В.А. Фисун - Прикладное программирование в задачах математической физики. Архитектурные принципы построения ЭВМ (pdf) (1127762), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Тогда один килобайт памяти будет называться кибибайт. Обсуждаемаядвусмысленность не имеет большого практического значения, ибо разницамежду значениями десятичного миллиона и двоичного миллиона составляетоколо 5%, а между соответствующими миллиардами – не более 8%.Элементарной единицей в любом ЗУ является хранилище для одногобита – бистабильная ячейка памяти, которая может принимать только одноиз двух значений.
В зависимости от физических принципов, положенных воснову реализации хранилища для бита, можно построить нижеследующуюцепочку видов запоминающих устройств. Примерно в таком же порядке ЗУраспределены по такому параметру, как плотность записи.1.
Электронные виды ЗУ. Значение бита фиксируется одним из бинарных состояний триггерной транзисторной схемы (статическая электроннаяпамять) или наличием (отсутствием) заряда в конденсаторе (динамическаяэлектронная память). Управление процессами записи и чтения информациив таких ЗУ производится электронными схемами, которые размещаются натой же микросхеме, что и наборы элементарных единиц памяти хранилищинформации.
Электронная память являются обязательной составной частьюлюбого микропроцессора, на этом виде памяти реализуется оперативное запоминающее устройство - ОЗУ.2. Оптические виды ЗУ. Значение бита – прозрачная или затемненнаячастица оптического диска.3. Электромагнитные виды ЗУ. Здесь значение бита задает намагниченная или нейтральная частица ферросплава магнитного диска, барабана илимагнитной ленты.4. Механические виды ЗУ. Значение бита – дырка или её отсутствие насоответствующей позиции перфокарты или перфоленты.
Данный вид ЗУвключен с перечень исключительно из методических соображений, они утратили свое значение так же, как запоминающие устройства на электроннолучевых трубках или на ферритовых кольцах.В запоминающих устройствах 2,3,4 видов запись и чтение информациипроизводится сканером, к которому путем механического перемещения носителя информации доставляется требуемая часть носителя. ЗУ данного вида называются Внешними Запоминающими Устройствами – ВЗУ (иногда –периферийными), они предназначаются для долговременного хранения информации.Пособие 17.09.0922Только магнитные барабаны и магнитные диски (винчестеры) включаются в постоянный состав оборудования ЭВМ, их носители информациитакже не отделимы от устройства. Остальные виды ВЗУ могут включаться всостав оборудования ЭВМ, а также могут быть автономными абонентамисетевой среды.
Носители информации: диски, ленты, карты являются заменяемыми элементами. Они используется в качестве массовой памяти длядолговременного хранения программ и данных вне ЭВМ. Эта память можетиспользоваться для однократной записи и постоянного хранения информации, но большинство типов носителей позволяют производить многократную перезапись.Номенклатура внешних ЗУ следующая. Первыми ВЗУ были устройства для чтения (записи): перфокарты, перфоленты, перфорированной киноленты, магнитной ленты (МЛ), магнитных барабанов (МБ), магнитных дисков (МД).
Затем появляются устройства для флоппи-дисков и оптическихдисков, магнитные диски – винчестеры, ВЗУ на электронике - флеш-память.С 1995 г. установлена следующая классификация семейства винчестеров, магнитных дисковых накопителей с несменяемыми дисками. Первыйжесткий диск на 16 Кбайт разработан фирмой ИБМ в 1973 г. Он имел 30 цилиндров (дорожек) по 30 секторов - 30/30, что соответствует калибру винтовки - винчестера. Емкость современных накопителей данного вида превышает сотни гигабайт. Известен прогноз, что к 2030 году на магнитных носителях может быть достигнута плотность записи в 10 9 бит на квадратныйдюйм (на 6.45 кв.
см).Магнитные диски: флоппи-диски с заменяемыми носителями, с магнитными мини-дисками, дискетами. Дискеты имеют размеры и емкость: 5,25дюйма (360 - 1200 Кбайт) и 3.5 дюйма (720 - 1440 Кбайт). Вариации в объеме определяются плотностью записи. Приводы для них могут быть как раздельными, так и комбинированные в одном корпусе.Оптические дисковые накопители работают со сменными дискетамиразмером 5.25 дюйма (22 см), емкость которых достигает 10 Гбайт.Стример (streamer) - лентопротяжный механизм, работающий в инерционном режиме. Высокая плотность записи на ленту обеспечивается отказомот стартстопного режима работы, лента в таких устройствах движется с постоянной скоростью.
Различаются форматом используемой магнитной ленты: полудюймовые ленты (девятидорожечные), четвертьдюймовые (QIC картридж), 8-мм , 4-мм (DAT). Используются для резервного копирования иархивирования данных, емкость таких устройств достигает сотен гигабайт.Электронные ВЗУ представлены флеш-памятью. Флэш (Flash) – память– это энергонезависимое перезаписываемое ЗУ. Flasn - короткий кадр фильма (запись/считывание производится блоками), вспышка, мигание. In a flash– в мгновение ока (скорость стирания информации).
