Постоянное запоминающее устройство

ПЗУ используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ операционной системы, программ тестирования устройств компьютера и некоторых драйверов базовой системы ввода-вывода (BIOS) и др. BIOS представляет собой первую из программ, с которой начинает работать компьютер непосредственно после его включения. Из ПЗУ можно только считывать информацию, запись информации в ПЗУ выполняется вне ЭВМ в лабораторных условиях. ПЗУ – энергонезависимое запоминающее устройство.

 

Кэш-память

Одним из революционных технических решений в компьютерном мире стало изобретение кэш-памяти. Это быстрая (или даже сверхбыстрая) память хранит набор наиболее важных команд микропроцессора или данных и обеспечивает упреждающий вызов нужных команд и данных. Вначале она применялась в больших ЭВМ, а затем появилась в персональных компьютерах и даже была включена в кристалл микропроцессоров нового поколения, начиная с 486-х.

Кэш-память – это буферная, не доступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. В нее загружаются коды команд микропроцессора или данные, которые часто используются в работе микропроцессора.

Упреждение основано на том, что многие команды микропроцессора заранее предполагают какие-то действия. Например, прежде чем выполнить арифметическую операцию, нужно вывести данные из определенных регистров микропроцессора. На этом и основано действие кэш-памяти. Если востребованная команда или данные находятся в кэш-памяти, то говорят о попадании запроса. В этом случае команда или данные быстро извлекаются из кэш-памяти (гораздо быстрее, чем из ОЗУ или накопителя). При этом процессор не тратит времени на ожидание. Если происходит пропуск, то команда или данное изымается из ОЗУ в обычном порядке, что замедляет работу микропроцессора и приводит к тактам ожидания.

Система кэш-памяти имеет ряд уровней. В современных компьютерах обязательно имеется хотя бы один уровень кэш-памяти, чаще всего их два, а иногда бывает и три.

Первый уровень L1 – сверхбыстрая кэш-память небольшого объема, встроенная в кристалл самого микропроцессора. Кэш-память микропроцессора очень быстрая (время доступа – несколько наносекунд), поэтому эффективность ее весьма высока, хотя объем этой памяти невелик – от 4 до 32 Кбайтов у разных типов микропроцессоров. Для ускорения операций кэширования у большинства микропроцессоров используются две области кэш-памяти – отдельно для данных и для команд. Количество и тип кэш-памяти L1 зависят от процессора, который установлен в ПК, и нельзя изменить ее параметры, не поменяв процессор.

Второй уровень кэширования L2 – внешняя кэш-память. На материнскую плату устанавливаются микросхемы быстрой статической кэш-памяти с временем доступа 10-20 нс (для сравнения – динамическое ОЗУ имеет время доступа 50-100 нс). Хотя они не столь быстры, как элементы кэш-памяти микропроцессора, у них есть важное преимущество – существенно больший объем памяти, достигающий 256-512 Кбайт у наиболее мощных ПК и меньше – у менее мощных. В такой кэш помещаются целые программы или их крупные фрагменты. Объем КЭШа, установленного на материнской плате, можно увеличить, добавив новые микросхемы, тогда как интегрированный кэш (в системах Celeron, Pentium II/III/4, Athlon/Duron) модернизации не подлежит.

Третий уровень кэширования – кэш-память некоторых периферийных устройств. Чаще всего она применяется в контроллерах жесткого диска, поскольку такие диски обмениваются с ПК большими объемами информации. Такое кэширование носит частный характер. Например, контроллеры дисков с кэшированием резко сокращают время поиска информации на диске, но никоим образом не влияют на скорость обмена информацией между микропроцессором и ОЗУ.

Кэш-память программно недоступна. Для обращения к ней используют аппаратные средства процессора и компьютера.

Отмечено, что наличие кэш-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность ПК примерно на 20%.

Включают или отключат кэш-память в разделе настройки параметров чипсета (Chipset Setup) программы CMOS Setup.

Внешняя память

Рис. Винчестер: внешний вид (слева) и со снятой крышкой (справа)

Рис. Флэш-память

Рис. Материнская плата