МПЖ жадын иерархиялық ұйымдастырылуы. Жад құрылғыларының негізгі түрлері.

Тақырып: Микропроцессорлық жүйелер (МПЖ) жадын иерархиялық ұйымдастырылуы және жад құрылғыларының негізгі түрлері

 

---

 

 Кіріспе

 

Микропроцессорлық жүйелердің жад құрылғысы – мәліметтер мен бағдарламалық кодтарды сақтау және өңдеу үшін маңызды элемент. Жады микропроцессордың өнімділігіне тікелей әсер етіп, жүйенің жылдамдығы мен тиімділігін қамтамасыз етеді. МПЖ жады бірнеше деңгейден тұратын иерархиялық құрылымға ие, бұл жадтың әрбір түрін тиімді пайдалануға мүмкіндік береді.

 

---

 

 МПЖ жадын иерархиялық ұйымдастырылуы

 

МПЖ жад құрылымы жылдамдығы, көлемі және қол жетімділігі бойынша бірнеше деңгейден тұрады. Жад иерархиясы әртүрлі деңгейдегі жадтардың өзара үйлесімді жұмысын қамтамасыз етеді.

 

# 1. Регистрлер

 

Регистрлер – бұл микропроцессордың ішіндегі шағын көлемдегі ең жылдам жад. Регистрлер тікелей микропроцессордың ішінде орналасып, мәліметтерді уақытша сақтауға арналған. Олар арифметикалық және логикалық операциялар кезінде мәліметтерді сақтау және оларды тез өңдеу үшін қолданылады.

 

- Артықшылығы: Өте жылдам қол жетімділік.

- Кемшілігі: Көлемі өте аз, тек уақытша деректерді сақтау үшін қолданылады.

 

# 2. Кэш жады

 

Кэш жады – бұл микропроцессорға жақын орналасқан жылдам жад түрі, ол негізгі жадтан жиі қолданылатын мәліметтерді сақтайды. Кэш жадының екі деңгейі бар:

- L1 (бірінші деңгей): Микропроцессордың ішкі жадысы, ең жылдам және аз көлемді.

- L2 (екінші деңгей): Микропроцессордың сыртында орналасқан, бірақ L1-ге қарағанда үлкен көлемді және баяу.

 

Кэш жадының мақсаты – негізгі жадқа жиі қатынау қажеттілігін азайту, осылайша жалпы өнімділікті арттыру.

 

- Артықшылығы: Жедел жадқа қарағанда әлдеқайда жылдам, жиі қолданылатын мәліметтерді сақтайды.

- Кемшілігі: Көлемі шектеулі және қымбат.

 

# 3. Жедел жад (RAM)

 

Жедел жад (Random Access Memory, RAM) – мәліметтерді уақытша сақтауға арналған негізгі жад түрі. Жедел жад тікелей микропроцессорға қосылады және жұмыс процесінде барлық қажетті деректер мен бағдарламалық кодтарды сақтайды.

 

- Артықшылығы: Тікелей қол жеткізу мүмкіндігі және кэш жадыға қарағанда үлкен көлемі бар.

- Кемшілігі: Мазмұны тек электр қуаты бар кезде сақталады.

 

# 4. Тұрақты жад (ROM)

 

Тұрақты жад (Read-Only Memory, ROM) – тұрақты деректерді сақтау үшін қолданылады. Бұл жад құрылғының негізгі бағдарламалық кодтарын, микропроцессордың бастапқы операцияларын және жүйелік бағдарламаларды сақтайды.

 

- Артықшылығы: Мәліметтерді тұрақты сақтау мүмкіндігі.

- Кемшілігі: Тек оқу операцияларына арналған, мәліметтерді өзгерту мүмкін емес.

 

# 5. Қатты диск немесе негізгі жад

 

Қатты диск немесе негізгі жад (мысалы, SSD, HDD) – мәліметтерді ұзақ мерзімді сақтау үшін қолданылады. Қатты диск үлкен көлемді мәліметтерді сақтай алады және бағдарламалық кодтар мен деректерге ұзақ мерзімді қол жеткізуді қамтамасыз етеді.

 

- Артықшылығы: Үлкен көлем және ұзақ мерзімді сақтау мүмкіндігі.

- Кемшілігі: Қол жеткізу жылдамдығы жедел жадқа қарағанда төмен.

 

# 6. Сыртқы жад

 

Сыртқы жад – бұл мәліметтерді ұзақ мерзімге сақтау және тасымалдау үшін қолданылатын жад құрылғылары (мысалы, флеш жады, оптикалық дисктер). Бұл жадтар негізінен деректерді қосымша сақтау үшін пайдаланылады.

 

- Артықшылығы: Жеңіл тасымалданады және мәліметтерді ұзақ сақтайды.

- Кемшілігі: Қол жеткізу жылдамдығы төмен.

 

---

 

 Жад құрылғыларының негізгі түрлері

 

Жад құрылғылары функционалдық мақсаты мен пайдалану тәсілі бойынша бірнеше түрге бөлінеді:

 

# 1. Жедел қол жетімді жад (RAM)

 

- DRAM (Dynamic RAM): Әрбір жады ұяшығы конденсатордан тұрады, ол уақыт өте өшіп қалмау үшін жаңартуды қажет етеді. DRAM компьютерлерде негізгі жад ретінде қолданылады.

- SRAM (Static RAM): Конденсаторлар орнына триггерлер қолданылады, бұл жаңартусыз ұзақ уақыт мәліметтерді сақтауға мүмкіндік береді. SRAM жылдам, бірақ қымбат және көлемі шектеулі, сондықтан кэш жады ретінде қолданылады.

 

# 2. Тұрақты жад (ROM)

 

- Mask ROM: Деректер өндіріс кезінде чипке жазылады және кейін өзгертілмейді.

- PROM (Programmable ROM): Деректерді бір рет жазу мүмкіндігі бар, бірақ жазылғаннан кейін өзгерту мүмкін емес.

- EPROM (Erasable Programmable ROM): Ультракүлгін сәуле арқылы деректерді өшіруге және қайта жазуға болады.

- EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM): Деректерді электрлік тәсілмен өшіруге және қайта жазуға болады, флеш жадыға ұқсас.

 

# 3. Флеш жады

 

Флеш жады – EEPROM технологиясына негізделген және мәліметтерді бірнеше рет жазу және оқу мүмкіндігі бар. Флеш жады ұялы телефондар, USB құрылғылары және SSD дисктерде кеңінен қолданылады.

 

# 4. Қатты диск және SSD

 

- HDD (Hard Disk Drive): Магниттік сақтау технологиясын қолданатын диск түрі. Мәліметтер дискілердің айналуымен механикалық түрде оқылады.

- SSD (Solid State Drive): Механикалық бөлшектері жоқ, мәліметтер флеш жадыда сақталады, сондықтан қол жеткізу жылдамдығы жоғары.

 

---

 

 Қорытынды

 

Микропроцессорлық жүйелердің жад иерархиясы әртүрлі деңгейдегі жадтардың үйлесімділігін және тиімділігін қамтамасыз етеді. Регистрлерден бастап, қатты дискке дейінгі әрбір жад құрылғысының өзіне тән ерекшеліктері мен артықшылықтары бар. Бұл иерархия жад құрылғыларының жылдамдығы мен көлемін ескере отырып, мәліметтерге қол жеткізу уақытын оңтайландырады және МПЖ өнімділігін арттырады.