Типы оперативной памяти

Память, позволяющая процессору считывать и записывать хранимые в ней данные называется ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), или RAM (Random Access Memory — память с произвольным доступом).

Существует два типа ОЗУ: статическое и динамическое.

Статическое ОЗУ (Static RAM, SRAM) конструируется с ис­пользованием D-триггеров. Информация в ОЗУ сохраняется неизменной (статической) на протяжении всего времени, пока к нему подается питание: секунды, минуты, часы и даже дни.

Статическое ОЗУ работает очень быстро. Обычно время доступа составляет не­сколько наносекунд. По этой причине статическое ОЗУ часто используется в ка­честве кэш-памяти второго уровня.

В динамическом ОЗУ (Dynamic RAM, DRAM), , триггеры не ис­пользуются.

Динамическое ОЗУ представляет собой массив ячеек, каждая из ко­торых содержит транзистор и конденсатор.

Конденсатор может находится в разряженном заряженном или состоянии, что позволяет использовать его для хранения одного бита информации , принимающему соответственно значение ноль или единица.

Поскольку электрический заряд в течение времени уменьшается за счет собственного тока утечки, а также тока закрытого транзистора, каждый бит в динами­ческом ОЗУ должен обновляться (перезаряжаться, регенерироваться, динамически изменяться) каждые несколько миллисе­кунд, чтобы предотвратить потерю данных.

Поскольку об обновлении должна заботиться внешняя логика, динамическое ОЗУ требует более сложного управления, чем статическое.

Однако этот недостаток компенсируется возможностью размещения в одной микросхеме большого объема памяти, при существенно меньшей стоимости.

Поскольку динамическому ОЗУ нужен только 1 транзистор и 1 конденсатор на бит данных (статическому ОЗУ требуется в лучшем случае 6 транзисторов на бит), динамическое ОЗУ имеет очень высокую плотность памяти (много бит на од­ну микросхему).

По этой причине основная память почти всегда строится на основе динамических ОЗУ.

Однако динамические ОЗУ работают очень медлен­но (время доступа занимает десятки наносекунд).

Таким образом, сочетание кэш-памяти на основе статического ОЗУ и основной памяти на основе динами­ческого ОЗУ соединяет в себе преимущества обоих устройств.

Энергонезависимая память

Во многих случаях после отключения питания компьютера ни программы, ни данные не должны изменяться, тоесть быть постоянными. (например, если речь идет об игрушках, различных приборах и машинах).

1. Это требование привели к появ­лению ПЗУ (постоянных запоминающих устройств), или ROM (Read-Only Memory —память только для чтения).

ПЗУ не позволяют изменять и стирать храня­щуюся в них информацию (ни умышленно, ни случайно). Данные записываются в ПЗУ в процессе производства.

Для этого изготавливается трафарет с опреде­ленным набором битов, который накладывается на фоточувствительный материал, а затем открытые (или закрытые) части поверхности вытравливаются.

Единст­венный способ изменить данные в ПЗУ — поменять всю микросхему. ПЗУ стоят гораздо дешевле ОЗУ, если заказывать их большими партиями, чтобы оплатить расходы на изготовление трафарета.

Однако они не допускают изменений после выпуска с производства, а между подачей заказа на ПЗУ и его выполнением может пройти несколько недель.

2. Чтобы компаниям было проще разрабатывать новые устройства, основанные на ПЗУ, были выпущены програм­мируемые ПЗУ (Programmable ROM, "память с возможностью программирования" PROM).

В отличие от обычных ПЗУ, их можно программировать в условиях эксплуатации, что позволяет сократить вре­мя выполнения заказа.

Многие программируемые ПЗУ содержат массив кро­шечных плавких перемычек. Чтобы пережечь определенную перемычку, нужно выбрать требуемые строку и столбец, а затем приложить высокое напряжение к определенному выводу микросхемы.

3. Следующая тип памяти — стираемое программируемое ПЗУ (Erasable PROM, EPROM "память допускающая стирание и программирование), которое можно программировать в условиях экс­плуатации, а также стирать с него информацию.

Если кварцевое окно в данном ПЗУ подвергать воздействию сильного ультрафиолетового света в течение 15 ми­нут, все биты установятся в 1.

Если нужно сделать много изменений во время од­ного этапа проектирования, стираемые ПЗУ гораздо экономичнее, чем обычные программируемые ПЗУ, поскольку их можно использовать многократно. Сти­раемые программируемые ПЗУ обычно устроены так же, как статические ОЗУ.

Следующий тип памяти — электронно-перепрограммируемое ПЗУ (Electronically EPROM, EEPROM), с которого можно стирать информацию, прилагая к нему импульсы, и которое не нужно для этого помещать в специальную камеру, чтобы подвергнуть воздействию ультрафиолетовых лучей.

Кроме того, чтобы перепро­граммировать данное устройство, не нужно использовать специальный программатор, в отличие от стираемого программируемого ПЗУ.

В то же время самые большие электронно-перепрограммируемые ПЗУ в 64 раза меньше обычных стираемых ПЗУ, и работают они в два раза медленнее.

Элек­тронно-перепрограммируемые ПЗУ работают в 10 раз медленнее динамических и статических ОЗУ, их емкость в 100 раз меньше, а они стоят гораздо дороже.

4. Более современный тип электронно-перепрограммируемого ПЗУ — флэш-память, которая стирается и записывается блоками.

Флеш-память хранит информацию в массиве транзисторов с плавающим затвором, называемых ячейками (англ. cell).

В традиционных устройствах с одноуровневыми ячейками (англ. single-level cell, SLC), каждая из них может хранить только один бит. Некоторые новые устройства с многоуровневыми ячейками (англ. multi-level cell, MLC; triple-level cell, TLC [2]) могут хранить больше одного бита, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе транзистора.

В настоящее время флэш-память, обладая временем доступа в 50 нс., и начинает вытес­нять магнитные диски. Область применения флэш-памяти очень широкая.

Основной технической проблемой на современном уровне развития этой технологии является то, что флэш-па­мять изнашивается после 100 000 операций стирания, а диски могут служить го­дами независимо от количества перезаписей данных.