สถาปัตยกรรมคอม: หน่วยความจำภายใน

หน่วยความจำของคอมพิวเตอร์จะใช้ในการเก็บคำสั่งและข้อมูลขณะที่มีการประมวลผล ภายในระบบคอมพิวเตอร์จะมีหน่วยความจำอยู่ 2 ประเภท คือภายใน (Internal) และ ภายนอก(External)

หน่วยความจำภายในนั้นเราไม่ได้หมายถึงหน่วยความจำหลัก (Mainmemoryเท่านั้น แต่ยังจะหมายถึงหน่วยความจำที่อยู่ภายในซีพียู(Local memory)นอกจากนี้ภายใน CU ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ CPUนั้นก็ต้องการที่จะมีหน่วยความจำเป็นของตัวเองด้วย ส่วนหน่วยความจำภายนอกนั้นเราจะหมายถึงอุปกรณ์เก็บข้อมูลอื่น ๆ ที่มักเรียกว่าเป็น peripheral storage devices เช่น ดิสก์ เทป ซึ่งติดต่อกับ CPU ด้วย I/O Controller คุณลักษณะอย่างหนึ่งของหน่วยความจำก็คือความจุ (Capacity) ซึ่งจะพูดกันในหน่วยของไบต์ (1 ไบต์ = 8 บิต) หรือคำ (word) ปกติแล้วคำจะมีความยาวขนาด 8, 16 หรือ 32 บิต ข้อมูลทุกประเภทสุดท้ายจะถูกแปลงเป็นบิต 0 หรือ 1 ซึ่งอยู่ในรูปของเลขฐานสองเพื่อเก็บไว้ในหน่วยความจำ เมื่อต้องการใช้ก็จะมีการแปลงจากเลขฐานสองนั้นให้อยู่ในรูปแบบที่ต้องการแนวคิดอีกอย่างที่เกี่ยวข้องกันคือ จำนวนหน่วยที่จะโอนย้ายได้Unit of Transfer) สำหรับหน่วยความจำภายในนั้น unit of transfer จะเท่ากับจำนวนdata lines ที่เข้า-ออก หน่วยความจำ ซึ่งมันมักจะเท่ากับความยาวของคำ (แต่บางครั้งก็อาจจะไม่เท่าก็ได้)

1.หลักการทำงานของหน่วยความจำภายใน

วิธีการในการเข้าถึงหน่วยความจำ

เราอาจแบ่งได้เป็น 4 แบบตามชนิดของหน่วยความจำ คือ

-Sequential Access เช่น การเข้าถึงเทป

-Direct Access เช่น การเข้าถึงดิสก์

-Random Access เช่นการเข้าถึงหน่วยความจำหลัก

-Associative เช่น การเข้าถึงหน่วยความจำแคช

2.ประสิทธิภาพของหน่วยความจำ

จะพิจารณาถึงตัวแปร 3 ตัวนี้คือ

1. Access Time : หมายถึงเวลาที่ใช้ไปในการทำการอ่านหรือเขียนข้อมูล (เวลาที่จะนำข้อมูลไปไว้ยังตำแหน่งของหน่วยความจำที่ระบุไว้ หรือเวลาที่นำข้อมูลออกจากหน่วยความจำจากตำแหน่งที่ระบุไว้)

2. Memory Cycle Time : เป็นแนวคิดที่พัฒนามาใช้กับ RAM ซึ่งประกอบด้วย เวลาในการเข้าถึงข้อมูล (access time) บวกกับเวลาก่อนที่การเข้าถึงครั้งต่อไปจะเริ่มขึ้น

3.Transfer Rate : เป็นอัตราส่วนที่ข้อมูลสามารถจะถูกเคลื่อนย้ายเข้าหรือออกจากหน่วยความจำได้ใน 1 หน่วยเวลา

3.หน่วยความจำชนิดรอม (ROM : Read Only Memory)
เป็นหน่วยความจำชนิดที่จะเก็บข้อมูลหรือโปรแกรมไว้อย่างถาวรไม่สามารถเปลี่ยนแปลงอะไรได้ไม่ว่าจะต้องการหรือไม่ สิ่งที่เก็บไว้จะประกอบด้วยข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการเริ่มสตาร์ทเครื่องคอมพิวเตอร์ และใช้เก็บโปรแกรม BIOS หรือโปรแกรมของคอมพิวเตอร์ที่ฝังอยู่ในฮาร์ดแวร์ของเครื่องที่ทำหน้าที่ตรวจสอบฮาร์ดแวร์และอุปกรณ์ต่าง ๆ ของคอมพิวเตอร์

3.1ชนิดของรอม

-Manual ROM

ROM (READ-ONLY MEMORY)

ข้อมูลทั้งหมดที่อยู่ใน ROM จะถูกโปรแกรม โดยผู้ผลิต (โปรแกรม มาจากโรงงาน) เราจะใช้ ROM ชนิดนี้ เมื่อข้อมูลนั้น ไม่มีการเปลี่ยนแปลง

-PROM (Programmable ROM)

PROM (PROGRAMMABLE READ-ONLY MEMORY)

ข้อมูลที่ต้องการโปรแกรมจะถูกโปรแกรมโดยผู้ใช้เอง โดยป้อนพัลส์แรงดันสูง (HIGH VOLTAGE PULSED) ทำให้ METAL STRIPS หรือ POLYCRYSTALINE SILICON ที่อยู่ในตัว IC ขาดออกจากกัน ทำให้เกิดเป็นลอจิก “1” หรือ “0” ตามตำแหน่ง ที่กำหนดในหน่วยความจำนั้นๆ เมื่อ PROM ถูกโปรแกรมแล้ว ข้อมูลภายใน จะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อีก

-EPROM (Erasable Programmable ROM)

EPROM (ERASABLE PROGRAMMABLE READ-ONLY MEMORY)

ข้อมูลจะถูกโปรแกรม โดยผู้ใช้โดยการให้สัญญาณ ที่มีแรงดันสูง (HIGH VOLTAGE SIGNAL) ผ่านเข้าไปในตัว EPROM ซึ่งเป็นวิธีเดียวกับที่ใช้ใน PROM แต่ข้อมูลที่อยู่ใน EPROM เปลี่ยนแปลงได้ โดยการลบข้อมูลเดิมที่อยู่ใน EPROM ออกก่อน แล้วค่อยโปรแกรมเข้าไปใหม่

- EAROM (Electrically Alterable ROM)

EAROM (ELECTRICALLY ALTERABLE READ-ONLY MEMORY)

เนื่องจากมีการใช้ไฟฟ้าในการลบข้อมูลใน ROM เพื่อเขียนใหม่ ซึ่งใช้เวลาสั้นกว่าของ EPROM

4.หน่วยความจำชนิดแรม (RAM : Random Access Memory)
เป็นหน่วยความจำชนิดที่เก็บข้อมูลเอาไว้เพื่อให้โปรแกรมสามารถนำมาใช้งานได้ในทันทีที่ต้องการ ทั้งในส่วนของคำสั่งของโปรแกรมและข้อมูลที่ป้อนเข้าไป เป็นส่วนที่จะมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาระหว่างที่กำลังทำงานกับโปรแกรมอยู่ จะเป็นการเก็บไว้เพียงชั่วคราว และจะหายไปเมื่อปิดเครื่องหรือไฟฟ้าดับ นั่นคือแรมจะต้องมีไฟฟ้าคอยเลี้ยงตลอดเวลา

4.1 องค์ประกอบของแรม

1. Input Storage Area เป็นส่วนที่เก็บข้อมูลนำเข้าที่ได้รับมาจากหน่วยรับข้อมูลเข้าโดย ข้อมูลนี้จะถูกนำไปใช้ในการประมวลผลต่อไป

2. Working Storage Area เป็นส่วนที่เก็บข้อมูลที่อยู่ในระหว่างการประมวลผล

3. Output Storage Area เป็นส่วนที่เก็บผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผล ตามความต้องการของผู้ใช้ เพื่อรอที่จะถูกส่งไปแสดงออก ยังหน่วยแสดงผลอื่นที่ผู้ใช้ต้องการ

4. Program Storage Area เป็นส่วนที่ใช้เก็บชุดคำสั่ง หรือโปรแกรมที่ผู้ใช้ต้องการจะส่งเข้ามา เพื่อใช้คอมพิวเตอร์ปฏิบัติตามคำสั่ง ชุดดังกล่าว หน่วยควบคุมจะทำหน้าที่ดึงคำสั่งจากส่วน นี้ไปที่ละคำสั่งเพื่อทำการแปลความหมาย ว่าคำสั่งนั้นสั่งให้ทำอะไร จากนั้นหน่วยควบคุม จะไปควบคุมฮาร์ดแวร์ที่ต้องการทำงานดังกล่าวให้ทำงานตามคำสั่งนั้นๆ

4.2 องค์ประกอบของแรม

2. Working Storage Area เป็นส่วนที่เก็บข้อมูลที่อยู่ในระหว่างการประมวลผล

4.3 ชนิดแรมตามรูปร่าง

-DIP RAM (Dual In-Line Package RAM) เป็นแรมยุคแรก มีลักษณะสีดำ มีขายื่นออกมาสองแถวคล้ายตะขาบ ยึดติดบน

-SIMM RAM (Single In-Line Memory Module RAM) จะมีทั้งแบบ 30 พิน และ 72 พิน ข้อแตกต่างคือ SIMM 30 พินจะมี 9 บิตบนตัวแรม ส่วน SIMM 72 พิน จะมี 36 บิต และ SIMM 30 พินจะมีขนาดเล็กกว่า 72 พิน

5.หลักการทำงานและความแตกต่างของ RAM

-Dynamic Random Access Memory (DRAM)

จะทำการเก็บข้อมูลในตัวเก็บประจุ (Capacitor) ซึ่งจำเป็นต้องมีการ refresh เพื่อ เก็บข้อมูล ให้คงอยู่โดยการ refresh นี้ทำให้เกิดการหน่วงเวลาขึ้นในการเข้าถึงข้อมูล และก็เนื่องจากที่มันต้อง refresh ตัวเองอยู่ตลอดเวลานี้เองจึงเป็นเหตุให้ได้ชื่อว่า Dynamic RAM

-Static Random Access Memory (SRAM)

จะต่างจาก DRAM ตรงที่ว่า DRAM ต้องทำการ refresh ข้อมูลอยู่ตลอดเวลา แต่ในขณะที่ SRAM จะเก็บข้อมูล นั้น ๆ ไว้ และจำไม่ทำการ refresh โดยอัตโนมัติ ซึ่งมันจะทำการ refresh ก็ต่อเมื่อ สั่งให้มัน refresh เท่านั้น ซึ่งข้อดีของมันก็คือความเร็ว ซึ่งเร็วกว่า DRAM ปกติมาก แต่ก็ด้วยราคาที่สูงว่ามาก จึงเป็นข้อด้อยของมัน

6. หน่วยความสำรอง

หน่วยความจำรองหรือหน่วยเก็บข้อมูล (Storage) มีหน้าที่ในการเก็บข้อมูลทางคอมพิวเตอร์ไว้ และสามารถนำกลับมาใช้งานได้อีกตามต้องการ บางครั้งเรียกว่า หน่วยความจำสำรอง (Secondary Memory)
ตัวอย่างเช่น

แผ่นบันทึก ฮาร์ดดิส

7. หน่วยความจำ CMOS
CMOS ย่อมาจาก complementary metal-oxide semiconductor เป็นหน่วยความจำที่ใช้เก็บข้อสนเทศที่ใช้เป็นประจำของระบบคอมพิวเตอร์ เช่น ประเภทของแป้นพิมพ์ เมาส์ จอภาพ และเครื่องอ่านแผ่นดิสก์ (disk drive) CMOS ใช้กระแสไฟจากแบตเตอรี่ ดังนั้นเมื่อปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ ข้อสนเทศใน CMOS จึงไม่สูญหายลักษณะเด่นของ CMOS อีกอย่างหนึ่งคือ ข้อสนเทศที่บันทึกใน CMOS สามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ให้กับเครื่องคอมพิวเตอร์ เช่น การเพิ่ม RAM และฮาร์ดแวร์อื่น ๆ

8. BIOS

BIOS ย่อมาจาก (Basic Input Output System)
ไบออส คือโปรแกรมเล็กๆที่ถูกเก็บไว้ในชิป ROM ทำหน้าที่ในการตรวจสอบและควบคุมอุปกรณ์ต่างๆ บนเมนบอร์ดและมีส่วนสำคัญมากในการบู๊ตเครื่อง เพราะไบออสจะคอยตรวจสอบอุปกรณ์ทั้งหมดหากอุปกรณ์ตัวไหนมีการทำงานผิดพลาด ไบออสก็จะรายงานหรือส่งสัญญาณเสียงให้เราได้ทราบทันที ไบออสจะทำงานหลังจากมีการเปิดสวิทซ์ ทันที ที่มีการใช้งานคอมพิวเตอร์โดยจะทำการตรวจสอบอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ติดตั้งในคอมพิวเตอร์ เช่น harddisk , disk drive,cd-rom, ram เป็นต้น

สถาปัตยกรรมคอม

วันจันทร์ที่ 2 พฤศจิกายน พ.ศ. 2558

หน่วยความจำภายใน

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น