Flashing - засвечивание, прожигание (процесс записи). Физически однобитовая ячейка такой памяти состоит из одного или двух полевых транзисторов с “плавающим” затвором, сохраняющая заряд длительное время, годами (20 – 100 лет).Пособие 17.09.0923Многоуровневые ячейки флеш–памяти (MLC – multilevel cell) используют аналоговый принцип записи – в плавающий затвор может заноситься(и считываться) различное количество заряда. Выпуск микросхем с такойтехнологией, позволяющей хранить в ячейке два, четыре бита еще более повышают емкость памяти. По сравнению с оперативной электронной памятью флеш-память медленнее и имеет ограниченное число циклов перезаписи(от 10.000 до 1.000.000). Флеш-память компактнее механических ВЗУ и потребляет меньше электроэнергии, но значительно дороже.Электронная память служит для кратковременного хранения информации, она есть память с произвольным доступом (Random Access Memory RAM), которая допускает обращение к любому ее элементу в произвольномпорядке.
Она энергозависима, т.е. при отключении питания хранимая в нейинформация теряется. Для памяти этого вида главными параметрами являются время доступа и цикл памяти. Время доступа – время от запроса до получения данного или занесение его в память. Цикл памяти – минимальноевремя между двумя последовательными обращениями к памяти.
По физическим принципам организации электронная память разделяется на динамическую и статическую память.Динамическая память (DRAM) базируется на элементах, способныххранить полученный электрический заряд на конденсаторе. Ёмкость такогоконденсатора равна 30 феймоФарад – 30*10-15 Фарад, конденсатор современной DRAM памяти имеет микроскопические размеры и для его заряда достаточно 40 000 электронов.
Однако, характерной особенностью такого оборудования является необходимость поддерживать сохраняемый электрическийзаряд. Конденсаторы могут самопроизвольно разряжаться со временем и заряд необходимо поддерживать, “освежать” динамически, приблизительнокаждые 5 - 18 мс (для этого существует процедура refresh – процедура регенерации информации). Но наличие емкости ограничивает быстродействиесхемы. При считывании данных из DRAM памяти заряд также разрушается,поэтому его необходимо обновлять после такой операции.
Микросхемы динамической памяти можно размещать на кристалле – чипе с высокой плотностью, они самый дешевый вид ОЗУ, однако, не самый быстрый.Первые микросхемы памяти данного вида работали на частоте 40 МГц имогли обработать очередной запрос на получение одного бита информациипримерно за 120 нс. Скорость выборки определяется не только частотой работы микросхемы, но и таким параметром микросхемы памяти, как тайминг.Тайминг х-ууу - число тактов микросхемы: х – для получения первого бита,у – последующих битов.
Тайминг стандартной DRAM памяти – 5-555. Дляускорения выборки разработано несколько модификаций памяти, в которыхобращение к любому биту всегда обеспечивает также последующий ускоренный доступ к соседним битам. Время доступа к схемам FPM DRAM –около 60 нс (5-333), SDRAM - менее 7 нс (5-111).Тайминг показывает локальные особенности микросхемы, для интегральной оценки параметров ОЗУ используется такой параметр, как ско-Пособие 17.09.0924рость передачи данных в память или из неё.
Микросхемы RAMBUS (RambusDRAM) - новый, один из самых быстрых видов динамической памяти, который значительно увеличивает пропускную способность памяти. В нихпредусмотрена "удвоенная" шина передачи данных, частота шины увеличена до 800 МГц, а пропускная способность равна 1,6 Гбайт/с. Для повышенияпроизводительности используются двух- и четырехканальные RDRAM, которые позволяют увеличить скорость передачи данных до 3,2 или 6,4Гбайт/с соответственно. (данные 2006 г)В статической памяти (SRAM) элементарная ячейка памяти (хранилищебита) представляется триггером – электронной схемой с двумя устойчивымисостояниями на биполярных или МОП-транзисторах (4-6 элементов).
Схемыс шестью элементами имеют повышенную устойчивость к внешним источникам излучений и увеличенную производительность. Получив заряд одинраз, такая ячейка способна хранить и идентифицировать его произвольнодолго, пока поддерживается питание. Память данного вида может работатьпо формуле 3-111 при высоких частотах, время доступа 4 – 12 нс. Так, микропроцессоры Pentium комплектуются статической оперативной памятью спакетным конвейерным доступом (Pipelined Burst SRAM) и временем доступа 4.5 – 8 нс. На этом виде памяти реализуются регистровая память и кэшпамять - элементы памяти, интегрированные в кристалл вместе с процессором.
Время выборки из этой памяти сравнимо с частотой работы микропроцессора, иногда её называют СОЗУ – сверхоперативным ЗУ. По сравнению сней ячейка динамической памяти содержит только один транзистор, кромеконденсатора, и поэтому она занимает меньше места на кристалле. Такаямикросхема в целом потребляет меньше энергии и слабее греется, следовательно, она долговечнее и дешевле. Однако, в настоящее время статическаяпамять SRAM обладает наивысшим быстродействием, она уступает DRAMпамяти только по перечисленным выше параметрам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
