Запоминающее устройство

5. Запоминающее устройство. Цифровыми запоминающими называют устройства, предназначенные для записи, хранения и считывания большого объёма информации. Одним из важнейших устройств компьютера является память, т.е. запоминающее устройство (ЗУ). 5.1. Классификация запоминающих устройств: по назначению, технологии изготовления, способу адресации, способу хранения информации и т.д. 5.2. Важнейшие характеристики устройств памяти (ЗУ): - информационная ёмкость; - быстродействие; - энергонезависимость. Идеальное ЗУ должно обладать бесконечно большой ёмкостью и иметь бесконечно малое время обращения. На практике эти параметры находятся в противоречии друг другу: в рамках одного типа ЗУ улучшение одного из них ведет к ухудшению значения другого. Поэтому в настоящее время запоминающие устройства компьютера, как это и предполагал фон Нейман, строятся по иерархическому принципу . Иерархическая организация памяти в современных ЭВМ Иерархическая структура памяти позволяет экономически эффективно сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом к информации в процессе ее обработки. 5.3. Адресный принцип организации запоминающих устройств. Адресные ЗУ ( ЗУ с произвольным доступом) представлены в классификации статическими и динамическими оперативными устройствами, ПЗУ и ВЗУ. N=m 2n m 8.4 Оперативное запоминающее устройство. RAM - random access memory Оперативное запоминающее устройство является, пожалуй, одним из самых первых устройств вычислительной машины. Она присутствовала уже в первом поколении ЭВМ по архитектуре созданных в сороковых — в начале пятидесятых годов двадцатого века Оперативная память - устройство, которое служит для хранения информации (программ, исходных данных, промежуточных и конечных результатов обработки), непосредственно используемой в ходе выполнения программы в МП. Полупроводниковая оперативная память в настоящее время делится на статическое ОЗУ (SRAM) и динамическое ОЗУ (DRAM). Статическое ОЗУ — дорогой и неэкономичный вид ОЗУ. Поэтому его используют в основном в РОН микропроцессоров, кэш-памяти и системах управления , где необходимо высокое быстродействие. Строится ОЗУ на триггерах, поэтому имеет малую ёмкость. . Динамическое ОЗУ. Для того, чтобы удешевить оперативную память, в 90-х годах XX века вместо дорогого статического ОЗУ на триггерах стали использовать динамическое ОЗУ (DRAM). Принцип устройства DRAM следующий: система металл-диэлектрик-полупроводник способна работать как конденсатор. Как известно, конденсатор способен некоторое время “держать” на себе электрический заряд. Обозначив “заряженное” состояние как 1 и “незаряженное” как 0, мы получим ячейку памяти емкостью 1 бит. Поскольку заряд на конденсаторе рассеивается через некоторый промежуток времени (который зависит от качества материала и технологии его изготовления), то его необходимо периодически “подзаряжать” (регенерировать), считывая и вновь записывая в него данные. Из-за этого и возникло понятие “динамическая” для этого вида памяти. Преимущества динамической памяти перед статической это большая информационная ёмкость и низкая стоимость.. . Общий недостаток ОЗУ- энергозависимость. 5.4. Энергонезависимые полупроводниковые запоминающие устройства. ( ROM - read only memory ). ПЗУ предназначено для хранения постоянной программной и справочной информации. Данные в ПЗУ заносятся при изготовлении. Информацию, хранящуюся в ПЗУ, можно только считывать, но не изменять. В ПЗУ находятся: · программа управления работой процессора; · программа запуска и останова компьютера; · программы тестирования устройств, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков; · программы управления принтером, внешней памятью; дисплеем, клавиатурой, · информация о том, где на диске находится операционная система. Организация ПЗУ . Флеш-память Флеш-память (англ. Flash-Memory) разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. В отличие от жёстких дисков, более надёжна и компактна. Она может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально - около миллиона циклов). Благодаря своей компактности, дешевизне и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах Разновидности флеш-накопителей Флеш-память хранит информацию в массиве транзисторов с плавающим затвором, называемых ячейками. В традиционных устройствах с одноуровневыми ячейками, каждая из них может хранить только один бит. Некоторые новые устройства с многоуровневыми ячейками могут хранить больше одного бита, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе транзистора. В основе типа флеш-памяти NOR лежит ИЛИ-НЕ элемент (англ. NOR), потому что в