Random Access Memory (RAM) – оперативная память

Её основное назначение в том, что в ней хранятся данные, необходимые для обработки процессора. Особенность в том, что она энергозависима. То есть информация в ней сохраняется только пока есть питание. Ещё одна особенность в том, что доступ к ней осуществляется оперативно. То есть скорость обмена данными между RAM и процессором должна быть очень высокой.

Данные в RAM хранятся в ячейках (1 ячейка = 1 байт = 8 бит). Адресуются ячейки памяти в шестнадцатеричной системе счисления. После того, как процессор закончил обработку блока информации в памяти, он посылает в RAM специальный сигнал, который приводит к её очистке. Процесс очистки памяти называется регенерацией.

Сверхоперативная память – кэш-память.

Основное предназначение этой памяти – хранение наиболее часто используемой информации. Доступ к кэш-памяти должен осуществляться очень быстро. Этот вид памяти также энергозависим и обычно имеет небольшой объём памяти несколько десятков Mb. Если говорить о кэш-памяти процессора, то логически это часть оперативной памяти, но доступ к ней осуществляется гораздо быстрее. Физически это отдельно небольшая плата, которая в современных процессорах встроена в процессор.

ROM.

Это постоянная память только для чтения. В этой памяти информация хранится постоянно и практически не изменяется или изменятся, но крайне редко и это трудоёмкий процесс. Эта память не энергозависима, скорость доступа к ней низкая. Физически она представляет собой небольшую плату, на материнской плате. Постоянная память представлена системой BIOS (Basic Input Output System) – базовая система ввода-вывода.

CMOS.

Это полупостоянная память (память из металлического полупроводника). В этой память хранится та часть информации BIOS, которая меняется, например: дата и время, пароль администратора на вход, настройка BIOS, служебная информация о разгоне процессора. CMOS также энергозависимая память, пока компьютер включён она питается от материнской платы, когда компьютер выключен, питание CMOS происходит от небольшого аккумулятора, подключённого в разъём материнской платы. Если этот аккумулятор разряжен или извлечён, то информация в CMOS теряется и возвращается к первоначальным заводским настройкам. Физически CMOS это, обычно, небольшая отдельная плата, расположенная рядом с батарейкой-аккумулятором на материнской плате.

Устройства хранения информации.

1. Жёсткий диск.

Это устройство для долговременного хранения больших объёмов информации внутри ПК. Жёсткий диск может быть нескольких объёмов:

· 20Gb;

· 30Gb;

· 40Gb;

· 80Gb;

· 500Gb;

· 1Tb;

· 2Tb.

Жёсткие диски бывают двух видов:

1. HDD – жёсткий магнитный диск. Принцип записи: записывающая головка формирует магнитное поле, посредством которого происходит намагничивание жёсткого диска, на поверхность которого нанесён специальный магнитнореагирующий слой.

Плюсы:

· Большой объём памяти;

· Невысокая стоимость.

Минусы:

· Невысокая надёжность;

· Недостаточно высокая скорость.

2. SSD – твердотельный накопитель. Современное устройство для хранения данных, принцип записи и чтения которого похожа на чтение и запись с флэш-накопителей.

Плюсы:

· Высокая скорость доступа;

· Надёжность.

Минусы:

· Высокая стоимость;

· Малый объём.

Существуют следующие интерфейсы подключения жёстких дисков к материнской плате:

1. Ide – это старый интерфейс.

2. SATA – это современный высокоскоростной интерфейс подключения современных дисков и оптических приводов.

5. Оптические диски и приводы.

1. CD-диск – это оптический диск, на который информация записывается с помощью лазера.

Луч – инфракрасный;

Длина волны – 780 нм;

Ширина дорожки – 1,6 мкм;

Объём – 700, 800 Mb.

2. CD-ROM – студийный диск.

3. CD-R – позволяет пользователю один раз записать информацию.

4. CD-RW –позволяет пользователю записывать неоднократно информацию.

5. DVD – оптические диски.

Диапазон – красный;

Длина волны – 650 нм;

Ширина дорожки – 0,8/0,74 мкм;

Объём – 4,7 Gb (односторонний однослойный), 8 Gb (односторонний двуслойный).

6. Blu-Ray – современные оптические диски.

7. Flash-накопители.

6. Система ввода-вывода.

Отвечает за ввод и вывод информации с процессора на устройство и наоборот. В эту систему входят шины материнской платы (совокупность проводников, по которым передаётся сигнал), контроллер устройства (небольшая микросхем на устройстве), само устройство и совокупность шлейфов и кабелей.

Параметры процессора: быстродействие, разрядность, кэш-память.

1. Быстродействие.

Процессор физически представляет собой микрочип на основе кремниевой пластины, размером 5х5 см, подключаемый в специальный разъём материнской платы, называемой socket. Процессор физически состоит из транзисторов. Их в одном процессоре несколько миллионов. Каждый транзистор в данный момент времени может быть в одном из двух состояний: проводить сигнал, либо не проводить. Если процессор сигнал проводит, то это кодируется как 1, если не проводит, то как 0. Логически, каждый транзистор, представлен триггером. Совокупность триггеров представляет собой регистр.

Быстродействие - это характеристика процессора, которая определяет скорость выполняемых команд процессором в единицу времени. Быстродействие тесно связано с понятием тактовой часто и такта.

Тактовая частота - это характеристика, определяющая, количество выполняемых процессором команд за единицу времени. Тактовая частота измеряется в герцах (1Ггц, 2Ггц, 3Ггц).

Изначально с появлением первых процессоров под тактом понималось то количество времени, которое процессор тратил на выполнение одной команды. Позже понятие такта было зафиксировано: Такт - это количество времени, которое процессор Pentium1 тратит на выполнение одной команды. То есть, все следующие после Pentium процессора за один так выполняли несколько программ.

2. Разрядность.

Рассмотрим три параметра разрядности:

1. Шины данных - это шина процессора, которая представляет собой набор проводников материнской платы, по которым передаются данные от оперативной памяти к процессору и обратно. Чем больше проводников в шине данных, тем выше её разрядность, то есть, тем больше bit информации по ней может быть передано одновременно.

Разрядность шины данных определяет то количество bit информации, которое может одновременно по ней передаваться (16 - одновременно может передавать 16bit информации; 32; 62).

2. Разрядность внутренних регистров - это понятие тесно связано с понятием шины данных, так как количество переданной информации должно совпадать с количеством bit обрабатываемой информации. Разрядность внутренних регистров - это характеристика, определяющая количество bit информации, которую процессор может записать в один регистр (16; 32; 64).

3. Разрядность шины адреса - это шина процессора, которая представляет собой набор проводников, по которым передаются адреса ячеек памяти, из которых процессор получает информацию и в которую её записывает. Разрядность шины адреса определяет максимальный объём памяти, который может адресовать процессор (20 - процессор может адресовать 1Mb памяти, 24 - процессор может адресовать 16Mb памяти; 32 - процессор может адресовать 4Gb памяти; 36 - процессор может адресовать 64Gb памяти). По шине адреса информация передаётся в том же виде что и по шине данных, но не сами данные, а только адреса.

3. Кэш-память.

Кэш-память процессора - это сверхоперативная память, используемая для хранения наиболее часто используемых процессором данных. Для процессоров первых поколений кэш-память располагалась на материнской плате в виде отдельной микросхеме. Эта кэш-память называлась памятью первого уровня или L₁. Позднее кэш-память L₁ была разделена на две части, одна часть была встроена внутрь процессора, а оставшаяся часть располагалась на материнской плате. Та, которая располагалась в процессоре - L₁, а которая осталась L₂. Затем L₂ также была разделена на две части и одна часть располагалась внутри процессора - L₂, то что осталось на материнской плате - L₃.

В современных процессорах вся кэш-память встроена в них. То есть на материнской плате кэш-памяти не осталось.

Технология создания процессора.

Современный процессор представляет собой сложную печатную плату, в основе которой монокристалл кремния. Современные процессоры содержат миллионы и даже миллиарды транзисторов. Рассмотри основные этапы создания нового процессора:

1. Первоначально перед разработчиками ставится техническое задание. Исходя, из которого, принимается решение о том, какова будет архитектура будущего процессора его внутреннее устройство и технология изготовления. Перед различными группами специалистов ставится задача разработки соответствующих функциональных блоков процессов, обеспечивая их взаимодействие и электромагнитную совместимость. В связи с тем, что процессор является цифровым аппаратом, работающим на основе электрических схем с помощью специального программного обеспечения, работающего на другом компьютере, строится виртуальная модель данного процессора. На ней происходит тестирование процессора, исполнение элементарных команд и значительных элементов кода. Отрабатывается взаимодействие различных блоков-устройств, ведётся оптимизации и устраняются ошибки.

2. После этого из цифровых базовых матричных кристаллов и микросхем, собирается физическая модель процессора, на которой проверяются электрические и временные характеристики процессора, тестируется архитектура и также проверяются, и устраняются ошибки.

3. Начинается следующий этап работы Инженеров схемо-техников и инженеров технологов, которые с помощью специального программного обеспечения преобразуют электрическую схему, содержащую архитектуру процессора в топологию кристалла. Результатом их работы будут матрицы каждого слоя микрочипа для осуществления дальнейшего процесса фотолитографии.

4. Фотолитография - это процесс избирательного травления поверхностного слоя с использованием защитного фотошаблона. Сначала на кремниевую подложку наносят слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На него наносится фоторезист — слой полимерного светочувствительного материала, меняющего свои физико-химические свойства при облучении светом. Потом производится экспонирование (освещение фотослоя в течение точно установленного промежутка времени) через фотошаблон. И в заключении идёт удаление отработанного фоторезиста. Нужная структура рисуется на фотошаблоне - как правило, это пластинка из оптического стекла, на которую фотографическим способом нанесены непрозрачные области. Каждый такой шаблон содержит один из слоев будущего процессора, поэтому он должен быть очень точным и практичным. Иной раз осаждать те или иные материалы в нужных местах пластины просто невозможно, поэтому гораздо проще нанести материал сразу на всю поверхность, убрав лишнее из тех мест, где он не нужен.

Реферат на тему: изготовление процессоров.

1лист - титульный.

2лист - содержание (ссылки на страницы)

3-10 - сам реферат (Times New roman, интервал 1.5, выравнивание по ширине.)

11-ссылки на источники.

Режимы работы процессоров.

В процессе исторического развития существовало три режима работы процессора:

Реальный режим.

Это самый первый режим работы. В этом режиме процессор обращается напрямую к ячейкам памяти. То есть, в процессе выполнения команды, данные берутся непосредственно из ячеек оперативной памяти или кэш, и после выполнения команды напрямую в неё записываются. У этого режима есть существенные недостатки. Обращение процессора к памяти без посредников может привести к потере данных при ошибке в команде. То есть данные могут быть затёрты. Другим минусом является выполнение только 16-ти разрядных команд.

Защищённый режим.

В этом режиме процессор не имеет прямого доступа к памяти. Это защищает ячейки RAM от перезаписи при сбоях в работе программы. В данном режиме доступ к процессору памяти осуществляется через дескрипторы. Дескрипторы содержат специальные данные, которые позволяют отнести информацию в память разделяя её на определённые категории, то есть, логически, память делится на разделы. Процессор обращается к дескриптору, а затем данные передаются в конкретную часть RAM в соответствии с информацией и режимом. Защищённый режим характеризуется следующим:

· Наличие дескрипторов, которые исключают порчу данных памяти. А если произошла ошибка, то она обнаруживается в момент отнесения дескриптора данных к конкретной категории.

· Возможность выполнения 32-х разрядных команд. Выполнение 16-ти разрядных команд возможно, но потребует перезагрузки процессора.

· В этом режиме возможна многозадачность.

Виртуальный режим.

Этот режим совмещает реальный и защищённый. В нём возможно выполнение как 16-ти разрядных команд, так и 32-х разрядных. При этом выполнение команд разной разрядности не требует перезагрузки процессора.

Виды процессоров в процессе исторического развития.

Эдвард Хофф изобрёл новую интегральную схему, которая по производительности не уступала процессорам компьютеров, но была существенно меньше в размере. Первый процессор назывался Intel 4004 он был 4-х разрядным, то есть мог обрабатывать 4 бита одновременно. Тактовая частота была 108кГЦ и он имел 8-ми разрядную шину адреса. Процессор Intel 4004 поступил в продажу в 1971г. стоил очень дорого и не получил широкого распространения, так как для работы с компьютером на его основе требовались высоко квалифицированные специалисты.

Следующий процессор был Intel 8008. Это был 8-ми разрядный процессор. Широкого распространения также не получил, потому что практически сразу была выпущена следующая модель Intel 8080. Он был произведён в 1974г. был также 8-ми разрядным, но более высокопроизводительным, чем предыдущий. Однако и этот процессор не получил широкого распространения, так как он не был совместим с другими комплектующими компьютера других производителей.

В начале 1978г. фирма Intel выпускает свой собственный первый компьютер на основе Intel 8080. Его возможности были ограничены (небольшая оперативная память, отсутствие клавиатуры, монитора). Работа с Altair первой версии осуществлялась путём набора внутреннего кода регистров и адресов ячеек памяти, непосредственно программистом, что очень усложняло работу, поскольку простая операция копирования занимала 30-50 команд.

Прорыв в компьютерной и программировании был связан с появлением программной оболочки - языка программирования Basic, который изобрёл Bill Gaits. Особенность заключалась в том, что теперь программист мог работать с компьютером не вникая в особенности его внутреннего строения, то есть не нужно было знать о регистрах и напрямую обращаться к ячейкам памяти. Basic выступал посредником между программистом и железом. Нужно было лишь понять общие принципы работы языка и запомнить несколько операторов. После изобретения basic компьютеры Altair получили широкое распространение, поздние версии обзавелись клавиатурой и монитором и их продажи резко возросли. С этого момента начинается стремительное развитие всей компьютерной техники и процессоров в том числе.