2 Оперативные запоминающие устройства

Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ, или RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) предназначены для хранения переменной информации: программ и чисел, необходимых для текущих вычислений.

В современных компьютерах оперативная память размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Конструктивно модули памяти имеют два исполнения: SIMM (Single In line Memory Module) — модуль памяти с одним рядом контактов и DIMM (Dual In line Memory Module) — модуль памяти с двумя рядами контактов.

По типу используемого для хранения информации запоминающего элемента все ОЗУ подразделяются на статические (SRAM — Static RAM) и динамические (DRAM — Dynamic RAM).

В статических ОЗУ каждую ячейку образует запоминающий элемент в виде схемы с двумя устойчивыми состояниями, называемый триггером.

Современные запоминающие устройства статического типа с произвольным доступом (SRAM) отличаются высоким быстродействием, но в микропроцессорных системах применяются ограниченно из-за сравнительно высокой стоимости, они используются только в качестве кэш-памяти.

Cache (запас) обозначает быстродействующую буферную память между процессором и основной памятью, служащую для частичной компенсации разницы в скорости процессора и основной памяти. В нее заносятся наиболее часто используемые данные. Когда процессор первый раз обращается к ячейке памяти, ее содержимое параллельно копируется в кэш, и в случае повторного обращения может быть с гораздо большей скоростью из нее извлечено.

Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

В динамическом запоминающем элементе хранение данных связано с состоянием проводимости, которое определяется зарядом конденсатора. Это состояние не является самоподдерживающимся, поскольку конденсатор постепенно саморазряжается.

Из-за разряда запоминающих емкостей, вызванного током утечки, необходимо периодически подзаряжать емкости, хранящие заряд. Такой процесс называется регенерацией памяти (Refresh).

На регенерацию памяти затрачивается не более 1—2% всего времени ее работы. В процессе регенерации память недоступна для других устройств.

Ячейки динамической памяти имеют сравнительно малое быстродействие, но большую удельную плотность и меньшее энергопотребление. Динамические ЗУ с запоминающим конденсатором наиболее часто используются в качестве ОЗУ.

3 Постоянные запоминающие устройства

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ, или ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используемая для хранения неизменяемых данных: подпрограмм, микропрограмм, констант и т. п.

ПЗУ в отличие от ОЗУ не теряют информации при выключении питания и допускают только считывание информации. Все микросхемы ПЗУ можно разделить на следующие категории:

• масочные ПЗУ;

• программируемые ПЗУ (ППЗУ, или PROM—Programmable ROM);

• репрограммируемые (перепрограммируемые) постоянные запоминающие устройства (РПЗУ) — постоянные запоминающие устройства с возможностью многократного электрического перепрограммирования.

Масочные ПЗУ, программируемые в процессе изготовления микросхем. Данная разновидность ПЗУ программируется однократно и не допускает последующего изменения информации.

ПЗУ с однократным электрическим программированием пользователем при помощи плавких перемычек.

В этих микросхемах элементом связи между шинами является биполярный транзистор с выжигаемой перемычкой. При программировании для записи ноля через соответствующий переход транзистора пропускают импульс тока, необходимый для удаления перемычки.

Репрограммируемые ПЗУ устройства с возможностью многократного электрического перепрограммирования разделяют на микросхемы с электрическим программированием и ультрафиолетовым стиранием и микросхемы с электрическим программированием и электрическим стиранием.

В РПЗУ установлены не диоды с плавкими перемычками, как в ППЗУ, а специальные транзисторы. После изготовления все транзисторы обладают очень большим сопротивлением (т. е. закрыты). Подачей импульса большой амплитуды транзистор переводится в проводящее состояние, которое он может сохранять даже по истечении 10 лет. Для возвращения транзисторов в исходное (закрытое) состояние их надо подвергнуть длительному воздействию (10—30 мин) ультрафиолетовых лучей. После этого БИС РПЗУ оказывается в исходном состоянии, и ее можно снова программировать.

В РПЗУ с электрическим программированием и электрическим стиранием после программирования можно вернуть в исходное состояние (стереть) любой отдельно взятый транзистор. К этому типу перепрограммируемого ПЗУ относится и Flash Memory — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого. Она подобна РПЗУ по запоминающему элементу, но имеет структурные и технологические особенности, позволяющие выделить ее в отдельный вид.

Конструктивно флэш-память часто выполняется в виде так называемых флэш-карт [Flash-cards] или модулей памяти, которые используются в различных устройствах.

Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти в ЭВМ — микросхема BIOS, содержащая программу начальной загрузки ОС.

BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память.

Современные запоминающие устройства состоят из огромного количества запоминающих элементов, каждый из которых хранит бинарное значение — 0 или 1. Так, оперативная память емкостью всего в 1 Мбайт содержит 8 388 698 ЗЭ. При работе подобных устройств могут возникать ошибки, обусловленные воздействием различных факторов. В этом случае для повышения надежности работы запоминающих устройств используют специальные коды.

Различают коды, обнаруживающие ошибки, и корректирующие коды, позволяющие обнаруживать место, где произошла ошибка, и исправлять ее.