Transcript Paměti

Paměti
Paměť počítače je zařízení, které slouží
k ukládání programů a dat, s nimiž počítač pracuje.
Rozdělení pamětí
• Vnitřní (interní) paměti
Paměti osazené většinou na základní desce. Jsou
do nich zaváděny právě spouštěné programy (nebo
alespoň jejich části) a data, se kterými pracují.
• Vnější (externí) paměti
Paměti realizované většinou za pomoci zařízení
používajících výměnná média. Slouží pro
dlouhodobé uchování informací a zálohování dat.
Parametry pamětí
•
•
•
•
Kapacita;
Přístupová doba;
Přenosová rychlost;
Statičnost / dynamičnost
– statické paměti
– dynamické paměti;
• Destruktivní při čtení /
nedestruktivní při čtení;
• Energeticky závislé /
energeticky nezávislé;
• Přístup
– sekvenční
– přímý;
• Spolehlivost;
• Cena za bit.
Vnitřní (interní) paměti
Jsou to paměti s nimiž mikroprocesor bezprostředně
pracuje. Tyto paměti osazené většinou na základní
desce bývají realizovány pomocí polovodičových
součástek.
Základní typy:
– ROM
– RAM
– Cache paměti
– Registry
Paměti typu ROM
(Read Only Memory)
• Jediný hlavní úkol tohoto typu paměti je pamatovat
si data i po vypnutí počítače, tj. po ukončení přísunu
elektrického proudu.
• ROM paměť je obvykle používána při startu počítače
a zavádění operačního systému.
ROM
(Read Only Memory)
Paměti ROM jsou paměti, které jsou určeny pouze
pro čtení informací. Informace jsou do těchto pamětí
pevně zapsány při jejich výrobě a potom již není
možné žádným způsobem jejich obsah změnit.
PROM
(Programable Read Only Memory)
Paměť PROM neobsahuje po vyrobení žádnou pevnou
informaci a je až na uživateli, aby provedl příslušný
zápis informace. Tento zápis je možné provést pouze
jednou a poté již paměť slouží stejně jako paměť ROM.
EPROM
(Eraseable Programable Read Only Memory)
Paměť EPROM je statická a energeticky nezávislá
paměť, do které může uživatel provést zápis. Zapsané
informace se uchovávají pomocí elektrického náboje
a je možné je vymazat působením ultrafialového
záření.
EEPROM
(Electrically Eraseable Programable Read
Only Memory)
• Tento typ paměti má podobné chování jako paměti
EPROM, tj. jedná se o statickou energeticky
nezávislou paměť, kterou je možné naprogramovat
a později z ní informace vymazat.
• Výhodou oproti EPROM pamětem je, že
vymazání se provádí elektricky a nikoliv pomocí
UV záření, čímž odpadá nepohodlná manipulace s
pamětí při jejím mazání.
Paměti Flash
• Flash paměti jsou obdobou pamětí EEPROM.
Jedná se o paměti, které je možné naprogramovat
a které jsou statické a energeticky nezávislé.
• Vymazání se provádí elektrickou cestou, jejich
přeprogramování je možné provést přímo v
počítači.
Paměti typu RAM
(Random Acces Memory)
Jedna z nejdůležitějších vnitřních pamětí v podobě
zásuvných modulů vkládajících se do slotů
na základní desce.
•
•
•
•
Rychlejší než ROM, větší kapacity;
Paměť s možností zápisu i čtení z libovolného místa;
Prostor pro běžící (spuštěné) programy;
Po vypnutí počítače (nebo výpadku
proudu) se její obsah ztratí;
Rozlišujeme RAM paměti
• Statické paměti (SRAM)
Typicky se používají jako rychlé vyrovnávací paměti
(cache) u procesorů.
• Dynamické paměti (DRAM)
- operační paměti.
• CMOS-RAM
Pro uchování nastavení parametrů BIOSu.
Paměti SRAM
(Static Random Access Memory)
• Paměti SRAM uchovávají informaci v sobě
uloženou po celou dobu, kdy jsou připojeny ke
zdroji elektrického napájení.
• Paměťová buňka SRAM je realizována jako
bistabilní klopný obvod.
Paměti DRAM
(Dynamic Random Access Memory)
• Z DRAM jsou sestaveny operační paměti. Mají
vysokou hustotu záznamu, levnější výrobu a jsou
pomalejší než SRAM.
• V paměti DRAM je informace uložena pomocí
elektrického náboje na kondenzátoru. Tento náboj má
však tendenci se vybíjet i v době, kdy je paměť
připojena ke zdroji elektrického napájení. Aby
nedošlo k tomuto vybití, je nutné periodicky
provádět tzv. refersh.
CMOS-RAM
• Paměť s malou kapacitou sloužící k uchování údajů o
nastavení počítače a jeho hardwarové konfiguraci.
• Tato paměť je energeticky závislá, a proto je nutné ji
zálohovat pomocí akumulátoru umístěného většinou
na základní desce, aby nedošlo ke ztrátě údajů v ní
uložených.
Cache paměti
• Jejím účelem je vzájemné přizpůsobování rychlostí rychlejší komponenta čte data z cache, tudíž nemusí čekat
na pomalejší komponentu.
• Překladiště dat mezi komponentami počítače
Cache L1 - je integrován v mikroprocesorech. Takovýto
procesor musí mít v sobě integrován také řadič cache
paměti. Je k zásobování procesoru daty ze sběrnice.
Cache L2 - cache paměť většinou na mikroprocesoru, v
některých případech na základní desce počítače. Její
činnost je řízena řadičem cache paměti. Je umístěna mezi
mikroprocesorem a operační pamětí.
Registry
Pod paměti lze zařadit také registry.
• Jsou to paměťová místa na čipu procesoru, která jsou
používána pro krátkodobé uchování právě
zpracovaných informací.
Vnější (externí) paměti
Paměti, pro možnost uložení programů a dat pro
pozdější využití.
–
–
–
–
–
Papírová média;
Magnetická média;
Optická média;
Magneto-optická média;
Elektrická média.
Papírová média
• Děrný štítek
– R. 1801 francouzský textilní průmyslník Joseph Marie Jacquard - automatický tkalcovský stav;
– Jako binární kód 1 a 0
dírka - chybějící dírka;
– Jeden štítek jeden příkaz
nebo datový záznam.
• Děrná páska
– Podobná děrnému štítku;
– Výhoda libovolné délky.
Magnetická média
• Možnost přemazávání a opětovného zápisu;
• Větší hustota uložených informací;
• Možnost nesekvenčního - přímého přístupu
v případě disků.
Magnetická média
Princip
• Jde o pokrytí nemagnetického podkladu tenkou
feromagnetickou vrstvou, do které se provádí vlastní
záznam zmagnetizováním miniaturních oblastí.
• Zapisování se provádí změnou polarity těchto oblastí
pomocí elektromagnetů v záznamové hlavě.
• Čtení
se
provádí
snímáním
indukovaných
elektrických impulsů.
Magnetická média
Magnetická páska
•
•
•
•
V historii je asi nejpoužívanějším magnetickým médiem.
Poprvé byla zřejmě použita u počítače EDVAC z r. 1949.
Při práci se páska navíjí z jednoho kotouče na druhý.
Sekvenční zapisování a čtení.
• Na konci šedesátých let se začal
používat magnetický štítek. Jeho
hlavní výhoda spočívala
v přenositelnosti a rychlosti.
Magnetická média
Výměnné magnetické disky
• Částí počítačů v 60. letech;
• Další stupeň vývoje záznamových
médií - soustavy magnetických disků;
• Konstrukce magnetického disku
obsahovala buď jeden nebo více
disků (tzv. svazek).
• Zpočátku byla typická kapacita 7 MB, později se
rozšiřovala na 200 MB.
• První magnetické disky se v základní konstrukci
příliš nelišily od dnešních.
Magnetická média
Pružný - Floppy disk - disketa
• V roce 1969 firma Imation - první 8-palcové
floppy disky;
• Jde o pružný plastový kotouč s oboustranně
nanesenou tenkou magnetickou vrstvou
většinou v pružném papírovém nebo
plastovém ochranném pouzdru.
• Následoval 5,25-palcový floppy disk;
• V roce 1989 firma Imation vyrobila první
3,5-palcové diskety , které jsou ještě i dnes běžným formátem.
Kapacita současných disket je 1,44 MB. Doba přístupu
k zápisu (tj. zpoždění) je asi 100 milisekund.
Magnetická média
Pevný disk - harddisk
• Velkokapacitní vnější paměť;
• Pro ukládání většiny systému
a dat;
• V roce 1973 první uzavřeny pevný
disk s označením Winchester;
• Paměťové médium je uchyceno uvnitř vlastní
mechaniky.
• Konstrukce - několik disků (kotoučů) nad sebou.
Magnetická média
Pevný disk - harddisk
• Mechanika obsahuje tyto základní části:
– médium s daty;
– magnetické hlavy pro čtení/zápis;
– mechaniku pohybující s hlavami;
– motorek točící diskem;
– řadič (=elektronický obvod, který řídí
práci disku);
– rozhraní zajišťující připojení disku
k základní desce.
(Disketová mechanika má obdobné části, paměťové
médium je do ní vkládáno, není pevně uchyceno.)
• Má vyrovnávací paměť (cache).
• Podle fyzické velikosti je disk určen pro různé typy
použití.
Magnetická média
Další typy
•
•
•
•
•
•
•
Zip disky
LS-120
Ezflyer
SyJet disky
Jazz disky
STREAMERY
Atd.
Optická média
• Technologie záznamu je pomocí laseru;
• Jedná se v dnešní době o rozšířené a
spolehlivé médium pro zálohu dat.
Optická média
Médium CD (Compact Disk)
• Je plastový kotouč o průměru 12 cm;
• Vznikalo původně jako audio nosič, autory byly
firmy Philips a Sony, od r. 1985 je standardem.
• Technologie záznamu na CD média je laser
o vlnové délce 780 nm.
• Data jsou ukládána do jedné dlouhé spirály
podobně jako na gramofonové desce. Spirála
začíná u středu média a rozvíjí se postupně až
k jeho okraji.
Optická média
Formáty CD (Compact Disk)
• CD-ROM
jsou optické disky se standardní kapacitou 650 MB, které
nelze přepisovat, jde o lisovaná média.
• CD-R - (Recordable)
CD disky, na které lze zapisovat. Jednou
zapsaná data již nemohou být přepsána.
• CD-RW - (ReWriteable)
CD disky, na které lze zapisovat. CD-RW disky dovolují na
rozdíl od CD-R disků, aby záznam byl přemazán a proveden
znovu.
Optická média
Princip zápisu na CD média
• U lisovaných CD-ROM je struktura vytvořena
lisováním.
• U CD-R technologie je záznamová vrstva tvořena
barvivem. Při vypalování se organické barvivo
zahřeje, což způsobí jeho změnu. Dá se říci, že laser
vytváří miniaturní kopečky.
• U CD-RW je princip záznamu ještě jiný. Záznamové
barvivo CD-RW disku nepodléhá nevratné změně,
ale dochází pouze k fázové změně z krystalické
podoby v amorfní.
CD mechaniky
• Mechaniky CD-R
jsou zařízení, jež dovolují provedení záznamu
na disk CD-R, který je potom čitelný v běžné CD-ROM
mechanice.
• Mechaniky CD-ROM
jsou zařízení pro čtení CD-R, CD-ROM, CD-RW.
• Mechaniky CD-RW
jsou zařízení pro zápis na CD-R, CD-RW a čtení
z CD-ROM, CD-R a CD-RW.
Optická média
Médium DVD (Digital Versatile Disc)
• Uvedeno na trh v Japonsku roku 1996.
• Optický disk s vysokou hustotou záznamu;
• Disk DVD je na první pohled od CD nerozlišitelný.
Záznamová kapacita disků DVD je mnohonásobně
větší.
