Энергозависимая память компьютера это

Энергозависимая память компьютера это

Энергонезависимая память (англ. Non Volatile Random Access Memory; NVRAM ) — разновидность запоминающих устройств с произвольным доступом, которые способны хранить данные при отсутствии электрического питания. Может состоять из модуля SRAM, соединённого со своей собственной батарейкой. В другом случае SRAM может действовать в связке с EEPROM, например, флеш-памятью [1] .

В более общем смысле, энергонезависимая память — любое устройство компьютерной памяти, или его часть, сохраняющее данные вне зависимости от подачи питающего напряжения. Однако подпадающие под это определение носители информации, ПЗУ, ППЗУ, устройства с подвижным носителем информации (диски, ленты) и другие носят свои, более точные названия. Поэтому термин «энергонезависимая память» чаще всего употребляется более узко, по отношению к полупроводниковой БИС запоминающего устройства, которая обычно выполняется энергозависимой, и содержимое которой при выключении обычно пропадает.

Условно энергонезависимой памятью можно считать энергозависимую память, имеющую внешнее питание, например от батареи или аккумулятора. Например, часы на системной плате персонального компьютера и небольшая память для хранения настроек BIOS питаются от компактной батарейки, закреплённой на плате. Современные RA >[2] [3] .

В начале 2010-х годов наиболее широко распространенной энергонезависимой памятью большого объёма являлась флеш-память NAND (Charge Trap Flash).

Исследуется множество альтернативных технологий энергонезависимой памяти, некоторые из которых могли бы заменить флеш-памяти после её приближения к физическим пределам масштабирования, например: FeRAM, MRAM, PMC, PCM, ReRAM и ряд других [4] [5] [6]

Энергозависимой памятью является компьютерная память, требующая для хранения информации наличия электроэнергии (в отличие от энергонезависимой). Пока источник питания подключен к этому виду памяти, данные сохраняются. Как только тот отключается, информация быстро теряется.

Существует несколько областей применения энергозависимых запоминающих устройств. Они даже могут использоваться в качестве основного хранилища данных. Ключевым их преимуществом перед жесткими дисками является быстрая скорость обмена информацией. Кроме того, свойство энергозависимости помогает защитить сведения ограниченного доступа, поскольку они становятся недоступными при отключении источника питания. Большинство видов оперативной памяти (Random-Access Memory, RAM) — энергозависимые.

Существуют следующие основные виды энергозависимой памяти:

Статическая память

Главное преимущество статической оперативной памяти (Static RAM, SRAM) заключается в том, что она намного быстрее динамической. Ее недостаток — высокая цена. Статической памяти не требуется постоянная регенерация. Но в то же время она нуждается в непрерывном токе для поддержания разности напряжений. Для хранения одного бита информации чип статической памяти использует ячейку из 6 транзисторов.

Четыре транзистора M1-M4 формируют 2 инвертора с перекрестными обратными связями и непосредственно применяются для хранения одного бита данных. Ячейка памяти имеет 2 устойчивых состояния, которые нужны для хранения 0 или 1. Дополнительные два транзистора управляют доступом к ячейке памяти во время операций считывания и записи данных.

Энергопотребление статической памяти

Энергопотребление зависит от того, как часто осуществляется доступ к статической энергозависимой памяти, но в целом имеет небольшое значение. Иногда она может потреблять столько же электроэнергии, сколько динамическая память (при использовании на высоких частотах). С другой стороны, при нахождении в состоянии ожидания она потребляет совсем небольшое количество электроэнергии: несколько микроватт.

Читайте также:  Telefunken как подключить телефон

Применение статической памяти

Встроенная в чип статическая память применяется:

  • как оперативная память или кэш-память в 32-битных микроконтроллерах;
  • как основная кэш-память в мощных процессорах, например, семейства Х86;
  • в интегральных схемах специального назначения (ASIC);
  • в программируемых пользователем вентильных матрицах (FPGA);
  • в программируемых логических интегральных микросхемах (ПЛИС, CPLD).

Кроме того, статическая энергозависимая память используется:

  • в научных и промышленных подсистемах, в автомобильной электронике;
  • в персональных компьютерах, маршрутизаторах и периферийном оборудовании в качестве внутренней кэш-памяти процессора и буфера жесткого диска или маршрутизатора;
  • в жидкокристаллических дисплеях (LCD-дисплеях) и принтерах для хранения отображаемого или печатаемого изображения.

Преимущества и недостатки статической памяти

  • невысокое энергопотребление;
  • простота (не требуется наличия схемы регенерации);
  • надежность.
  • высокая стоимость;
  • небольшая емкость;
  • большие размеры;
  • изменяющееся энергопотребление.

