Общие характеристики устройств

Термины: память обычно применяют к биологическим объектам, запоминающий – к техническим.

Под запоминающим устройством (ЗУ) понимают электронную схему или их совокупность, способную по внешней команде зафиксировать некоторое входное воздействие (в цифровой или аналоговой форме), сохранять его некоторое время и воспроизвести по внешней команде.

Важнейшие параметры запоминающих устройств – информационная емкость, быстродействие (время записи Т_з и время чтения Т_чт), организация ЗУ. Информационная емкость выражается в битах или словах (часто в байтах). Бит хранится запоминающим элементом (ЗЭ), а слово – группой запоминающих элементов. Обычно, минимальная длина слова составляет восемь бит или один байт.

В идеальном случае ЗУ должно обладать следующими свойствами:

• время реакции на команду записи Т_з®0;
• время реакции на команду чтения Т_чт®0;
• время хранения информации t ® ¥;
• возможно большая информационная емкость;
• возможность неограниченной, многократной смены информации;
• отсутствие источника питания (энергонезависимость).

Такие характеристики получить трудно. Важнейшие параметры ЗУ находятся в противоречии. Поэтому разработчики и технологи чаще делают не то, что необходимо, а то, что получается. Однако, благодаря новым разработкам и совершенствованию технологической полупроводниковой базы удалось создать запоминающие устройства с большими объемами памяти (с большой информационной емкостью) и высоким быстродействием. Емкость таких микросхем может составлять до нескольких десятков гигабайт в одном корпусе.

Запоминающие устройства ЭВМ классифицируют по функциональному назначению, виду носителя информации, способу организации доступа к информации. По функциональному назначению ЗУ подразделяются на две основные группы – внешние и внутренние.

Внутренние запоминающие устройства, в свою очередь, делят на несколько иерархических уровней, различающихся схемами построения и типами ЗЭ:

• сверхоперативные (регистровые) ЗУ, которые обладают небольшой информационной емкостью и согласованы по быстродействию с работой процессора;
• ЗУ, которые служат для хранения копий информации, используемой в текущих операциях обработки (кэш-память);
• оперативные запоминающие устройства – ОЗУ (быстродействующие и сверхбыстродействующие). Они характеризуются примерно равными Т_з » Т_чт, энергозависимостью, ограниченной степенью интеграции;
• постоянные ЗУ – ПЗУ, однократно программируемые при изготовлении (масочные) или пользователем, и многократно программируемые (перепрограммируемые) – ППЗУ. Они характеризуются Т_з >> Т_чт, ограничением циклов записи, энергонезависимостью, ограничением информационного объема.

Внешние ЗУ характеризуются примерно равными Т_з » Т_чт, но значительно большими, чем у ОЗУ, энергонезависимостью, большими объемами хранимой информации и практически неограниченным количеством циклов записи – считывания.

Все ЗУ можно разделить на две большие группы:

1. Физические ЗУ (сохранение информации реализуется за счет изменения структуры некоторого вещества или его свойств). Примером могут служить перфокарты с отверстиями, перфоленты, углубления или выпуклости на поверхности оптического диска, фрагменты магнитной поверхности дисковых накопителей;

2. Схемные ЗУ (электронные). Примером могут служить: триггер, регистры.

Физические ЗУ можно разделить на устройства с разрушением целостности объекта – нереверсивные, и устройства с обратимым изменением некоторых параметров – реверсивные.

К нереверсивным относятся перфокарты и перфоленты. Продолжателями этого типа ЗУ являются ПЗУ и оптические диски CD-R (углубления или прожиги в металлизированной зеркальной поверхности создаются лазерным лучом). ПЗУ однократно программирует изготовитель или потребитель. Программирование осуществляют или установлением связей, или уничтожением ненужных связей в перекрестиях матриц проводников.

К реверсивным относятся ППЗУ, неоднократно перепрограммируемые потребителем, а также вещества или структуры с гистерезисной характеристикой, например В(Н). У запоминающих устройств на локальных магнитных доменах основа – тонкие магнитные пленки, имеющие единственную ось легкого намагничивания (плоские магнитные домены или цилиндрические магнитные домены – ЦМД). Устройства на ЦМД обеспечивают реализацию БИС с весьма высокой степенью интеграции, но в массовых компьютерах применения пока не нашли. К этой же группе относятся магнитные диски, дискеты, ленты, а также перезаписываемые оптические диски CD-RW. Последние отличаются от дисков CD-R тем, что их отражающая поверхность в процессе записи не получает необратимых повреждений (прожигов). Изменение отражающих способностей поверхности в точках «удара» лазерного луча происходит за счёт изменения её геометрии – появлении «выпучиваний», которые при стирании информации могут быть удалены. Это внешние ЗУ, предназначенные для длительного хранения больших объемов информации и способные сохранять ее при отключении питания. Это энергонезависимые ЗУ.

Важным параметром запоминающего устройства является организация ЗУ. Основной составной частью микросхемы ЗУ является массив запоминающих элементов (ЗЭ) памяти, каждый из которых хранит один бит информации (0 или 1). Совокупность элементов, в которой размещается слово, называют ячейкой памяти (ЯП). Число запоминающих элементов в ячейке памяти определяет разрядность хранимых слов. Если число разрядов в слове n, а число ячеек памяти m, то информационная емкость микросхемы – n × m. Для обозначения количества ЯП используются специальные единицы измерения (длина ячейки, в данном случае, предполагается 8 бит – 1 байт.):

1К – это 1024 (2¹⁰) ЯП – один Кбайт;

1М – это 1048576 (2²⁰) ЯП – один мегабайт;

1Г – это 1073741824 (2³⁰) ЯП – один гигабайт.

При указании организации памяти сначала пишется количество ячеек, а затем через знак умножения (косой крест) указывается разрядность слов, хранящихся в ЗУ. Примеры организации памяти: 32 × 8, 128К × 8, 1М × 1.

Способ доступа к данным, лежащим в ЯП, является одним из важных характеристик памяти. По этому признаку полупроводниковые ЗУ внутренней памяти можно разделить на адресные, ассоциативные и стековые.

При адресном доступе код на адресных входах указывает номер ячейки памяти, с которой производится обмен информацией. К адресным ЗУ относят:

• оперативные ЗУ (RAM) или ЗУ с произвольной выборкой;
• постоянные ЗУ (ROM) различных типов.

Поиск по сайту: