В цифровых вычислительных машинах можно выделить три основ-
ных вида запоминающих устройств: сверхоперативная, оперативная и
внешняя память.
Сверхоперативная память строится обычно на регистрах. Ре-
гистры используются для временного хранения и преобразования ин-
формации. Некоторые из наиболее важных регистров содержатся в
центральном процессоре компьютера. Центральный процессор содержит
регистры (иногда называемые аккумуляторами), в которые помещаются
аргументы (т.е. операнды) арифметических операций. Сложение, вы-
читание, умножение и деление занесенной в аккумуляторы информации
выполняется с помощью очень сложных логических схем. Кроме того,
с целью проверки необходимости изменения нормальной последова-
тельности передач управления в аккумуляторах могут анализировать-
ся отдельные биты. Кроме запоминания операндов и результатов
арифметических операций, регистры используются также для времен-
ного хранения команд программы и управляющей информации о номере
следующей выполняемой команды.
Оперативная память предназначена для запоминания более пос-
тоянной по своей природе информации. Важнейшим свойством опера-
тивной памяти является адресуемость. Это означает, что каждая
ячейка памяти имеет свой идентификатор, однозначно идентифицирую-
щий ее в общем массиве ячеек памяти. Этот идентификатор называет-
ся адресом. Адреса ячеек являются операндами тех машинных команд,
которые обращаются к оперативной памяти. В подавляющем большинс-
тве современных вычислительных систем единицей адресации является
байт - ячейка, состоящая из 8 двоичных разрядов. Определенная
ячейка оперативной памяти или множество ячеек могут быть связаны
с конкретной переменной в программе. Однако для выполнения ариф-
метических вычислений, в которых участвует переменная, необходи-
мо, чтобы до начала вычислений значение переменной было перенесе-
но из ячейки памяти в регистр. Если результат вычисления должен
быть присвоен переменной, то результирующая величина снова должна
быть перенесена из соответствующего регистра в связанную с этой
переменной ячейку оперативной памяти.
Во время выполнения программы ее команды и данные в основном
размещаются в ячейках оперативной памяти. Полное множество эле-
ментов оперативной памяти, часто называют основной памятью.
Внешняя память служит прежде всего для долговременного хра-
нения данных. Характерным для данных на внешней памяти является
то, что они могут сохраняться там даже после завершения создавшей
их программы, и могут быть впоследствии многократно использованы
той же программой при повторных ее запусках или другими програм-
мами. Внешняя память используется также для хранения самих прог-
рамм, когда они не выполняются. Поскольку стоимость внешней памя-
ти значительно меньше оперативной, а объем значительно больше, то
еще одно назначение внешней памяти временное хранение тех кодов и
данных выполняемой программы, которые не используются на данном
этапе ее выполнения. Активные коды выполняемой программы и обра-
батываемые ею на данном этапе данные должны обязательно быть раз-
мещены в оперативной памяти, так как прямой обмен между внешней
памятью и операционными устройствами (регистрами) невозможен.
Как хранилище данных, внешняя память обладает в основном те-
ми же свойствами, что и оперативная, в том числе и свойством ад-
ресуемости. Поэтому в принципе структуры данных на внешней памяти
могут быть теми же, что и в оперативной, и алгоритмы их обработки
могут быть одинаковыми. Но внешняя память имеет совершенно иную
физическую природу, для нее применяются (на физическом уровне)
иные методы доступа, и этот доступ имеет другие временные харак-
теристики. Это приводит к тому, что структуры и алгоритмы, эффек-
тивные для оперативной памяти, не оказываются таковыми для внеш-
ней памяти. Поэтому структуры и алгоритмы для внешней памяти
обычно выделяют в отдельный раздел курса.