• Zkratka DVD původně – Digital Video Disc;
• Je používá technologie "červený" laser s vlnovou
délkou- 650 nm.
Optická média
Médium DVD (Digital Versatile Disc)
• DVD existují v několika formátech:
– DVD – data (ROM)
– DVD – audio
– DVD – hybrid
– DVD – video
• Jsou vyráběny jako jednostranný a oboustranný disk,
jedno nebo dvouvrstvý (DVD-DL).
• Jsou také jako opakovatelně přepisovatelná DVD.
Optická média
DVD média
• U dvouvrstvých médií je paprsek zaostřen na první
vrstvu, nebo prochází polopropustnou vrstvou a čte
na vrstvě druhé.
• U oboustranných médií je tento postup čtení
obdobný, akorát je nutno mít mechaniku s laserem z
obou stran.
DVD mechaniky
• DVD mechaniky jsou kompatibilní s většinou
standardních formátů CD disků.
• Obdobné označení DVD mechanik jako u CD
mechanik:
– Mechaniky DVD-R
– Mechaniky DVD-ROM
– Mechaniky DVD-RW
Optická média
DVD-RAM médium a DVD-RAM mechanika
• Médium DVD-RAM je zvláštní
typ přepisovatelného DVD média,
se kterým je možné pracovat jako s
harddiskem či ZIP mechanikou,
lze na něj volně zapisovat, mazat a
číst.
• Samotné mechaniky se liší ve
způsobu vkládání disků v cartridgi
nebo „nahých“ disků.
Magneto-optická média
• Magnetooptické (MO) jednotky používají technologii, která
kombinuje laserovou (optickou) a magnetickou metodu
záznamu/čtení z disku.
• Při zápisu na magnetooptické disky používá laser i magnet
(pro čtení pouze laser).
• Umožňuje ukládat data v poměrně velké hustotě a médium má
velkou kapacitu.
• Existují dva typy magnetooptických disků - disky WORM
(Write Once Read Many), na které lze zapsat pouze jednou, a
disky přepisovatelné, na které se může opakovaně zapisovat.
Elektrická média
USB Flash disky
• Pamět typu Flash (EEPROM);
• V roce 1992 byl představen první přenosný disk typu
flash.
• Flash disky jsou velmi malá zařízení s řadičem
připojovaná přes USB s kapacitou stovek MB. Princip
práce se nejvíce podobá pamětem RAM, ale data si
pamatují i po odpojení napájení.
Elektrická média
Paměťové karty
•
•
•
•
Jsou paměti typu „flash“;
V roce 1994 první paměťová karta s velikostí 4 MB;
Možnost vymazat či přepsat obsah paměti pomocí
elektrického signálu, navíc bez speciálních zařízení;
Nejčastěji je obsažena v:
– digitálních fotoaparátech;
– MP3 přehrávačích;
– mobilních telefonech;
– kapesních počítačích…
Budoucnost
HD DVD a Blu-ray
• HD DVD (High Definition DVD) firmy Toshiba;
• Blu-ray firmy Sony;
• Média obou společností se budou dodávat v obdobných
formátech jako současná.
• U obou technologií je použit "modrý" laser (přesněji řečeno
modro-fialový) o vlnové délce 405 nm, díky čemuž je
dosahováno vyšší kapacity než u dnešní technologie DVD.
• Blu-ray dvounásobná cena mechanik,
nabízí větší kapacitu média než HD DVD.
Budoucnost
Holografický záznam
• Na světě je mechanika používající červený
laser a médium HDS4000.
• InPhase v současné době předvádí tři vzorky
Tapestry médií: HDS3000 pro zelený,
HDS5000 pro modrý a nyní i HDS4000 pro
červený laser.
• Na kotoučku o průměru 13 cm je nahráno
300 GB dat, která se čtou rychlostí 20 MB/s.
Literatura
• http://www.fi.muni.cz/usr/pelikan...
• http://www.fi.muni.cz/usr/jkucera...
• Mark Minasi: Velký průvodce hardwarem