транзисторе с плавающим затвором низкое напряжение на затворе обозначает единицу. Транзистор имеет два затвора: управляющий и плавающий. Последний полностью изолирован и способен удерживать электроны до 10 лет. В ячейке имеются также сток и исток. При программировании напряжением на управляющем затворе создаётся электрическое поле и возникает туннельный эффект. Некоторые электроны туннелируют через слой изолятора и попадают на плавающий затвор, где и будут пребывать. Заряд на плавающем затворе изменяет «ширину» канала сток-исток и его проводимость, что используется при чтении. Программирование и чтение ячеек сильно различаются в энергопотреблении: устройства флешпамяти потребляют достаточно большой ток при записи, тогда как при чтении затраты энергии малы. Для стирания информации на управляющий затвор подаётся высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток. В NOR-архитектуре к каждому транзистору необходимо подвести индивидуальный контакт, что увеличивает размеры схемы. Эта проблема решается с помощью NANDархитектуры. В основе NAND-типа лежит И-НЕ элемент (англ. NAND). Принцип работы такой же, от NOR-типа отличается только размещением ячеек и их контактами. В результате уже не требуется подводить индивидуальный контакт к каждой ячейке, так что размер и стоимость NAND-чипа может быть существенно меньше. Также запись и стирание происходит быстрее. Однако эта архитектура не позволяет обращаться к произвольной ячейке. NAND и NOR-архитектуры сейчас существуют параллельно и не конкурируют друг с другом, поскольку находят применение в разных областях хранения данных. Существуют несколько типов карт памяти, используемых в портативных устройствах: Compact Flash - карты памяти CF являются старейшим стандартом карт флеш-памяти. Первая CF карта была произведена корпорацией SanDisk в 1994 году. Чаще всего в наши дни он применяется в профессиональном фото и видео оборудовании, так как ввиду своих размеров (43×36×3,3 мм) слот расширения для Compact Flash-карт физически проблематично разместить в мобильных телефонах или MP3плеерах. Multimedia Card. Карта в формате MMC имеет небольшой размер - 24×32×1,4 мм. Разработана совместно компаниями SanDisk и Siemens. MMC содержит контроллер памяти и обладает высокой совместимостью с устройствами самого различного типа. В большинстве случаев карты MMC поддерживаются устройствами со слотом SD. MMCmicro - миниатюрная карта памяти для мобильных устройств с размерами 14×12×1,1 мм. Для обеспечения совместимости со стандартным слотом MMC необходимо использовать переходник. SD Card (Secure Digital Card является дальнейшим развитием стандарта MMC. По размерам и характеристикам карты SD очень похожи на MMC, только чуть толще (32×24×2,1 мм). Основное отличие от MMC - технология защиты авторских прав: карта имеет криптозащиту от несанкционированного копирования, повышенную защиту информации от случайного стирания или разрушения и механический переключатель защиты от записи. SDHC (SD High Capacity): Старые карты SD (SD 1.0, SD 1.1) и новые SDHC (SD 2.0) (SD High Capacity) и устройства их чтения различаются ограничением на максимальную ёмкость носителя, 4 Гб для SD и 32 Гб для SD High Capacity (Высокой Ёмкости). Устройства чтения SDHC обратно совместимы с SD, то есть SD-карта будет без проблем прочитана в устройстве чтения SDHC, но в устройстве SD карта SDHC не будет читаться вовсе. Оба варианта могут быть представлены в любом из трёх форматов физических размеров (стандартный, mini и micro). MiniSD (Mini Secure Digital Card): От стандартных карт Secure Digital отличаются меньшими размерами 21,5×20×1,4 мм. Для обеспечения работы карты в устройствах, оснащённых обычным SD-слотом, используется адаптер. MicroSD (Micro Secure Digital Card): являются на настоящий момент самыми компактными съёмными устройствами флешпамяти (11×15×1 мм). Используются, в первую очередь, в мобильных телефонах, коммуникаторах, и т. п., так как, благодаря своей компактности, позволяют существенно расширить память устройства, не увеличивая при этом его размеры. Memory Stick Duo: данный стандарт памяти разрабатывался и поддерживается компанией Sony. Корпус достаточно прочный. На данный момент - это самая дорогая память из всех представленных. Memory Stick Duo был разработан на базе широко распространённого стандарта Memory Stick от той же Sony, отличается малыми размерами (20×31×1,6 мм). Memory Stick Micro (M2): Данный формат является конкурентом формата microSD (по аналогичному размеру), сохраняя преимущества карт памяти Sony. xD-Picture Card: используются в цифровых фотоаппаратах фирм Olympus, Fujifilm и некоторых других.