26. Виды компьютерной памяти.

Компью́терная па́мять (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемых в вычислениях, в течение определённого времени. 

В персональных компьютерах «памятью» часто называют один из её видов — динамическая память с произвольным доступом(DRAM), — которая в настоящее время используется в качестве ОЗУ персонального компьютера.

Задачей компьютерной памяти является хранение в своих ячейках состояния внешнего воздействия, запись информации.

Процесс доступа к памяти разбит на разделённые во времени процессы — операцию записи (сленг. прошивка, в случае записи ПЗУ) и операцию чтения, во многих случаях эти операции происходят под управлением отдельного специализированного устройства — контроллера памяти.

Разновидности полупроводниковой памяти

NOR

NAND

NVRAM

SRAM

DRAM

FB-DIMM

EEPROM

Flash

Память на магнитных дисках (англ. magnetic disk memory) — представляет собой круглый пластиковый диск с магнитным покрытием и механизм с БГЗВ

Буферная память (англ. buffer storage) — память, предназначенная для временного хранения данных при обмене ими между различными устройствами или программами.

Временная (промежуточная) память (англ. temporary (intermediate) storage) — память для хранения промежуточных результатов обработки.

Кэш-память (англ. cache memory) — часть архитектуры устройства или программного обеспечения, осуществляющая хранение часто используемых данных для предоставления их в более быстрый доступ, нежели кешируемая память.

Корректирующая память (англ. patch memory) — часть памяти ЭВМ, предназначенная для хранения адресов неисправных ячеек основной памяти. Также используются термины relocation table и remap table.

Управляющая память (англ. control storage) — память, содержащая управляющие программы или микропрограммы. Обычно реализуется в виде ПЗУ.

Разделяемая память или память коллективного доступа (англ. shared memory, shared access memory) — память, доступная одновременно нескольким пользователям, процессам или процессорам.

27. Классификация памяти.

1) Доступные операции с данными:

только для чтения (ROM)

для чтения/записи

2) Энергонезависимость:

Энергонезависимая память – записи не стираются при снятии электропитания (ПЗУ и ППЗУ);

Энергозависимая память – записи стираются при снятии электропитания (ОЗУ, кэш-память):

Статическая память – для хранения информации достаточно сохранения питающего напряжения;

Динамическая память – информация со временем разрушается (деградирует), и, кроме подачи электропитания, необходимо производить ее периодическое восстановление (регенерацию).

3) Метод доступа:

Последовательный доступ (SAM) – ячейки памяти считываются последовательно, одна за другой, в очередности их расположения (стековая память);

Произвольный доступ (RAM) – вычислительное устройство может обратиться к произвольной ячейке памяти по любому адресу.

4) Назначение:

Буферная память – предназначена для временного хранения данных при обмене ими между различными устройствами или программами;

Временная память – память для хранения промежуточных результатов обработки;

Кеш-память – часть архитектуры устройства или ПО, осуществляющая хранение часто используемых данных для предоставления их в более быстрый доступ;

Корректирующая память – часть памяти, предназначенная для хранения адресов неисправных ячеек основной памяти;

Управляющая память – содержащая управляющие программы (обычно реализуется в виде ПЗУ);

Разделяемая память – доступная одновременно нескольким пользователям, процессам или процессорам.

5) Организация адресного пространства:

Реальная или физическая память – способ адресации соответствует физическому расположению ее данных;

Виртуальная память – способ адресации не отражает физического расположения данных;

Оверлейная память – присутствует несколько областей с одинаковыми адресами, из которых в каждый момент доступна только одна.

6) Удаленность и доступность для процессора:

Первичная память – доступна процессору без какого-либо обращения к внешним устройствам:

Регистры процессора, расположенные непосредственно в АЛУ;

Кэш процессора.

Вторичная память – доступна процессору путем прямой адресации через шину адреса. Таким образом доступны основная память и порты ввода-вывода;

Третичная память – доступна только путем нетривиальной последовательности действий. Сюда входят все виды внешней памяти.

7) Управление процессором:

Непосредственно управляемая (оперативно доступная) память – память, непосредственно доступная в данный момент центральному процессору;

Автономная память – память, реализованная, например, с помощью службы внешних носителей.

8) Организация хранения данных:

Адресуемая память – адресация осуществляется по местоположению данных;

Ассоциативная память – адресация осуществляется по содержанию данных;

Магазинная (стековая) память – реализация стека;

Матричная память – доступ осуществляется по двум и более координатам;

Объектная память – память, система управления которой ориентирована на хранения объектов;

Семантическая память – данные размещаются и списываются в соответствии с некоторой структурой понятийных признаков.

28. Постоянная память и загрузка компьютера.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.

Классификация

По типу исполнения

Массив данных совмещён с устройством выборки (считывающим устройством), в этом случае массив данных часто в разговоре называется «прошивка»:

микросхема ПЗУ;

Один из внутренних ресурсов однокристальной микроЭВМ (микроконтроллера), как правило FlashROM.

Массив данных существует самостоятельно:

Компакт-диск;

перфокарта;

перфолента;

монтажные «1» и монтажные «0».

По разновидностям микросхем ПЗУ

По технологии изготовления кристалла:

ROM — (англ. read-only memory, постоянное запоминающее устройство), масочное ПЗУ, изготавливается фабричным методом. В дальнейшем нет возможности изменить записанные данные.

PROM — (англ. programmable read-only memory, программируемое ПЗУ (ППЗУ)) — ПЗУ, однократно «прошиваемое» пользователем.

EPROM — (англ. erasable programmable read-only memory, перепрограммируемое ПЗУ (ПППЗУ)). Например, содержимое микросхемы К537РФ1 стиралось при помощи ультрафиолетовой лампы. Для прохождения ультрафиолетовых лучей к кристаллу в корпусе микросхемы было предусмотрено окошко с кварцевым стеклом.

EEPROM — (англ. electrically erasable programmable read-only memory, электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ). Память такого типа может стираться и заполняться данными несколько десятков тысяч раз. Используется в твердотельных накопителях. Одной из разновидностей EEPROM является флэш-память (англ. flash memory).

ПЗУ на магнитных доменах, например К1602РЦ5, имело сложное устройство выборки и хранило довольно большой объём данных в виде намагниченных областей кристалла, при этом не имея движущихся частей (см. Компьютерная память). Обеспечивалось неограниченное количество циклов перезаписи.

NVRAM, non-volatile memory — «неразрушающаяся» память, строго говоря, не является ПЗУ. Это ОЗУ небольшого объёма, конструктивно совмещённое с батарейкой. В СССР такие устройства часто назывались «Dallas» по имени фирмы, выпустившей их на рынок. В NVRAM современных ЭВМ батарейка уже конструктивно не связана с ОЗУ и может быть заменена.

По виду доступа:

С параллельным доступом (parallel mode или random access): такое ПЗУ может быть доступно в системе в адресном пространстве ОЗУ. Например, К573РФ5;

С последовательным доступом: такие ПЗУ часто используются для однократной загрузки констант или прошивки в процессор или ПЛИС, используются для хранения настроек каналов телевизора, и др. Например, 93С46, AT17LV512A.

По способу программирования микросхем (записи в них прошивки):

Непрограммируемые ПЗУ;

ПЗУ, программируемые только с помощью специального устройства — программатора ПЗУ (как однократно, так и многократно прошиваемые). Использование программатора необходимо, в частности, для подачи нестандартных и относительно высоких напряжений (до +/- 27 В) на специальные выводы.

Внутрисхемно (пере)программируемые ПЗУ (ISP, in-system programming) — такие микросхемы имеют внутри генератор всех необходимых высоких напряжений, и могут быть перепрошиты без программатора и даже без выпайки из печатной платы, программным способом.

Применение

В постоянную память часто записывают микропрограмму управления техническим устройством: телевизором, сотовым телефоном, различными контроллерами, или компьютером (BIOS или OpenBoot на машинах SPARC).

BootROM — прошивка, такая, что если её записать в подходящую микросхему ПЗУ, установленную в сетевой карте, то становится возможна загрузка операционной системы на компьютер с удалённого узла локальной сети. Для встроенных в ЭВМ сетевых плат BootROM можно активировать через BIOS.

ПЗУ в IBM PC-совместимых ЭВМ располагается в адресном пространстве с F600:0000 по FD00:0FFF

Исторические типы ПЗУ

Постоянные запоминающие устройства стали находить применение в технике задолго до появления ЭВМ и электронных приборов. В частности, одним из первых типов ПЗУ был кулачковый валик, применявшийся в шарманках, музыкальных шкатулках, часах с боем.

С развитием электронной техники и ЭВМ возникла необходимость в быстродействующих ПЗУ. В эпоху вакуумной электроники находили применение ПЗУ на основе потенциалоскопов, моноскопов, лучевых ламп. В ЭВМ на базе транзисторов в качестве ПЗУ небольшой емкости широко использовались штепсельные матрицы. При необходимости хранения больших объёмов данных (для ЭВМ первых поколений — несколько десятков килобайт) применялись ПЗУ на базе ферритовых колец (не следует путать их с похожими типами ОЗУ). Именно от этих типов ПЗУ и берет свое начало термин «прошивка» — логическое состояние ячейки задавалось направлением навивки провода, охватывающего кольцо. Поскольку тонкий провод требовалось протягивать через цепочку ферритовых колец для выполнения этой операции применялись металлические иглы, аналогичные швейным. Да и сама операция наполнения ПЗУ информацией напоминала процесс шитья.

Постоянная память программируется при изготовлении ПК,  во время работы используется только в режиме чтения и хранит программу тестирования ПК при включении  питания,  а также драйверы управления модулями ПК (BIOS),  т.е. обработчики аппаратных и программных прерываний BIOS. Микросхемы ПЗУ имеют байтовую  структуру  (емкостью  от  16 Кбайт до 256 Кбайт)  и разделяются на ПЗУ которые: программируются при их производстве (наиболее дешевые); программируются специальными устройствами (программаторами); перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ) с ультрафиолетовым стиранием,  которые  программируются программатором,  но есть возможность стирать информацию путем облучения микросхем ультрафиолетовыми лучами  для  повторного программирования.