§ 35. Память

Определения и обозначения

Память компьютера — устройства и области, где хранятся данные и команды программ. Она нужна, чтобы процессор мог получать информацию для обработки, а компьютер — сохранять результаты и программы. Разные виды памяти отличаются скоростью, назначением и тем, сохраняют ли они данные без питания.

Оперативная память (ОЗУ) — память для временного хранения команд и данных, которые нужны процессору во время работы. Процессор обращается к ней, пока выполняет программу или обрабатывает сведения. ОЗУ обычно энергозависима: после выключения питания её содержимое исчезает.

Постоянная память (ПЗУ) — память, в которой хранятся данные, рассчитанные на сохранение при выключении компьютера. В ней могут находиться команды начальной загрузки, необходимые для запуска системы. Такие сведения нужны и до того, как компьютер сможет загрузить обычные программы.

Внешняя память — устройства и носители для долговременного хранения файлов и программ, например SSD, жёсткий диск или флеш-накопитель. В отличие от ОЗУ, она сохраняет данные без питания и подходит для хранения больших объёмов информации. Бит — единица информации со значением 0 или 1, а байт равен 8 битам.

Как это устроено

Процессор не может выполнять программу, если ему неоткуда брать её команды и исходные данные. Память удерживает их, пока процессор по очереди получает команды, выполняет действия и записывает результаты. Обмен между процессором и памятью поэтому является частью каждого вычисления, а не отдельным действием пользователя.

ОЗУ и ПЗУ выполняют разные задачи, потому что компьютеру нужны и изменяемые рабочие данные, и сведения для запуска. В ОЗУ можно записывать и менять информацию по ходу работы; при отключении питания она обычно пропадает. ПЗУ предназначена для хранения важных данных, которые должны оставаться на месте, хотя способы изменения содержимого зависят от конкретной микросхемы.

Одной оперативной памяти недостаточно для хранения всех файлов: она временная и используется как рабочее пространство. Поэтому программы и документы сохраняют на внешних носителях, а при запуске нужную программу и данные копируют в ОЗУ. Так процессор получает доступ к материалам, с которыми работает, а пользователь может выключить компьютер, не потеряв сохранённые файлы.

Объём информации измеряют битами и байтами; для больших значений используют килобайты, мегабайты и более крупные единицы. В десятичной системе 1 кБ = 1000 байт и 1 МБ = 1000 кБ, а в двоичной системе 1 КиБ = 1024 байта и 1 МиБ = 1024 КиБ. Обозначения кБ и КиБ помогают не смешивать разные множители; в задаче следует использовать именно указанную систему.

Объём памяти показывает, сколько данных можно в ней разместить. Если заранее оценить размер файлов и программ, можно понять, хватит ли ёмкости носителя или ОЗУ для нужной работы. Для сравнения разные значения приводят к одной единице, иначе сумма или сравнение могут оказаться неверными.

Виды памяти компьютера и их назначение

Сравнивайте виды памяти по назначению и сохранности информации, а не только по тому, где они расположены. Если нужно понять, где остаётся файл после выключения, ищите его долговременное хранилище. Если речь о данных, с которыми процессор работает прямо сейчас, обычно имеется в виду ОЗУ.

Разбор задач

Перевод объёма файла

Условие: файл занимает 6 291 456 байт. Найдём его объём в килобайтах и мегабайтах, если в задаче используются двоичные множители: 1 КиБ = 1024 байта, 1 МиБ = 1024 КиБ. Сначала переводим байты в КиБ, затем результат — в МиБ. Так мы не смешиваем множители двух систем.

1. Чтобы получить КиБ, делим число байтов на 1024: 6 291 456 ÷ 1024 = 6144 КиБ.
2. Чтобы получить МиБ, делим число КиБ на 1024: 6144 ÷ 1024 = 6 МиБ.
3. Проверяем обратным действием: 6 × 1024 × 1024 = 6 291 456 байт.

Ответ: 6144 КиБ, или 6 МиБ. При десятичных единицах расчёт был бы другим: делить пришлось бы на 1000. Поэтому перед решением всегда отмечайте систему, принятую в условии.

Где хранятся данные программы

Условие: нужно определить, какие данные должны быть в ОЗУ во время работы программы, а какие допустимо хранить на внешнем носителе. Рассмотрим файл программы, открытый документ, сохранённую копию документа и установочный файл. Критерий — требуется ли процессору обращаться к данным в текущий момент или их нужно лишь сохранить надолго.

1. Работающая программа и данные открытого документа должны быть доступны процессору, поэтому их используют в ОЗУ.
2. Сохранённая копия документа и установочный файл могут оставаться на SSD или другом внешнем носителе.
3. Если документ изменили, но не сохранили, новая версия может находиться только в рабочей памяти; для надёжного хранения её нужно записать на носитель.

Ответ: рабочая программа и открываемые данные используются в ОЗУ, а сохранённые файлы и установочные пакеты можно держать на внешней памяти. Разделение временного и долговременного хранения помогает понять, почему несохранённые изменения могут пропасть при отключении питания. Оно также показывает, зачем программе нужны обе разновидности памяти.

Проверка ёмкости носителя

Условие: на носитель ёмкостью 2 ГБ нужно записать три файла размером 700 МБ, 850 МБ и 600 МБ. Для этой задачи примем десятичные единицы: 1 ГБ = 1000 МБ. Перед сравнением складываем размеры файлов в одинаковых единицах и сопоставляем сумму с ёмкостью носителя.

1. Складываем объёмы: 700 + 850 + 600 = 2150 МБ.
2. Переводим ёмкость носителя: 2 × 1000 = 2000 МБ.
3. Сравниваем: 2150 МБ больше 2000 МБ, значит, все файлы вместе не поместятся.

Ответ: места не хватит, превышение составляет 150 МБ. Если в условии заданы двоичные единицы, для перевода надо использовать множитель 1024, а не 1000. Сам способ решения остаётся прежним: привести величины к одной единице, сложить и сравнить.

Типичные ошибки

Ошибка — считать ОЗУ и внешнюю память одним и тем же. Их путают, потому что обе могут содержать файлы и данные, но ОЗУ служит рабочим пространством, а внешний носитель — долговременным хранилищем. Проверьте себя вопросом: останется ли информация после выключения и нужна ли она процессору прямо сейчас?

Ошибка — думать, что при выключении стираются вообще все данные. Обычно пропадает содержимое ОЗУ, тогда как ПЗУ и внешние носители сохраняют информацию без питания. Чтобы проверить вывод, уточните, о каком именно виде памяти идёт речь.

Ошибка — при каждом переводе единиц автоматически делить или умножать то на 1000, то на 1024. Так делают, забывая, что множитель зависит от десятичной или двоичной системы. Перед вычислением запишите определения единиц, данные в условии, и последовательно применяйте один выбранный множитель.

Ошибка — считать, что файл постоянно хранится в ОЗУ. Файл обычно записан на внешнем носителе, а в оперативную память его данные загружаются для работы программы. Проверьте себя: если компьютер выключить, сохранится ли файл на носителе; несохранённые изменения при этом могут быть потеряны.

Связь с другими темами

Для понимания памяти полезно знать, как информация представляется в двоичном виде, и различать бит и байт. Тема связана с устройством компьютера: процессор выполняет команды и обрабатывает данные, которые получает из памяти. Единицы объёма понадобятся при изучении файлов, носителей информации и оценки размера данных. Эти знания помогают выбирать подходящее хранилище и проверять, хватит ли его ёмкости.

Что запомнить

• Память хранит данные и команды, необходимые компьютеру.
• ОЗУ используется для временного хранения данных во время работы компьютера.
• Содержимое ОЗУ обычно теряется при отключении питания.
• ПЗУ хранит данные, которые должны оставаться доступными после выключения.
• Внешняя память предназначена для долговременного хранения данных.
• Объёмы данных сравнивают, предварительно приводя их к одинаковым единицам.