Динамическая память

Несмотря на то что оба вида энергозависимой памяти требуют наличия электрического тока для сохранения данных, они имеют некоторые различия. Динамическое оперативное запоминающее устройство (динамическое ОЗУ, DRAM) имеет большую популярность вследствие своей эффективности и стоимости. Для хранения одного бита информации в DRAM на интегральной микросхеме используется один конденсатор и один транзистор. Это позволяет эффективно применять пространство интегральной схемы и делает названный вид памяти недорогим.

Регенерация памяти

Процесс периодического считывания информации из ячеек компьютерной памяти и немедленной ее перезаписи в эти же ячейки без изменения называется регенерацией памяти. Это фоновый процесс для сохранения данных в динамической энергозависимой памяти. Он является определяющей характеристикой для такой разновидности.

Информация в динамической памяти хранится в виде наличия или отсутствия заряда на миниатюрном конденсаторе. С течением времени заряд уменьшается. Поэтому если данные своевременно не регенерировать, их можно полностью потерять. Для защиты от потери данных осуществляются их периодическое считывание и перезапись с помощью внешней схемы. В результате заряд конденсатора восстанавливается до исходного состояния.

Виды динамической памяти

Асинхронная динамическая память — первый тип DRAM, появившийся в конце 1960-х годов. Активно применялся до 1997 года, пока не был заменен синхронной DRAM. Память названа асинхронной вследствие того, что доступ к ней не синхронизируется с тактовым сигналом компьютерной системы.

Синхронная динамическая память нашла широкое применение в современных механизмах. Данный вид энергозависимой памяти компьютера отвечает на сигналы чтения и записи синхронно с сигналом системного тактового генератора. Синхронная память работает на более высоких скоростях по сравнению с асинхронной. С 1993 года этот тип является преобладающим в персональных компьютерах пользователей по всему миру.

Изначально синхронная динамическая память называлась SDRAM. В дальнейшем скорость передачи данных увеличилась в 2 раза и на рынке память появилась под названием DDR1. В дальнейшем были выпущены DDR2, DDR3 и DDR4. Последнее поколение (DDR4) было создано во второй половине 2014 года. В марте 2017 года началась разработка энергозависимых устройств памяти DDR5.

Памятью компьютера называется совокупность устройств для хранения программ, вводимой информации, промежуточных результатов и выходных данных. Классификация памяти представлен на рисунке:

Внутренняя память предназначена для хранения относительно небольших объемов информации при ее обработке микропроцессором.

Внешняя память предназначена для длительного хранения больших объемов информации независимо от того включен или выключен компьютер.

Читайте также:  Как восстановить файл опен офис

Энергозависимой называется память, которая стирается при выключении компьютера.

Энергонезависимой называется память, которая не стирается при выключении компьютера.

К энергонезависимой внутренней памяти относится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Содержимое ПЗУ устанавливается на заводе-изготовителе и в дальнейшем не меняется. Эта память составлена из микросхем, как правило, небольшого объема. Обычно в ПЗУ записываются программы, обеспечивающие минимальный базовый набор функций управления устройствами компьютера. При включении компьютера первоначально управление передается программе из ПЗУ, которая тестирует компоненты компьютера и запускает программу-загрузчик операционной системы.

К энергозависимой внутренней памяти относятся оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), видеопамять и кэш — память . В оперативном запоминающем устройстве в двоичном виде запоминается обрабатываемая информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты работы. ОЗУ обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причём в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти. Это отражено в англоязычном названии ОЗУ – RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом). Доступ к этой информации в ОЗУ осуществляется очень быстро. Эта память составлена из сложных электронных микросхем и расположена внутри корпуса компьютера. Часть оперативной памяти отводится для хранения изображений, получаемых на экране монитора, и называется видеопамять . Чем больше видеопамять, тем более сложные и качественные картинки может выводить компьютер. Высокоскоростная кэш-память служит для увеличения скорости выполнения операций компьютером и используется при обмене данными между микропроцессором и RAM. Кэш-память является промежуточным запоминающим устройством (буфером). Существует два вида кэш-памяти: внутренняя, размещаемая внутри процессора и внешняя, размещаемая на материнской плате.

Внешняя память может быть с произвольным доступом и последовательным доступом . Устройства памяти с произвольным доступом позволяют получить доступ к произвольному блоку данных примерно за одно и то же время доступа.

