Внутреннюю память ПК представляет та память, к которой процессор может непосредственно обратиться. К ней относится:
· основная или оперативная память ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) или RAM (Random Access Memory – память произвольного доступа),
· промежуточная кэш-память (Cache – запас или тайник),
· постоянная память ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) или ROM (Read Only Memory – память только для чтения),
Оперативная память является тем «рабочим столом», на котором размещаются все данные и команды перед их обработкой центральным процессором. Она используется для оперативного обмена информацией между процессором и внешней памятью, а также периферийными устройствами. Программы и данные, которые обрабатываются компьютером, обычно размещаются во внешней памяти (см. след. раздел) и не могут сразу же обрабатываться процессором – сначала они должны попасть в оперативную память, а уж затем будут переданы в определенной последовательности процессору на выполнение. Когда же программа закончит свою работу, то она освобождает оперативную память для выполнения следующей программы на ПК. Правда, некоторые программы, называемые резидентными (это, как правило, небольшие служебные программы) после своего выполнения остаются в оперативной памяти до их «выгрузки» специальной командой. При выключении же компьютера оперативная память полностью очищается и начинает заполняться данными и программами при новом включении компьютера.
Другое название оперативной памяти, как памяти с произвольным доступом, связано с ее организацией – подразумевается возможность выполнения операций чтения и записи в любую ее ячейку в произвольном порядке и с одинаковой скоростью. Это связано с тем, что память можно представить в виде плоской сетки ячеек, которые выстроены по строкам и столбцам. Номера строк и столбцов задают координаты определенной ячейки памяти на их пересечении в сетке ячеек. Когда процессору требуется нужная ячейка памяти, то он просто указывает ее адрес как номера соответствующих столбца и строки.
Минимальной единицей внутренней памяти, к которой может обратиться за информацией процессор х32, является 1 байт, состоящий из 8 бит, т.е. физически из 8-ми элементарных ячеек.
По способу хранения информации оперативная память разделяется на динамическую (DRAM – dynamic RAM) и статическую (SRAM – static RAM). Динамическая память строится из ячеек, каждая из которых представляет собой специальный транзистор, который может хранить заряд, представляя, таким образом, микроскопический конденсатор. Наличие заряда соответствует биту информации, а его отсутствие – соответствует нулевому значению. При этом помещать заряды в такой «конденсатор» и удалять их из него можно в любое время. Однако, такой конденсатор имеет тенденцию к очень быстрой разрядке (за тысячные доли секунды) и поэтому ему требуется постоянная подзарядка – этот процесс называется регенерацией памяти. Эту ситуацию можно сравнить с заливанием воды в дырявое ведро – чтобы сохранить определенный уровень воды в ведре ее нужно постоянно подливать. Естественно, что на регенерацию памяти тратится определенное время, поэтому динамическая оперативная память хоть и является сравнительно простой (и дешевой), но работает относительно медленно.
Статическая память строит свои ячейки, как и процессор, по принципу затворного механизма (триггерные ячейки на основе нескольких транзисторов – от 2 до 4) и сохраняет свое состояние при наличии электропитания, не «разряжаясь» произвольно. Поскольку регенерации памяти в этом случае не требуется, то эта память работает значительно быстрее, однако из-за более сложной организации стоит гораздо дороже. Кроме того, упаковка ячеек памяти в ней получается гораздо менее плотная, а тепловыделение гораздо более высокое, чем у динамической памяти. Поэтому ее используют в основном не для основной памяти ПК, а в специальных целях.
Быстродействие оперативной памяти определяется временем выполнения операций чтения и записи в нее данных. Поскольку между процессором и оперативной памятью посредником являются различные шины, эта скорость всегда в несколько раз ниже скорости работы процессора. Поэтому, чтобы процессор не «простаивал», дожидаясь новых данных и команд из оперативной памяти применяется принцип кэширования памяти. Для этого между процессором и оперативной памятью размещается относительно небольшая, но быстродействующая кэш-память статического типа SRAM, разделяемая в современных ПК на два уровня. Кэш-память 1-го уровня размещается на одном кристалле с процессором и имеет ту же тактовую частоту работы. Кэш-память 2-го уровня, как правило, гораздо большего размера размещается на системной плате, но работает быстрее оперативной памяти, поскольку ее частота совпадает с тактовой частотой системной шины.
Принцип кэширования оперативной памяти заключается в промежуточном хранении копий блоков информации основной памяти, которые поступили в процессор на обработку и к которым в ближайшее время процессор возможно будет обращаться. Кроме того, в кэш-памяти хранится также список (каталог) соответствия временно хранимых в ней блоков информации тем адресам областей оперативной памяти, откуда они были взяты. Поэтому, если при обращении процессора к оперативной памяти в таком списке окажутся запрашиваемые адреса, то информация будет взята непосредственно из кэш-памяти, а не из более далекой и более медленной оперативной памяти. Конечно, поскольку кэш-память по размеру гораздо меньше основной, то в ней хранится только некоторая небольшая часть информации из оперативной памяти и со временем она замещается новой порцией поступающей в процессор на обработку информации. Однако использование принципа кэширования основной памяти во многих случаях позволяет существенно ускорить работу ПК, особенно если он выполняет много повторяющихся, циклических и т.п. действий.
Постоянная память ПЗУ сохраняет информацию, в отличие от оперативной и кэш-памяти, при выключении компьютера и используется только для чтения из нее данных и команд, что следует из другого ее названия ROM – память только для чтения. Постоянная память имеет самое высокое быстродействие из всех типов памяти – время доступа составляет несколько миллиардных долей секунды. Информация заносится в такую память только один раз во время процедуры т.н. «прошивки» специальными программаторами, а затем только считывается из нее. Постоянная память в ПК обычно используется для хранения данных для системной BIOS – базовой системы ввода-вывода, используемой для инициализации работы компьютера сразу после его включения, а также в адаптерах различных внешних устройств.
