Minne , i informatikk , er et element i en datamaskin eller dens undersystem og har som oppgave å sikre vedvarende data og / eller programinstruksjoner [1] . Det finnes forskjellige typer minne, og deres fysiske realisering gir liv til de forskjellige eksisterende lagringsmediene .
Lagring av informasjon i minnet og den påfølgende gjenfinning er grunnleggende funksjoner i databehandlingsprosesser . Evnen til elektroniske lagringsmedier til å lagre store mengder data på et lite rom og hastigheten som informasjon kan hentes med er en del av de viktigste motivasjonene for utviklingen av elektronikk, som for eksempel førte til fødselen av moderne databaser . Det er også mulig å sette inn og slette programmer fra samme minne. Dette betyr at en datamaskin teoretisk kan kjøre uendelige programmer i løpet av levetiden, noe som muliggjør en Turing-maskin med begrenset minnekapasitet.
Et minne kan abstrakt sett betraktes som en begrenset sekvens av celler der hver celle inneholder en endelig sekvens av biter , normalt administrert i grupper på åtte kalt byte . Derfor kan det fysiske minnerommet forestilles som en sekvens av posisjoner, som hver inneholder en byte. Hver posisjon identifiseres med en presis minneadresse , vanligvis uttrykt som et positivt heltall. Til dags dato, blant teknologiene som implementerer denne abstrakte modellen, er de mest utbredte elektronisk minne , magnetisk minne og optisk minne .
von Neumann-arkitekturen , som representerer den forenklede datamodellen, viser hvordan minner brukes. En Von Neumann-maskin er delt inn i en del beregnet for behandling, kalt prosessor , og en del beregnet for lagring, kalt sentralminne . Sentralminnet inneholder både dataene som prosessoren opererer på, og programmene som gir instruksjonene som prosessoren skal utføre.
Mer spesifikt er operasjonene som CPU-en kan gjøre på datamaskinens minne i utgangspunktet følgende:
For å snakke likegyldig om lesing eller skriving, brukes begrepet tilgang . For å indikere at et minne for eksempel er raskt både i lesing og skriving, sies det å ha lav tilgangstid . Selv om operasjonen for sletting av data i flyktige minner faktisk ikke eksisterer, da vi mer korrekt kan snakke om dataoverskriving , er konseptet med sletting annerledes når det gjelder ikke-flyktige minner der, i henhold til teknologien som brukes, hver plassering kan kreve en sektorinitialiseringssekvens mer riktig kalt kansellering. EEPROM - minner , for eksempel, har ganske enkelt lang tid for å slette enkeltbyten sammenlignet med lesing og skriving, mens for flashminner skjer slettingen i blokker med skrivbare sider kalt sektorer; etterfølgende lesing av bitene etter en kansellering er det observert at dataene alle har samme verdi, vanligvis verdien "1" binær og skrivingen tillater å invertere statusen til biten til binær "0", men ikke fra "0" til " 1 ", noe som gjør en ny slette- og skrivesyklus nødvendig. SSD - periferiutstyr inneholder sofistikerte kontrollere for å optimere skrivesykluser og få minnet til å se ut som en harddisk , men ikke uten komplikasjoner .
Datamaskinminne kan klassifiseres i henhold til ulike kriterier:
I arkitekturen til datamaskiner skilles det mellom to typer minne: primærminne , som fungerer i mer direkte kontakt med prosessoren , hovedsakelig bestående av RAM -minne , ROM -minne , Cache-minne og det sekundære minnet som hovedrepresentantene er harddisker . .disk , men også flyttbare medier som disketter , CDer , DVDer , magnetbånd , flashminner av alle slag og mer.
Datamaskinminner kan bruke ulike teknologier som gir svært varierende ytelse og kostnader. Ofte brukes uttrykket "sentralminne" eller "primærminne" for raske, men høye enhetskostnader, mens for lave enhetskostnader, men langsomme minner brukes uttrykket " masseminne " eller "sekundærminne".
Koblet til hovedkortet gjennom kontakter som kalles sockets og til CPU via system BUS , inneholder primærminnet, også kalt sentralminne eller hovedminne, data og instruksjoner hentet fra masseminnet som venter på at disse skal tas og behandles av mikroprosessoren, fungerer dermed på en måte som er tett koblet til det og kan derfor sammenlignes med et transitt- eller backupminne.
Oftest er dette RAM og cache-minne , og i moderne prosessorarkitekturer er det ofte innebygd i CPU-kortet eller direkte inn i selve prosessorbrikken . Det er en viktig del av datamaskinen siden størrelsen når det gjelder lagringskapasitet avhenger av den maksimale mengden data som kan trekkes ut og følgelig behandles av prosessoren under monotasking og multitasking forhold , og anses derfor for alt i verden som en parameter ytelsen til selve datamaskinen. Hvis primærminnet er oppbrukt, er mange moderne datasystemer i stand til å implementere den såkalte virtuelle minnemekanismen som en midlertidig utvidelse av primærminnet.
Halvlederteknologier brukes vanligvis til å lage et hovedminne (dvs. silisiumbaserte integrerte kretser brukes).
Dette minnet består av svært mange minneceller , bistabile enheter, dvs. i stand til å anta to alternative stabile tilstander som det er mulig å lagre minimumsmengden informasjon (1 bit) gjennom. Det er to operasjoner som kan utføres på denne komponenten: les (last) og skriv (lagre). Siden i hverdagen er de mulige valgene i ulike tilfeller mange flere enn to, er ikke en bit lenger tilstrekkelig til å representere dem, og derfor ble det besluttet å slå sammen flere minneceller i minneregistre . Hvis det med en enkelt bit er mulig å oppnå bare to forskjellige tilstander, med to celler (2 bits) er det mulig å representere 2 2 alternativer, med assosiasjonen av 3 celler (3 bits) 2 3 alternativer, og så videre. Spesielt er den vanligste registerstørrelsen 8-bit. Unionen av 8 biter danner faktisk 1 byte med minne, det første multiplumet av biten, som kan representere opptil 256 mulige forskjellige kombinasjoner (2 8 ). I et minneregister foregår lese/skriveoperasjonene samtidig på alle cellene som utgjør en del av registeret. I minner med 1-byte registre leses derfor 8 celler om gangen.
Hvert minneregister er angitt med en adresse .
LeseoperasjonenI leseoperasjonen på hovedminnet inntar CPU en masterposisjon i forhold til minnet som er slaven . De to komponentene er koblet til hverandre via systembussen .
Prosessen består i hovedsak av følgende sekvens av operasjoner:
MAR, PC og MDR er spesialregistre for maskinens sentralenhet.
SkriveoperasjonenSkriving består hovedsakelig av følgende operasjoner:
Det sentrale minnet er organisert som en tabell med celler, som hver er angitt med en adresse (celler som inneholder en sekvens av biter ; hver bit kan representere informasjonen 0 eller 1 gjennom en annen elektrisk tilstand). Hver celle har en forhåndsbestemt størrelse og celleadressene varierer mellom 0 og n, der n er en potens av 2.
Operasjonene som minnet kan utføre er to: les (last) og skriv (lagre).
Det er nødvendig å skille mellom ulike typer primærminner, i henhold til funksjonen som utføres og deres særegne egenskaper. De viktigste er listet opp nedenfor.
Overføringsfasen fra systemminne til cache-minne utføres av en spesiell krets kalt MMU (Memory Management Unit). MMU utfører også oppgaven med administrasjon av virtuelt minne.
Videre bør det bemerkes at på grunn av spredningen av ladningen til kondensatoren , med ekstremt liten kapasitet, er det behov for kontinuerlig oppfriskning av informasjonen. En kanal i DMA -kretsen er dedikert til denne oppgaven som med jevne mellomrom (153 ms) nødvendigvis må oppdatere hele minnet til systemet for å unngå uopprettelig tap av data og derfor kollaps av datamaskinen.
VideominneEn spesiell versjon av dynamiske minner brukes til videobehandling. Disse enhetene drar nytte av oppdateringshandlingen, som tidligere ble tilbakekalt for å administrere informasjonen som med jevne mellomrom må sendes til videoen, og unngår dermed å gå gjennom CPU-en som ville gjøre dataoverføringen mye tregere.
Teknologien som for tiden brukes for realisering av videominne er GDDR (Graphics Double Data Rate).
Sekundær eller masselagringSekundærminne, også kalt hjelpeminne eller masseminne, er en enhet som legges til datamaskinens primære (eller sentrale) minne for å øke lagringskapasiteten. Den består av en klasse enheter som ikke er plassert i direkte kontakt med prosessoren . Følgelig går ikke dataene de inneholder tapt når selve prosessoren er slått av.
Sekundære lagringstyperNedenfor er de ulike kategoriene av sekundære minner:
En annen type sekundære minner, men fortsatt under utvikling, er holografiske minner . Disse nye holografiske lagringsteknologiene vil ha fordelen av å være i stand til å lagre data ikke på en overflate (som nåværende medier gjør), men på et volum: disse nye minnene vil derfor være preget av høy lagringskapasitet og i tillegg av aksesstider. .
Blant de forskjellige ideene er den mest lovende måten å lagre flere holografiske bilder på samme medium å bruke forskjellige divergensvinkler mellom de to laserne. Ved å endre innfallsvinkelen til lesestrålen er det mulig å lese forskjellige sider. Det er imidlertid noen problemer som hindrer realiseringen av disse nye minnene; de viktigste er:
Hovedårsaken som presser forskere til å lage disse minnene er at opptak av data på magnetiske og optiske medier raskt vil kollidere med de fysiske grensene til støttene og derfor kan minnene, som nå er tilstrekkelige, ikke lenger være tilstrekkelige for fremtidige behov.
Typisk minne kan både leses og skrives. Disse enhetene kalles lese-skrive-minner .
Det brukes imidlertid også minner som skrives kun i initialiseringsfasen, og som det ikke er mulig å skrive til ved normal bruk. Denne initialiseringen kan utføres trinnvis av det samme utstyret som de skrevne dataene leses med. Disse enhetene kalles en gang skrivbare minner , eller WORMs (Write Once, Read Many).
Alternativt kan det være nødvendig å skrive alle dataene med en passende ekstern enhet før minnet kan brukes til lesing. Disse enhetene kalles skrivebeskyttede minner , eller ROM-er (Read-Only Memory).
Her er de mest populære eksemplene for hver av de tre typene ovenfor:
Basert på muligheten til å lagre data permanent, er det to typer minne:
Feilene i volatilitet er som følger:
Til tross for sine mangler, er flyktige minner mye brukt, siden de har mye kortere tilgangstider enn andre minner.
For lese-skrive-minner er lesetiden normalt nær skrivetiden, så vi snakker generisk om tilgangstid. For en gang skrivbare minner kan skriving være mye tregere enn lesing; i dette tilfellet, gitt at minnet vil bli lest mange ganger, anses lesetiden for å være mer signifikant.
Generelt øker enhetskostnaden (dvs. per byte) til minnene når lesehastigheten øker. Derfor er klassifiseringen etter lesehastighet i hovedsak sammenfallende med klassifiseringen etter enhetskostnad.
Basert på dette kriteriet har vi følgende hierarki: