M1 L3 Memoria, reprezentarea datelor în memorie

Memoria calculatoarelor are două caracteristici principale:

1. Latența – timpul necesar pentru acces la date care trebuie să fie cât mai mic.
2. Rata de transfer – cantitatea de date accesată în unitatea de timp care trebuie să fie cât mai mare.

Când spunem că memoria este rapidă înțelegem că are o latență foarte mică și o rată de transfer foarte mare.

Tipuri de memorie internă – memorie fără de care sistemul de calcul nu poate funcționa:

1. Memoria CACHE. Se află în procesor și este o interfață dintre procesor și magistrala de date. Păstrează în ea datele cel mai des accesate. Mai multe despre CACHE aici: https://www.pchouse.ro/blog/ce-este-memoria-cache-a-procesorului/
2. R.O.M. – READ ONLY MEMORY – Se află pe placa de bază și păstrează în ea setări referitoare la componentele fizice ale sistemului de calcul precum și data și ora sistemului. Software-ul memoriei R.O.M se numește B.I.O.S. – BASE INPUT OUTPUT SISTEMS – și ea este alimentată de o baterie de pe placa de bază ce îi permite să păstreze datele atunci când sistemul de calcul este scos din priză.  Observație: La telefoanele inteligente memoria R.O.M. este memoria principală în care se păstrează toate datele interne inclusiv sistemul de operare. Mai multe despre ROM – BIOS aici: https://ro.wikipedia.org/wiki/BIOS
3. R.A.M. – RANDOM ACCES MEMORY – memoria cu acces aleator este memoria de lucru propriu zisă a sistemului. Ea funcționează numai atunci când sistemul de calcul se află în funcțiune. Când oprim sistemul de calcul datele din R.A.M. se salvează pe suporturi de memorie externă sau se pierd.  

Tipuri de memorie externă – memorie care poate fi deconectată de la sistemul de calcul uneori chiar în timpul funcționării acestuia și conectată la alt calculator:

1. H.D.D. – HARD DISK DRIVE – are latență mare și rată de transfer mică adică este cea mai lentă memorie dar se folosește pentru că are cea mai mare capacitate de stocare din sistem.
2. S.S.D. – SOLID STATE DRIVE – este mult mai rapid decât hard diskul și-l înlocuiește mai ales în dispozitivele mobile cum ar fi telefoane inteligente și tablete (unde este R.O.M), laptop-uri, și P.C.-uri unde avem nevoie de acces rapid la date.
3. STICK – FLASH MEMORY DRIVE – are aceeași tehnologie ca S.S.D -ul dar se conectează din exteriorul sistemului de calcul la interfața U.S.B. – UNIVERSAL SERIAL BUS.

În video 2 de mai jos se explică foarte clar diferența dintre H.D.D. și S.S.D. Ceea ce nu se spune este că S.S.D. ul ca și stick-ul flash memory drive nu poate fi scris de mai mult de 1000 de ori în același loc pe când H.D.D.-ul poate funcționa în medie peste 2,5 milioane de ore dacă nu este supus la șocuri mecanice. De-asemenea în video 2 de mai jos nu se vorbește de latență care este înlocuită direct cu timpul de acces… la date.

După cum vedeți în figura 1 de mai jos H.D.D. (HARD DISK-UL) are capacitatea cea mai mare dar este cea mai lentă componentă de memorie având și latența mare. Acesta este motivul pentru care în sistemele de calcul mobile cum ar fi telefoane, tablete, laptop și chiar la computerele desktop hard disk-ul a fost înlocuit de S.S.D. (Solid State Drive) care este mai rapid.

Viteza memoriei crește cu rata de transfer și scade cu mărirea capacității de stocare. Și invers viteza memoriei scade când crește latența.

Atunci când sistemul de calcul este pornit, prima este alimentată memoria R.O.M. care verifică în B.I.O.S. existența și caracteristicile tuturor componentelor fizice conectate pe placa de bază și apoi dă controlul sistemului de operare care se încarcă în R.A.M. Atunci când sistemul de calcul se oprește corect datele și informațiile din R.A.M. se salvează pe suporturi de memorie externă altfel aceste date se pierd. 

Oricât de complexe ar fi datele, ajung în final transformate prin operațiunea de compilare în date simple, adică numere până la nivelul codului mașină unde avem unitatea fundamentală de măsură a informației denumită bit. Un bit este denumirea engleză a numărului binar (binary digit).

Un bit poate avea doar două valori și anume 0 sau 1.

• Valoarea 0 (zero) a bit-ului înseamnă că avem un circuit electric care nu conduce curentul electric.
• Valoarea 1 (unu) a bit-ului înseamnă că avem un circuit electric care conduce curentul electric.

UN sistem de numerație este un sistem format din cifre  (simboluri ) cu care se poate forma orice număr. De exemplu sistemul de numerație zecimal pe care-l utilizăm noi oamenii folosește mulțimea de cifre:

{ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 }.

Cu aceste cifre putem forma orice număr de exemplu 4 294 967 296 este un număr format din aceste cifre.

