Принципи функціонування пам'яті. СПК

Принципи функціонування пам'яті. СПК

Перш ніж говорити про конкретні типи сучасних мікросхем пам’яті, треба трохи пригадати минуле і розібратися в основних принципах роботи електронної пам’яті і особливостях її адресації. Комп’ютери, на відміну від людей, які користуються десятковою системою счислення, використовують двійкову арифметику, тобто в будь-якому розряді машинного числа може знаходитися або “0″ – ні, або “1″ – так. Відповідно, і кожний елемент електронної пам’яті комп’ютера повинен запам’ятовувати одне з двох значень – 0 або 1. Пристрій, що найпростіше запам’ятовує, – це набір тумблерів або реле, які замикають або розмикають електричний ланцюг. Якщо пригадати, то старовинні обчислювальні машини якраз використовували для оперативної пам’яті реле, а як ПЗП застосовувалися звичайні тумблери (і це не дивно, оскільки навіть міні-еом 80-х років минулого століття мали панель з набором тумблерів для введення команд). Розвиток напівпровідникових технологій привів до тому, що для електронної пам’яті персонального комп’ютера в більшості випадків використовуються кремнієві інтегральні мікросхеми. А мінімальний елемент пам’яті в мікросхемі – це трігер, який в самому найпростішому випадку збирається на двох транзисторах. Але оскільки для управління трігером потрібні ланцюги управління, то елементарний елемент сучасної статичної пам’яті, яка застосовується, що запам’ятовує, зокрема, для кеш-пам’яті, містить іноді до десятка транзисторів. Оскільки в сучасному комп’ютері застосовуються мікросхеми, сотні тисяч осередків, що містять, то для спрощення управління осередки, що запам’ятовують, групуються в квадратні матриці. Для звернення до конкретного елемента пам’яті використовується адреса, формована з номера рядка і стовпця. Як тільки на шинах стовпців і рядків буде встановлена правильна адреса потрібного осередку, на виході матриці з’явиться напруга, відповідна інформації, записаній в елемент пам’яті. Помітимо, що такий принцип адресації використовується і для читання або запису байта в оперативній пам’яті, але при цьому за кожний розряд байта або слова відповідає своя матриця, яка, частіше всього, знаходиться в окремій мікросхемі, що запам’ятовує.

Для запису інформації в конкретний осередок мікросхеми призначений всього один висновок. Коли на шині адреси встановиться потрібна адреса елемента пам’яті, то, хоча сигнал запису буде поданий на всі осередки, запис відбудеться тільки в той осередок, який буде в даний момент вибраний (адресована). Принцип запису і читання елементів пам’яті в матриці, що запам’ятовує, добре ілюструється на прикладі феритової пам’яті. На зорі комп’ютерної ери вона була невеликими феритовими колечками, що знаходяться у вузликах дротяної сітки. Щоб сформувати сигнал читання і запису, через всі колечка просмикувався окремий дріт. Помітимо, що для запису “1″ і “0″ використовувалася властивість феромагнетиків перемагничи-ваться під дією електричного струму. Найменші феритові колечка були діаметром всього близько1 ммЗ появою напівпровідникових мікросхемпам’яті про феритову пам’ять надовго забули, але зовсім недавно з’явилися мікросхеми FeRAM, в яких поєднується кремнієва технологія виробництва мікросхем і властивість феромагнітних матеріалів змінювати свій опір залежно від прикладеного магнітного поля. Процесори мають шину даних, кратну 8 розрядам, наприклад, 8, 16, 32 або 64. В старих персональних комп’ютерах електронна пам’ять збиралася з мікросхем, що мають, наприклад 64, 128, 256 і т.д. осередків. На системній платні персональних комп’ютерів IBM PC можна було побачити ряди мікросхем пам’яті, що займають там дуже багато місця. Щоб зменшити кількість мікросхем і спростити їх електричні з’єднання один з одним, на одному кремнієвому кристалі сталі створювати декілька окремих матриць осередків, що запам’ятовують. Найпопулярнішими виявилися варіанти, коли мікросхема пам’яті має розрядність рівну 4 і 8, що дозволило зменшити кількість корпусів на платні.

В документації і прайс-листах на мікросхеми пам’яті завжди указується не тільки загальний її об’єм, але і як організовані елементи пам’яті. Нижче приводяться строчки з прайс-листа на мікросхеми динамічної пам’яті DDR і SDRAM, які випускаються в даний час:

DDR 256Mb, 32Мх8, 266MHz;

DDR 128Mb, 1бМх8, 266MHz;

SDRAM 256Mb, 32Mx8, 133MHz;

SDRAM 128Mb, 16Mx8, 133MHz.

Помітьте, що на початку йде умовне позначення типу мікросхеми, а в кінці указується максимальна тактова частота шини, на якій вони можуть працювати. Об’єм пам’яті в мікросхемі указується в двох варіантах: 256Mb – загальна кількість елементів пам’яті в мікросхемі; 32Мх8 – це позначення показує, що на кожний розряд доводиться по 32 Мбайт (також використовується термін “глибина адресного простору”, від англ, address depth). Якщо помножити 32 Мбайт на 8, то виходить 256 Мбайт.

Основні види пам'яті ПК

Внутрішня

Внутрішня пам'ять - це пам'ять, яка поділяється на постійну і оперативну :

• Постійна пам'ять

Постійна пам’ять призначена для постійного зберігання інформації. Інформація не зникає внаслідок вимикання машини. Інформацію можна тільки прочитати. Обсяг цієї пам’яті малий. Частина інформації( наприклад, програма початкового завантаження) постійно зберігається в пам’яті ПК, навіть, якщо він вимкнутий. Ця пам’ять називається постійною. Інформацію з неї можна тільки читати. Тому цей пристрій називають запам’ятовувачем тільки для читання. Англійська назва притрою – ROM( read only memory). Інформацію сюди записують під час виготовлення пристрою на заводі.

• Оперативна пам'ять

Оперативна пам’ять призначена для зберігання інформації протягом сеансу роботи. Інформація зникає внаслідок вимикання машини. Інформацію можна прочитати або записати. Обсяг пам’яті обмежений. Найчастіше інформація потряпляє в оперативну пам’ять з пристроїв уведення згідно з вказівками програми користувача. З оперативної пам’яті вона надходить у процесор, де опрацьовується. Для цього процесор опитує пам’ять, тобто він може звернутися за інформацією в будь-яке місце оперативної пам’яті. Інакше цей пристрій називається запам’ятовувачем з довільним доступом (RAM – random access memory). Якщо живлення ПК вимкнути, вміст оперативної пам’яті втрачається. В оперативній пам’яті є тільки та інформація, яка в даний момент використовується. Під час читання з пам’яті інформація надходить до інших пристроїв, однак вміст пам’яті не змінюється, тобто інформацію можна читати багаторазово. Під час записування інформації попередній вміст пам’яті втрачається. Елементом оперативної пам’яті є комірка ємністю l байтів (найчастіше 1 байт), з якою процесор обмінюється порцією інформації. Кожна комірка має адресу, за якою її можна відшукати.

Дискова

Дискова, яка призначена для тривалого зберігання інформації. Інформація не зникає внаслідок вимикання машини. Інформацію можна прочитати або записати. Обсяг пам’яті практично необмежений.

Дискова пам’ять. Для тривалого зберігання великих обсягів інформації є дискова пам’ять: носії(магнітні чи оптичні диски) та пристрої читання-записування(дисководи). Цей вид пам’яті зрідка називають зовнішньою пам’яттю.Комп’ютер може мати дисковід для постійного диска(HDD), ємністю декілька Гбайт, дисководи для міні-дисків(FDD) ємністю 1,44 Мбайти і дисковід компакт-дисків (CD-ROM) ємністю 600 Мбайт. Дискети можна змінювати на інші, переносити на інші ПК.

Для дискової пам’яті характерна велика ємність і незначна швидкодія пристроїв читання-записування. Оперативна пам’ять порівняно з дисковою має малий об’єм, але велику швидкість обміну інформації. Сучасні ПК мають вінчестери порядку 10-40 Гбайт, оперативну пам’ять 64-256 Мбайт.

Дані на магнітних дисках розміщуються на концентричних доріжках, кількість яких залежить від якості дисків. Доріжки, в свою чергу, діляться на сектори. Магнітна головка – пристрій запису-читання рухається вздовж радіуса диска, який обертається. Щільність запису на доріжках буває різною і відповідно до цього різним може бути об’єм пам’яті.

Для читання текстової та графічної інформації з паперового носія та занесення її в пам’ять ПК для наступного опрацювання спеціальними програмами використовують сканер. Принцип дії сканера грунтується на перетворенні зображення в електричні сигнали, а саме: зображення(наприклад фотографія) накладається на поверхню, під якою установлена лінійка фотоприймальних елементів. Лінійка фотоприймальних елементів з освітлювачем сканує по зображенню і далі сигнали перетворюються в електричні. Таким чином в комп’ютері створюється деяка “електронна копія” фотографії.

Додатково

Регістри – це надшвидка пам’ять процесора. Вони зберігають адресу команди, саму команду, дані для її виконання і результат.

Для збільшення продуктивності ПК, тимчасового зберігання вмісту комірок, оперативної пам’яті використовується кеш-пам’ять( англ. Склад). Кеш- пам’ять є проміжним запам’ятовуючим пристроєм і використовується для прискорення обміну між процесором і RAM.

Автори:

Sckorohod, А.Танін

Посилання:

[|click here ], [|te.zavantag.com ]