ПАМЯТЬ ЭВМ

Классификация запоминающих устройств

Внутренняя и внешняя память

Запоминающие устройства ЭВМ делятся на внутренние и внешние.

К типу внутренних запоминающих устройств относятся оперативное запоминающее устройство (ОЗУ — RAM, Random Access Memory) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ — ROM, Read Only Memory). Запоминающее устройство в архитектуре фон Неймана является именно внутренним запоминающим устройством.

К типу внешних запоминающих устройств относятся:

  • накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД или HDD, Hard Disk Drive) или просто жесткий диск, в просторечье винчестер;

  • накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД или FDD, Floppy Disk Drive);

  • привод компакт дисков (CD-ROM, DVD-ROM);

  • USB Flash и т. п.

Внешние запоминающие устройства относятся к устройствам ввода-вывода и имеют соответствующий контроллер.

Классификация внутренней памяти. ОЗУ и ПЗУ

По разным признакам можно выделять различные типы памяти ЭВМ. Главный признак классификации — возможность изменения информации в памяти в составе самой ЭВМ. По этому признаку выделяются:

  1. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM — Random Access Memory).

  2. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM — Read Only Memory).

ОЗУ является энергозависимой, а ПЗУ — энергонезависимой памятью. При выключении питания компьютера информация в оперативной памяти теряется. Информация в ПЗУ не меняется в процессе работы компьютера и сохраняется при выключении питания. Однако это не значит, что ее нельзя изменить в принципе. Многие ПЗУ допускают такую возможность. Однако изменение информации в большинстве типов ПЗУ осуществляется не в составе ЭВМ, а в специальном устройстве — программаторе ПЗУ. Процесс изменения информации в ПЗУ называется перепрограммированием.

ОЗУ персональных компьютеров содержит выполняющиеся в настоящий момент программы, в том числе операционную систему, загружаемые с устройств внешней памяти, и необходимые для их выполнения данные.

ПЗУ ЭВМ, специализированных для выполнения определенных задач, могут содержать управляющую программу, являющуюся по сути простой операционной системой. Например, в ПЗУ учебной ЭВМ УМК-80 записана программа "Монитор".

ПЗУ персональных компьютеров содержит BIOS (Basic Input-Output System, базовую систему ввода-вывода). Поэтому оно называется ROM BIOS.

В составе персональных компьютеров есть также т. н. CMOS RAM — оперативная память, в которой хранятся настройки BIOS, которые можно поменять с помощью программы Setup BIOS. CMOS RAM питается от батарейки и поэтому сохраняет содержимое при выключении питания.

Обратно, содержимое ROM BIOS современных компьютеров может быть перезаписано новой версией BIOS, причем в составе самого компьютера. Такая возможность имеется у ПЗУ, изготовленных по технологии Flash. Никакого программатора для перепрограммирования Flash-ROM не требуется. Однако это делается, конечно, не в процессе обычной работы компьютера, а в особом режиме с помощью специальных программных средств.

Существуют и смешанные типы. Так, современные модули оперативной памяти DIMM SDRAM содержат в своем составе постоянную память SPD EEPROM (Serial Presence Detect), которая идентифицирует тип модуля, различные параметры организации, временные параметры.

Классификация ПЗУ

Классификация ПЗУ такова:

  1. Однократно программируемые:

    1. Масочные ПЗУ — программируемые в процессе изготовления путем наложения маски.

    2. Электрически программируемые ПЗУ (ЭППЗУ) — программируемые после изготовления пережиганием перемычек электрическим путем в программаторе.

  2. Многократно программируемые (перепрограммируемые):

    1. Электрически стираемое программируемое ПЗУ (ЭСППЗУ, EEPROM, electrically erasable programmable read-only memory):

    2. Со стиранием ультрафиолетовым светом и электрической записью — УФППЗУ.

Классификация ОЗУ

Основные качественные признаки классификации и выделяемые по ним классы ОЗУ персональных компьютеров таковы:

  1. Архитектура: FPM (Fast Page Mode), EDO (Extended Data OUT) и др.

  2. Запоминающий элемент: конденсатор — динамическая память (DRAM, Dynamic RAM), триггер — статическая память (SRAM, Static RAM).

  3. Конструктивное исполнение: SIMM (Single Inline Memory Module, модуль памяти с однорядным расположением контактов), DIMM (Dual Inline Memory Module, модуль памяти с двухрядным расположением контактов).

  4. Наличие синхронизации тактовыми импульсами: асинхронная память, синхронная память (SDRAM, Synchronous DRAM).

  5. Умножение скорости передачи по сравнению с частотой тактовых импульсов: RDRAM(RambusDRAM, выпускается в конструктивах под названиемRIMM(RambusInlineMemoryModule)) иDDR(DoubleDataRate, память с удвоенной скоростью передачи данных, конструктивDIMM);

  6. Многоканальность: двухканальная и трехканальная DDR(DDRIIиDDRIII).

Основные количественные признаки классификации ОЗУ таковы:

  1. Емкость.

  2. Размер ячейки: бит, тетрада, байт.

  3. Время доступа.

  4. Для синхронной памяти — тактовая частота и количество тактов, требующихся для доступа.

Совершенствование архитектуры и технологии памяти

Способы увеличения производительности памяти

Канал между процессором и памятью является фактором, ограничивающим производительность компьютера, "бутылочным горлышком" (bottleneck) фон-неймановской архитектуры.

Существует два способа увеличения производительности любого тракта (даже обычной автомобильной дороги):

  1. Увеличение ширины (разрядности шины).

  2. Увеличение скорости (тактовой частоты).

Влияет на производительность также время доступа к памяти для чтения или записи.

Многоуровневая организация оперативной памяти

Важным способом увеличения производительности компьютера является многоуровневая организация оперативной памяти. Уровни выделяются по степени близости к ядру процессора, минимальное количество уровней — два:

  1. Основная оперативная память — динамическая, менее дорогая и быстрая, более емкая.

  2. Кэш-память (сверхоперативная память) — статическая, более дорогая и быстрая, менее емкая.

Существуют различные виды кэш-памяти, выделяемые по разным признакам. По признаку конструктивного исполнения (физической реализации) можно выделить:

  1. Кэш-память в виде отдельных микросхем.

  2. Кэш-память в одном корпусе с процессором, но на отдельном кристалле.

  3. Кэш-память на одном кристалле с процессором.

Эти типы физической реализации, конечно, различаются архитектурными особенностями и другими характеристиками.

Кэш-память может быть разделена на уровни, которые также характеризуются увеличением производительности и уменьшением емкости по мере близости к ядру процессора.

В большинстве современных процессоров кэш-память находится на кристалле процессора и делится на два или три уровня, которые обозначаются L1,L2 иL3, соответственно.

Память MRAM

Наиболее новой и интересной памятью, сочетающей в себе свойства постоянной и оперативной памяти, является MRAM — память на основе магниторезистивных структур производства компании Freescale Semiconductor. Для хранения информации в MRAM используются магнитные моменты, как и в магнитных дисках. MRAM обладает энергонезависимостью при практически неограниченном количестве циклов и высокой скорости записи.

Первая микросхема MRAM MR2A16A (рис.) имеет объем 4 мегабита.

Выводы микросхемы MR2A16A

Рис. Выводы микросхемы MR2A16A

Основные параметры микросхемы MR2A16A

  • объем памяти — 4 Мбит;

  • число циклов чтения/записи — более1016;

  • время чтения/записи/стирания — 35 нс;

  • по-битовое стирание со скоростью до 28 Мбит/сек;

  • организация памяти — 256 K x 16 бит;

  • настраиваемая шина данных 8/16 бит;

  • срок хранения информации более 10 лет;

  • напряжение питания 3-3,6 В;

  • совместимость по выводам с памятью SRAM;

 
Оригинал текста доступен для загрузки на странице содержания
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   Скачать   След >