Единица измерения оперативной памяти

Назначение и основные представления о работе функциональных блоков компьютера

Запоминающее устройство (ЗУ) – это один из основных функциональных узлов любого компьютера.

В современных компьютерах ЗУ представлено двумя видами памяти:

– о с н о в н о й (оперативной) памятью (ОП),

– в н е ш н е й (ВП).

Оперативная память предназначена для хранения текущей информации. В ней хранятся все служебные и прикладные программы, обслуживающие вычислительный процесс, исходные, промежуточные данные и результат вычислений.

Оперативная память энергозависима. Это значит, что при отключении энергопитания компьютера вся информация в оперативной памяти теряется.

Эта память представлена множеством микросхем (БИС), в которых расположено большое количество двухпозиционных элементов (триггеров), исчисляемое десятками и сотнями миллионов. Двухпозиционный элемент – это элемент, который может находиться только в одном из двух возможных состояний. Это базовый элемент всех современных компьютеров. Условились одно состояние элемента обозначать как «0», а другое как «1». Такие элементы очень надежны и просты в реализации. С помощью двухпозиционных элементов представляется вся информация в компьютере. В этом случае любая информация текстовая или числовая изображается в виде комбинаций «0» и «1», то есть кодируется или, как еще говорят, представляется в машинных кодах. Этот код еще называют двоичным кодом, поскольку в нем используется два символа.

Любая информация имеет размер или свое количество, то есть ее может быть мало или много. Чтобы измерять информацию, была принята единица ее измерения.

За единицу измерения количества информации принято одно из состояний двухпозиционного элемента. Эту единицу назвали б и т. Информация о том, что двухпозиционный элемент находится в состоянии «0» или «1» и есть информация размером в один бит. В оперативной памяти все элементы информации (символы, числа) хранятся в я ч е й к а х. Ячейка – это небольшой участок памяти. Ячейки бывают различного размера в зависимости от вида хранимой в них информации. Каждая ячейка имеет свой адрес. Адресом ячейки является ее порядковый номер. За минимальный размер ячейки принят ее размер, определяемый восемью рядом расположенными двухпозиционными элементами. Ячейку такого размера принято называть один байт. На рис. 2.1 представлена схема такой ячейки.

1 2 3 4 5 6 7 8

Рис. 2.1 Ячейка размером в один байт

Такая ячейка может хранить 2= 256 вариантов информации. То есть 256 различных комбинаций 0 и 1. Количеством таких ячеек принято измерять размер памяти или как принято говорить объем памяти. Объем памяти в один байт – минимальная единица ее измерения. Но это очень мелкая единица, поэтому были приняты другие более крупные единицы.

1 Кбайт (килобайт) = 2байт = 1024 байт;

1 Мбайт (мегабайт) = 2Кбайт = 1024 Кбайт = 2байт;

1 Гбайт (гигабайт) = 2Мбайт = 1024 Мбайт = 2 байт.

1 Тбайт (терабайт) = 2Гбайт = 1024 Гбайт = 2 40 байт.

Следует помнить, что оперативная память хранит только текущую информацию. При отключении компьютера информация теряется. Сама оперативная память имеет несколько участков (зон).

Основной объем памяти отведен под участок, в котором можно без каких-либо ограничений считывать и записывать информацию. Этот участок называют о п е р а т и в н ы м з а п о м и н а ю щ и м у с т р о й с т в о м (ОЗУ). Он имеет произвольный доступ к ячейкам. Такой доступ позволяет получать данные по любым адресам и в любом порядке.

