذاكرة، حيث من الضروري، قبل قراءة المعلومات الضرورية، "طرد" المعاملات التي تم تلقيها مسبقًا.

تحدد كمية البرامج المثبتة على جهاز الكمبيوتر بشكل مباشر البرامج التي يمكنك العمل عليها. إذا لم يكن هناك ما يكفي من OP، فلن يتم تشغيل البرامج، أو يتم عرض الرسالة "Out of Memory"، أو أنها تعمل ببطء شديد.

كلما زاد عدد OP في جهاز الكمبيوتر، كان ذلك أفضل. إذا لزم الأمر، يمكن زيادة حجم OP (محدود بمعلمات OP التي تدعمها لوحة أم محددة، راجع بعناية مواصفات اللوحة الأم).

توزيع الذاكرة في جهاز الكمبيوتر (أقسام ذاكرة الوصول العشوائي)

ذاكرة الوصول العشوائي معقدة للغاية؛ فهي هرمية (متعددة الطوابق). تنقسم OPs إلى عدة أنواع. ويرجع هذا التقسيم إلى أسباب تاريخية.
تم تصميم أجهزة الكمبيوتر الأولى بحيث يمكنها العمل بذاكرة تصل سعتها إلى 640 كيلو بايت كحد أقصى. هناك 4 أنواع من الذاكرة:

قياسي (منطقة الذاكرة التقليدية)
العلوي (كتل الذاكرة العليا (المنطقة))
إضافية (مواصفات الذاكرة الموسعة)
مواصفات الذاكرة الموسعة

قياسي (منطقة الذاكرة التقليدية) - أساسي، أول 640 كيلو بايت، ويُطلق عليه غالبًا اسم أقل.
في مل. يتم تحميل عناوين هذه الذاكرة بواسطة نظام التشغيل وبرامج تشغيل الأجهزة. الذاكرة الحرة المتبقية تشغلها برامج المستخدم.
تبقى البرامج المقيمة أيضًا في هذه الذاكرة.

منطقة الذاكرة العليا – 640 كيلو بايت – 1 ميجا بايت يتم استخدامها لتخزين معلومات الخدمة: ذاكرة محول الفيديو، BIOS.
متخصص. يتيح لك برنامج التشغيل Himem.sys تحميل البرامج المقيمة وبرامج تشغيل الأجهزة في المناطق الحرة بهذه المنطقة.

ذاكرة عالية - أول 64 كيلو بايت بعد 1 ميجا بايت. يسمح لك MS DOS بتحميل جزء من DOS المقيم في هذه المنطقة، مما يؤدي إلى تحرير جزء كبير
الذاكرة الأساسية لتشغيل البرامج التطبيقية. وهذا مفيد بشكل خاص للبرامج التي تستخدم البروتوكول الاختياري بأكمله. باستخدام خاص الأدوات المساعدة (لـ DOS emm386.exe)
يمكنك أيضًا تحميل البرامج المقيمة في أقسام الذاكرة العليا (أوامر LH لـ autoexec.bat وDEVICEHIGT لـ config.sys).

يمكن اعتبار كل الذاكرة التي يزيد حجمها عن 1 ميجابايت إضافي (موسع)أو كيف ممتد). في نظام التشغيل، يتيح لك مدير الذاكرة استخدام الذاكرة كذاكرة موسعة وإضافية، مما يوفر تلقائيًا نوع تفاعل البيانات الذي تحتاجه برامج التطبيقات. أولئك. لا يحتاج مستخدم أجهزة الكمبيوتر الحديثة الجديدة (من Pentium) إلى تخصيص الذاكرة "يدويًا"؛ حيث يقوم المدير بتخصيص الذاكرة بالطريقة التي يتطلبها برنامج التطبيق.

موسع الذاكرة هي صفحة بصفحة، أي. يتم تقسيم OP إلى صفحات، ويتم تخصيص عنوان محدد لكل صفحة في الذاكرة الرئيسية. عند الوصول إلى عنوان EMM (مدير الذاكرة الموسعة)، يسمح برنامج تشغيل الذاكرة الموسعة (مدير الذاكرة) للكمبيوتر بقراءة المعلومات من صفحة الذاكرة المقابلة.

ممتد تُستخدم الذاكرة الخطية (Smartdrv - برنامج تشغيل الذاكرة الموسعة) لإنشاء قرص منطقي مؤقت (قرص افتراضي)، مثل الحافظة التي تحتوي على قرص ثابت.

