Лекция 4. Память

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками компьютера. ОП содержит два вида за-поминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и опера-тивное запоминающее устройство (ОЗУ).

1 Оперативная память

Оперативная память, или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), предназначено для приема, хранения и выдачи информации и представляет собой самую быстродействующую запоминающую систему компьютера. Оперативная намять обозначается RAM (Random Access Memory— намять с Произвольным дос-тупом). Процессор имеет возможность выполнять программы только после того, как они загружены в оперативную рабочую память, т.е. и память, доступную для программ пользователя. CPU имеет непосредственный доступ к данным, находя-щимся в оперативной памяти, а к внешней памяти (на гибких или жестких дисках) — через буфер, являющийся также разновидностью оперативной памяти. Работа программ, загруженных с внешнего носителя, возможна только после того, как она будет скопирована в RAM.

Однако оперативная намять имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что она временная, т.е. при отключении питания оперативная память полно-стью очищается. При этом данные, не записанные на внешний носитель, будут утеряны. Основная задача RAM — предоставлять необходимую информацию к виде двоичных колов по запросам CPU, т.е. данные в любой момент должны быть доступны для обработки.

Существует два типа ОЗУ: статическое и динамическое. Статическое ОЗУ (Static RAM, SRAM) конструируется с использованием D-триггеров. Информация в ОЗУ сохраняется на протяжении всего времени, пока к нему подается питание: секун-ды, 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), напротив, триггеры не использу-ются. Динамическое ОЗУ представляет собой массив ячеек, каждая из которых содержит транзистор и крошечный конденсатор. Конденсаторы могут быть заря-женными и разряженными, что позволяет хранить нули и единицы. Поскольку электрический заряд имеет тенденцию исчезать, каждый бит в динамическом ОЗУ должен обновляться (перезаряжаться) каждые несколько миллисекунд, чтобы пре-дотвратить утечку данных. Поскольку об обновлении должна заботиться внешняя логика, динамическое ОЗУ требует более сложного сопряжения, чем статическое, хотя этот недостаток компенсируется большим объемом.

Поскольку динамическому ОЗУ нужен только 1 транзистор и 1 конденсатор на бит (статическому ОЗУ требуется в лучшем случае 6 транзисторов на бит), динамиче-ское ОЗУ имеет очень высокую плотность записи (много битов на одну микросхе-му). По этой причине основная память почти всегда строится на основе динамиче-ских 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.

Конструктивно оперативная память выполняется и виде модулей микросхем, что позволяет дополнять объем оперативной памяти, которая используется не только в ПК, но и в самых разных периферийных устройствах — от видеокарт до лазерных принтеров. Микросхемы оперативной памяти и этом случае могут принадлежать к разным модификациям, но все они относятся к типу динамической оперативной памяти (DRAM).

Синхронные динамические ОЗУ (Synchronous DRAM, SDRAM). Синхронное динамическое ОЗУ управляется одним синхронизирующим сигналом. Данное уст-ройство представляет собой гибрид статического и динамического ОЗУ. Основное преимущество синхронного динамического ОЗУ состоит в том, что оно исключает зависимость микросхемы памяти от управляющих сигналов. ЦП сообщает памяти, сколько циклов следует выполнить, а затем запускает эти циклы. Каждый цикл на выходе дает 4, 8 или 16 бит в зависимости от количества выходных строк. Устра-нение зависимости от управляющих сигналов приводит к увеличению скорости передачи данных между ЦП и памятью.

Следующим этапом в развитии памяти SDRAM стала память DDR (Double Data Rate — передача данных с двойной скоростью).

DDR SDRAM (от англ. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоен-ной скоростью передачи данных) — тип компьютерной памяти используемой в вычислительной технике в качестве оперативной и видеопамяти. При использова-нии DDR SDRAM достигается удвоенная скорость работы, нежели в SDRAM, за счёт считывания команд и данных не только по фронту, как в SDRAM, но и по

спаду тактового сигнала. За счёт этого удваивается скорость передачи данных без увеличения частоты тактового сигнала шины памяти. Таким образом, при работе DDR на частоте 100 МГц мы получим эффективную частоту 200МГц (при сравне-нии с аналогом SDR SDRAM).

2 Постоянная память

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), или ROM (Read-Only Memory — постоянная память). ПЗУ служит для хранения неизменяемой (по-стоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию. Содержание памяти специальным об-разом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиату-рой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств. Данные записываются в ПЗУ в процессе производства. Для этого изготавливается трафарет с определенным набором битов, который на-кладывается на фоточувствительный материал, а затем открытые (или закрытые) части поверхности вытравливаются. Единственный способ изменить программу в ПЗУ — поменять всю микросхему.

Однако чтобы компаниям было проще разрабатывать новые устройства, осно-ванные на ПЗУ, были выпущены программируемые ПЗ У (Programmable ROM, PROM). В отличие от обычных ПЗУ, их можно программировать в условиях экс-плуатации, что позволяет сократить время выполнения заказа.

Следующая разработка этой линии — стираемое программируемое ПЗУ (Erasable PROM, EPROM), которое можно программировать в условиях эксплуа-тации, 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 про-граммируемые ПЗУ, поскольку их можно использовать многократно.

Следующий этап — электронно-перепрограммируемое ПЗУ (Electronically EPROM, EEPROM), с которого можно стирать информацию, не подвергая воздей-ствию ультрафиолетовых лучей. Кроме того, чтобы перепрограммировать данное устройство, его не нужно вставлять в специальный аппарат для программирова-ния, в отличие от стираемого программируемого ПЗУ.

Более современный тип электронно-перепрограммируемого ПЗУ — флэш-память. Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энерго-независимая память. Важнейшая микросхема Flash-памяти — модуль BIOS. Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры, а с другой стороны — важный модуль любой операционной системы. BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ,

Дата добавления: 2014-01-06