Оперативні та постійні запам’ятовуючі пристрої

План

1 Оперативна пам’ять

2 Статичний запам’ятовуючий елемент

3 Динамічний запам’ятовуючий елемент

4 Основні характеристики постійного запам’ятовуючого пристрою

5 Різновиди постійного запам’ятовуючого пристрою

1 Оперативна пам'ять ПК або RAM (Random Access Memory) - робоча область для процесора комп'ютера. У ній під час роботи зберігаються програми й дані. Оперативна пам'ять часто розглядається як тимчасове сховище, тому що дані й програми зберігаються там тільки тоді, коли комп'ютер включений або до натискання кнопки скидання (reset). Мікросхеми оперативної пам'яті іноді називають енергозалежною пам'яттю. Перед вимиканням (скиданням) всі дані, які були змінені під час роботи, необхідно зберегти на запам'ятовувальному пристрої, що може зберігати інформацію постійно (звичайно - це жорсткий диск). При новому включенні живлення збережена інформація може бути завантажена на згадку знову.

Фізично оперативна пам'ять у системі являє собою набір мікросхем або модулів, що містять мікросхеми, які звичайно підключаються до системної плати. Ці мікросхеми або модулі можуть мати різні характеристики й, щоб функціонувати правильно, повинні бути сумісні із системою, у яку вони встановлюються.

ОЗП є пам'яттю з довільним доступом. Існує два основних типи запам'ятовувальних елементів ОЗП: статичні SRAM (Static RAM) і динамічні DRAM (Dynamic Random Access Memory) запам'ятовувальні пристрої.

2 Статичний запам'ятовувальний елемент - це бістабільна схема (схема із двома стійкими станами), звичайно називана тригером. У найпоширенішій ВІС ОЗП, побудованій на МОН (метал-окисел-напівпровідник) - технології, такі схеми виконані на шести МОН - транзисторах (рис. 54.1, а) з обов'язковим використанням зовнішнього джерела живлення (Е _жив). У них транзистори ТЗ і Т4 виконують роль навантажувальних резисторів, а з'єднані хрест-навхрест транзистори Т1 і Т2 завжди (крім моменту перемикання) перебувають у протилежних станах. Коли один із транзисторів (наприклад, Т2) відкритий (проводить струм), то з нього на інший транзистор (Т1) надходить замикаючий потенціал. У свою чергу, із закритого транзистора знімається потенціал, що підтримує провідний стан відкритого транзистора.

У такому, стійкому стані (якому при закритому Т1 привласнене значення 0) схема перебуває доти, доки за допомогою сигналу, що відмикає, " Вибір елемента" не відкриються транзистори Т5, Т6 і через них на Т1 і Т2 одночасно не надійдуть із ліній W/R й W/R відкриваючий (" 1") і закриваючий (" 0") сигнали. Після перемикання схема знову буде перебувати в стійкому стані (якому привласнене значення 1) до нового дозволу (одиничний сигнал " Вибір елемента") і запису нуля (0 на лінії W/R й 1 на лінії W/R). Якщо ж на елемент, що зберігає 1, буде поданий набір сигналів, що відповідає запис 1, то його стан не зміниться.

3 Динамічний запам'ятовувальний елемент можна побудувати на трьох МОН - транзисторах (рис. 54.2, б). У ньому інформація запам'ятовується на паразитній ємності, що завжди існує між електродами транзистора (на схемі ця ємність показана у вигляді окремого конденсатора С _п). Зберігання даних у такому запам'ятовувальному елементі пов'язане зі станом провідності Т2, що визначається зарядом конденсатора. Якщо заряд конденсатора забезпечує достатній відкриваючий потенціал, то Т2 відкритий. Цей стан самостійно не підтримується, оскільки конденсатор поступово саморозряджається. Якщо ж заряд конденсатора малий або відсутній, то Т2 не проводить і цей стан самопідтримується. Крім Т2 у кожному запам'ятовувальному елементі присутні два транзистори для підключення елемента до ліній " Запис" й " Читання".

