Негізгі жадтың ұйымдастырылуы және операциялары
Жадының біркелкілік принципі (немесе программаның сақталу принципы). Программалар және деректер бір жадыда нөлдер және бірлер жиынтықтары түрінде сақталады.
Сол себепті, айтылмыш ұяшықта не сақталғанын – сан, мәтін немесе команда, оны компьютер айыра алмайды.
Деректермен орындалатын амалдарды, командаларға да қолдануға болады. Бұл бір қатар мүмкіндіктерге жол ашады.
Мысалы, программа өзінің орындалу барысында дәл осындай қайта өңделуге жатуы мүмкін, оның кейбір бөліктерін алу ережелері программаның өзіне беріледі (айталық программада циклдарды және бағынышты программаларды орындауды ұйымдастыру).
Одан бетер, бір программаның командалары басқа программаның орындалу нәтижелері есебінде алынуы мүмкін. Осы принципте трансляциялау әдістері – жоғарғы деңгейдегі программалау тілінде жазылған программа мәтінін нақты машинаның тіліне аудару негізделген.
Адрестелу приципі. Негізгі жады құрылымы нөмірленген ұяшықтардан тұрады. Процессорге уақыттың әрбір ерікті сәтінде кез келген ұяшыққа жол ашық. Осыдан, жадының аймақтарына атау беру мүмкіндігі туындайды, артынан оларда сақталған мәндерге қатынасу немесе меншіктелген атауды қолданып программа орындалу үрдісінде ол мәндерді өзгерту үшін керек.
Сонымен:
1) жадының (ЖСҚ–жедел сақтау құрылғы) барлық ұяшықтары нөмірленген және онда сақталған деректердің адрестері болып табылады;
2) деректер жедел жадыдан белгілі мөлшермен (порциямен) шығарылады, сондықтан жады өзінің адресімен разрядтылығы белгілі байттар тізбегіне бөлінеді;
3) жадыға ақпаратты және командаларды оқу/жазу тек байттар тізбегінің адрестері бойынша орындалады.
Адрестердің мәндері – нөлден басталған бүтін сандар.
3 Компьютер жадысының ұйымдастырылуы
Жад иерархиясы.Әртүрлі жадыны иерархиялық ұйымдастыру приципі. Жады (СҚ–сақтау құрылғы) ақпаратты (деректер) және программаларды сақтайды.
Қазіргі компьютерлердің сақтау құрылғылары «көпдеңгейлі» (2.2-сурет). Оған компьютер тікелей қазіргі уақытта жұмыс жасайтын ақпарат (орындалып жатқан программа, оған тікелей қажет деректердің бөлігі, кейбір басқарушы программалар) сақтайтын жедел сақтау құрылғысы (ЖСҚ) және көлемі кең жылдамдығы баяу сыртқы сақтау құрылғысы (ССҚ) кіреді.
Сақтау құрылғыларының иерархиялық схемасы
Жады (memory) – деректерді және программаларды өңдеуге, сақтауға арналған ЭЕМ – ның негізгі функционалдық бөлігі. Жады: негізгі ішкі және сыртқы деп бөлінеді.
Негізгі ішкі жадыға екі типті электронды құрылғылар жатады:
– тұрақты сақтаушы құрылғы (ROM – Read Only Memory);
– жедел жады (RAM – Random Access Memory) және КЭШ жады (cache memory). Олардың нағыз түрлері – микросхемалар.
Тұрақты сақтау құрылғысы (ТСҚ) – (ROM – Read Only Memory). Зауытта жасалу кезінде ТСҚ-ның ішіне жүктеуші BIOS
(Basic Input Output System), CMOS Setup программалары және өзгертуге болмайтын әртүрлі тұрақтылар «тігіледі».
BIOS (аудармасы – негіздік енгізу-шығары жүйесі) – онда операциялық жүйені, жадыны және ЭЕМ сыртқы құрылғыларды тестілеуді жіберуші өзгертілмейтін программалар жазылады.
EPROM Intel 1702 ультра-күлгінмен өшірілетін микросхема
Сонымен, ТСҚ-дағы ақпарат мазмұны тұрақты, электр энергиясынан тәуелсіз, тек оқылуы мүмкін, ал жазу тек қана арнайы жағдайда жасалады.
Жедел сақтау құрылғысы (ЖСҚ) – (RAM – Random Access Memory) – бұл, пайдаланушыға дәл осы кездегі уақытта қажет деректерді және программаларды сақтауға арналған электрондық жедел жады (құрылғы).
Жедел жады микросхемалары: Аналық тақшаға қойылған
SIMM (жоғарыда), DIMM (төменде) DRAM жедел жады модулі
Компьютерде орындалып жатқан программалар мен командалар жедел жады арқылы алмасады. ЖСҚ – бұл программамен адрестелінетін жады және оның жылдамдығы процессордың жұмыс жылдамдығына жақын. Жедел жадының әр ұяшығының өзінің жеке адресі бар.
Жедел жадының кемшілігі, электр энергиясына тәуелділігі, яғни, компьютер электр желісінен ажыратылған жағдайда, ондағы ақпарат сақталмайды.
КЭШ жады (Cache memory) – процессор мен жедел жады арасында ақпаратты тез алмастыру үшін дәнекер (буфер) өте тез электрондық жедел жады (құрылғы).
Бұл жедел жадыға қарағанда өте тез, ауқымы шағын, компьютердің өнімділігін анағұрлым арттырады.
Сыртқы жады (ССҚ) – электр энергиясынан тәуелсіз көлемі үлкен, ақпаратты ұзақ мерзім сақтауға арналған алмалы-салмалы магниттік тасымалдаушы құрылғылар.
Сыртқы сақтау құрылғыларына мыналар жатады:
Қатты магнитті дискідегі жинақтауыш (HDD – Hard Disk Drive) немесе винчестер – жүйелік блокта кірістірілген, жұмыс жасауға барлық қажет ақпаратты, атап айтқанда: операциялық жүйелерді, программалар дестесін, сандық деректерді, мәтіндерді, ойындарды және т.б. сақтау үшін арналған.
Бөлшектенген қатты диск Samsung HD753LJ (750 ГБ, 2008 ж. жасалған)
Тарихтан: ең алғашында, магниттік жинақтауыш құрылғысы, әр қайсысы 30 Мбайттық екі дискіден тұратын біртұтас блок түрінде жасалатын. Ондай жинақтауыштың жалпы көлемі 30/30 цифрлар түрінде белгіленіп жүрді. Ондай белгі, көне аңшылық «Винчестер» атты мылтығының калибріне ұқсас болғандықтан, ондай қатты жинақтауыш дискісі винчестер аталып кетті.
Қатты диск сыйымдылығы – HDD (capacity) – жинақтауышта сақтауға болатын деректер саны. Қазіргі құрылғылардың сыйымдылығы 4096 Гб (4 Тб) дейін жетеді. Информатикадағы дәстүрлі 1024 еселі жүйесінен басқаша, қатты дискілердің сыйымдылығын белгілегенде өндірушілер, 1000 еселі шамаларды қолданады. Айталық, «200 ГБ» деп таңбаланған, қатты диск сыйымдылығы 186,2 ГБ құрайды.
Винчестердің құрылымы: герметикалық корпустың ішінде, бір осьте қабатпен орналасқан бірнеше қатты магниттік дискілердің дестесінен тұрады (2.10-сурет). Олар өте үлкен жылдамдықпен айналады. Ақпарат дискінің екі бетіне де (орысша поверхность) жазылады.
Дискінің әр беті (магнитті беттер) концентрлі жолдарға, оның әр қайсысы секторларға, ал секторлар – «торшаларға» байттарға бөлінеді.
Бір дискідегі барлық секторлардың көлемі бекітілген болады. Әр дискіге жақындатылған магнитті бас тиектер көмегімен ақпаратты оқу/жазу үрдісі, бір уақытта, дестенің барлық дискілерінен қатар орындалады. Деректерді дискіден оқу және жазу жұмыстарының барлығы толық секторлармен орындалады.
Қатты магнитті дискілер жинақтауышының құрылыс схемасы
Винчестерге дәстүрлі C: атауы беріледі. Әдетте жұмысқа ыңғайлы және сенімділік үшін, оны бірнеше логикалық дискілерге: C: D: E: – атауларымен бөледі.
Оптикалы диск (optical disc) – ақпаратты оқуды оптикалық сәуле шығару көмегімен жүргізетін, диск түріндегі ақпаратты тасымалдауыштардың жалпы аталымы. Диск әдетте жалпақ, оның негізі поликарбонаттан жасалады, үстіне ақпаратты сақтауға арнайы қабат жағылады.
Ақпаратты оқу үшін әдетте лазер сәулесі қолданылады, ол арнайы қабатқа бағытталады және одан қайтарылады (орысша отражение).
Қайтарылған кезде арнайы қабатта сәуле өте ұсақ қуыстарға (орысша выемка) (питтерге ағылш. pit—кішкене шұңқыр, шұңқырлау) үлгіленеді, оны, оқу құрылғысының кері кодтауының (орысша декодирование) негізінде дискіде жазылған ақпарат қалпына келтіріледі.
CD–ROM – ауысымды лазер компакт-дискілерінен ақпаратты тек оқуға арналған құрылғы.
Лазер магнитті компакт-дискілері CD–ROM (Compact Disk Read Only Memory) – жазылған ақпаратты тек оқуға ғана және ұзақ мерзімге сақтауға арналған.
CD–RW – ауысымды лазер компакт-дискілерінен ақпаратты оқып/жазуға арналған құрылғы.
Лазер магнитті компакт-дискілері CDRW (Compact Disk Read Write) – жазылған ақпаратты оқып/жазуға арналған.
CD жылдамдығы. Алғашқы стандарт бойынша CD–ROM-ң оқу жылдамдығы 150 Кбайт/сек. қолданылды. Бұл – бірлік (одинарная) жылдамдық деп аталады. Бүгінгі күнде 2-лік, 4-тік, ..., 50, 52 және одан жоғары жылдамдықты CD бар.
DVD (digital versatile disk) – қарапайым дискілерге қарағанда, лазер толқынының ұзындығын азайтып қолданғандықтан, көлемі үлкен ақпаратты сақтау мүмкіндігі бар, көп мақсатты цифрлы диск.
DVD-жетек — осындай тасымалдауыштардан оқуға (немесе жазуға) арналған құрылғы.
DVD оқу және жазу үшін толқын ұзындығы 650 нанометр қызыл лазер қолданылады.
Деректер құрылымы бойынша DVD төрт түрі (типі) болады:
DVD-бейне —фильмдерден тұрады (бейне және дыбыс);
DVD-Audio — жоғарғы сапалы аудио деректерден тұрады (аудио-компакт-дискілеріне қарағанда анағұрлым жоғары)
DVD-Data — кез келген деректерден тұрады;
аралас мағналы.
Компакт-дискілерде жазылған аудиодискісінің қүрылымы, деректер дискісінің құрылымынан күрделі айырмашылығы бар. Ал, оған қарағанда, DVD әрдайым UDF1 файылдық жүйесі қолданылады (деректер үшін ISO 9660 қолданылуы мүмкін).
Blu-ray Disc, BD (blue ray — көк сәуле және disc — диск; blue орнына blu – әдейі жазылған) – оптикалы тасымалдауыштың пішімі, цифрлық деректерді жазу және сақтау үшін қолданылады, соның ішінде, тығыздығы көтеріңкі айқындылығы жоғары бейне.
Қазіргі кезде BD-R (бір ретті жазу) және BD-RE (көп ретті жазу) қолданысқа кіруде, BD-ROM пішімі жасалуда.
Flash – жады (Flash-Memory) – кішкентай көлемді сыртқы жады, компьютерге USB – порты арқылы қосылады. Сыйымдылығы қазіргі кезде 64 Гб – қа жетіп қалды.
UDF (Universal Disk Format, әмбебап дискілік форматы) – қайта жазылатын компакт-дискілерде қолданылатын файлдық жүйе.
Кэш-жады. Процессор ішінде мәлімет алмасу процесі процессор мен жедел жады арасындағы мәлімет алмасу жылдамдығынан әлдеқайда жоғары. Сондықтан жедел жадынан жиі мәлімет алмасу үшін процессор ішінде өте жылдам істейтін ішкі кэш-жады бар. Процессорға мәлімет керек болса, ол алдымен кэш-жадындағы регистрлерден алады, тек керекті мәлімет таусылған кезде ғана жедел жадымен мәлімет алмасады. Кэш-жадының көлемі үлкен болса, онда көптеген керекті мәліметтер сақталады да, процессордың жұмыс жылдамдығы жоғары болады. Сол себепті кэш-жады көлемді компьютерлер жылдам істейді.