PAMIĘĆ KOMPUTEROWA
Pamięć Do właściwej pracy podzespołów komputera i ich współpracy z procesorem potrzebna jest pamięć. Możemy dokonać podziału pamięci pod kątem różnych kryteriów: ulotność: możliwości zapisu i odczytu:. nośnik: łatwość (możliwość) przeniesienia wraz z zapisem do innego urządzenia, miejsce w konstrukcji komputera: sposób dostępu do informacji:
Pamięć - parametry 1. Pojemność 2. Szybkość 3. Koszt 4. Pobór mocy
Pojemność Określa ilość informacji jaką można przechowywać. Podzielona jest ona na tzw. komórki które odpowiadają wielkością długości słowa komputerowego od 8 do obecnie 64 bitów
Pamięć - ulotność: statyczna ROM dynamiczna RAM możliwości zapisu i odczytu: tylko do odczytu jednokrotnego zapisu, wielokrotnego zapisu
Pamięć - rodzaje nośnik: półprzewodnikowy (układ scalony), optyczny, magnetyczny (w tym pamięć ferrytowa), magnetooptyczny, polimerowy (np. Millipede), papierowy (np. karta dziurkowana), linia opóźniająca (np. pamięć rtęciowa). miejsce w konstrukcji komputera: rejestry procesora, pamięć operacyjna, czyli RAM, pamięć podręczna, czyli cache, pamięć zewnętrzna, czyli masowa (stacje dysków, taśm itp.), pamięć robocza podzespołów (np. rejestry stanu urządzenia, bufory w kartach sieciowych, bufor wysyłanego lub odebranego znaku w łączu szeregowym, pamięć obrazu w kartach grafiki),
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 300-100 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.
Pamięć ROM - rodzaje ROM EPROM EEPROM
Pamięć RAM Pamięć RAM jest pamięcią operacyjną o dostępie bezpośrednim. W pamięci RAM można zapisywać i odczytywać dane. Jest to jednak pamięć ulotna, gdyż w momencie odcięcia zasilania wszelkie informacje zostają utracone. Pamięć ta musi być odświeżana by mogła przechowywać dane. RAM jest stosowana w komputerach osobistych, gdyż umożliwia szybką wymianę danych, a jej czas dostępu jest krótki. Cechy pamięci RAM: pojemność, która decyduje o ilości możliwych do jednoczesnego uruchomienia programów i ich podstawowych danych możliwość otwierania wielu programów na raz, czas dostępu, który ma duże znaczenie, ponieważ im szybciej procesor może komunikować się z układami pamięci, tym większa jest wydajność komputera, i praca uruchamianych na nim programów. duża stabilność i szybkość działania komputera, gdyż dodatkowa pamięć powoduje, że system Windows rzadziej lub wcale nie korzysta z pamięci Wirtualnej.
Pamięć RAM - rodzaje RAM SRAM DRAM SDRAM VDRAM
Przykładowy wygląd kości pamięci
Pamięć CACHE Cache to dodatkowa pamięć, w którą wyposażone są komputery. Jest to pamięć podręczna, która znacznie przyśpiesza wykonywanie programów. Instaluje się ją, dlatego, że pamięć RAM jest zbyt powolna dla dzisiejszych procesorów. Casch odczytuje dane z wyprzedzeniem, co znacznie zwiększa wydajność komputerów. Jest to często zwykła pamięć RAM, ale znacznie szybsza niż pamięć dyskowa. Pamięć 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 pamięć 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.
Pamięć CACHE Są trzy typy (poziomy) pamięci podręcznej procesora: L1 - pamięć pierwszego poziomu umieszczana na procesorze. Pamięć ta z uwagi na ograniczenia rozmiarów i mocy procesora zawsze jest najmniejsza z opisanych powodów (rozmiar i pobór mocy). Pamięć ta umieszczona jest najbliżej głównego jądra procesora. L2 - pamięć drugiego poziomu umieszczona na procesorze. Większego rozmiaru niż pamięć L1, umieszczona też na procesorze, ale o trochę wolniejszym czasie dostępu. L3 - pamięć trzeciego poziomu może być umieszczona na płycie głównej komputera.
Pamięć masowa Pamięć 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
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 być 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 zapewnić jak najwyższą jakość i bezbłędność zapisu.
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
Budowa dysku twardego
Rodzaje dysków twardych
Parametry dysków Prędkość obrotowa liczba obrotów wykonywanych przez talerze w ciągu minuty (od 4200 do 10 000) Czas dostępu związany z prędkością obrotową i tym krótszy im wyższa prędkość Prędkość odczytu i zapisu wpływa na szybkość dostępu przez aplikacje do danych Temperatura pracy większa prędkość to wyższa temperatura i konieczność lepszego chłodzenia Pobór energii większy przy szybszych dyskach Hałas
Pamięć podręczna dysku
Nowe typy dysków SSD (Solid State Disc) zamiast talerzy, głowic i silnika mają pamieci flash o dużej pojemności. Zalety to: Większa odporność na wstrząsy i upadki Mniejszy pobór nocy Mniejsza temperatura pracy Krótszy czas dostępu Stała prędkość transferu Wady to: Wysoka cena Mała pojemność
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.
RAID RAID (Redundant Array of Independent Disks) - Macierze RAID to technologia magazynowania danych pozwalająca łączyć 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.
Poziomy RAID RAID 0 (Stripping) - Łączenie dysków znacznie poprawiające wydajność RAID 1 (Mirroring) - Dublowanie dysków (zwykle ograniczone do dwóch) RAID 5 - Macierz RAID 0 ulepszona o dane parzystości (bezpieczeństwo) RAID 10 - Najprościej: Macierz RAID 0 z dwóch macierzy RAID 1
Implementacje RAID Programowa oferowana przez system operacyjny. Umożliwia poziom 0, 1, 5(serwerowy system). Niezależny od sprzętu czyli można mieszać nosniki.
Implementacje RAID Sprzętowa - wszystkie obliczenia wykonuje na dedykowanym wyspecjalizowanym procesorze co poprawia jego wydajność. Macierze tworzone na dedykowanych kontrolerach są całkowicie przezroczyste dla systemu.
Implementacje RAID Bazująca na sterownikach/firmware - jest swego rodzaju mieszanką wcześniejszych dwóch rozwiązań. Fake RAID jak się je popularnie nazywa, to wszelkiej maści obecne na płytach głównych, ale też i tanich dedykowanych kartach rozszerzeń "kontrolery RAID". Kontrolery te pozbawione są jednak dedykowane procesora, tak więc wszelkie obliczenia jak chociażby parzystość w RAID 5 wykonywane są przez jednostkę centralną komputera.
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.
RAID 1 Macierz dublowana (mirrored volume), jak nazywa się poziom pierwszy, tworzy kopie danych na dwóch bądź więcej dyskach. Większość rozwiązań ogranicza jednak tą liczbę do dwóch. Można to ograniczenie obejść tworząc macierz zagnieżdżoną (np. RAID 1 z dwóch RAID 1 czyli RAID 11)
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 pojemność jedynie jednego.
RAID 10 Najczęściej jest to połączenie macierzy RAID 0, która ma przyśpieszyć 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.