Через розряд запам'ятовувальних ємностей, викликаного струмом витоку, необхідно періодично (через кілька мілісекунд) підзаряджати ємності, що зберігають заряд. Спрощення виконання такого завдання можна досягти організацією перезапису вмісту кожного елемента, не піклуючись про те, чи була заряджена ємність цього елемента чи ні. Тоді, зв'язуючи між собою лінії " Читання" й " Запис" кожного стовпця й подаючи періодично сигнали на лінії вибору рядків (опитуючи по лінії " Вибір елемента" всі елементи, розташовані в цьому рядку), забезпечують перезапис кожного з елементів рядка (вміст, що з'явився на лінії " Читання" якого-небудь стовпця, надходить через формувач на лінію " Запис" цього стовпця й далі в той же елемент, з якого зчитувалася інформація). Такий процес називається регенерацією.

На регенерацію пам'яті витрачається не більше 1-2 % усього часу її роботи. Однак у процесі регенерації пам'ять недоступна для інших пристроїв, і тому, наприклад, виконання запиту процесора на запис або читання може затриматися на кілька десятків мікросекунд. Якщо такий режим роботи небажаний, то логічна схема регенерації забезпечується додатковими блоками, що дозволяють призупинити процес регенерації на час виконання запиту процесора або іншого пристрою, пов'язаного з пам'яттю.

Отже, модулі, побудовані на ВІС динамічних ОЗП, мають більше складні схеми керування, чим модулі, побудовані на ВІС статичних ОЗП. Крім того, вони можуть затримувати прийом або видачу даних на порівняно більші проміжки часу.

Головним достоїнством БІС динамічних ОЗП - це більш висока щільність упакування інформації. Менше число МОН - транзисторів у запам'ятовувальному елементі (не більше трьох замість шести) дозволяє розмістити на одному кристалі більше число запам'ятовувальних елементів і зменшити число ВІС у модулі пам'яті. Друга перевага пов'язана з тим, що динамічний запам'ятовувальний елемент не споживає струм, за винятком тих коротких відрізків часу, коли до нього звертаються. Третє достоїнство, що є наслідком двох перших, - менша вартість, менші габарити й більша надійність динамічних ОЗП в порівнянні зі статичними.

Домашнє завдання:

[5] С. 129-130

[11] С. 273-275

4 У пам'яті типу ROM (Read Only Memory), або ПЗП (постійний запам'ятовувальний пристрій), дані можна тільки зберігати, змінювати їх не можна. Саме тому така пам'ять використається тільки для читання даних. ROM також часто називається енергонезалежною пам'яттю, тому що будь-які дані, записані в ROM, зберігаються при вимиканні живлення. Тому в ПЗП містяться команди запуску персонального комп'ютера, тобто програмне забезпечення, що завантажує систему.

Частина адресного простору оперативної пам'яті системи приділяється для ПЗП. Наприклад, при включенні персонального комп'ютера лічильник команд автоматично приймає значення (адресу) FFFF0h. Ця адреса вказує на осередок ПЗП, програма запуску системи в незмінному виді виконується щораз при включенні комп'ютера

У ПЗП на системній платі звичайно втримуються чотири основних програми

- POST (Power-On Self Test). Система тестування при включенні живлення. Ряд тестових завдань, які гарантують, що компоненти системи працюють належним чином.

- CMOS Setup. Кероване за допомогою меню додаток, що дозволяє користувачеві встановити параметри конфігурації системи, настроїти засобу захисту й указати переваги.

- Програма початкового завантаження. Ця програма шукає на диску операційну систему.

- Базова система вводу/виводу (BIOS). Ряд програм - драйверів пристроїв, що надають стандартні засоби із основними апаратними засобами системи, особливо з апаратними засобами, які повинні бути активізовані в процесі початкового завантаження.

Основний код BІOS утримується в кристалі (мікросхемі) ПЗП на системній платі, але на платах адаптерів також є ПЗП. ПЗП на платах адаптерів містять допоміжні підпрограми базової системи вводу-виводу й драйвери, необхідні для конкретної плати, особливо для тих плат, які повинні бути активізовані на ранньому етапі початкового завантаження; до таких плат відноситься, наприклад, відеоплата. Плати, яким на ранньому етапі початкового завантаження не потрібні драйвери, звичайно не мають ПЗП, тому що їхні драйвери можуть бути завантажені з жорсткого диска пізніше - у процесі початкового завантаження.

Мікросхеми ПЗП дуже повільні - час доступу дорівнює 150 нс, у той час як час доступу запам'ятовувального пристрою на динамічній оперативній пам'яті дорівнює 60 нс або менше. Тому в багатьох системах ПЗП затінюється, тобто його вміст копіюється в мікросхеми динамічної оперативної пам'яті при запуску, щоб скоротити час доступу в процесі функціонування. Процедура затінення копіює вміст ПЗУ в оперативну пам'ять, а потім привласнює цій же ж оперативній пам'яті ті самі адреси, що спочатку використовувалися для ПЗП, що потім фактично відключається. Це підвищує швидкодію системи пам'яті. Втім, у більшості випадків досить затінити тільки базову систему вводу/виводу на системній платі, і, можливо, на відеоплаті.

5 Існує чотири різних типи мікросхем ПЗП:

ü OTPROM, одноразово програмувальне ПЗП (ОППЗП)

ü PROM (Programmable ROM), або ППЗП (програмувальне ПЗП);

ü EPROM (Erasable PROM), або стираєме програмувальне ПЗП (СППЗП);

ü EEPROM (Electrically Erasable PROM), або електрично-змінюване програмувальне ПЗП (ЕЗППЗП).

Незалежно від типу ПЗП, дані в ньому зберігаються доти, доки вони не будуть стерті навмисно.

Одноразово програмувальне ПЗП. Спочатку в більшості ПЗП вже при виготовленні були пропалені " 0" й " 1", тобто таке ПЗП можна представити у вигляді матриці, у якій уже при виготовленні в потрібних місцях записуються (пропалюються) нулі й одиниці. Вони наносяться за допомогою маски, що виготовляється фотолітографічним способом. Якщо необхідно змінити хоча б один-єдиний біт, прийдеться переробити маску пропалювання, а це обійдеться недешево. Тому пропалювання тепер при виготовленні ПЗП не використаються.

Програмувальне ПЗП - тип ПЗП, у який можна записувати будь-які дані. ППЗП відрізняються від звичайних ПЗП тим, що при їхньому виготовленні всі діоди з'єднуються за допомогою плавких перемичок, тобто по всіх адресах ППЗП з байтовою організацією записуються при виготовленні коди (11111111)₂=(FF)₁₆. Програмування такого ППЗП полягає в тім, що на нього послідовно подаються адреси слів й імпульсами струму руйнуються перемички в тих місцях, де вони не потрібні. Якщо при програмуванні була допущена помилка, то вона не може бути виправлена (ВІС викидається, і виконується програмування нової ВІС).

Стираємі програмувальні (репрограмувальні) постійні запам'ятовувальні пристрої (СППЗП) дозволяють робити запис і стирання інформації. Організація СППЗП відрізняється від організації ППЗП тим, що між лініями установлені не діоди із плавкими перемичками, а спеціальні МОН - транзистори (з ізольованим затвором). Після виготовлення всі МОН - транзистори мають дуже більший опір (тобто закриті). Подачею імпульсу великої амплітуди МОН - транзистор переводиться в провідний стан, який він може зберігати навіть після закінчення 10 років. Для повернення МОН - транзисторів у вихідний (закритий) стан їх треба піддати тривалому впливу ультрафіолетових променів. Групове опромінення всіх МОН - транзисторів виконується на спеціальних установках протягом 10-30 хв. через прозоре (кварцове) вікно в корпусі ВІС. Після цього ВІС СППЗП виявляється у вихідному стані і її можна знову програмувати. Ультрафіолетові промені входять до складу сонячного світла, і присутні в кімнатному висвітленні, тому через якийсь час у мікросхемі може відбутися втрата інформації. Із цієї причини після програмування мікросхеми її вікно заклеюється, щоб охоронити неї від втрати інформації.

Електрично-змінювані програмувальні постійні запам'ятовувальні пристрої (ЕЗППЗП) відрізняються від СППЗП тим, що в них після програмування можна повернути у вихідний стан (стерти) будь-який окремо взятий МОН - транзистор. Тому ЕЗППЗП скоріше схожі на ОЗП, у яких цикл запису в кілька тисяч разів більше циклу читання. Крім того, ЕЗППЗП енергонезалежні, однак вони не забезпечують настільки тривалого зберігання інформації, як СППЗП.

Домашнє завдання:

[5] С. 131-132

[11] С. 275-2

[12] С. 43-47