Сучасні пзу. Постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗП): принцип роботи, класифікація, характеристики

Типи ПЗУ

ПЗУ – розшифровується як постійне пристрій, що запам'ятовує, що забезпечує енергонезалежне зберігання інформації на якому-небудь фізичному носії. За способом зберігання інформації ПЗП можна поділити на три типи:

1. ПЗУ, що ґрунтуються на магнітному принципі зберігання інформації.

Принцип роботи цих пристроїв заснований на зміні напрямку вектора намагніченості ділянок феромагнетика під впливом змінного магнітного поля відповідно до значень бітів інформації, що записується.

Феромагнетик – речовина, здатна при температурі нижче певного порога (точки Кюрі) мати намагніченість за відсутності зовнішнього магнітного поля.

Зчитування даних, що записуються в таких пристроях, засноване на ефекті електромагнітної індукції або магніторезистивного ефекту. Цей принцип реалізується у пристроях із рухомим носієм у вигляді диска або стрічки.

Електромагнітною індукцією називається ефект виникнення електричного струму в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку, що проходить через нього.

Магніторезистивний ефект ґрунтується на зміні електричного опору твердотільного провідника під дією зовнішнього магнітного поля.

Основна перевага даного типу- Великий обсяг інформації, що зберігається, і низька вартість одиниці збереженої інформації. Основний недолік – наявність рухливих частин, великі габарити, низька надійність та чутливість до зовнішніх впливів (вібрація, удари, переміщення тощо)

2. ПЗУ, що ґрунтуються на оптичному принципі зберігання інформації.

Принцип роботи цих пристроїв ґрунтується на зміні оптичних властивостей ділянки носія, наприклад, за рахунок зміни рівня прозорості або коефіцієнта відображення. Прикладом ПЗУ, заснованому на оптичному принципі зберігання інформації, можуть бути CD-, DVD-, BluRay-диски.

Основна перевага даного типу ПЗУ – низька вартість носія, зручність транспортування та можливість тиражування. Недоліки – низька швидкість читання/запису, обмежена кількість перезаписів, потреба в пристрої, що зчитує.

3. ПЗП, що ґрунтуються на електричному принципі зберігання інформації.

Принцип роботи цих пристроїв ґрунтується на порогових ефектах у напівпровідникових структурах – можливості зберігання та реєстрації наявності заряду в ізольованій області.

Цей принцип використовується в твердотільній пам'яті – пам'яті, яка не вимагає використання рухомих частин для читання/запису даних. Прикладом ПЗУ, заснованому на електричному принципі зберігання інформації, може бути flash пам'ять.

Основна перевага даного типу ПЗП – висока швидкість читання/запису, компактність, надійність, економічність. Недоліки – обмежена кількість перезапису.

На Наразііснують або знаходяться на етапі розробки та інші «екзотичні» типи постійної пам'яті, такі як:

Магнітно-оптична пам'ять- Пам'ять, що поєднує властивості оптичних та магнітних накопичувачів. Запис на такий диск здійснюється шляхом нагрівання осередку лазером до температури близько 200 про З. Розігріта осередок втрачає магнітний заряд. Далі осередок можна остудити, що означатиме, що у осередок записаний логічний нуль, або зарядити наново магнітною головкою, що означатиме, що у осередок записана логічна одиниця.

Після охолодження магнітний заряд комірки не можна змінити. Зчитування проводиться лазерним променем меншої інтенсивності. Якщо в комірки міститься магнітний заряд, то лазерний промінь поляризується, а пристрій, що зчитує, визначає, чи є лазерний промінь поляризованим. За рахунок «закріплення» магнітного заряду при охолодженні магнітно-оптичні мають високу надійність зберігання інформації і теоретично можуть мати щільність запису більшу, ніж ПЗУ засноване тільки на магнітному принципі зберігання інформації. Однак замінити жорсткі диски вони не можуть через дуже низьку швидкість запису, обумовлену необхідністю високого нагрівання осередків.

Широкого поширення магнітно-оптична пам'ять не набула і використовується дуже рідко.

Молекулярна пам'ять– пам'ять, заснована на технології атомної тунельної мікроскопії, що дозволяє вилучати або додавати в молекули окремі атоми, наявність яких може зчитуватися спеціальними чутливими головками. Дана технологіябула представлена ​​в середині 1999 року компанією Nanochip, і теоретично дозволяла досягти щільності упаковки близько 40 Гбіт/см 2 , що в десятки разів перевершує існуючі серійні зразки «Жорстких» дисків, проте занадто низька швидкість запису та надійність технології не дозволяє говорити про практичне використання молекулярної пам'яті в найближчому майбутньому.

Голографічна пам'ять- відрізняється від існуючих найбільш поширених типів постійної пам'яті, що використовують для запису один або два поверхневі шари, можливістю записувати дані по «всьому» об'єму пам'яті за допомогою різних кутів нахилу лазера. Найімовірніше застосування такого типу пам'яті в ПЗУ на базі оптичного зберігання інформації, де вже не в новинку оптичні диски з декількома інформаційними шарами.

Існують і інші, зовсім екзотичні типи постійної пам'яті, але вони навіть у лабораторних умовах балансують на межі наукової фантастики, тому згадувати про них не буду, поживемо – побачимо.