توزيع OP في جهاز كمبيوتر يعمل بنظام MS-DOS

1 ميجابايت + 64 كيلو بايت	عالي	ذاكرة موسعة أو إضافية عالية
		البرامج المقيمة وبرامج تشغيل الأجهزة
		جزء نظام التشغيل
1 ميجابايت	العلوي	ذاكرة BIOS ROM العلوية
		ذاكرة الفيديو (المخزن المؤقت للنص)
		ذاكرة الفيديو (المخزن المؤقت للرسومات)
640 كيلو بايت	منطقة الذاكرة التحويلية (القاعدة)	الجزء المجاني (command.com) جزء العبور
		جزء مجاني لبرامج المستخدم
		Command.com (الجزء المقيم)
		برامج DOS والسائقين
		ملفات io.sys msdos.sys
		بيانات DOS وBIOS ومعلومات الخدمة الأخرى

رقائق OP (وحدات OP)

يعتمد أداء الكمبيوتر على نوع وحجم OP، وهذا بدوره يعتمد على مجموعة الدوائر المتكاملة الموجودة على اللوحة الأم.

مظهر الدوائر الدقيقة OP: شريط بلاستيكي توجد عليه "سلاحف" الصوان - رقائق الدوائر الدقيقة (أي يتم استخدام تكنولوجيا أشباه الموصلات) وهناك موصلات تلامس "سكين".

وتتميز أجهزة الذاكرة بالمؤشرات الرئيسية التالية:

وقت الوصول (السرعة). وقت الوصول هو الفترة الزمنية التي يمكن خلالها كتابة (قراءة) محتويات خلية الذاكرة.
السعة (تحدد عدد الخلايا (البتات) في جهاز الذاكرة).
يكلف.
استهلاك الطاقة (استهلاك الكهرباء).

هناك وحدتان للذاكرة تختلفان في الشكل والبنية الداخلية وسرعة التشغيل: SIMM وDIMM.
I. SIMM (وحدات الذاكرة المضمنة المفردة) (SRAM)
هناك نوعان (يختلفان في عدد جهات الاتصال).

1.شرائح SIMM ذات 30 سنًا.هناك 1 و 4 ميغابايت. اليوم تقريبًا اختفت المعالجات 386 و 286 من البيع لأجهزة الكمبيوتر. لقد وجدوا اليوم استخدامًا مثيرًا للاهتمام - كبرنامج OP مثبت في بعض بطاقات الصوت، على سبيل المثال، Greafive Sound Blaster 32 (AWE-32) Gravis UltraSound PnP. ومع ذلك، تحتوي بطاقة AWE-64 الجديدة بالفعل على وحدات OP الخاصة بها، وليست هناك حاجة إلى هذه الذاكرة.

2.شرائح SIMM ذات 72 سنًا(1، 4، 8، 16، 32، 64 ميجابايت، ونادرا 128 ميجابايت). لم يتغير المظهر، لكن نوع الذاكرة المثبتة عليها يتغير (يشار إلى نوع الذاكرة على الشريحة).

أ) الأقدم (نادرًا ما يتم العثور عليه الآن) - FPM DRAM (أو ببساطة DRAM - ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية - OP الديناميكي). عملت على 486 وبنتيوم الأول.

ب) النوع المعدل EDO DRAM (أو EDO - إخراج البيانات الموسعة).

تتوفر شرائح SIMM بكثافة مفردة ومزدوجة، مع وبدون تكافؤ (يسمح لك استخدام التكافؤ بمواجهة خطأ واحد في الذاكرة). تختلف الوحدات أيضًا في سرعة الوصول: 60 و70 نانو ثانية؛ كلما انخفضت السرعة، كان الوصول أسرع. 60 نانو ثانية أسرع من 70 نانو ثانية. يتم تثبيت وحدات SIMM في اللوحات الأم Pentium وPentium MMX في أزواج فقط، مما يشكل ما يسمى بالبنك.

مثال: مطلوب 32 ميجابايت => وحدتي SIMM سعة كل منهما 16 ميجابايت.
مطلوب 64 ميجابايت => 4 وحدات SIMM بسعة 16 ميجابايت أو وحدتي SIMM بسعة 32 ميجابايت.

داخل بنك واحد، يمكنك فقط استخدام وحدات SIMM التي لها نفس السعة وسرعة الوصول. إذا كانت اللوحة الأم لديك تحتوي على 4 فتحات لوحدات ذاكرة SIMM، فيمكنك إنشاء بنكين بسعات مختلفة.

ثانيا. DIMM (وحدات ذاكرة SDRAM المزدوجة المضمنة).

