17. Počítačové paměti

  • Typy pamětí - vnitřní, vnější - magnetické, optické, elektronické
  • Technologie pamětí
  • Nevolatilní paměti
  • Parametry pamětí
  • organizace paměťových pouzder
  • Použití pamětí

1. Parametry pamětí (Jak je hodnotíme)

  • Kapacita: Množství dat, které paměť pojme (B, KB, MB, GB, TB).
  • Přístupová doba: Čas od požadavku na data po jejich získání (u RAM v nanosekundách ns, u HDD v milisekundách ms).
  • Přenosová rychlost (propustnost): Množství dat přenesených za jednotku času (MB/s, GB/s).
  • Cena za jednotku kapacity (Kč/GB): Zásadní pro ekonomiku PC.
  • Volatilita: Schopnost udržet data po odpojení napájení.

2. Vnitřní a vnější paměti

center

Základní rozdělení

  • 2.1 Vnitřní

    • Jsou přímo přístupné procesoru (přes sběrnici). Jsou velmi rychlé, ale většinou volatilní (po vypnutí PC se smažou).
    • Registry procesoru: Nejrychlejší, přímo v CPU.
    • Cache (L1, L2, L3): Vyrovnávací paměť mezi CPU a RAM. Vykrývá rozdíl v rychlostech.
    • RAM (Random Access Memory): Hlavní operační paměť. Zde běží spuštěné programy a OS.
    • ROM (Read Only Memory): Paměť pouze pro čtení, obsahuje firmware (např. BIOS/UEFI). Je nevolatilní.

  • 2.2 Vnější

    • Slouží k dlouhodobému ukládání dat.
    • Jsou nevolatilní (data zůstanou uložena).
    • Jsou pomalejší než vnitřní paměti, ale mají obrovské kapacity.
    • Pevné disky (HDD, SSD), paměťové karty, USB flash disky, optické disky.

Seřazení podle rychlosti

3. Rozdělení podle technologie (fyzikální princip)

center

Seřazení podle technologie

  • 3.1 Elektronické (Polovodičové)

    • Data jsou uložena pomocí stavu tranzistorů a kondenzátorů.
    • SRAM (Static RAM): Rychlá, drahá, používá se pro Cache. Udrží data, dokud je pod proudem.
    • DRAM (Dynamic RAM): Pomalejší, levnější, musí se neustále obnovovat (refresh). Používá se jako hlavní RAM.
    • Flash paměti: (SSD, USB, SD karty). Využívají princip “plovoucího hradla” u tranzistorů. Data udrží i bez proudu.

  • 3.2 Magnetické

    • Využívají magnetování a odmagnetování povrchu materiálu.
    • HDD (Hard Disk Drive): Rotující plotny s magnetickou vrstvou a čtecí hlavy.
    • Magnetické pásky: Dnes hlavně pro zálohování velkých serverů (LTO).

  • 3.3 Optické

    • Využívají odraz laserového paprsku od povrchu média.
    • CD, DVD, Blu-ray: Data jsou uložena v podobě “jam” (pits) a plošek (lands). Paprsek se buď odrazí, nebo rozptýlí, což interpretujeme jako 0 nebo 1.

4. Nevolatilní paměti (NVRAM / ROM)

To jsou ty, které neztrácejí obsah po vypnutí proudu.

  • ROM: Vyrobená s daty už v továrně (nelze přepsat).
  • PROM: Lze jednou naprogramovat uživatelem.
  • EPROM: Smazatelná UV světlem a znovu naprogramovatelná.
  • EEPROM / Flash: Smazatelná elektricky (všechny dnešní BIOSy, SSD, Flash disky).

5. Organizace paměťových pouzder

Paměti nejsou jen volné čipy, ale jsou organizovány do modulů:

  • SIMM: (Staré) kontakty na obou stranách propojené.
  • DIMM: (Dnešní desktopy) kontakty na obou stranách nezávislé.
  • SO-DIMM: Zmenšená verze pro notebooky.
  • Organizace čipu: Paměť je uvnitř mřížka (řádky a sloupce). Adresa dat se skládá z čísla řádku a sloupce (známé latence jako CL – Cas Latency).

center

Porovnání modulů

6. Použití pamětí

  1. Uložení BIOSu/Firmwaru: Paměti typu Flash/ROM (nevolatilní).
  2. Práce procesoru: Registry a Cache (extrémně rychlé, elektronické).
  3. Běh systému a aplikací: RAM (středně rychlá, velká, volatilní).
  4. Dlouhodobé uložení souborů: HDD a SSD (vysoká kapacita, nevolatilní).
  5. Přenášení dat a záloha: USB disky, SD karty, optická média, pásky.

7. Porovnání HDD a SSD

  • 7. 1 Pevný disk (HDD - Hard Disk Drive)

    • Princip (Magnetický): Uvnitř disku jsou kovové nebo skleněné kotouče (tzv. plotny) pokryté tenkou magnetickou vrstvou. Tyto plotny se neustále velmi rychle točí (typicky 5400 nebo 7200 otáček za minutu). Těsně nad nimi se na vzduchovém polštáři vznáší pohyblivé raménko se čtecí a zápisovou hlavou. Hlava fyzicky zmagnetuje nepatrný kousek povrchu plotny jedním nebo druhým směrem, což počítač přečte jako nulu nebo jedničku.
    • Výhody: Skvělý poměr cena/kapacita. Za málo peněz dostaneš obrovské úložiště (běžně jednotky až desítky TB). Jsou skvělé na zálohování a ukládání velkých dat (filmy, fotky).
    • Nevýhody: Jsou pomalé. Pokaždé, když chceš načíst soubor, se musí plotna dotočit a mechanické raménko přesunout na správné místo (tzv. přístupová doba). Jsou také hlučné, náchylné na otřesy (pokud ti disk za běhu spadne, hlava může škrábnout plotnu a zničit data) a mají vyšší spotřebu. center
    Vnitřek pevného disku

  • 7.2 Elektronický disk (SSD - Solid State Drive)

    • Princip (Elektronický): SSD nemá absolutně žádné pohyblivé části. Vypadá spíš jako velká flashka. Data se ukládají do polovodičových paměťových čipů typu NAND Flash. Využívá se princip obvodu, kde se elektrony “uvězní” uvnitř speciálně upraveného tranzistoru (v tzv. plovoucím hradle). Pokud v buňce náboj je, nebo není, řadič disku to interpretuje jako data. Mozkem celého disku je právě “řadič” (controller), což je vlastně takový malý procesor, který hlídá rovnoměrné ukládání dat.
    • Výhody: Extrémní rychlost. Protože se nemusí nic mechanicky hýbat, data se načítají okamžitě (Windows nebo hra naběhnou za pár sekund). Jsou naprosto tiché, velmi lehké a nevadí jim pády ani otřesy (jsou proto ideální do notebooků).
    • Nevýhody: Jsou dražší na výrobu (za stejné peníze dostaneš mnohem menší kapacitu než u HDD). Mají také teoreticky omezený počet přepisů (paměťové buňky se zapisováním časem fyzicky opotřebují), ale v praxi to běžného uživatele dnes už vůbec trápit nemusí. center
    Obrázek SSD

Příchozí odkazy