O pamięciach R. Robert Gajewski omklnx.il.pw.edu.pl/~rgajewski s-rg@siwy.il.pw.edu.pl
Wielkości pamięci Wielkość pamięci komputera mierzona jest w bajtach zbudowanych z 8 bitów pamięci (bytes) skrót jednego bajta to 1b. W terminologii komputerowej używamy jednostek pochodnych:! kilobajt: 1 kb = 1024 b,! megabajt: 1 MB= 1024 kb = 1 048 576 b,! gigabajt: 1 GB= 1024 MB = 1 073 741 824b. Kiedyś, w czasach historycznych, typowa pamięć mikrokomputera wynosiła 640 kb!!! Obecnie typowa minimalna pamięć mikrokomputera to 64 lub 128 MB. Najczęściej wynosi ona 128 lub 256 MB 2 04
Adresowanie 3 04 Istotnym atrybutem pamięci jest czas dostępu, potrzebny do zapisu lub odczytu informacji, wahający się między 80 a 120 ns (1 ns =10-9 s) Adresowanie pamięci to wskazanie numeru komórki, do której chcemy się odwołać. W mikrokomputerach stosowana jest pamięć liniowa (linear memory), adresowana komórka po komórce. Każdy procesor posiada tzw. linie adresowe, fizyczne przewody łączące procesor z układem nadzorującym pracę pamięci. Liczba tych zależy od rodzaju procesora, obecnie 80386 (Pentium) 32 linie 2 32 adresów 4 GB pamięci
Czasy (pre)historyczne W pierwszych mikrokomputerach zbudowanych na bazie procesora adresującego 1 MB pamięci adresy te zostały podzielone na dwie grupy:! 0-640 kb - RAM wykorzystywana przez programy, nazywana czasem: " pamięcią Dos'u - DOS Memory, " pamięcią rzeczywistą - Real Memory, " pamięcią 640 kb - 640 kb Memory, " pamięcią konwencjonalną - Conventional Memory,! 640 kb - 1 MB - ROM i tzw. przystawki (adapters), np. pamięć ekranu. Metoda adresowania była jednakowa w całym przedziale od 0 do 1 MB. Stąd pochodzi określenie: "jednolite adresowanie pamięci i urządzeń wejścia/wyjścia". 4 04
Adresy szesnastkowe Adresowanie pamięci prowadzone jest z wykorzystaniem systemu szesnastkowego. Pokażemy najbardziej interesujące nas adresy szesnastkowe. Dla przypomnienia - każdy szesnastkowy (cyfra) zapisywany jest na czterech bitach.! 0 dziesiętnie 0000 szesnastkowo! 65 535 dziesiętnie = 16 kb = FFFF szesnastkowo! 655 360 = 640 kb = A0000 szesnastkowo! 1 MB = FFFFF szesnastkowo (20- bitowy adres)! 16 MB = FFFFFF szesnastkowo (24-bitowy adres)! 4 GB = FFFFFFFF szesnastkowo (32- bitowy adres), 5 04
Adresowanie pamięci W rzeczywistości system adresowania pamięci jest bardziej skomplikowany. Ze względu na długość rejestru wynoszącą 16 bitów adres ma taką właśnie długość co pozwala zaadresować jedynie 16 kb pamięci. Adresowanie pamięci w procesorze 80286 jest bardziej skomplikowane. 6 04
Adresy wirtualne Jednostka arytmetyczno-logiczna procesora 8086 odwołując się do pamięci tworzy 16-bitowy adres wirtualny. Adres ten traktowany jest jako adres względem segmentu o rozmiarze 64 kb, położonego w pamięci fizycznej o rozmiarze 1 MB na dowolnej granicy 16 B. Numer odpowiedniego segmentu jest zapisany w dodatkowym rejestrze. Adres fizyczny jest więc sumą adresu wirtualnego i pomnożonej przez 16 (przesuniętej o 4 bity w lewo) zawartości rejestru segmentu. 7 04
Parity check (1) 8 04 Każda komórka pamięci przeznaczona do przechowywania informacji, ma w rzeczywistości miejsce na zapisanie 9 bitów. Układy kontrolujące pracę pamięci zaprogramowane są w ten sposób, że zapisują w komórce zawsze nieparzystą liczbę bitów. Jeżeli przesyła do zapisania w danej komórce 00011011, to układ kontrolujący pamięci dopisze do dziewiątego bitu tej komórki jedynkę, tak aby suma bitów w stanie 1 była nieparzysta. Jeżeli zapisywany jest kod mający nieparzystą liczbę bitów, to bit kontrolny jest ustawiany na zero.
Kontrola parzystości (2) Jeżeli wszystko działa poprawnie, to w każdej komórce pamięci zawierającej 8 bitów plus 1 bit kontrolny, suma musi być nieparzysta. Suma bitów jest sprawdzana w czasie odczytu informacji z komórki. Pojawienie się sumy parzystej jest sygnałem, że nastąpiła awaria w tej komórce - albo jeden bit zmienił się samorzutnie z 1 na 0 albo odwrotnie. Wykrycie błędu parzystości powoduje zatrzymanie całego systemu i wyświetlenie na ekranie komunikatu Parity Error. 9 04
Pamięci buforowe (1) Szybkość z jaką możemy pobierać lub zapisywać informacje z pamięci jest jednym z istotniejszych parametrów decydujących o szybkości działania komputera.! Czas dostępu do pamięci, jest barierą ograniczającą przyspieszenie pracy całego komputera.! Układ pamięci o bardzo krótkim czasie dostępu < 60 ns są na tyle drogie, że nie montuje się ich w komputerach, jako podstawowe pamięci.! Stosuje się je do specjalnych pamięci buforowych (cache). 10 04
Pamięci buforowe (2) 11 04 Do komputera montuje się (zależnie od potrzeb i możliwości finansowych) 256 do 512 kb bardzo szybkiej pamięci. Jest ona umieszczona między procesorem i resztą pamięci RAM, już znacznie wolniejszą. Procesor komunikuje się z tą szybką pamięcią czytając z niej lub pisząc do niej. Operacje te mogą odbywać się z dużą szybkością. Kiedy zaś procesor zajęty jest wykonywaniem funkcji innych niż komunikowanie się z pamięcią, specjalne układy przerzucają informację między pamięcią cache i resztą RAM'u.
Pamięci zewnętrzne Istnieje niebezpieczeństwo utraty zawartości pamięci RAM po wyłączeniu komputera lub po utracie zasilania. Pamięć ta bowiem działa tylko wtedy, gdy komputer jest zasilany. Z tego powodu istnieją pamięci zewnętrzne:! taśmy (tapes) współpracujące z magnetofonem (pierwsze komputery PC),! dyski elastyczne (floppy disks),! dyski (twarde) (hard disks)! stacje CD ROM i DVD! taśmy współpracujących ze streamer'em. Urządzeniem zapewniającym przechowywanie informacji w sposób efektywny jest tzw. dysk. 12 04
Dyski i napędy Dysk jest krążkiem o kształcie gramofonowej płyty pokrytym z obu stron cienką warstwą magnetyczną, podobnie jak taśma magnetofonowa. W terminologii dotyczącej pamięci dyskowych istnieją niejednoznaczności. Dysk oznacza w zasadzie sam nośnik informacji. Potocznie słowem tym określany jest cały mechanizm służący do zapisu i odczytu, czyli stacja dysków zwana także napędem dysku. W mikrokomputerach stosowane są dwa rodzaje stacji dysków:! stacje dysków elastycznych, miękkich (floppy disc drive),! stacje dysków sztywnych, stałych, (hard disc drive). 13 04
Dyski Dyski służą do przechowywania dużych ilości informacji nawet po wyłączeniu zasilania komputera i nazywane są pamięcią masową. Ich cechą wspólną jest zapis informacji na nośniku magnetycznym. Podstawowe różnice to:! wymienna dyskietka, mogąca "pracować" w wielu napędach,! niewymienny dysk, stanowiący jedną całość z napędem. Dyskietki w dyskach miękkich mogą mieć rozmiar.! 5.25 cala (135 mm) 360kB, 1,2MB,! 3.5 cala (90 mm) 720kB, 1.44MB. 14 04
Działanie dysku Napęd dyskowy przypomina swoją konstrukcją gramofon lub odtwarzacz płyt kompaktowych Główne elementy to:! silnik wprawiający dyskietkę w ruch wirowy (5 obr/sek) ze stabilizacją,! dwie głowice służące do zapisu i odczytu,! urządzenie przesuwające głowice wzdłuż promienia dyskietki. Informacje zapisywane są na dyskietce na koncentrycznie rozmieszczonych okręgach (ścieżkach). 15 04
Organizacja dysku Dla zapewnienia lepszej organizacji zapisu każda ścieżka podzielona jest na sektory, wycinki ścieżki ograniczone dwoma promieniami, z których każdy ma swój unikatowy "numer".! Ilość informacji zapisywana w każdym sektorze jest zawsze stała, choć różne są jego "fizyczne" rozmiary i wynosi zawsze 512 bajtów. Działaniem napędu kieruje kontroler dysku. Najmniejszą jednostką zapisu i odczytu jest jeden sektor. Informacje gromadzone są w postaci plików. 16 04
Formatowanie dyskietki (1) Przed użyciem dyskietkę musimy sformatować. Proces ten może być częściowo porównany do liniowania kartki papieru przed jej użyciem do pisania. Dokonuje się w nim jednak znacznie więcej 17 04
Formatowanie dyskietki (2) Następuje numeracja sektorów, Dokonywana jest rezerwacja miejsca na katalog, w którym będą umieszczane informacje o zbiorach, Tworzona jest tabela rozmieszczenia plików FAT (File Allocation Table) zawierająca fizyczne adresy poszczególnych jednostek rozmieszczeniowych, tzw. clusters. Dzięki temu nazwa pliku nie zajmuje miejsca na dyskietce.! Dyskietka 360 kb mogła zawierać maksymalnie 112 plików,! Dyskietka 1.2 MB dwa razy więcej. 18 04
Podobieństwa i różnice Podstawowe różnice między dyskiem stałym i elastycznym dotyczą ich konstrukcji. Dysk elastyczny się "kręcić" dopiero w chwili gdy chcemy dokonać zapisu bądź odczytu. Dysk stały "kręci się" zawsze. Zasady zapisu i odczytu i rozmieszczenia plików są takie same. Wynikiem różnic konstrukcyjnych są między innymi:! Znacznie większa pojemność dysków stałych (10 MBn-GB) i krótszy czas zapisu i odczytu (tzw. czas dostępu).! Olbrzymia szybkość przesyłania informacji między dyskiem a RAM'em jest wynikiem stosowania buforów w procesie transferu informacji. 19 04
Dysk stały Dysk stały posiada kilka sztywnych krążków wirujących z prędkością 600 obr/s; przy powierzchni każdego z nich znajduje się głowica odległa od jego powierzchni o setne części milimetra. Dysk stały to jednocześnie nośnik danych i urządzenie do odczytu i zapisu. Jest on hermetycznie zamknięty, a nośnik w nim niewymienialny. Czasy dostępu do dysków wynoszą około 10 ms. Najczęściej stosowane średnice to: 5.25", 3.5" i ostatnio 2.5". 20 04
BHP CD i dyskietek (1) Nie dotykaj służących do zapisu powierzchni magnetycznych widocznych przez otwory w zabezpieczającej je plastykowej kopercie. Nie łam i nie zginaj dyskietki i krążka CD. Przechowuj dyskietki w chłodnym, suchym i czystym miejscu. Nie zostawiaj ich w zaparkowanym samochodzie w gorący dzień. Nie wystawiaj ich również na działanie temperatur poniżej 10 C. Przechowuj dyskietki i krążki CD w pozycji pionowej. Nie zostawiaj dyskietek leżących płasko w miejscu pracy, mogą one zostać przyciśnięte jakimiś przedmiotami. 21 04
BHP CD i dyskietek (2) Trzymaj dyskietki z dala od magnetycznych, wytwarzanych przez silniki elektryczne, kalkulatory, dyktafony, itp. Jeśli zdarzy ci się zalać dyskietkę kawą bądź herbatą wyrzuć ją, nie czyścić przy pomocy jakichkolwiek płynów. Nie wkładaj już nigdy takiej dyskietki do napędu -możesz przez to zniszczyć również głowicę czytającą i zapisującą informację. Zabrudzony krążek CD wyczyść! Wykonuj zawsze kopie dyskietek zawierających istotne pliki. 22 04
23 04
24 04