ظهرت لأول مرة على أجهزة كمبيوتر MMX وأصبحت أساسًا لمعلومات تحديد الهوية الشخصية (PII)، لذلك نادرًا ما تحتوي معلومات تحديد الهوية الشخصية (PII) على موصلات SIMM. ليس من الضروري أن تكون وحدات DIMM عددًا زوجيًا. وحدات DIMM تأتي بسعات 16، 32، 64، 128، 256، 512 ميجابايت

EDO SD RAM (DRAM متزامن)- OP الديناميكي المتزامن)
ذاكرة الوصول العشوائي SD (ذاكرة الوصول العشوائي لمعدل البيانات المفردة) ذاكرة ذات معدل نقل بيانات واحد، تسمى ذاكرة PC100 وPC133، حسب تردد الساعة. تعد الشريحة ذات 168 سنًا اليوم هي الأبطأ في عائلة وحدات ذاكرة DIMM، ووقت الوصول = 10-20 نانو ثانية. الحد الأعلى لتردد الساعة هو 133 ميجا هرتز. ومع ذلك، فإن هذا النوع من OP مناسب تمامًا لمعظم المكاتب و
أجهزة الكمبيوتر المنزلية. عرض النطاق الترددي 1 جيجابايت/ثانية.
SPD عبارة عن شريحة صغيرة مثبتة في وحدة ذاكرة SD RAM DIMM وتحتوي على معلومات تفصيلية حول نوع الذاكرة المثبتة وبعض الأجهزة الأخرى. PC133 SDRAM (ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكي المتزامن) هي الأسرع في فئة OP الكلاسيكية. (كان هناك أيضا RS66، RS100). هذا هو الآن أبطأ نوع من ذاكرة الوصول العشوائي. ومن الناحية المادية، فهي عبارة عن مجموعة من المكثفات المجهرية "المعبأة" في شرائح الذاكرة. منطقيا، كل مكثف ليس أكثر من خلية معلومات أولية ذات بت واحد مع حالتين: 0 - إذا كان المكثف غير مشحون، 1 - إذا كان مشحونا. يتم دمج هذه الخلايا في مصفوفة ثنائية الأبعاد، حيث تتم معالجة كل خلية من خلال أرقام الصفوف والأعمدة عند التقاطع الذي تقع فيه. يتم تزويد الدائرة الدقيقة بنواقل الأوامر (تنقل الأوامر التي تتحكم في تشغيل شرائح OP)، ونواقل العناوين (عناوين الصفوف والأعمدة)، ونواقل البيانات. تتم مزامنة الثلاثة بواسطة نبضات من نفس التردد. (133). SDRAM هي ذاكرة متزامنة ويتم مزامنة منطق تشغيل شرائح الذاكرة من هذا النوع بشكل صارم مع إشارة الساعة. على سبيل المثال، تعرف وحدة التحكم في الذاكرة بالضبط عدد دورات الساعة التي ستقوم شرائح الذاكرة بإعداد البيانات المطلوبة للإرسال وفي أي دورة على مدار الساعة سيبدأ الإرسال الفعلي. اليوم هذه الشريحة نادرة.
رامبوس (RD RAM)ثنائي القناة OP (رقاقة من إنتل). Direct Rambus عبارة عن ناقل ذاكرة جديد يفصل بين التحكم في العنونة ومعالجة البيانات. يتكون النظام من وحدة تحكم Direct Rambus متصلة بواحدة أو أكثر من وحدات Direct Rambus DRAM تسمى RIMMs، على عكس شرائح الذاكرة التقليدية التي يتم توصيلها بالتوازي، يتم توصيل RIMMs على التوالي. تشتمل قناة Direct Rambus على ناقل بيانات ثنائي الاتجاه وناقل عنوان، أي. يتم نقل عناوين الذاكرة في وقت واحد مع البيانات. يمكن أن تحتوي كل شريحة RDRAM على ما يصل إلى 32 بنكًا مستقلاً، وذاكرة الوصول العشوائي SD - من 2 إلى 8. وهي تعمل بحرية بترددات ساعة عالية.
دوائر دقيقة OP ذات 184 سنًا بتردد ساعة من 600 إلى 800 ميجا هرتز. عند استخدام شريحة PC800 (تردد الساعة 400 ميجاهرتز)، يصل عرض النطاق الترددي لناقل الذاكرة إلى المعالج إلى 3.2 جيجابت/ثانية. عند استخدام PC600 (300 ميجاهرتز)، تكون هذه المعلمة = 2.6 جيجابت/ثانية.
من الضروري تثبيت مقابس Continuity Rimm (CRIMM) في فتحات ذاكرة Rambus المجانية. بدونها، لن يعمل النظام، لأن الوحدات النمطية في كل من قنوات Rambus متصلة في سلسلة، أي أن إشارات الساعة والتحكم تمر عبر موصلات Rimm في السلسلة. يمكن أن تصل سعة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) إلى 3 جيجابايت.
توفير أداء كبير عند تشغيل التطبيقات المعقدة على أجهزة الكمبيوتر ومحطات العمل. مسألة سرعة التشغيل مثيرة للجدل للغاية اليوم.
DDR SDRAM (معدل بيانات مزدوج)- معدل نقل البيانات المزدوج هو في الأساس تعديل لذاكرة SDRAM التقليدية ويختلف عنه من حيث أنه يكتب ويقرأ البيانات على الحواف الصاعدة والهابطة لنبض الساعة. ولذلك، يتم نقل ضعف كمية البيانات عبر الناقل في دورة ساعة واحدة، ويكون ترددها الفعال ضعف التردد الفعلي.
الذاكرة والأنظمة المزودة بها DDR266 DDR333 وDDR400 ثنائية القناة ليست أدنى من ذاكرة RDRAM. OP مع معدل نقل بيانات مزدوج، يُسمى أيضًا PC200 وPC266 اعتمادًا على تردد الساعة لناقل النظام. ليس مكلفًا مثل (3) ويحسن أداء الكمبيوتر بشكل واضح، على عكس (2). بفضل استخدام هذه الذاكرة بشكل أساسي، تفوق الكمبيوتر الشخصي المستند إلى Athlon بتردد 1.2 جيجا هرتز على جهاز P-IV بتردد 1.5 جيجا هرتز مع ذاكرة الوصول العشوائي RD في العديد من الاختبارات.
اليوم، في الوقت الحالي، لا يستطيع المشتري ببساطة اختيار نوع OP الذي يرغب فيه، لأنه متصل بدائرة متكاملة على لوحة النظام، وهو متصل بوحدة المعالجة المركزية. لذا، في الوقت الحالي، يعمل P-IV مع مجموعة Intel IC-850 وذاكرة الوصول العشوائي باهظة الثمن. (من المقرر أن تظهر الدوائر الدقيقة المتوافقة مع ذاكرة الوصول العشوائي SD وأجهزة DDR في منتصف عام 2001). إذا كنت ترغب في شراء P-IV، فسوف تضطر تلقائيًا إلى شراء OP باهظ الثمن. تستخدم عائلة Athlon من أجهزة IC ذاكرة الوصول العشوائي SD وDDR، لكن لا يمكنها استخدام ذاكرة الوصول العشوائي RD.

وحدة ذاكرة Kingston DDR PC3200

في ROM، تبقى المعلومات دون تغيير.
عادةً ما تتم الكتابة إلى ROM كهربائيًا أو ميكانيكيًا أثناء عملية تصنيع اللوحة الأم. لا يمكن تغيير هذه البيانات بشكل عام بواسطة جهاز غير جهاز كمبيوتر
يمكن للبرامج قراءتها فقط. يقوم ROM بتخزين المعلومات التي يكون وجودها مطلوبًا باستمرار على الكمبيوتر.

غالبًا ما يطلق عليه ROM (ذاكرة القراءة فقط). تقوم الذاكرة الدائمة بتخزين البرامج لفحص أجهزة الكمبيوتر، وبدء تحميل نظام التشغيل، وتنفيذ المهام الأساسية
وظائف لخدمة أجهزة الكمبيوتر. غالبًا ما تسمى محتويات الذاكرة الدائمة BIOS (نظام إخراج الإدخال الأساسي).
BIOS هو نظام لمراقبة وإدارة الأجهزة المتصلة بجهاز الكمبيوتر (القرص الصلب، ذاكرة الوصول العشوائي، الساعة، التقويم). هذا جزء من برامج الكمبيوتر التي تدعم إدارة المحول
الأجهزة الخارجية وعمليات الشاشة والاختبار والتمهيد وتثبيت نظام التشغيل. يوجد BIOS على اللوحة الأم (شريحة منفصلة ذات طاقة بطارية مستقلة في الكمبيوتر).

في أجهزة الكمبيوتر اليوم، يمكن إعادة كتابة BIOS. يمكن لنظام BIOS اليوم اكتشاف الأجهزة الجديدة المتصلة بالكمبيوتر (معيار PnP - التوصيل والتشغيل).
يتم التحكم في الأجهزة من خلال آلية المقاطعة.

يمكن أن تكون المقاطعات:

الأجهزة (التي بدأت بواسطة الأجهزة) ،
منطقي (يبدأه المعالج الدقيق - المواقف غير القياسية في تشغيل المعالج الدقيق)،
البرمجيات (التي بدأتها بعض البرامج).

عند تشغيل جهاز الكمبيوتر، يتم تحميل وتشغيل برنامج POST (اختبار التشغيل الذاتي) الخاص من BIOS تلقائيًا.

يقوم هذا البرنامج بإجراء الاختبار الذاتي والاختبار عند التحميل:

فحص المفاتيح وذاكرة CMOS على لوحة النظام (اللوحة الأم) (تحديد الجهاز المتصل بالكمبيوتر)،
اختبار ذاكرة الوصول العشوائي,
تنفيذ إجراءات لتحميل نظام التشغيل (التحميل في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وتشغيل OS Boot Block)،
ينفذ إجراءات محددة أخرى لإعداد جهاز الكمبيوتر والمعدات الإضافية للتشغيل.

BIOS

إنه نوع من غلاف البرنامج حول أجهزة الكمبيوتر (المستوى الأدنى)، مما يوفر الوصول إلى أجهزة الكمبيوتر من خلال آلية المقاطعة.
ذاكرة CMOS هي عبارة عن ذاكرة ROM (مع إمكانية التعديل)، والتي تحتوي على بعض المعلومات المخصصة حول تكوين هذا الكمبيوتر وبعض المعدات الإضافية. لديها استهلاك منخفض للطاقة. مدعوم من بطارية قابلة للشحن.
"أدخل" في تحرير ذاكرة CMOS، كقاعدة عامة، عن طريق الضغط على مفتاح DELETE (DEL) (على لوحة المفاتيح) مباشرة بعد تشغيل الكمبيوتر أثناء برنامج POST (تحميل برنامج الإعداد).

ساعة النظام،
معلومات عن النتائج التشخيصية لبرنامج POST،
معلومات عن مدى توفر ونوع قوات الدفاع عن الديمقراطية،
معلومات حول مدى توفر ونوع محرك الأقراص الثابتة،
حجم ذاكرة الوصول العشوائي،
توافر معدات إضافية.

وزارة التعليم والعلوم في منطقة نيجني نوفغورود

مؤسسة تعليمية لميزانية الدولة

التعليم المهني الثانوي

"كلية مقاطعة بور"

تخصص 230701 معلوماتية تطبيقية (حسب الصناعة)

مقال

حول الموضوع: هيكل ذاكرة الوصول العشوائي.

الانضباط: أنظمة التشغيل والبيئات.

مكتمل:

طالب غرام. IT-41

رودوف أ.

التحقق:

ماركوف أ.ف.

منطقة بور الحضرية

مقدمة

ذاكرة الوصول العشوائي(من الانجليزية عشوائي وصول ذاكرة) ذاكرة الوصول العشوائي. كبش (ذاكرة الوصول العشوائي) هي جزء متطاير من نظام ذاكرة الكمبيوتر حيث يتم تخزين كود الجهاز القابل للتنفيذ (البرامج) أثناء تشغيل الكمبيوتر، وكذلك إدخال وإخراج البيانات الوسيطة التي يعالجها المعالج.

1. هيكل ذاكرة الوصول العشوائي

تتكون ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) من خلايا، يمكن أن تحتوي كل منها على وحدة معلومات - كلمة آلية. تتميز كل خلية بخاصيتين: العنوان والمحتوى. من خلال سجل العناوين الخاص بالمعالج الدقيق، يمكنك الوصول إلى أي خلية ذاكرة.

2. نموذج الذاكرة القطاعية

ذات مرة، في فجر تكنولوجيا الكمبيوتر، كانت ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) صغيرة جدًا وتم استخدام 2 بايت (ما يسمى بـ "الكلمة") لمعالجتها. أتاح هذا الأسلوب معالجة 64 كيلو بايت من الذاكرة، وكانت العنونة خطية - حيث تم استخدام رقم واحد للإشارة إلى العنوان. لاحقًا، مع تحسن التكنولوجيا، أدركت الشركات المصنعة أنه من الممكن دعم كميات أكبر من الذاكرة، ولكن للقيام بذلك كانوا بحاجة إلى زيادة حجم العنوان. من أجل التوافق مع البرامج المكتوبة بالفعل، تقرر القيام بذلك: أصبحت المعالجة الآن مكونة من مكونين (القطعة والإزاحة)، كل منها 16 بت، والبرامج القديمة كلاهما تستخدم مكونًا واحدًا 16 بت ولا تعرف شيئًا عن المقاطع، وتستمر في العمل

4. DRAM – ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية

درهم- هذا نوع قديم جدًا من شرائح ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ولم يتم استخدامه لفترة طويلة. بشكل مختلف درهمهي ذاكرة ديناميكية ذات ترتيب وصول عشوائي. الحد الأدنى لوحدة المعلومات عند تخزين البيانات أو نقلها في الكمبيوتر هو القليل. يمكن أن يكون لكل بت حالتين: تشغيل (نعم، 1) أو إيقاف (لا، 0). تتكون أي كمية من المعلومات في النهاية من وحدات بت يتم تشغيلها وإيقاف تشغيلها. وبالتالي، من أجل حفظ أو نقل أي كمية من البيانات، من الضروري تخزين أو نقل كل بت من هذه البيانات، بغض النظر عن حالتها.

لتخزين أجزاء من المعلومات في ذاكرة الوصول العشوائي هناك خلايا. تتكون الخلايا من المكثفات والترانزستورات. فيما يلي رسم تخطيطي تقريبي ومبسط لخلية DRAM:

يمكن لكل خلية تخزين بت واحد فقط. إذا كان مكثف الخلية مشحونًا، فهذا يعني أن البتة قيد التشغيل؛ وإذا تم تفريغها، فهي متوقفة عن العمل. إذا كنت بحاجة إلى تخزين بايت واحد من البيانات، فستحتاج إلى 8 خلايا (1 بايت = 8 بت). وتقع الخلايا في مصفوفات ولكل منها عنوان خاص بها، يتكون من رقم الصف ورقم العمود.

الآن دعونا نلقي نظرة على كيفية حدوث القراءة. أولاً، يتم تطبيق إشارة RAS (ومضة عنوان الصف) على جميع المدخلات - وهذا هو عنوان الصف. بعد ذلك، تتم كتابة كافة البيانات من هذا السطر إلى المخزن المؤقت. ثم يتم تطبيق إشارة CAS (ومضة عنوان العمود) على السجل - وهذه إشارة عمود ويتم تحديد البت الذي يحتوي على العنوان المقابل. يتم توفير هذا الشيء للإخراج. ولكن أثناء القراءة، يتم تدمير البيانات الموجودة في خلايا سطر القراءة ويجب إعادة كتابتها عن طريق أخذها من المخزن المؤقت.

الآن التسجيل. يتم تطبيق إشارة WR (الكتابة) ويتم توفير المعلومات إلى ناقل العمود ليس من السجل، ولكن من إدخال معلومات الذاكرة من خلال مفتاح يحدده عنوان العمود. وبالتالي، يتم تحديد مرور البيانات عند كتابتها من خلال مجموعة من إشارات عنوان العمود والصف والإذن بكتابة البيانات إلى الذاكرة. عند الكتابة، لا يتم إخراج البيانات من سجل الصف.

ويجب الأخذ في الاعتبار أن المصفوفات التي تحتوي على خلايا مرتبة على النحو التالي:

هذا يعني أنه لن يتم قراءة جزء واحد في كل مرة، بل عدة أجزاء. إذا كان هناك 8 مصفوفات متوازية، فسيتم قراءة بايت واحد مرة واحدة. وهذا ما يسمى عمق البت. يتم تحديد عدد الخطوط التي سيتم من خلالها نقل البيانات من (أو إلى) المصفوفات المتوازية من خلال عرض ناقل الإدخال / الإخراج للدائرة الدقيقة.
عند الحديث عن تشغيل DRAM، يجب أن تؤخذ نقطة واحدة بعين الاعتبار. بيت القصيد هو أن المكثفات لا يمكنها تخزين الشحنة إلى أجل غير مسمى وفي النهاية "تستنزف". لذلك، تحتاج المكثفات إلى إعادة الشحن. تسمى عملية إعادة الشحن بالتحديث أو التجديد. تحدث هذه العملية كل 2 مللي ثانية تقريبًا وتستغرق أحيانًا ما يصل إلى 10% (أو حتى أكثر) من وقت عمل المعالج.

أهم ما يميز DRAM هو الأداء، أو ببساطة، مدة الدورة + وقت التأخير + وقت الوصول، حيث مدة الدورة هي الوقت المستغرق في نقل البيانات، ووقت التأخير هو الإعداد الأولي لعنوان الصف والعمود، ووقت الوصول هو وقت البحث عن الخلية نفسها. يتم قياس هذا الهراء بالنانو ثانية (واحد من المليار من الثانية). تتمتع شرائح الذاكرة الحديثة بسرعات أقل من 10 مللي ثانية.

يتم التحكم في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بواسطة وحدة تحكم موجودة في مجموعة شرائح اللوحة الأم، أو بشكل أكثر دقة في ذلك الجزء منها الذي يسمى North Bridge.

والآن، بعد أن فهمنا كيفية عمل ذاكرة الوصول العشوائي، دعونا نتعرف على سبب الحاجة إليها على الإطلاق. بعد المعالج، يمكن اعتبار ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) أسرع جهاز. ولذلك، يحدث تبادل البيانات الرئيسي بين هذين الجهازين. يتم تخزين جميع المعلومات الموجودة على جهاز الكمبيوتر الشخصي على القرص الصلب. عند تشغيل الكمبيوتر، تتم كتابة برامج التشغيل والبرامج الخاصة وعناصر نظام التشغيل إلى ذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الوصول العشوائي) من المسمار. ثم سيتم تسجيل تلك البرامج - التطبيقات التي ستطلقها هناك. سيؤدي إغلاق هذه البرامج إلى مسحها من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). يتم نقل البيانات المسجلة في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) إلى وحدة المعالجة المركزية (وحدة المعالجة المركزية)، حيث تتم معالجتها وكتابتها مرة أخرى. وهكذا طوال الوقت: لقد أعطوا الأمر للمعالج لأخذ البتات من عناوين كذا وكذا، ومعالجتها بطريقة ما هناك وإعادتها إلى مكانها أو كتابتها إلى عنوان جديد - لقد فعل ذلك تمامًا.

كل هذا جيد طالما أن هناك ما يكفي من خلايا ذاكرة الوصول العشوائي. وإذا لم يكن كذلك؟ ثم يأتي دور ملف المبادلة. يوجد هذا الملف على القرص الصلب ويتم كتابة كل ما لا يتناسب مع خلايا ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) هناك. نظرًا لأن سرعة المسمار أقل بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، فإن تشغيل ملف ترحيل الصفحات يؤدي إلى إبطاء النظام بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، فهو يقلل من عمر القرص الصلب نفسه.

زيادة حجم الذاكرة لا يؤدي إلى زيادة في أدائها. لن يؤثر تغيير حجم الذاكرة على تشغيلها بأي شكل من الأشكال. لكن إذا نظرنا إلى عمل النظام، فالأمر مختلف. إذا كان لديك ذاكرة وصول عشوائي كافية، فإن زيادة الحجم لن تؤدي إلى زيادة سرعة النظام. إذا لم يكن هناك ما يكفي من خلايا ذاكرة الوصول العشوائي، فإن زيادة عددها (بمعنى آخر، إضافة واحدة جديدة أو استبدال القديمة بأخرى جديدة ذات سعة ذاكرة أكبر) سيؤدي إلى تسريع النظام.

إدخال وإخراج البيانات الوسيطة التي يعالجها المعالج.

هيكل ذاكرة الوصول العشوائي

نموذج الذاكرة القطاعية

يتغير

ملزمة

الوثيقة رقم.

إمضاء

تاريخ

ملزمة

تعادل القوة الشرائية PI 23.00.00 TO

الهيكل المنطقي لذاكرة الوصول العشوائي

مساحة العنوان عبارة عن مجموعة من العناوين التي يمكن للمعالج إنشاؤها. لماذا؟ سؤال جيد. الحقيقة هي أن كل خلية ذاكرة لها عنوان. ومن أجل قراءة (أو كتابة) المعلومات المخزنة فيه، عليك الوصول إليها على عنوانها. تنقسم العناوين إلى افتراضية (منطقية) ومادية. العناوين الفعلية هي عناوين حقيقية لخلايا الذاكرة الحقيقية. وتتوازي البرامج بشكل عميق مع هذه العناوين، لأنها تعمل بأسماء رمزية، والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى عناوين افتراضية بواسطة المترجم. ثم يتم تحويل العناوين الافتراضية إلى عناوين فعلية.

يتم تمثيل العناوين المنطقية في شكل سداسي عشري وتتكون من جزأين. منطقيا، يتم تقسيم ذاكرة الوصول العشوائي إلى أجزاء. لذا فإن الجزء الأول من العنوان المنطقي هو بداية المقطع، والثاني هو الإزاحة من هذه البداية (مقطع، إزاحة)

ينقسم الهيكل المنطقي إلى 5 مناطق:

1. الذاكرة التقليدية - الذاكرة الرئيسية؛

يبدأ عند العنوان 00000 (0000:0000) ويصل إلى 90000 (9000:0000). يستغرق هذا 640 كيلو بايت. بادئ ذي بدء، يتم تحميل جدول متجهات المقاطعة في هذه المنطقة، بدءًا من 00000 ويحتل 1 كيلو بايت، متبوعًا بالبيانات من BIOS (عداد المؤقت، المخزن المؤقت للوحة المفاتيح، وما إلى ذلك)، ثم جميع أنواع برامج DOS ذات 16 بت (بالنسبة لهم، 640 كيلو بايت هو حاجز لا يمكن القفز بعده إلا لبرامج 32 بت). يتم تخصيص 768 بايت لبيانات BIOS.
2. UMA (منطقة الذاكرة العليا) - الذاكرة العليا؛

يبدأ من العنوان A0000 إلى FFFFF. يستغرق 384 كيلو بايت. يتم تحميل المعلومات المتعلقة بأجهزة الكمبيوتر هنا. يمكن تقسيم UMA إلى 3 أجزاء بحجم 128 كيلو بايت. الجزء الأول (A0000 إلى BFFFF) مخصص لذاكرة الفيديو. يقوم الجزء التالي (من C0000 إلى DFFFF) بتحميل برامج BIOS الخاصة بالمحول. الجزء الأخير (E0000 إلى FFFFF) محجوز لنظام BIOS. النقطة المهمة هي أن آخر 128 كيلو بايت لم يتم استخدامها بالكامل. في معظم الحالات، يتم استخدام آخر 64 كيلو بايت فقط ضمن BIOS. يتم التحكم في الجزء الحر من UMB بواسطة برنامج التشغيل EMM386.EXE ويستخدم لتلبية احتياجات نظام التشغيل.
3. HMA (منطقة الذاكرة العالية) – منطقة ذاكرة عالية؛

يتغير

ملزمة

الوثيقة رقم.

إمضاء

تاريخ

ملزمة

تعادل القوة الشرائية PI 23.00.00 TO

يعود تاريخ ظهور منطقة HMA إلى المعالج 80286، أو بشكل أكثر دقة إلى خطأ في دوائره. لقد قلت بالفعل أن المعالجات 8086 و8087 تحتوي على ناقل عنوان 20 بت، وتعمل في الوضع الحقيقي ويمكنها معالجة الحد الأقصى للعنوان FFFFF (FFFF:000F). لكن المعالج 80286 كان يحتوي بالفعل على ناقل عنوان 24 بت، ويعمل في الأوضاع الحقيقية والمحمية ويمكنه معالجة ما يصل إلى 16 ميجابايت من الذاكرة.
4. XMS (مواصفات الذاكرة الموسعة) – ذاكرة إضافية؛

للعمل في XMS باستخدام DOS، تم تطوير وضع آخر للمعالجات - الظاهري. لا يمكن لـ DOS أن يتجاوز حاجز 640 كيلو بايت؛ حيث يسمح لك الوضع الظاهري بتقسيم الذاكرة الإضافية إلى أجزاء

1 ميجا بايت. يتم تحميل كل جزء ببرنامج DOS ويتم طهيه هناك في الوضع الحقيقي، ولكن دون التدخل مع بعضها البعض سيتم تنفيذها في وقت واحد. لا تهتم تطبيقات 32 بت بحاجز 640 كيلو بايت. يكون XMS مسؤولاً عن ترجمة أوضاع المعالج إلى برنامج التشغيل EMM386.EXE، ويكون HIMEM.SYS مسؤولاً عن تنظيم المنطقة نفسها. يمكنك رؤية ما يحدث في XMS الخاص بك باستخدام SysInfo من مجموعة Norton Utilities.
5. EMS (مواصفات الذاكرة الموسعة) - الذاكرة الموسعة؛

تقع هذه المنطقة في الذاكرة العليا وتشغل حوالي 64 كيلو بايت. تم استخدامه فقط في أجهزة الكمبيوتر القديمة المزودة بذاكرة الوصول العشوائي (RAM) من قبل

1 ميجا بايت. نظرًا لمواصفاتها، فهذه منطقة بطيئة إلى حد ما. والحقيقة هي أن الذاكرة الموسعة هي واحدة من العديد من القطاعات المحولة. وبعد امتلاء الشريحة، يتم استبدال الشريحة المستعملة بأخرى جديدة. لكن لا يمكنك العمل إلا مع شريحة واحدة، وهذا، كما يجب أن تفهم أنت بنفسك، ليس جيدًا جدًا ومريحًا وسريعًا. عادةً ما يقع مقطع EMS الأول على العنوان D000.

الهيكل المنطقي لذاكرة الوصول العشوائي في شكل رسومي.

يتغير

ملزمة

الوثيقة رقم.

إمضاء

تاريخ

ملزمة

تعادل القوة الشرائية PI 23.00.00 TO

4. DRAM – ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية