Энергонезависимая память

Энергонезависимая память, т.е. память не теряющая информации после выключения питания делится на два типа: электронная постоянная память и массовая (внешняя) память (ВЗУ).

Постоянная память.

Типы энергонезависимой памяти: ROM (ПЗУ), EPROM (РПЗУ), EEPROM (ЭСПЗУ), флэш-память, FRAM.

Основным режимом работы является чтение. Запись или программирование требует больших затрат времени и энергии. Эта память в основном применяется для хранения неизменяемой или редко изменяемой информации 0 BIOS, таблиц, памяти конфигурации устройств.

Важными параметрами является время хранения и количество циклов программирования.

Энергонезависимая память с произвольным доступом

Эта память позволяет произвольно менять информацию в отдельной ячейке. К этому классу относятся FRAM и EEPROM. Ферроэлектрическая память FRAM, это – память, у которой информация хранится в виде направления поляризации кристаллов железа. Запись производится непосредственно, стирания не требуется. Используется в портативных системах. Выпускается в виде микросхем емкостью 4-256 Кбит (технология 0,35 мкм)

Электрически стираемые ПЗУ (EEPROM) требуют приложения относительно высокого напряжения стирания (10-30В) и длительности импульса стирания более десятка микросекунд. Применяются в качестве энергонезависимой памяти конфигурирования различных адаптеров. Микросхемы позволяют считывать и перезаписывать любую ячейку памяти, но перезапись требует много времени.

Постоянная и полупостоянная память – rom, prom, eprom

Масочные ПЗУ (ROM) имеют самое высокое быстродействие, но применяются редко, т.к микросхема прошивается однократно, а возможности перезаписи нет.

Однократно программируемые ППЗУ (PROM) благодаря возможности программирования находят более широкое применение для хранения кодов BIOS и в графических адаптерах. Программирование микросхем производится с помощью специальных программаторов. Как и масочные ПЗУ, эти микросхемы нечувствительны к электромагнитным полям и рентгеновскому излучению.

Репрограммируемые РПЗУ ( EPROM) до недавних пор были самыми распространенными носителями BIOS, как на системных платах, так и в адаптерах. Они тоже программируются на программаторах, но программирование можно произвести в устройстве при подключении внешнего программатора. Стирание микросхем осуществляется ультрафиолетовым облучением, для чего имеются специальные окошки, которые после программирования заклеивают, чтобы не произошло случайного стирания. Программаторы EPROM имеют подключение к COM-порту или подключаются через собственную карту расширения.

Флэш-память

Флэш-память по определению относится к РПЗУ с электрическим стиранием, но использует особую технологию построения запоминающих ячеек. Стирание во флэш-памяти производится сразу для целой области ячеек (блоками или всей микросхемы).

Каждая ячейка флэш-памяти состоит из одного полевого транзистора. Ячейки организованы в матрицу. Чистые ячейки содержат 1 во всех битах, при записи нужные биты обнуляются. В единичное состояние ячейки переводятся при стирании, причем для всей матрицы сразу. Чтение производится стандартно – подачей адреса. Запись происходит сложнее – для программирования каждого байта приходится выполнять запись и считывание всей микросхемы, но при этом шинные циклы типичны для процессора, а не растянутые, поэтому можно программировать прямо в устройстве.

Флэш-память имеет время доступа при чтении 35 нс, стирание всей микросхемы – доли секунд, запись байта – порядка мкс. По организации массива в плане стирания все современные микросхемы разбиты на отдельно стираемые блоки разного или одинакового размера.

Флэш-память применяется для хранения BIOS, в модемах, в цифровых фотоаппаратах и цифровых видеокамерах. Применяется она в виде внешней памяти в цифровых плеерах, носимых ПК и т.д.

Внешние запоминающие устройства. ВЗУ можно разделить на следующие классы:

1) по типу доступа:

• с произвольным доступом (диски, флэш-карты);

• с последовательным доступом (ленты);

2) по используемой технологии записи/считывания информации:

• с магнитными носителями (НЖМД, НГМД);

• с оптическими носителями (CD, DVD);

• использующие флэш-память;

3) по типу носителя:

• с постоянным носителем (жесткие диски)

• со сменными носителями (гибкие диски, сменные пакеты жестких дисков, картриджи стримеров).

Накопители на магнитных лентах. Эти накопители относятся к классу ВЗУ последовательного доступа. Доступ к требуемой информации требует перемотки предшествующей части. Магнитные ленты для цифровой записи размещаются на кассетах или бобинах. Принципы размещения информации: 1) информация размещается в виде блоков ( массивов данных фиксированной или переменной длины); 2) информационные блоки разделены пустыми промежутками; 3) блоки разделяются на информационные и служебные, которые распознаются устройством; 4) физическое начало и конец ленты определяются оптическим или механическим образом. Магнитные ленты используются при организации больших информационных архивов и фондов пакетов программ. Стример – устройство для резервного копирования больших объемов информации. В качестве носителей применяются кассеты с магнитной лентой емкостью 1 – 2 Гбайт и более. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия информации позволяют уплотнять ее физически перед записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объем. Недостаток стримера – сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

Накопители на магнитных дисках (НМД) . НМД получили широкое распространение. Они делятся на два типа: накопители на гибких магнитных дисках ( НГМД) и накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД). В них каждая запись имеет свой уникальный адрес, обеспечивающий непосредственный (минуя остальные записи) доступ к ней. В НМД имеется возможность последовательного доступа к информации. Конструкция НМД сложнее и они дороже, чем НМЛ. Поверхность форматированного диска, как гибкого, так и жесткого, разделена на дорожки, которые делятся на секторы. Диск имеет четыре измерения: сторона диска или номер пластины диска (вертикальное измерение); дорожка или цилиндр (радиальное измерение); сектор внутри дорожки (измерение по окружности); количество данных в секторе. Накопители НГМД имеют такое достоинство, как высокий уровень стандартизации, и их можно использовать, как универсальное средство обмена между различными ЭВМ. НГМД состоит из следующих частей: корпуса, механизма фиксации и привода дискеты, блока магнитных головок.

Блок магнитных головок включает в себя каретку, на которой закреплены магнитные головки, шаговый двигатель, преобразующий вращательное движение в поступательное движение каретки и механизм прижима головки. При записи в соответствии с уровнями (1 и 0) происходит намагничивание поверхности диска, присчитывании, намагниченные зоны наводят в головке электрический сигнал, который потом декодируется.

В НЖМД (винчестер) в качестве носителей информации используется пакет магнитных дисков, закрепленных на одном стержне, вокруг которого они вращаются с постоянной скоростью. Поверхность магнитного диска, покрытая ферромагнитным слоем, называется рабочей. Каждый магнитный диск пакета, кроме верхнего и нижнего, имеет две рабочих поверхности.

Число магнитных головок равно числу рабочих поверхностей на одном пакете дисков. Хранимая информация изменяет направление намагниченности дорожки. Скорость передачи данных в НЖМД составляет 10 – 40 Мбайт/сек.

Накопители на компакт-дисках. Они относятся к оптическим ВЗУ. Эти накопители имеют высокую плотность записи, на несколько порядков выше, чем для магнитных носителей. Информация на оптическом диске CD представляется в виде углублений и выступов на диске, расположенных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи диска. На каждом дюйме по радиусу диска размещается 16 тысяч витков спирали. Емкость CD составляет 780 Мбайт. Считывание информации производится лазерным лучом, который направляется на поверхность вращающегося диска, вдоль дорожек которого располагаются впадины, отражающие луч в направлении фотодетектора, фиксирующего записанные двоичные данные.

Диски CD бывают двух видов:

1. однократно записываемые CD-R диски имеют покрывающий основу слой органического красителя, поверх которого нанесено светоотражающее напыление, при этом при записи фрагменты красителя выжигаются;

2. перезаписываемые диски CD-RW (CD-E) под отражающим слоем имеют регистрирующий слой, который может менять свое состояние между поликристаллическим и аморфным, прозрачность слоя зависит от его состояния и при перезаписи состояние отдельных участков изменяется