У мікропроцесорних та інших цифрових автоматичних системах необхідна пам'ять, яка служила б джерелом інформації, що залишається незмінною, у тому числі і при відключенні живлення (списки констант таблиці, постійні програми, мікропрограми та підпрограми). У разі використовуються модулі пам'яті, у яких змінити записану інформацію неможливо засобами самок, використовує даний модуль системи. Ці модулі називають постійними ЗП (ПЗП). Таким чином, ПЗУ - це постійний пристрій, вміст якого не може бути замінено мікропроцесором в ході виконання робочої програмита зберігається при знятті живлення системи. У процесі обробки інформації ПЗУ є пам'ять, що працює тільки в режимі зчитування.

Застосування ПЗУ дозволяє досягти більшої щільності упаковки інформації за рахунок спрощення елементів, що запам'ятовують.

ПЗУ як пристрій пам'яті може працювати в одному з двох режимів: читання або програмування. Програмуванням ПЗУ називають процес запису інформації до нього (на відміну загальноприйнятого розуміння програмування як процесу складання програми).

Слід зазначити, що зазвичай прагнуть до того, щоб при програмуванні не потрібно жодних нових зовнішніх ліній, відмінних від використовуваних у модулі ПЗУ при роботі в режимі читання.

Програмність пам'яті цього типу передбачає існування безлічі деяких комутованих елементів, за допомогою яких можна встановити або зняти «перемичку», що зв'язує лінію вибірки елемента пам'яті або комірки (рядки) з лінією зчитування інформації (розрядною лінією). Комутація визначається тією інформацією, яку має зберігати ПЗУ, а конкретна реалізація перемичок і спосіб програмування залежать від типу ПЗУ.

За способом програмування напівпровідникові ПЗУ, що випускаються, діляться на два типи: МПЗУ - масочні ПЗУ, в яких інформація заноситься (здійснюється програмування) в процесі виготовлення масковим способом; створюються вони з урахуванням польових чи біполярних транзисторів;

ЕППЗУ - електрично програмовані ПЗУ, у яких інформація може бути занесена електричним способом, тобто вони допускають в особливому режимі програмування або репрограмування (перепрограмування, повторне програмування) за допомогою електричних сигналів. Їх називають також ПЗУ, програмовані користувачем, оскільки вони на відміну маскових ПЗУ дозволяють записати потрібну інформацію самому користувачеві; у таких ПЗУ стан перемичок можна встановити вже після виготовлення пристрою або створивши, або зруйнувавши з'єднання.

За ознакою кратності програмування ЕППЗУ можна розділити на ПЗУ з одноразовим програмуванням (ППЗУ) (за рахунок незворотних змін їх структури) та ПЗУ з багаторазовою зміною (репрограмуванням) інформації (РПЗУ).

Електрично програмовані ПЗУ (як ППЗУ, і РПЗУ) стали невід'ємними компонентами МПАС. АСУТП та інших систем, де потрібна часта модифікація програм. Програма обробки інформації заноситься в них електричним способом і можемо зберігатися там досить довго, незалежно від наявності або відсутності живлення.

За принципом запису інформації ППЗУ можна поділити на дві групи:

з перепалюванням плавких перемичок; з пробоєм переходу в напівпровіднику, а РПЗУ – на три:

з формуванням електричного зарядуу двошаровому діелектрику МНОП-структури;

з лавинною інжекцією електричного заряду в область плаваючого затвору МОП-структури (ЛІПЗ МОП):

із зміною провідності склоподібного матеріалу. Стирання інформації в РПЗУ здійснюється двома способами; електричне стирання та вплив ультрафіолетовими (УФ) променями.

Масочні ПЗУ програмуються однією з останніх технологічних етапів їх виробництва. Елементи комутації є просто проміжки, частина яких перемикається на етапі металізації схеми. Це робиться за допомогою масок-фотошаблонів, що задають точну форму ділянок металізації та виготовляються на замовлення для кожного конкретного наповнення ПЗУ, Маска досить дорога, але за допомогою однієї маски можна запрограмувати будь-яке число модулів пам'яті. Отже, ПЗУ, що програмуються за допомогою масок, економічно доцільні при великосерійному виробництві.

Принцип дії ППЗУ заснований на фізичних процесах, що дозволяють необоротно змінювати електричний опірділянки ланцюга. Розрізняють два типи одноразово програмованих елементів, що запам'ятовують (ЗЕ): резисторний і діодний.

Біт інформації, що зберігається в ЗЕ резисторного типу, визначається наявністю або відсутністю плавки перемички. У стані після виготовлення ЗЕ зберігає 1 (опір перемички мало), а після перепалювання плавкою перемички - 0. Як плавкі перемички широко застосовують тонкі плівки з ніхрому або напівкристалічного кремнію (опір перемички становить близько 10 Ом).

Для роботи в режимі програмування необхідно передбачити засоби для вибіркового перепалювання перемичок. Зазвичай використовується додаткове зовнішнє джерело підвищеної напруги живлення. Через перемичку пропускають імпульс струму (щільністю близько ), у результаті вона незворотно руйнується.

Робота ЗЕ діодного типу заснована на незворотних явищах, що відбуваються при пробої зворотнозміщеного переходу. У вихідному стані ЗЕ діодного типу зберігає 0 (його зворотний опір дуже великий). При програмуванні до діода прикладається замикаюча напруга підвищеного рівня, під дією якого перехід пробивається, тобто відбувається коротке замикання, що відповідає запису логічної одиниці.

Репрограмовані ПЗУ можна програмувати, прати інформацію та відносно швидко (за обмежений час) програмувати наново. У них використовуються елементи комутації, які можна встановлювати в один стан груповим способом (тобто все відразу), а в інше - вибірково. Репрограмування таких ПЗУ зводиться спочатку до групової установки всіх «перемичок» в один стан, що рівносильне стирання раніше записаної інформації, та наступної виборчої (почерговій) установці необхідних «перемичок» в інший стан.

Репрограмовані ПЗУ зазвичай будуються на принципах збереження заряду в діелектрику: в МНОП-структурі (метал-нітрид кремнію-оксид кремнію-напівпровідник), що являє собою МОП-транзистор, у якого затвор (металевий) відокремлений від кремнієвої підкладки діелектриком, що складається з двох шарів; у МОП-структурі з використанням ефекту лавинної інжекції електричного заряду в область плаваючого (ізольованого) затвора (ЛІПЗ МОП).

Інший напрямок створення РПЗУ, яке визнається нині більш перспективним, заснований на оборотних змінах фізичної структури матеріалу, зокрема використовується властивість порогового перемикання аморфних напівпровідників.

РПЗУ на МНОП-технології мають такі переваги: ​​велике допустиме число циклів перепрограмування; електричне стирання. До недоліків слід віднести: обмежений час зберігання інформації (у вимкненому стані не більше 2-10 тис. год, у режимі безперервного зчитування – 200 – 500 год): високі амплітуда та тривалість імпульсів перепрограмування (25-36 В, 5-100 мс) , обмежений час зчитування.

Для ЛІПЗ МОП-технології характерні такі переваги: ​​підвищена швидкодія (до 0,1 мкс); велика інформаційна ємність (до 65-128 К біт); тривалий час зберігання інформації у вимкненому та включеному стані (до 10 років). Недоліками є: обмежена кількість циклів перепрограмування (10-100) та застосування УФ-випромінювання при стиранні.

Структура БІС РПЗУ такого типу, наприклад, К573РФ13 (К573РФ1) містить: матрицю-накопичувач; регістр; дешифратор адреси; підсилювачі зчитування. Структура пам'яті (організація накопичувача) 1024 х 8. час вибірки 900 не. Стирання інформації проводиться ультрафіолетовим опроміненням кристала мікросхеми через вікно у кришці корпусу. Кількість циклів перепрограмування близько 100. РПЗУ здатні зберігати заряд при відключеному живленні протягом 2-3 тис. год.

РПЗУ з електричним стиранням мають ряд експлуатаційних переваг, особливо важливих для експериментальних систем:

простота програмування блоків пам'яті у складі систем; можливість дистанційної зміни змісту; практично необмежену кількість циклів перезапису; достатній більшість експериментальних завдань час зберігання інформації (3-10 тис. год).

Розвиток РПЗУ обох типів (з електричним та УФ-стиранням) веде в кінцевому підсумку до отримання схем. які мають переваги як першого, так і другого

Перспективи розробки та застосування ЕП ПЗУ. Аналіз вітчизняних та зарубіжних робіт у галузі МТ показує, що значення різних видівпам'яті під час створення МПАС дедалі більше зростає. У архітектуру інформаційно-обчислювальної основи МПАС можна як підсистеми пам'яті, яка розглядатиметься як центральна (і основна) підсистема. та інших підсистем.

ПЗУ дозволяють повною мірою реалізувати основні ідеї, що лежать в основі МТ:

можливість зберігання програми обробки інформації в

компактному та надійному фізичному середовищі - у кристалі кремнію;

універсальність і гнучкість системи, можливість швидко і просто модифікувати цю програму стільки разів, скільки потрібно в ході розробки та налагодження системи, можливість повної розбудови системи на вирішення нового завдання без зміни апаратної частини виключно за рахунок зміни інформації, що зберігається в пам'яті;

енергонезалежність зберігання програми, властива всім ПЗУ, можливість використання МП як вбудованого знімного модуля у різних агрегатах, механізмах, пристроях, системах та ін.

Особливо ефективно застосування програмованих ПЗП на стадії налагодження ПЗ МПС. Налагодження та оптимізація деякої програми у загальному випадку вимагають кількох десятків її прогонів у системі, а кожен такий прогін вимагає запису в ПЗУ нового варіанта програми. Наявність ПЗП, яке можна швидко репрограмувати за допомогою стандартних адресних сигналів, значно спрощує процедуру налагодження та оптимізації програм. Тому в системи налагодження МПС і так звані прототипні комплекти обов'язково входять ЕГШЗУ. Після завершення всіх етапів налагодження ПЗ, при складанні промислових зразків систем ці ПЗУ можуть бути помічені більш компактними та дешевими стандартними ПЗУ. програмованим масковим способом при виготовленні. У цих ПЗУ передбачають ідентичні з ЕППЗУ розлучення висновків, рівні сигналів і напруги живлення.

При іншому підході ЕППЗУ можуть бути використані на етапі дослідного виробництва під час випуску дрібних партій. Такий підхід може виявитися економічно вигіднішим, оскільки масочне програмування ПЗУ вимагає великих витрат часу та коштів, які окупаються лише за великосерійного виробництва.

Перспективні ЕППЗУ та в областях, де потрібне дистанційне ренрограччування МПС, встановленої в недоступних або небезпечних для людини місцях, наприклад, у ядерних реакторах, у морських глибинах, у космосі. Сигнали репрограмування можуть бути при цьому передані стандартними радіотехнічними засобами на великі відстані.

Саме ЕППЗУ дозволять фізично втілити такі якості. інформаційних систем, як адаптивність, здатність до навчання, перенавчання та самонавчання.

Великі можливості для створення гнучких засобів автоматики відкриваються завдяки застосуванню ЕППЗУ у програмованих логічних матрицях (ПЛМ). Раніше ПЛМ реалізації заданої логічної функції програмувалися на стадії виготовлення.

Все більш широко застосовуватимуться ПЗУ для зберігання операційних систем. Без швидкого прогресу в розробці та застосуванні різних видів постійної пам'яті не можуть бути створені по-справжньому надійні, компактні та економічні засоби обробки інформації та управління.

Різноманітність вимог, що пред'являються до БІС ЕППЗУ, і все більший інтерес до цих приладів зумовили розробку елементів і схем, що відрізняються великою різноманітністю фізичних принципів, технології виготовлення та технічних характеристик. Це ставить перед розробниками МПАС певні завдання під час пошуку оптимальних рішень- вони повинні добре орієнтуватися у цій різноманітності ЗУ.

Програмування ЕППЗУ включає формування адрес, що записують імпульсів і контроль записаної інформації. Об'єктом програмування можуть бути окрема ВІС, група ВІС, що програмуються одночасно, блок пам'яті, що складається з деякого числа ВІС.

Залежно від необхідності та економічної доцільності програмування ЕППЗУ може бути автоматизовано у різному ступені і здійснюватися на установках більшої чи меншої складності.

Програматори ЕППЗУ класифікують за:

ступеня універсальності по відношенню до різним типамВІС ЕППЗУ;

продуктивності - числу одночасно програмованих ВІС;

способу управління процесом програмування (ручні, напівавтоматичні та автоматичні програматори);

функціональної закінченості (розрізняють програматори автономні та працюють під управлінням міні-або мікроЕОМ, що не входить до складу програматора);

конструктивного виконання (програматор може бути виконаний у вигляді окремого приладу, програмуючої плати, що входить до складу ЕОМ, або програмуючого вузла на платі пам'яті).

Найпростіший програматор ручного типу містить тумблери для набору адреси та даних, формувачі адресного коду, сигналів керування та запису. Такий прилад дуже простий у роботі, може бути виготовлений у будь-якій лабораторії, але його продуктивність надзвичайно низька, тому він придатний для обробки ВІС малої інформаційної ємності, до того ж невеликими партіями. Процес програмування у своїй повільний, ненадійний, стомлюючий оператора. У складніших програматорах ручного типу можлива індикація адреси та даних у двійковому, десятковому чи шістнадцятковому коді, і навіть контроль вмісту ЭППЗУ.

Програмована логічна матриця (ПЛМ). Являє собою матрицю вентилів, яку можна запрограмувати у вигляді різних комбінацій вентилів, що реалізують логічні функції АБО та І. На їх основі можуть складатися складні комбінаційні логічні схеми. ПЛМ відрізняються від ПЗУ тільки структурою і випускаються у вигляді пристроїв, програмованих маскою, та пристроїв, програмованих користувачем.

На основі такої матриці можуть бути організовані кон'юнктивна матриця, що реалізує функції І, і диз'юнктивна матриця, що реалізує функції АБО.

Реалізація більше складних функційможлива при об'єднанні обох матриць. При підключенні до ПЛМ дешифратора, отримана схема може виконувати функції ПЗУ.

Таке поєднання вигідно застосовувати при побудові пристроїв пам'яті невеликої ємності, в яких ємність ПЗУ не повністю використовується і тому витрати на ПЗУ не виправдовуються.

ПЛМ можна також використовувати як фіксовану схему управління, яка дає можливість значно збільшити швидкодію всієї системи. Це пояснюється тим, що ПЛМ є комбінаційною схемою з високою швидкодією.

ПЛМ виготовляється у вигляді інтегральної однокорпусної схеми.

ПЗУ, ППЗУ, ПЛМ можуть бути ефективно використані під час створення МПС. реалізують табличні та таблично-алгоритмічні методи обробки інформації. Використання табличних процесорів є досить перспективним при створенні спеціалізованих «функціональних розширювачів» на серійній елементній базі - БІС ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ та ПЛМ.


Усі постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗУ) можна розділити на такі групи:

● програмовані під час виготовлення (позначають як ПЗУ або ROM);

● з одноразовим програмуванням, яке дозволяє користувачеві одноразово змінити стан матриці пам'яті електричним шляхом за заданою програмою (позначають як ППЗУ або PROM);

● перепрограмовані (репрограмовані), з можливістю багаторазового електричного перепрограмування, з електричним або ультрафіолетовим стиранням інформації (позначають як РПЗП або RPROM).

Для забезпечення можливості об'єднання по виходу при нарощуванні пам'яті, всі ПЗУ мають виходи з трьома станами або відкриті колекторні виходи.

(xtypo_quote) У ППЗУ накопичувач побудований на запам'ятовуючих осередках з плавкими перемичками, виготовленими з ніхрому або інших тугоплавких матеріалів. Процес запису полягає у вибірковому перепалюванні плавких перемичок. (/xtypo_quote)
У РПЗУ осередки, що запам'ятовують, будуються на основі МОП-технологій. Використовуються різні фізичні явища зберігання заряду на кордоні між двома різними діелектричними середовищами або провідним та діелектричним середовищем.

У першому випадку діелектрик під затвором МОП-транзистора роблять із двох шарів: нітриду кремнію та двоокису кремнію (SiN 4 - SiO 2). Було виявлено, що в складній структурі SiN 4 - SiO 2 при зміні електричної напруги виникає гістерезис заряду на межі розділу двох шарів, що дозволяє створювати осередки, що запам'ятовують.

У другому випадку основою пам'ятного осередку є лавинно-інжекційний МОП-транзистор з плаваючим затвором (ЛІПЗ МОП). Спрощена структура такого транзистора наведена на рис. 3.77.
У лавинно-інжекційному транзисторі з плаваючим затвором при досить великій напрузі на стоку відбувається оборотний лавинний пробій діелектрика, і область плаваючого затвора інжектуються носії заряду. Оскільки плаваючий затвор оточений діелектриком, струм витоку малий і зберігання інформації забезпечується протягом тривалого проміжку часу (десятки років). При подачі напруги основний затвор відбувається розсмоктування заряду з допомогою тунельного ефекту, тобто. стирання інформації.

Наведемо деякі характеристики ПЗП (табл. 3.1).

Промисловість випускає велику кількість мікросхем ПЗП. Наведемо як приклад дві мікросхеми ПЗП (рис. 3.78).



На схемах використано такі позначення: A i - адресні входи; D i - інформаційні виходи; CS - Вибір мікросхеми; РЄ – дозвіл виходу.

Мікросхема К573РФ5 - це репрограмоване ПЗП (РПЗП) з ультрафіолетовим стиранням, що має структуру 2Кх8. По входу та виходу ця мікросхема сумісна з ТТЛ-структурами. Мікросхема К556РТ5 - це одноразово програмована ПЗУ, виконана на основі ТТЛШ-структур, по входу та виходу сумісна з ТТЛ-структурами, що має структуру 512біт х8.

Персональні комп'ютери мають чотири ієрархічні рівні пам'яті:

    мікропроцесорна пам'ять;

    основна пам'ять;

    реєстрова кеш-пам'ять;

    Зовнішня пам'ять.

Мікропроцесорна пам'ять розглянута вище. Основна пам'ять призначена для зберігання та оперативного обміну інформацією з іншими пристроями комп'ютера. Функції пам'яті:

    прийом інформації з інших пристроїв;

    запам'ятовування інформації;

    видача інформації за запитом до інших пристроїв машини.

Основна пам'ять містить два види запам'ятовуючих пристроїв:

    ПЗУ - постійний пристрій;

    ОЗУ - оперативний пристрій.

ПЗУ призначено для зберігання постійної програмної та довідкової інформації. Дані до ПЗУ заносяться під час виготовлення. Інформацію, що зберігається у ПЗУ, можна лише зчитувати, але не змінювати.

У ПЗУ перебувають:

    програма керування роботою процесора;

    програма запуску та зупинки комп'ютера;

    програми тестування пристроїв, які перевіряють при кожному включенні комп'ютера правильність роботи його блоків;

    програми керування дисплеєм, клавіатурою, принтером, зовнішньою пам'яттю;

    інформація про те, де на диску є операційна система.

ПЗП є енергонезалежною пам'яттю, при відключенні живлення інформація у ньому зберігається.

ОЗУ призначено для оперативного запису, зберігання та зчитування інформації (програм та даних), що безпосередньо бере участь в інформаційно-обчислювальному процесі, що виконується комп'ютером у поточний період часу.

Головними перевагами оперативної пам'ятіє її висока швидкодія та можливість звернення до кожного осередку пам'яті окремо (прямий адресний доступ до пам'яті). Усі осередки пам'яті об'єднані в групи по 8 біт (1 байт), кожна така група має адресу, яким до неї можна звернутися.

ОЗП є енергозалежною пам'яттю, при вимкненні живлення інформація в ньому стирається.

У сучасних комп'ютерах обсяг пам'яті становить 8-128 Мбайт. Об'єм пам'яті - важлива характеристика комп'ютера, вона впливає на швидкість роботи та працездатність програм.

Крім ПЗУ та ОЗУ на системній платі є й енергонезалежна CMOS-пам'ять, що постійно живиться від свого акумулятора. У ній зберігаються параметри конфігурації комп'ютера, які перевіряються при кожному підключенні системи. Це напівпостійна пам'ять. Для зміни параметрів конфігурації комп'ютера в BIOS міститься програма конфігурації комп'ютера - SETUP.

Для прискорення доступу до оперативної пам'яті використовується спеціальна надшвидкодіюча кеш-пам'ять, яка розташовується як би «між» мікропроцесором та оперативною пам'яттю, в ній зберігаються копії найчастіше використовуваних ділянок оперативної пам'яті. Реєстри кеш-пам'яті недоступні для користувача.

У кеш-пам'яті зберігаються дані, які мікропроцесор отримав і використовуватиме найближчі такти своєї роботи. Швидкий доступдо цих даних дозволяє скоротити час виконання чергових команд програми.

Мікропроцесори, починаючи від МП 80486, мають вбудовану кеш-пам'ять. Мікропроцесори Pentium та Rentium Pro мають кеш-пам'ять окремо для даних та окремо для команд. Для всіх мікропроцесорів може використовуватися додаткова кеш-пам'ять, що розміщується на материнській платі поза мікропроцесором, ємність якої може досягати кількох Мбайт. Зовнішня пам'ять відноситься до зовнішніх пристроїв комп'ютера і використовується для довготривалого зберігання будь-якої інформації, яка може знадобитися для вирішення завдань. Зокрема, у зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення комп'ютера.

Пристрої зовнішньої пам'яті - зовнішні пристрої - дуже різноманітні. Їх можна класифікувати за видом носія, за типом конструкції, за принципом запису та зчитування інформації, за методом доступу і т.д.

Найбільш поширеними зовнішніми запам'ятовуючими пристроями є:

    накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД);

    накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД);

    Накопичувачі на оптичних дисках (CD-ROM).

Рідше як пристрої зовнішньої пам'яті персонального комп'ютера використовуються запам'ятовуючі пристрої на касетній магнітній стрічці - стримери.

Накопичувачі на дисках – це пристрої для читання та запису з магнітних або оптичних носіїв. Призначення цих накопичувачів - зберігання великих обсягів інформації, запис і видача інформації, що зберігається за запитом в оперативний запам'ятовуючий пристрій.

НЖМД і НГМД розрізняються лише конструктивно, обсягами збереженої інформації та часом пошуку, запису та зчитування інформації.

Як запам'ятовує середовища у магнітних дисків використовуються магнітні матеріали зі спеціальними властивостями, що дозволяють фіксувати два магнітні стани - два напрями намагніченості. Кожному з цих станів відповідають двійкові цифри 0 і 1. Інформація на магнітні диски записується і зчитується магнітними головками вздовж концентричних кіл - доріжок (треків). Кількість доріжок на диску та їхня інформаційна ємність залежать від типу диска, конструкції накопичувача, якості магнітних головок та магнітного покриття. Кожна доріжка розбита на сектори. В одному секторі зазвичай розміщується 512 байт даних. Обмін даними між накопичувачем на магнітному диску та оперативною пам'яттю здійснюється послідовно цілим числом секторів. Для жорсткого магнітного диска використовується також поняття циліндра – сукупності доріжок, що знаходяться на однаковій відстані від центру диска.

Диски відносяться до машинних носіїв інформації із прямим доступом. Це означає, що комп'ютер може звернутися до доріжки, на якій починається ділянка з шуканою інформацією або куди потрібно записати нову інформацію, безпосередньо, де б не знаходилася головка запису і читання накопичувача.

Усі диски – і магнітні, і оптичні – характеризуються своїм діаметром (форм-фактором). З гнучких магнітних дисків найбільшого поширення набули диски діаметром 3,5(89 мм). Місткість цих дисків становить 1,2 та 1,44 Мбайт.

Накопичувачі на жорстких магнітних дисках отримали назву вінчестер. Цей термін виник з жаргонної назви першої моделі жорсткого диска, що мав 30 доріжок по 30 секторів кожна, що випадково збіглося з калібром мисливської рушниці вінчестер. Місткість накопичувача на жорсткому магнітному диску вимірюється в Мбайтах та Гбайтах.

Останнім часом з'явилися нові накопичувачі на магнітних дисках – ZIP-диску – переносні пристрої ємністю 230-280 Мбайт.

В останні роки найбільшого поширення набули накопичувачі на оптичних дисках (CD-ROM). Завдяки маленьким розмірам, великій ємності та надійності ці накопичувачі стають дедалі популярнішими. Ємність накопичувачів на оптичних дисках – від 640 Мбайт і вище.

Оптичні диски діляться на лазерно-оптичні диски, що не перезаписуються, лазерно-оптичні диски, що перезаписуються, і магнітооптичні диски, що перезаписуються. Диски, що не перезаписуються, поставляються фірмами-виробниками з вже записаною на них інформацією. Запис інформації на них можливий лише в лабораторних умовах, поза комп'ютером.

Крім основної своєї характеристики - інформаційної ємності, дискові накопичувачі характеризуються двома часовими показниками:

    часом доступу;

    швидкістю зчитування підряд розташованих байтів.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Новгородський державний університет ім. Я. Мудрого

Реферат

На тему «Постійні пристрої, що запам'ятовують. Основні характеристики, сфера застосування»

Виконала: студентка 1 курсу грн. 5261

Броніна Ксенія

Перевірила: Архипова Геліра Асхатівна

Великий Новгород, 2016 р

1. Поняття постійного накопичувача

1.1 Основні характеристики ПЗП

1.2 Класифікація ПЗП

1.2.1 За типом виконання

1.2.2 За різновидами мікросхем ПЗП

1.2.3 За способом програмування мікросхем (записи в них прошивки)

2. Застосування

3. Історичні типи ПЗП

Література

1. Поняття постійного накопичувача

Постійне запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ, або ROM-- Read Only Memory, пам'ять тільки для читання) також будується на основі встановлених на материнській платі модулів (касет) і використовується для зберігання інформації, що незмінюється: завантажувальних програм операційної системи, програм тестування пристроїв комп'ютера та деяких драйверів базової системи вводу-виводу (BIOS) і т.д.

До постійної пам'яті відносять постійний пристрій, що запам'ятовує, ПЗУ (в англомовній літературі - Read Only Memory, ROM, що дослівно перекладається як "пам'ять тільки для читання"), перепрограмований ПЗУ, ППЗУ (в англомовній літературі - Programmable Read Only Memory, PROM), флеш-пам'ять (flash memory). Назва ПЗУ говорить сама за себе. Інформація в ПЗП записується на заводі-виробнику мікросхем пам'яті, і надалі змінити її значення не можна. У ПЗУ зберігається критично важлива для комп'ютера інформація, яка залежить від вибору операційної системи. Програмоване ПЗУ відрізняється від звичайного тим, що інформація на цій мікросхемі може перети спеціальними методами (наприклад, променями ультрафіолету), після чого користувач може повторно записати на неї інформацію. Цю інформацію неможливо видалити до наступної операції стирання інформації.

До ПЗУ прийнято відносити енергонезалежні постійні та «напівпостійні» пристрої, що запам'ятовують, з яких оперативно можна тільки зчитувати інформацію, запис інформації в ПЗУ виконується поза ПК в лабораторних умовах або за наявності спеціального програматора і в комп'ютері. За технологією запису інформації можна виділити ПЗУ наступних типів:

§ мікросхеми, що програмуються тільки при виготовленні, - класичні або маскові ПЗУ або ROM;

§ мікросхеми, що програмуються одноразово в лабораторних умовах, - програмовані ПЗУ (ППЗУ), або programmable ROM (PROM);

§ мікросхеми, що програмуються багаторазово, - перепрограмовані ПЗУ або erasable PROM (EPROM). Серед них слід відзначити мікросхеми EEPROM (Electrical Erasable PROM), що електрично перепрограмуються, в тому числі флеш-пам'ять.

1.1 Основні характеристики ПЗП

Дані в постійному пам'яті (ПЗУ) зберігаються постійно. Дані, що зберігаються постійно, називаються незалежними, що означає, що вони зберігаються в ПЗУ навіть при вимкненні живлення. Як тільки дані записані в ПЗУ, вони можуть зчитувати інші пристрої, але нові дані бути записані в ПЗУ не можуть.

ПЗУ найбільше широко використовується для зберігання так званої “програми монітора”. Програма монітора це машинна програма, що дозволяє користувачеві мікрокомп'ютерної системи переглядати та змінювати всі функції системи, включаючи пам'ять. Іншим широким застосуванням ПЗП є зберігання фіксованих таблиць даних, таких як математичні функції, які ніколи не змінюються.

Цифровими комп'ютерними системамишироко використовуються чотири типи ПЗУ: ПЗУ з масковим програмуванням, програмоване ПЗУ (ППЗУ), програмне ПЗУ (СППЗУ), що стирається, і ПЗУ (ЕППЗУ), що електрично програмується.

1.2 Класифікація ПЗП

1.2.1 За типом виконання

Масив даних суміщений із пристроєм вибірки(пристроєм, що зчитує), в цьому випадку масив даних часто в розмові називається «прошивка»:

§ мікросхема ПЗП;

§ Один із внутрішніх ресурсів однокристальної мікро ЕОМ (мікроконтролера), як правило FlashROM.

Масив даних існує самостійно:

§ компакт диск;

§ перфокарта;

§ перфострічка;

§ штрих-коди;

§ монтажні «1» та монтажні «0».

1.2.2 За різновидами мікросхем ПЗП

За технологією виготовлення кристала:

§ RO M англ. read-only memory - постійний пристрій, що запам'ятовує, масочне ПЗУ, виготовляється фабричним методом. Надалі немає можливості змінити записані дані.

Малюнок 1. Масове ПЗУ

§ PRO M англ. programmable read-only memory - програмоване ПЗУ, що одноразово «прошивається» користувачем.

Рисунок 2. Програмоване ПЗУ

§ EPROM англ. erasable programmable read-only memory - перепрограмований/репрограмований ПЗУ (ПППЗУ/РПЗУ)). Наприклад, вміст мікросхеми К573РФ1 стиралося за допомогою ультрафіолетової лампи. Для проходження ультрафіолетового проміння до кристала в корпусі мікросхеми було передбачено віконце з кварцовим склом.

Малюнок 3. ПЗУ, що перепрограмується.

§ EEPROM англ. electrically erasable programmable read-only memory - електрично стирається перепрограмується ПЗУ). Пам'ять такого типу може стиратися та заповнюватися даними кілька десятків тисяч разів. Використовується у твердотільних накопичувачах. Одним із різновидів EEPROM є флеш-пам'ять (англ. flash memory).

Малюнок 4. ПЗУ, що стирається

§ ПЗУ на магнітних доменах, наприклад К1602РЦ5, мало складний пристрій вибірки і зберігало досить великий обсяг даних у вигляді намагнічених областей кристала, при цьому не маючи частин, що рухаються (див. Комп'ютерна пам'ять). Забезпечувалося необмежену кількість циклів перезапису.

§ NVRAM, non-volatile memory - "неруйнівна" пам'ять, строго кажучи, не є ПЗУ. Це ОЗУ невеликого об'єму, що конструктивно поєднане з батарейкою. У СРСР такі пристрої часто називалися "Dallas" на ім'я фірми, що випустила їх на ринок. У NVRAM сучасних ЕОМ батарейка вже конструктивно не пов'язана із ОЗУ і може бути замінена.

По виду доступу:

§ З паралельним доступом (parallel mode або random access): таке ПЗП може бути доступне в системі адресного простору ОЗУ. Наприклад, К573РФ5;

§ З послідовним доступом: такі ПЗУ часто використовуються для одноразового завантаження констант або прошивки в процесор або ПЛІС, використовуються для зберігання налаштувань каналів телевізора та ін. Наприклад, 93С46, AT17LV512A.

1.2.3 За способом програмування мікросхем (записи в них прошивки)

§ Непрограмовані ПЗУ;

§ ПЗУ, що програмуються тільки за допомогою спеціального пристрою - програматора ПЗУ (як одноразово, так і багаторазово прошиваються). Використання програматора необхідно, зокрема, для подачі нестандартних та відносно високих напруг(До +/- 27 В) на спеціальні висновки.

§ Внутрішньосхемно (пере)програмовані ПЗУ (ISP, in-system programming) - такі мікросхеми мають всередині генератор всіх необхідних високих напруг, і можуть бути перепрошити без програматора і навіть без випаювання з друкованої плати, програмним способом.

запам'ятовуючий мікросхема програмування моноскоп

2. Застосування

У постійну пам'ять часто записують мікропрограму керування технічним пристроєм: телевізором, стільниковим телефоном, різними контролерами або комп'ютером (BIOS або OpenBoot на машинах SPARC).

BootROM - прошивка, така, що якщо її записати в відповідну мікросхему ПЗУ, встановлену в мережевий карті, то стає можливим завантаження операційної системи на комп'ютер з віддаленого вузла локальної мережі. Для вбудованих в ЕОМ мережних плат BootROM можна активувати через BIOS.

ПЗУ IBM PC-сумісних ЕОМ розташовується в адресному просторі з F600:0000 по FD00:0FFF

3. Історичні типи ПЗП

Постійні запам'ятовуючі пристрої стали застосовувати в техніці задовго до появи ЕОМ і електронних приладів. Зокрема, одним із перших типів ПЗУ був кулачковий валик, що застосовувався в шарманках, музичних шкатулках, годинниках з боєм.

З розвитком електронної техніки та ЕОМ виникла потреба у швидкодіючих ПЗУ. У період вакуумної електроніки знаходили застосування ПЗУ з урахуванням потенціалоскопів, моноскопів, променевих ламп. У ЕОМ з урахуванням транзисторів як ПЗУ невеликий ємності широко використовувалися штепсельні матриці. За необхідності зберігання великих обсягів даних (для ЕОМ перших поколінь - кілька десятків кілобайт) застосовувалися ПЗУ з урахуванням феритовых кілець (не слід плутати їх із схожими типами ОЗУ). Саме від цих типів ПЗУ і бере свій початок термін «прошивка» - логічний стан осередку задавалася напрямком навивки дроту, що охоплює кільце. Оскільки тонкий дріт потрібно протягувати через ланцюжок феритових кілець для виконання цієї операції застосовувалися металеві голки, аналогічні швейним. Та й сама операція наповнення ПЗУ нагадувала процес шиття.

Література

Угрюмов Є. П. Цифрова схемотехніка БХВ-Петербург (2005) Розділ 5.

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

    Ієрархія пам'ятних пристроїв ЕОМ. Мікросхеми та системи пам'яті. Оперативні пристрої, що запам'ятовують. Принцип роботи пристрою. Гранично допустимі режими експлуатації. Збільшення обсягу пам'яті, розрядності та числа слів, що зберігаються.

    курсова робота , доданий 14.12.2012

    Запам'ятовувачі: вінчестери, дискети, стримери, флеш-карти пам'яті, MO-накопичувачі, оптичні: CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW, та новітні запам'ятовуючі пристрої. Інформацію необхідно зберігати на носіях, які не залежать від наявності напруги.

    реферат, доданий 01.03.2006

    Поняття інформації, її вимірювання, кількість та якість інформації. Запам'ятовуючі пристрої: класифікація, принцип роботи, основні характеристики. Організація та засоби людино-машинного інтерфейсу, мультисередовища та гіперсередовищ. Електронні таблиці.

    звіт з практики, доданий 09.09.2014

    Проектування програматора мікросхем AT17C010, обґрунтування режимів функціонування вузлів мікроконтролера, апаратних засобів, достатності програмних ресурсів. Принципова схема пристрою, рекомендації щодо розробки діагностичних засобів.

    курсова робота , доданий 19.12.2010

    Проектування елементів мікросхем ПЗУ та ОЗУ за допомогою програми MS Visio 2010. Розподіл та розширення адресного простору. Розрахунок додаткового оперативного запам'ятовуючого пристрою та перевірка компонентів системи на електричну взаємодію.

    курсова робота , доданий 08.11.2014

    Комп'ютери, що запам'ятовують. Створення системи пам'яті. Характеристика мікросхем динамічних пристроїв. Виконує арифметичні, логічні або службові операції. Ярусно-паралельна форма алгоритму. Ступінь та рівні паралелізму.

    презентація , доданий 28.03.2015

    Мікропроцесорний комплект серії КР580 - набір мікросхем. Основні елементи КР580ВМ80А - 8-розрядний мікропроцесор, повний аналогмікропроцесора Intel i8080 Застосування мікропроцесорів у ігрових автоматах. Версії випуску мікросхем, та його застосування.

    реферат, доданий 18.02.2010

    Порівняння двох найважливіших характеристик - ємність пам'яті та її швидкодія. Реєстри загального призначення. Функції оперативного пристрою. Найбільш поширена форма зовнішньої пам'яті - жорсткий диск. Три основних типи оптичних носіїв.

    реферат, доданий 15.01.2015

    Основні складові системного блоку. Призначення материнської плати. Базова система введення-виводу - Bios. Концепція периферійного пристрою. Запам'ятовуючі пристрої та їх види. Відкрита архітектура у пристрої ПК. Пристрої для введення та виведення даних.

    реферат, доданий 18.12.2009

    Розрахунок статичного модуля оперативної пам'яті та накопичувача. Побудова принципової схемиі тимчасової діаграми модуля оперативного пристрою. Проектування арифметико-логічного пристрою для розподілу чисел із фіксованою точкою.



Завантаження...
Top