Выделяют следующие основные типы устройств памяти с произвольным доступом:

1. Накопители на жёстких магнитных дисках (винчестеры , НЖМД) — несъемные жесткие магнитные диски. Ёмкость современных винчестеров от сотен мегабайт до нескольких сотен гигабайт. На современных компьютерах это основной вид внешней памяти. Первые жесткие диски состояли из 2 дисков по 30 Мбайт и обозначались 30/30, что совпадало с маркировкой модели охотничьего ружья “Винчестер” — отсюда пошло такое название этих накопителей.

2. Накопители на гибких магнитных дисках ( флоппи-дисководы , НГМД) – устройства для записи и считывания информации с небольших съемных магнитных дисков (дискет), упакованные в пластиковый конверт (гибкий — у 5,25 дюймовых дискет и жесткий у 3,5 дюймовых). Максимальная ёмкость 5,25 дюймовой дискеты — 1,2Мбайт; 3,5 дюймовой дискеты — 1,44Мбайт. В настоящее время 5,25 дюймовые дискеты морально устарели и не используются.

3. Оптические диски ( СD-ROM — Compact Disk Read Only Memory) — компьютерные устройства для чтения с компакт-дисков. CD-ROM диски получили распространение вслед за аудио-компакт дисками. Это пластиковые диски с напылением тонкого слоя светоотражающего материала, на поверхности которых информация записана с помощью лазерного луча. Лазерные диски являются наиболее популярными съемными носителями информации. При размерах 12 см в диаметре их ёмкость достигает 700 Мб. В настоящее время все более популярным становится формат компакт-дисков DVD-ROM, позволяющий при тех же размерах носителя разместить информацию объемом 4,3 Гб. Кроме того, доступными массовому покупателю стали устройства записи на компакт диски. Данная технология получила название CD-RW и DVD-RW соответственно.

Читайте также:  Как определить мобильный браузер

Устройства памяти с последовательным доступом позволяют осуществлять доступ к данным последовательно, т.е. для того, чтобы считать нужный блок памяти, необходимо считать все предшествующие блоки. Среди устройств памяти с последовательным доступом выделяют:

1. Накопители на магнитных лентах (НМЛ) – устройства считывания данных с магнитной ленты. Такие накопители достаточно медленные, хотя и большой ёмкости. Современные устройства для работы с магнитными лентами – стримеры – имеют увеличенную скорость записи 4 — 5Мбайт в сек. Существуют также, устройства позволяющие записывать цифровую информацию на видеокассеты, что позволяет хранить на 1 кассете 2 Гбайта информации. Магнитные ленты обычно используются для создания архивов данных для долговременного хранения информации.

2. Перфокарты – карточки из плотной бумаги и перфоленты – катушки с бумажной лентой, на которых информация кодируется путем пробивания (перфорирования) отверстий. Для считывания данных применяются устройства последовательного доступа. В настоящее время данные устройства морально устарели и не применяются.

Различные виды памяти имеют свои достоинства и недостатки. Так, внутренняя память имеет хорошее быстродействие, но ограниченный объем. Внешняя память, наоборот, имеет низкое быстродействие, но неограниченный объем. Производителям и пользователям компьютеров приходится искать компромисс между объемом памяти, скоростью доступа и ценой компьютера, так комбинируя разные виды памяти, чтобы компьютер работал оптимально. В любом случае, объем оперативной памяти является основной характеристикой ЭВМ и определяет производительность компьютера.

Кратко рассмотрим принцип работы оперативной памяти . Минимальный элемент памяти — бит или разряд способен хранить минимально возможный объем информации — одну двоичную цифру. Бит очень маленькая информационная единица, поэтому биты в памяти объединяются в байты — восьмерки битов, являющиеся ячейками памяти. Все ячейки памяти пронумерованы. Номер ячейки называют ее адресом. Зная адрес ячейки можно совершать две основные операции:

1) прочитать информацию из ячейки с определенным адресом;

2) записать информацию в байт с определенным адресом.

Чтобы выполнить одну из этих операций необходимо, чтобы от процессора к памяти поступил адрес ячейки, и чтобы байт информации был передан от процессора к памяти при записи, или от памяти к процессору при чтении. Все сигналы должны передаваться по проводникам, которые объединены в шины .

По шине адреса передается адрес ячейки памяти, по шине данных – передаваемая информация. Как правило, эти процессы проходят одновременно.

Для работы ОЗУ используются еще 3 сигнала и соответственно 3 проводника. Первый сигнал называется запрос чтения, его получение означает указание памяти прочесть байт. Второй сигнал называется запрос записи, его получение означает указание памяти записать байт. Передача сразу обоих сигналов запрещена. Третий сигнал – сигнал готовности, используемый для того, чтобы память могла сообщить процессору, что она выполнила запрос и готова к приему следующего запроса.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector