Энергонезависимая память

Классификация оперативной памяти

Типы реальной памяти и их основные характеристики

Одним из важнейших устройств компьютера является память, или запоминающее устройство (ЗУ). По определению, данном в книге "Информатика в понятиях и терминах", ЗУ - "функциональная часть цифровой вычислительной машины, предназначенной для записи, хранения и выдачи информации, представленных в цифровом виде." Однако под это определение попадает как собственно память, так и внешние запоминающие устройства (типа накопителей на жестких и гибких дисках, магнитной ленты, CD-ROM), которые лучше отнести к устройствам ввода/вывода информации. Таким образом под компьютерной памятью в дальнейшем будет пониматься только "внутренняя память компьютера: ОЗУ, ПЗУ, кэш память и флэш-память". Итак, рассмотрим классификацию внутренней памяти компьютера.

Оперативное запоминающее устройство является, пожалуй, одним из самых первых устройств вычислительной машины. Она присутствовала уже в первом поколении ЭВМ по архитектуре, созданных в в начале сороковых —пятидесятых годов двадцатого века. За эти пятьдесят лет сменилось не одно поколение элементной базы, на которых была построена память. Поэтому приведем классификацию ОЗУ по элементной базе и конструктивным особенностям. С некоторой натяжкой к ОЗУ можно отнести и ПЗУ, если рассматривать его как быстрое ЗУ только для чтения.

Схема данной классификации приведена на рисунке.

Рис. Классификация ОЗУ.

Как видно из схемы в зависимости от сохранности данных при отключении питания ОЗУ делится на энергозависимое и энергонезависимое.

К энергонезависимым ЗУ, в первую очередь, относится класс всевозможных ферритовых ЗУ. Далее, условно энергонезависимыми можно назвать ППЗУ стираемые УФ и электрически стираемые (перепрограммируемые – флэш-память). Условность заключается в достаточно долгом (десятки тысяч часов) но не бесконечном сроке хранения записанной информации в данных ЗУ. Следующий класс энергонезависимых ЗУ составляют однократно программируемые ПЗУ. Данные ПЗУ могут поставляться чистыми (вся память записана нулями или единицами) с последующим электрическим однократным программированием, либо программироваться в процессе изготовления (заказные ПЗУ).

Энергозависимая память – это всевозможные виды ОЗУ для быстрого чтения/записи. При отключении питания такая память полностью теряет информацию, но обладает высоким быстродействием. Данный класс реальных ЗУ делится на динамические (с необходимостью регенерации информации) и статические (не требующие регенерации информации). Теперь рассмотрим более подробно каждый класс ЗУ.

ЭВМ первого поколения по элементной базе были крайне ненадежными. Так, среднее время работы до отказа для ЭВМ “ENIAC” составляла 30 минут. Скорость счета при этом была не сравнима со скоростью счета современных компьютеров. Поэтому требования к сохранению данных в памяти компьютера при отказе ЭВМ были строже, чем требования к быстродействию оперативной памяти. Вследствие этого в этих ЭВМ использовалась энергонезависимая память.

Энергонезависимая память позволяла хранить введенные в нее данные продолжительное время (до одного месяца) при отключении питания. Чаще всего в качестве энергонезависимой памяти использовались ферритовые сердечники. Они представляют собой тор, изготовленных из специальных материалов — ферритов. Ферриты характеризуются тем, что петля гистерезиса зависимости их намагниченности от внешнего магнитного поля носит практически прямоугольный характер.

Рис. B.1. Диаграмма намагниченности ферритов.

Вследствие этого намагниченность этого сердечника меняется скачками (положение двоичного 0 или 1, смотри рисунок B.1.) Поэтому, собрав схему, показанную на рисунке B.2, практически собран простейший элемент памяти емкостью в 1 бит. Память на ферритовых сердечниках работала медленно и неэффективно: ведь на перемагничивание сердечника требовалось время и затрачивалось много электрической энергии. Поэтому с улучшением надежности элементной базы ЭВМ энергонезависимая память стала вытесняться энергозависимой — более быстрой, экономной и дешевой. Тем не менее, ученые разных стран по-прежнему ведут работы по поиску быстрой энергозависимой памяти, которая могла бы работать в ЭВМ для критически важных приложений, прежде всего военных.