Computerul în creierul său adică în microprocesor știe doar să deschidă sau să închidă circuite electrice ceea ce înseamnă că folosește doar doi biți adică formează orice număr folosind sistemul de numerație binar:

{ 0, 1 }

iar numărul 00110100001100100011100100110100001110010011011000110111001100100011100100110110 este același număr de mai sus scris în cod binar pentru a fi înțeles de microprocesor.  Codul binar se mai numește cod mașină iar fișierele binare cum ar fi programele executabile sunt fișiere scrise în cod mașină pe care le execută microprocesorul.

Bitul se notează cu b și are următorii multipli:

8b = 1B adică Byte (Octet) deci opt biți sunt într-un Byte (se citește BAIT)

1KB (Kilo Byte) = 2¹⁰ B = 1024 B = 8 x 1024 b

1MB (Mega Byte) = 2¹⁰ KB = 2²⁰ B = 1024 x 1024 B

1GB (Giga Byte) = 2¹⁰ MB = 2²⁰ KB = 2³⁰ B

1TB (Terra Byte) = 2¹⁰ GB = 2²⁰ MB = 2³⁰ KB = 2⁴⁰ B

Pentru a înțelege mai bine o să transformăm câteva numere zecimale în binar și invers să facem proba. Folosim teorema împărțirii cu rest împărțind repetat și reținând resturile de la ultimul cât către primul rest.

4 în baza 10 cât face în baza 2

4 / 2 = 2 rest 0

2 / 2 = 1 rest 0

Luăm ultimul cât și resturile în ordine 1 0 0 deci 4 din baza 10 este 100 în baza 2. Proba:

0 x 2⁰ + 0 x 2¹ + 1 x 2² = 0 + 0 + 4 = 4 adică 100 este 4 în baza 10

5 în baza 10 cât face în baza 2?

5 / 2 = 2 rest 1

2 / 2 = 1 rest 0

Luăm resturile de la ultimul cât care este 1 și obținem 101. Proba.

1 x 2⁰ + 0 x 2¹ + 1 x 2² = 1 + 0 + 4 = 5 adică 101 este 5 din baza 10 scris în baza 2

7 în baza 10 cât face în baza 2?

7 / 2 = 3 rest 1

3 / 2 = 1 rest 1

Luăm resturile de la ultimul cât care este 1 și obținem 111. Proba.

1 x 2⁰ + 1 x 2¹ + 1 x 2² = 1 + 2 + 4 = 7 adică 111 este 7 din baza 10 în baza 2

21 în baza 10 cât face în baza 2?

21 / 2 = 10 rest 1

10 / 2 = 5 rest 0

5 / 2 = 2 rest 1

2 / 2 = 1 rest 0

Luăm resturile de la ultimul cât care este 1 și obținem 10101. Proba.

1 x 2⁰ + 0 x 2¹ + 1 x 2² + 0 x 2³ + 1 x 2⁴= 1 + 0 + 4 + 0 + 16= 5 +16 = 21 adică 10101 este 21 în baza 10

Pentru a putea lucra cu numere binare trebuie să știm puterile lui 2 cele mai uzuale. Adică :

2⁰ = 1

2¹= 2

2² = 2 x 2 = 4

2³ = 2 x 2 x 2 = 8

2⁴ = 2 x 2 x 2 x 2 = 4 x 4 = 16

2⁵ = 4 x 4 x 2 = 16 x 2 = 32

2⁶ = 32 x 2 = 64

2⁷ = 64 x 2 = 128

2⁸ = 128 x 2 = 256

2⁹= 256 x 2 = 512

2¹⁰ = 512 x 2 =1024

Aceste puteri de la 2 la puterea 0 pana la 2 la puterea a 10-a sunt folosite pentru a descrie reprezentarea datelor în memorie. Dar să mai facem o transformare:

42 în baza 10 cât face în baza 2?

42 / 2 = 21 rest 0

21 / 2 = 10 rest 1

10 / 2 = 5 rest 0

5 / 2 = 2 rest 1

2 / 2 = 1 rest 0

Luăm resturile de la ultimul cât care este 1 și obținem 101010. Proba.

0 x 2⁰ + 1 x 2¹ + 0 x 2² + 1 x 2³ + 0 x 2⁴ + 1 x 2⁵= 0 + 2 + 0 + 8 + 0 + 32 = 10 + 32 = 42 adică 101010 este 42 din baza 10

Dacă doriți să învățați mai ușor să transformați un număr scris în cod zecimal în codul binar vedeți video de mai jos. Este un video mai vechi în care vorbesc despre multe lucruri dar la minutul 4,02 dau exemple de transformare din sistem zecimal în binar.

Întrebări:

1. Ce este latența memoriei?
2. Ce reprezintă rata de transfer a datelor?
3. Cum se numește partea software a memoriei R.O.M.?
4. Unde se salvează datele din memoria de lucru adică memoria R.A.M. atunci oprim calculatorul?
5. Ce este un bit și câte valori poate avea?
6. Care este componenta de memorie cu cea mai mare capacitate de stocare?
7. Din câte cifre este format codul mașină și ce înseamnă aceste cifre?
8. Transformați toate numerele zecimale de la 0 la 100 în binare și faceți proba.

[ays_quiz id=’5′]