Другим участком оперативной памяти является п о с т о я н н о е з а п о м и н а ю щ е е у с т р о й с т в о (ПЗУ). Его содержимое можно только читать и никакая работающая программа не сможет его изменить. Эта информация всегда неизменна и постоянно доступна, в том числе и в момент включения компьютера. В ПЗУ размещена программа загрузки компьютера в момент его включения. Под загрузкой понимают создание копий различных программ или данных в оперативной памяти, оригиналы которых размещены на каких-либо внешних носителях информации (винчестер, дискеты, компакт- диски и др.). В ПЗУ содержится минимум необходимых программ, которые заносятся в него заводом-изготовителем компьютера. К ним относятся программы тестирования важнейших функциональных узлов в момент включения компьютера (память, клавиатура, дисплей и др.). Это программы системы ввода/вывода информации BIOS (Basic Input Output System). В последнее время появилась возможность самому потребителю заносить необходимую информацию в ПЗУ, поместив «чистую» микросхему ПЗУ в специальное устройство называемое программатором. В настоящее время появились такие микросхемы ПЗУ, которые позволяют их перепрограммировать по несколько раз. Они получили название ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства). Одной из последних конструкций ППЗУ является флэш – память.

По способу реализации двухпозиционных элементов различают память:

– с т а т и ч е с к у ю,

– д и н а м и ч е с к у ю.

Статическая память реализуется на базе транзисторных двухпозиционных элементах, триггерах. Эти элементы имеют два устойчивых состояния и могут находиться в каком–либо из них сколь угодно долго.

Динамическая память реализуются на базе двухпозиционных элементов, в основе которых используются конденсаторы. Логической единице соответствует заряженный конденсатор, а логическому нулю – незаряженный. Существенным недостатком динамической памяти является постепенный разряд конденсаторов через внешние цепи, что ведет к потере информации. Чтобы это не происходило, конденсаторы динамической памяти необходимо периодически подзаряжать. Такой процесс называют р е г е н е р а ц и е й ОЗУ.

В настоящее время все большее предпочтение отдается динамической памяти, как более простой в изготовлении, занимающей меньше места и более дешевой. Следует отметить, что технология производства полупроводниковой памяти постоянно совершенствуется. Это порождает появление новых микросхем памяти. В современных компьютерах объем оперативной памяти достигает нескольких десятков Гбайт.

2.2. Кэш – память

Существует противоречие между быстродействующей, но более дорогой статической памятью и худшей по характеристикам, но более дешевой динамической памятью. Разумным компромиссом для построения экономичных и производительных систем является использование промежуточной к э ш – п а м я т и. Этот вид памяти появился сравнительно недавно. Начиная с 486-го процессора, все модели компьютеров оснащаются кэш – памятью.

Кэш представляет собой «быструю» статическую память небольшого объема, которая служит для ускорения доступа к «медленной» динамической памяти.

Основная идея работы кэш – памяти заключается в том, что извлеченные из ОЗУ данные или команды программы, копируются в кэш. Одновременно в специальном каталоге адресов, который находится в той же самой памяти, запоминается адрес, откуда была извлечена информация. Если данные потребуются повторно, то уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ. Их можно получить из кэш – памяти значительно быстрее.

Поскольку объем кэш – памяти существенно меньше объема оперативной памяти, то контроллер кэш – памяти внимательно следит за тем, какие данные следует сохранять, а какие необходимо заменять. Удаляется та информация, которая используется реже или совсем не используется. Контроллер также обеспечивает своевременную замену измененных данных из кэш – памяти обратно в ОЗУ.

В современных компьютерах кэш – память реализуется на двух уровнях:

Первый уровень памяти встроен непосредственно в процессор, а второй устанавливается на системной плате. Как и для ОЗУ увеличение объема кэш – памяти повышает эффективность работы компьютера.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Содержание статьи

• В каких единицах измеряется память персонального компьютера
• Сколько килобайт в мегабайте, гигабайте и терабайте
• Как определить размер оперативной памяти

Компьютерная память представляет собой физические устройства для хранения информации. В современных компьютерах широко используются два вида хранения данных – на жестких дисках и в оперативной памяти. Размер оперативной памяти может исчисляться в гигабайтах, а емкость жестких дисков может достигать нескольких терабайтов.

Говоря о компьютерной памяти, обычно подразумевают либо оперативную память, либо емкость жесткого диска.

Оперативная память

Оперативная память или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) действует по принципу энергозависимого хранения данных. Ее работа основана на использовании транзисторов. После того, как компьютер выключают, все данные в оперативной памяти стираются.

Размер «оперативки» принято измерять в гигабайтах. В большинстве современных персональных компьютеров используются модули памяти от двух до четырех гигабайт.

Один гигабайт содержит в себе более миллиарда байт. В такой объем памяти умещается один час обычного видео, семь минут видео высокого разрешения или около двух часов музыки CD-качества.

При желании, пользователи персональных компьютеров могут увеличивать объем оперативной памяти, добавляя новые модули. Это позволяет компьютеру быстрее работать.

В гигабайтах «оперативка» измерялась не всегда. Еще 15-20 лет назад привычным размером для ОЗУ были 128, 256 или 512 мегабайт. Это – в 4-20 раз меньше, чем в случае современных вычислительных машин.

Жесткий диск

Если оперативная память отвечает за динамическую запись данных, с которыми процессор работает «на лету», то на жесткий диск, как правило, записывается информация для долгого хранения. Этот вид памяти не является энергозависимым – после выключения компьютера данные на ней не стираются.

Жесткий диск хранит информацию, используя принцип магнитной записи. В современных компьютерах объем жестких дисков измеряется в терабайтах. Один терабайт вмещает в себя более тысячи гигабайт (или более миллиона мегабайт).

Первые жесткие диски, разработанные в середине прошлого века, были размером с холодильник и могли хранить лишь пару мегабайт. В 1982 году компания IBM выпустила персональный компьютер с диском в пять мегабайт.

Самый первый жесткий диск объемом 1 терабайт появился в 2007 году, его выпустила компания Hitachi. Он стоил 370 долларов. Стоимость современных HDD с объемом памяти в 1 терабайт составляет порядка 60 долларов.

Память, измеряющаяся в терабайтах, вмещает в себя огромное количество информации. Так, весь архив из 500 миллионов сообщений пользователей Usenet умещается на 1.5 терабайтах, а вся база данных Википедии – на 6 терабайтах.

Единицы измерения информации служат для измерения различных характеристик, связанных с информацией.

Чаще всего измерение информации касается измерения ёмкости компьютерной памяти (запоминающих устройств) и измерения количества данных, передаваемых по цифровым каналам связи. Реже измеряется количество информации.

Содержание

Единицы измерения информации [ править | править код ]

Большой по размеру объём данных может содержать в себе очень малое количество информации. То есть объём данных и количество информации являются разными характеристиками, применяемыми в разных областях, связанных с информацией, но исторически название "количество информации" использовали в значении "объём данных", а для измерения количества информации применяли названия "информационная энтропия" и "ценность информации".

Единицы измерения ёмкости носителей и объёма данных [ править | править код ]

Применяются для измерения ёмкости носителей информации — запоминающих устройств и для измерения объёмов данных.

Единицы измерения количества информации [ править | править код ]

Применяются для измерения количества информации в объёме данных. Информационная энтропия

Первичная единица [ править | править код ]

Первичной характеристикой объёма данных является количество возможных состояний.

Первичной единицей измерения объёма данных является 1 возможное состояние (значение, код).

Вторичные единицы [ править | править код ]

Вторичной характеристикой объёма данных является разряд.

Ёмкость (объём) одного разряда может быть разной и зависит от основания применённой системы кодирования.

Ёмкости одного разряда в двоичной, троичной и десятичной системах кодирования:

Один двоичный разряд (бит) имеет 2 взаимоисключающих возможных состояния (значения, кода).

Один троичный разряд (трит) имеет 3 взаимоисключающих возможных состояния (значения, кода).

Один десятичный разряд (децит) имеет 10 взаимоисключающих возможных состояний (значений, кодов).

Третичные единицы [ править | править код ]

Третичными характеристиками объёма данных являются различные множества разрядов.

Ёмкость множества разрядов равна количеству возможных состояний этого множества разрядов, которое определяется в комбинаторике, равно количеству размещений с повторениями и вычисляется по формуле:

A ¯ ( c , n ) = A ¯ c n = c n <displaystyle <ar >(c,n)=<ar >_^=c^> возможных состояний (кодов, значений)

То есть ёмкость множества разрядов представляет собой показательную функцию от количества разрядов с основанием, равным количеству возможных состояний одного разряда.

1 байт состоит из 8-ми ( n = 8 <displaystyle n=8> ) двоичных разрядов ( c = 2 <displaystyle c=2> ) и может принимать:

A ¯ c n = c n = 2 8 = 256 <displaystyle <ar >_^=c^=2^<8>=256> возможных состояний (значений, кодов).

Логарифмические единицы [ править | править код ]

Когда некоторые величины, в том числе и объём данных, представляют собой показательные функции, то, во многих случаях, удобнее пользоваться не самими величинами, а логарифмами этих величин.

Объём данных тоже можно представлять логарифмически, как логарифм количества возможных состояний [1] .

Объём информации (объём данных) — может измеряться логарифмически. [2] Это означает, что когда несколько объектов рассматриваются как один, количество возможных состояний перемножается, а количество информации — складывается. Не важно, идёт речь о случайных величинах в математике, регистрах цифровой памяти в технике или в квантовых системах в физике.

Для объёмов двоичных данных удобнее пользоваться двоичными логарифмами.

2 1 <displaystyle 2^<1>> возможных состояния, log 2 ⁡ 2 1 = 1 <displaystyle log _<2>2^<1>=1> двоичный разряд = 1 бит 2 8 <displaystyle 2^<8>> возможных состояний, log 2 ⁡ 2 8 = 8 = 2 3 <displaystyle log _<2>2^<8>=8=2^<3>> двоичных разрядов = 1 Байт (Октет) 2 8 ∗ 2 10 <displaystyle 2^<8*2^<10>>> возможных состояния, log 2 ⁡ 2 8 ∗ 2 10 = 8 ∗ 2 10 = 2 13 <displaystyle log _<2>2^<8*2^<10>>=8*2^<10>=2^<13>> двоичных разрядов = 1 КилоБайт (КилоОктет) 2 8 ∗ 2 20 <displaystyle 2^<8*2^<20>>> возможных состояний, log 2 ⁡ 2 8 ∗ 2 20 = 8 ∗ 2 20 = 2 23 <displaystyle log _<2>2^<8*2^<20>>=8*2^<20>=2^<23>> двоичных разрядов = 1 МегаБайт (МегаОктет) 2 8 ∗ 2 30 <displaystyle 2^<8*2^<30>>> возможных состояния, log 2 ⁡ 2 8 ∗ 2 30 = 8 ∗ 2 30 = 2 33 <displaystyle log _<2>2^<8*2^<30>>=8*2^<30>=2^<33>> двоичных разрядов = 1 ГигоБайт (ГигоОктет) 2 8 ∗ 2 40 <displaystyle 2^<8*2^<40>>> возможных состояний, log 2 ⁡ 2 8 ∗ 2 40 = 8 ∗ 2 40 = 2 43 <displaystyle log _<2>2^<8*2^<40>>=8*2^<40>=2^<43>> двоичных разрядов = 1 ТероБайт (ТероОктет)

Наименьшее целое число, двоичный логарифм которого целое положительное — это 2. Соответствующая ему единица — бит — является основой исчисления информации в цифровой технике.

Для объёмов троичных данных удобнее пользоваться троичными логарифмами.

3 1 = 3 <displaystyle 3^<1>=3> возможных состояния, log 3 ⁡ 3 1 = 1 <displaystyle log _<3>3^<1>=1> троичный разряд (трит) 3 6 = 729 <displaystyle 3^<6>=729> возможных состояний, log 3 ⁡ 3 6 = 6 <displaystyle log _<3>3^<6>=6> троичных разрядов (тритов) = 1 Трайт.

Единица, соответствующая числу 3, трит равна log₂3≈1,585 бита.

Такая единица как нат (nat), соответствующая натуральному логарифму применяется в инженерных и научных расчётах. В вычислительной технике она практически не применяется, так как основание натуральных логарифмов не является целым числом.

Для объёмов десятичных данных удобнее пользоваться десятичными логарифмами.

10 1 = 10 <displaystyle 10^<1>=10> возможных состояний, log 10 ⁡ 10 1 = 1 <displaystyle log _<10>10^<1>=1> десятичный разряд = 1 децит 10 10 3 <displaystyle 10^<10^<3>>> возможных состояний, log 10 ⁡ 10 10 3 = 10 3 <displaystyle log _<10>10^<10^<3>>=10^<3>> десятичных разряда = 1 килодецит. 10 10 6 <displaystyle 10^<10^<6>>> возможных состояний, log 10 ⁡ 10 10 6 = 10 6 <displaystyle log _<10>10^<10^<6>>=10^<6>> десятичных разрядов = 1 мегадецит. 10 10 9 <displaystyle 10^<10^<9>>> возможных состояний, log 10 ⁡ 10 10 9 = 10 9 <displaystyle log _<10>10^<10^<9>>=10^<9>> десятичных разрядов = 1 гигадецит.

Единица, соответствующая числу 10, децит равна log₂10≈3.322 бита.

В проводной технике связи (телеграф и телефон) и радио исторически впервые единица информации получила обозначение бод.

Единицы, производные от бита [ править | править код ]

В целых количествах двоичных разрядов (битов) количество возможных состояний равно степеням двойки.

Тетрада, полубайт, ниббл [ править | править код ]

Особое название имеют четыре двоичных разряда (4 бита) — тетрада, полубайт, ниббл, которые вмещают в себя количество информации, содержащейся в одной шестнадцатеричной цифре.

Байт [ править | править код ]

Измерения в байтах
ГОСТ 8.417—2002			Приставки СИ		Приставки МЭК
Название	Обозначение	Степень	Название	Степень	Название	Символ		Степень
байт	Б	10 0	—	10 0	байт	B	Б	2 0
килобайт	Кбайт	10 3	кило-	10 3	кибибайт	KiB	КиБ	2 10
мегабайт	Мбайт	10 6	мега-	10 6	мебибайт	MiB	МиБ	2 20
гигабайт	Гбайт	10 9	гига-	10 9	гибибайт	GiB	ГиБ	2 30
терабайт	Тбайт	10 12	тера-	10 12	тебибайт	TiB	ТиБ	2 40
петабайт	Пбайт	10 15	пета-	10 15	пебибайт	PiB	ПиБ	2 50
эксабайт	Эбайт	10 18	экса-	10 18	эксбибайт	EiB	ЭиБ	2 60
зеттабайт	Збайт	10 21	зетта-	10 21	зебибайт	ZiB	ЗиБ	2 70
йоттабайт	Ибайт	10 24	йотта-	10 24	йобибайт	YiB	ЙиБ	2 80

Следующей по порядку популярной единицей информации является 8 бит, или байт (о терминологических тонкостях написано ниже). Именно к байту (а не к биту) непосредственно приводятся все большие объёмы информации, исчисляемые в компьютерных технологиях.

Такие величины как машинное слово и т. п., составляющие несколько байт, в качестве единиц измерения почти никогда не используются.

Килобайт [ править | править код ]

Для измерения больших ёмкостей запоминающих устройств и больших объёмов информации, имеющих большое количество байтов, служат единицы «килобайт» = [1000] байт и «Кбайт» [3] (кибибайт, kibibyte) = 1024 байт (о путанице десятичных и двоичных единиц и терминов см. ниже). Такой порядок величин имеют, например:

• Сектор диска обычно равен 512 байтам то есть половине Кбайта, хотя для некоторых устройств может быть равен одному или двум кибибайт.
• Классический размер «блока» в файловых системахUNIX равен одному Кбайт (1024 байт).
• «Страница памяти» в процессорах x86 (начиная с модели Intel 80386) имеет размер 4096 байт, то есть 4 Кбайт.

Объём информации, получаемой при считывании дискеты «3,5″ высокой плотности» равен 1440 Кбайт (ровно); другие форматы также исчисляются целым числом Кбайт.

Мегабайт [ править | править код ]

Единицы «мегабайт» = 1000 килобайт = [1 000 000] байт и «мебибайт» [3] (mebibyte) = 1024 Кбайт = 1 048 576 байт применяются для измерения объёмов носителей информации.

Объём адресного пространства процессора Intel 8086 был равен 1 Мбайт.

Оперативную память и ёмкость CD-ROM меряют двоичными единицами (мебибайтами, хотя их так обычно не называют), но для объёма НЖМД десятичные мегабайты были более популярны.

Современные жёсткие диски имеют объёмы, выражаемые в этих единицах минимум шестизначными числами, поэтому для них применяются гигабайты.

Гигабайт [ править | править код ]

Единицы «гигабайт» = 1000 мегабайт = [1 000 000] килобайт = [1 000 000 000] байт и «Гбайт» [3] (гибибайт, gibibyte) = 1024 Мбайт = 2 30 байт измеряют объём больших носителей информации, например жёстких дисков. Разница между двоичной и десятичной единицами уже превышает 7 %.

Размер 32-битного адресного пространства равен 4 Гбайт ≈ 4,295 Мбайт. Такой же порядок имеют размер DVD-ROM и современных носителей на флеш-памяти. Размеры жёстких дисков уже достигают сотен и тысяч гигабайт.

Для исчисления ещё больших объёмов информации имеются единицы терабайт и тебибайт (10 12 и 2 40 байт соответственно), петабайт и пебибайт (10 15 и 2 50 байт соответственно) и т. д.

Что такое «байт»? [ править | править код ]

В принципе, байт определяется для конкретного компьютера как минимальный шаг адресации памяти, который на старых машинах не обязательно был равен 8 битам (а память не обязательно состоит из битов — см., например: троичный компьютер). В современной традиции, байт часто считают равным восьми битам.

В таких обозначениях как байт (русское) или B (английское) под байтом (B) подразумевается именно 8 бит, хотя сам термин «байт» не вполне корректен с точки зрения теории.

Во французском языке используются обозначения o, Ko, Mo и т. д. (от слова octet) дабы подчеркнуть, что речь идёт именно о 8 битах.

Чему равно «кило»? [ править | править код ]

Долгое время разнице между множителями 1000 и 1024 старались не придавать большого значения. Во избежание недоразумений следует чётко понимать различие между:

• двоичными кратными единицами, обозначаемыми согласно ГОСТ 8.417-2002 как «Кбайт», «Мбайт», «Гбайт» и т. д. (два в степенях кратных десяти);
• единицами килобайт, мегабайт, гигабайт и т. д., понимаемыми как научные термины (десять в степенях, кратных трём),

эти единицы по определению равны, соответственно, 10 3 , 10 6 , 10 9 байтам и т. д.

В качестве терминов для «Кбайт», «Мбайт», «Гбайт» и т. д. МЭК предлагает «кибибайт», «мебибайт», «гибибайт» и т. д., однако эти термины критикуются за непроизносимость и не встречаются в устной речи.

В различных областях информатики предпочтения в употреблении десятичных и двоичных единиц тоже различны. Причём, хотя со времени стандартизации терминологии и обозначений прошло уже несколько лет, далеко не везде стремятся прояснить точное значение используемых единиц.

В английском языке для «киби»=1024=2 10 иногда используют прописную букву K, дабы подчеркнуть отличие от обозначаемой строчной буквой приставки СИ кило. Однако, такое обозначение не опирается на авторитетный стандарт, в отличие от российского ГОСТа касательно «Кбайт».