Pamięć - parametry. 1. Pojemnośd. 3. Koszt. 2. Szybkośd. 4. Pobór mocy

Transkrypt

1 PAMIĘĆ KOMPUTEROWA

2 Pamięć Do właściwej pracy podzespołów komputera i ich współpracy z procesorem potrzebna jest pamięd. Możemy dokonad podziału pamięci pod kątem różnych kryteriów: ulotnośd: możliwości zapisu i odczytu:. nośnik: łatwośd (możliwośd) przeniesienia wraz z zapisem do innego urządzenia, miejsce w konstrukcji komputera: sposób dostępu do informacji:

3 Pamięć - parametry 1. Pojemnośd 2. Szybkośd 3. Koszt 4. Pobór mocy

4 Pojemność Określa ilośd informacji jaką można przechowywad. Podzielona jest ona na tzw. komórki które odpowiadają wielkością długości słowa komputerowego od 8 do obecnie 64 bitów

5 Pamięć - ulotnośd: statyczna ROM dynamiczna RAM możliwości zapisu i odczytu: tylko do odczytu jednokrotnego zapisu, wielokrotnego zapisu

6 Pamięć - rodzaje nośnik: półprzewodnikowy (układ scalony), optyczny, magnetyczny (w tym pamięd ferrytowa), magnetooptyczny, polimerowy (np. Millipede), papierowy (np. karta dziurkowana), linia opóźniająca (np. pamięd rtęciowa). miejsce w konstrukcji komputera: rejestry procesora, pamięd operacyjna, czyli RAM, pamięd podręczna, czyli cache, pamięd zewnętrzna, czyli masowa (stacje dysków, taśm itp.), pamięd robocza podzespołów (np. rejestry stanu urządzenia, bufory w kartach sieciowych, bufor wysyłanego lub odebranego znaku w łączu szeregowym, pamięd obrazu w kartach grafiki),

7 Pamięć ROM Pamięć ROM to pamięć statyczna, używana najczęściej w komputerach osobistych. Pamięć ta zawiera jedynie niezbędne programy systemu operacyjnego, potrzebne do odczytywania danych. ROM nie może być modyfikowana. Jest to pamięć stała, w momencie odcięcia zasilania nie traci danych. Na dysku stałym zapisany jest program pozwalający na wykonanie podstawowych funkcji oraz program inicjujący. Pamięć ROM działa wolniej od RAM. Pamięć ROM jednak posiada około KB i mogą zawierać nawet cały system operacyjny. Pamięć ROM nie są ulotne, możliwe jest, więc w nich przechowywanie kluczowe informacji jak na przykład BIOS-u (programu uruchamianego automatycznie przy włączaniu komputera.

8 Pamięć ROM - rodzaje

9 Pamięć EPROM

10 Pamięć EEPROM

11 Pamięć FLASH ROM

12 Pamięć RAM Pamięć RAM jest pamięcią operacyjną o dostępie bezpośrednim. W pamięci RAM można zapisywad i odczytywad dane. Jest to jednak pamięd ulotna, gdyż w momencie odcięcia zasilania wszelkie informacje zostają utracone. Pamięd ta musi byd odświeżana by mogła przechowywad dane. RAM jest stosowana w komputerach osobistych, gdyż umożliwia szybką wymianę danych, a jej czas dostępu jest krótki. Cechy pamięci RAM: pojemnośd, która decyduje o ilości możliwych do jednoczesnego uruchomienia programów i ich podstawowych danych możliwośd otwierania wielu programów na raz, czas dostępu, który ma duże znaczenie, ponieważ im szybciej procesor może komunikowad się z układami pamięci, tym większa jest wydajnośd komputera, i praca uruchamianych na nim programów. duża stabilnośd i szybkośd działania komputera, gdyż dodatkowa pamięd powoduje, że system Windows rzadziej lub wcale nie korzysta z pamięci Wirtualnej.

13 Pamięć RAM - rodzaje RAM

14 Pamięć SRAM SRAM (Static RAM) Statyczna pamięd, zbudowana na bazie przerzutników i tranzystorów. Jedna komórka pamięci to jeden przerzutnik RS i dwa tranzystory sterujące. Nie wymaga odświeżania, dzięki temu szybszy dostęp do danych. Większa złożonośd budowy to wyższe koszty produkcji, dlatego nie buduje się ich o dużych pojemnościach, co wyklucza zastosowanie SRAM jako pamięci operacyjnej komputera.

15 Pamięć SRAM

16 Pamięć DRAM DRAM (Dynamic RAM) zbudowana na bazie tranzystorów i kondensatorów. Pojedyncza komórka pamięci składa się z kondensatora i tranzystora sterującego procesem kondensacji. Kondensator naładowany przechowuje bitowa jedynkę, rozładowany to binarne zero. Budowa matrycowa, czyli aby odwoład się do konkretnej komórki należy podad adres wiersza i komórki.

17 Pamięć DRAM

18 Pamięć SDRAM Synchroniczna pamięd DRAM. Co oznacza synchroniczna? To znaczy że zsynchronizowano pamięd z magistralą systemową, co wpłynęło na zmniejszenie strat czasowych podczas przesyłu rozkazów i danych do/z procesora. Praca w trybie Opracowano trzy wersje SDRAM: PC-66 pracuje z częstotliwością 66 MHz, PC-100 pracuje z częstotliwością 100 MHz, PC-133 pracuje z częstotliwością 133 MHz,

19 Pamięć SDRAM

20 Pamięć VRAM

21 Pamięć DDR SDRAM DDR SDRAM - ewolucja SDRAM (Double Data Rate SDRAM) podwójne tempo przesyłu danych. Technika ta polega na przesyle danych na narastającym i opadającym zboczu sygnału zegarowego, czyli podwojenie ilości przesyłanych informacji bez potrzeby zwiększania częstotliwości zegara magistrali. Dodatkowo posiadają bufor gromadzący dane przed wysłaniem, zasilane 2,5 V, nie są zgodne wstecznie z SDRAM. Odmiany DDR SDRAM: PC-1600 o częstotliwości zegara 100 MHz, przepustowośd 1,6 GB/s, PC-2100 o częstotliwości zegara 133 MHz, przepustowośd 2,1 GB/s, PC-2700 o częstotliwości zegara 166 MHz, przepustowośd 2,7 GB/s, PC-3200 o częstotliwości zegara 200 MHz, przepustowośd 3,2 GB/s,

22 Przykładowy wygląd kości pamięci

23 Pamięć CACHE Cache to dodatkowa pamięd, w którą wyposażone są komputery. Jest to pamięd podręczna, która znacznie przyśpiesza wykonywanie programów. Instaluje się ją, dlatego, że pamięd RAM jest zbyt powolna dla dzisiejszych procesorów. Casch odczytuje dane z wyprzedzeniem, co znacznie zwiększa wydajnośd komputerów. Jest to często zwykła pamięd RAM, ale znacznie szybsza niż pamięd dyskowa. Pamięd podręczna procesora pośredniczy w wymianie danych pomiędzy rejestrami procesora, a pamięcią operacyjną komputera (zarówno RAM jak i ROM). Dostęp do pamięci cache jest dla procesora przezroczysty, gdyż procesor adresuje pamięd bez zmian. Dane w pamięci cache są umieszczane przez dodatkowe układy (umieszczone na płycie głównej lub procesorze) śledzące pracę procesora i umieszczające potrzebne dane w pamięci podręcznej.

24 Pamięć CACHE Są trzy typy (poziomy) pamięci podręcznej procesora: L1 - pamięd pierwszego poziomu umieszczana na procesorze. Pamięd ta z uwagi na ograniczenia rozmiarów i mocy procesora zawsze jest najmniejsza z opisanych powodów (rozmiar i pobór mocy). Pamięd ta umieszczona jest najbliżej głównego jądra procesora. L2 - pamięd drugiego poziomu umieszczona na procesorze. Większego rozmiaru niż pamięd L1, umieszczona też na procesorze, ale o trochę wolniejszym czasie dostępu. L3 - pamięd trzeciego poziomu może byd umieszczona na płycie głównej komputera.

25 Pamięć CACHE

26 Pamięć masowa Pamięd masowa służy do wprowadzania danych, programów oraz doprzenoszenia informacji i plików, jak również programów, grafik itp. Do tego typu należą: dyskietki dyski optyczne CD-ROM i CD-WROM płyty CD-R i CD-RW płyty DVD płyty DVD Blue Ray dyski twarde

27 Dysk twardy Wewnątrz dysku znajdują się tzw. talerze, będące wirującymi krążkami pokrytymi warstwą materiału magnetycznego. Na nich właśnie zapisywane są wszelkie dane. Odczytem i zapisem danych zajmują się głowice umieszczone na ruchomym ramieniu ustawiającym je nad powierzchnią talerzy. Proces odczytu odbywa się przez indukcję sygnału elektrycznego, spowodowaną ruchem nośnika magnetycznego w pobliżu głowicy. Powstająca w wyniku szybkich obrotów talerzy poduszka powietrzna utrzymuje głowice nad powierzchnią nośnika magnetycznego. Ramię głowicy musi byd ustawione tak, by znalazło się nad odczytywanym cylindrem (cylinder to grupa ścieżek jednakowo odległych od środka dysku - czyli o tym samym numerze - na wszystkich talerzach dysku). Aby sprosta wymaganiom szybkościowym w celu umieszczenia głowicy nad właściwym cylindrem dysku, wykorzystuje się układ magnetodynamiczny (voice coil, wzorowany na stosowanym m.in. w głośnikach). Polega to na tym, że umieszczona w polu silnego magnesu stałego cewka porusza się zgodnie z przepływającym przez nią prądem, ustawiając powiązane nią mechanicznie ramię głowic. Dzięki tej technice pozycjonowanie głowic nad właściwą ścieżką to kwestia kilku milisekund. Oprócz mikroskopijnych części mechanicznych najnowsze dyski twarde wyposażane są w specjalizowane układy elektroniczne o mocach przetwarzania zbliżonych do procesorów. Wszystko po to, żeby zapewnid jak najwyższą jakośd i bezbłędnośd zapisu.

28 Wielkość pamięci - jednostki Nazwa Rozmiar Symbol 1 bit 1 bit 1 bit 1 Bajt 8 bitów 1 B 1 Kilobajt 1024 B 1 kb 1 Megabajt 1024 kb 1 MB 1 Gigabajt 1024 MB 1 GB 1 Terabajt 1024 GB 1 TB 1 Petabajt 1024 TB 1 PB

29 Budowa dysku twardego

30 Rodzaje dysków twardych

31 Parametry dysków Prędkośd obrotowa liczba obrotów wykonywanych przez talerze w ciągu minuty (od 4200 do ) Czas dostępu związany z prędkością obrotową i tym krótszy im wyższa prędkośd Prędkośd odczytu i zapisu wpływa na szybkośd dostępu przez aplikacje do danych Temperatura pracy większa prędkośd to wyższa temperatura i koniecznośd lepszego chłodzenia Pobór energii większy przy szybszych dyskach Hałas

32

33 Pamięć podręczna dysku

34

35

36 Nowe typy dysków SSD (Solid State Disc) zamiast talerzy, głowic i silnika mają pamieci flash o dużej pojemności. Zalety to: Większa odpornośd na wstrząsy i upadki Mniejszy pobór nocy Mniejsza temperatura pracy Krótszy czas dostępu Stała prędkośd transferu Wady to: Wysoka cena Mała pojemnośd

37

38 Nowe typy dysków cd. Dysk hybrydowy coś pośredniego pomiędzy klasycznym dyskiem twardym a dyskiem SSD. Jest to klasyczny dysk mechaniczny z częścią flash-ową pełniącą rolę cache.

39

40 RAID RAID (Redundant Array of Independent Disks) - Macierze RAID to technologia magazynowania danych pozwalająca łączyd wiele fizycznych dysków w jeden, bądź wiele jednostek logicznych. Każda z takich jednostek widoczna jest przez system jako pojedynczy dysk, natomiast forma w jakiej dane rozprowadzane będą na fizycznych nośnikach wchodzących w skład danej macierzy, zależy od jej tak zwanego poziomu.

41 Poziomy RAID RAID 0 (Stripping) - Łączenie dysków znacznie poprawiające wydajnośd RAID 1 (Mirroring) - Dublowanie dysków (zwykle ograniczone do dwóch) RAID 5 - Macierz RAID 0 ulepszona o dane parzystości (bezpieczeostwo) RAID 10 - Najprościej: Macierz RAID 0 z dwóch macierzy RAID 1

42 Implementacje RAID Programowa oferowana przez system operacyjny. Umożliwia poziom 0, 1, 5(serwerowy system). Niezależny od sprzętu czyli można mieszad nosniki.

43

44 Implementacje RAID Sprzętowa - wszystkie obliczenia wykonuje na dedykowanym wyspecjalizowanym procesorze co poprawia jego wydajnośd. Macierze tworzone na dedykowanych kontrolerach są całkowicie przezroczyste dla systemu.

45

46 Implementacje RAID Bazująca na sterownikach/firmware - jest swego rodzaju mieszanką wcześniejszych dwóch rozwiązao. Fake RAID jak się je popularnie nazywa, to wszelkiej maści obecne na płytach głównych, ale też i tanich dedykowanych kartach rozszerzeo "kontrolery RAID". Kontrolery te pozbawione są jednak dedykowane procesora, tak więc wszelkie obliczenia jak chociażby parzystośd w RAID 5 wykonywane są przez jednostkę centralną komputera.

47

48 RAID 0 Macierz RAID poziomu 0 nazywana jest też woluminem rozłożonym (striped volume). Minimalna liczba dysków potrzebnych do budowy tej macierzy to dwa. Dane dzielone są na tak zwane paski "Stripes" i rozkładane na przemiennie na wszystkich wchodzących w skład macierzy dyskach.

49 RAID 1 Macierz dublowana (mirrored volume), jak nazywa się poziom pierwszy, tworzy kopie danych na dwóch bądź więcej dyskach. Większośd rozwiązao ogranicza jednak tą liczbę do dwóch. Można to ograniczenie obejśd tworząc macierz zagnieżdżoną (np. RAID 1 z dwóch RAID 1 czyli RAID 11)

50 RAID 5 Poziom ten podobnie do RAID 0 wykorzystuje dzielenie danych na paski, z tą różnicą że dodatkowo obliczane są dane parzystości. RAID ten stał się popularny ze względu na najmniejszy narzut w zmniejszeniu dostępnej przestrzeni spośród dostępnych nadmiarowych poziomów macierzy. RAID 5 wymaga minimalnie trzech dysków i traci z nich pojemnośd jedynie jednego.

51 RAID 10 Najczęściej jest to połączenie macierzy RAID 0, która ma przyśpieszyd pracę łączonych przez nią kilku kopi macierzy nadmiarowej np. RAID 1. Takie rozwiązanie zapewnia najmniejszą liczbę dysków do odbudowy w przypadku awarii jednego dysku w macierzy, stąd RAID 10 jest preferowany ponad RAID 01. Awaria jednego dysku w RAID 10 wiąże się z wymianą i odbudową tylko tego dysku wchodzącego w skład jednej z macierzy RAID 1. Natomiast w macierzy RAID 01 taka sama sytuacja wiąże się z wymianą jednego ale odbudową danych na całej jednej macierzy RAID 0.

52