Запоминающие устройства ПК

«Динамическая память - DRAM (Dynamic RAM) - получила свое название от принципа действия элемента памяти, хранящего один бит информации. Запоминающим элементом служит конденсатор, являющийся емкостью перехода исток -  сток полевого транзистора. При записи логической единицы в элемент памяти конденсатор заряжается, при записи нуля - разряжается. При чтении информации конденсатор тоже разряжается и, если заряд был не нулевым, усилитель считывания устанавливает на выходе единичное значение потенциала, и  конденсатор специальной схемой перезаписи снова заряжается до потенциала логической единицы. При отсутствии обращения к элементу динамической памяти со временем, за счет токов утечки, конденсатор разряжается и информация теряется, поэтому такая память требует постоянного периодического перезаряда конденсаторов методом перезаписи каждого элемента (регенерации). Следовательно,  память может работать только в динамическом режиме, с постоянным перезарядом конденсаторов ячеек памяти»1.

«Преимущества динамической памяти:

• низкая себестоимость;
• высокая степень упаковки, позволяющая создавать чипы памяти большого объема.

Недостатки динамической памяти:

• относительно невысокое быстродействие, так как процесс зарядки и разрядки конденсатора, пусть и микроскопического, занимает гораздо больше времени, чем переключение триггера;
• высокая латентность, в основном, из-за внутренней шины данных, в несколько раз более широкой, чем внешняя, и необходимости использования мультиплексора/демультиплексора;
• необходимость регенерации заряда конденсатора, из-за его быстрого саморазряда, ввиду микроскопических размеров»4.

3.   
   ПОСТОЯННАЯ ПАМЯТЬ (ПЗУ)

Существует тип памяти, который хранит данные без электрического тока, именно постоянная память ROM (Read Only Memory), или иногда ее называют энергонезависимой памятью, применяемую для хранения системных и дополнительных программ, предназначенных для постоянного использования микропроцессором, которая не позволяет изменять или стирать информацию.

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – микросхема на материнской плате, в которой находятся программы, данные, занесенные при изготовлении компьютера и используемые для внутреннего тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память. Совокупность этих микропрограмм называется BIOS (Basic Input-Output System) – базовая система ввода-вывода. В BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера (SETUP). Она позволяет установить некоторые характеристики устройств компьютера (тип видеоконтроллера, жестких дисков и дисководов для дискет, часто также режимы работы с оперативной памятью, запрос пароля при начальной загрузке).

 

Данные записываются в ПЗУ в процессе производства. Для этого изготавливается трафарет с определенным набором битов, который накладывается на фоточувствительный материал, а затем части поверхности вытравливаются.

Различают:

1. ППЗУ (программируемые ПЗУ) были разработаны в конце 70-х годов компания под названием Texas Instruments. Другими словами в условиях эксплуатации есть возможность программировать. Такие ПЗУ обычно содержат массив крошечных перемычек. В которой есть возможность, пережечь определенную перемычку, выбрав нужные строку и столбец, а затем приложить высокое напряжение к определенному выводу микросхемы.
2. EPROM (стираемое программируемое ПЗУ), позволяют при использование специального аппарата, программировать в условиях эксплуатации и стирать информацию. Для этого чип подвергают воздействию  сильного ультрафиолетового света с определенной длиной волны, в течении 15 минут.
3. EEPROM (Электронно - перепрограммированные ПЗУ), также стираемое ППЗУ, но в отличие от ППЗУ они позволяют перепрограммировать путем приложения импульсов и не требуют специальных дополнительных устройств. Но работают в 10 раз медленнее с гораздо меньшей емкостью и цена дороже.
4. Флеш-память, стирается и записывается по блокам. Производится на печатных платах, имеет емкость до нескольких десятков мегабайт.

Устанавливаемые на системной плате ПК модули и кассеты ПЗУ имеют емкость, как правило, не превышающую 128 Кбайт. Быстродействие у постоянной памяти меньшее, чем у оперативной, поэтому для повышения производительности содержимое ПЗУ копируется в ОЗУ, и при работе непосредственно используется только эта копия, называемая также теневой памятью ПЗУ (Shadow ROM).

«В настоящее время в ПК используются «полупостоянные», перепрограммируемые запоминающие устройства — флэш-память. Модули, или карты, флэш-памяти могут устанавливаться прямо в разъемы материнской платы и имеют следующие параметры: емкость до 512 Мбайт (в ПЗУ BIOS используются до 128 Кбайт), время обращения по считыванию 0,035 — 0,2 мкс, время записи одного байта 2 — 10 мкс. Флэш-память — энергонезависимое запоминающее устройство. Примером такой памяти может служить память NVRAM — Non Volatile RAM со скоростью записи 500 Кбайт/с. Обычно для перезаписи информации необходимо подать на специальный вход флэш-памяти напряжение программирования (12 В), что исключает возможность случайного стирания информации. Перепрограммирование флэш-памяти может выполняться непосредственно с гибкого диска или с клавиатуры ПК при наличии специального контроллера, либо с внешнего программатора, подключаемого к ПК. Флэш-память бывает весьма полезной как для создания весьма быстродействующих, компактных, альтернативных НМД запоминающих устройств — «твердотельных дисков», так и для замены ПЗУ, хранящего программы BIOS, позволяя прямо с «дискеты» обновлять и заменять эти, программы на более новые версии при модернизации ПК»5.

 

Сравнительная характеристика ОЗУ и ПЗУ

 

Таблица 2  Сравнительная характеристика.

 

Постоянная память,  или   постоянное запоминающее устройство  (ПЗУ или ROM, англ.)	Оперативная память,  или  оперативное запоминающее устройство  (ОЗУили RAM, англ.)
Служит для хранения программ начальной загрузки компьютера и тестирования его узлов. Используется только для чтения.	Предназначена для хранения информации, изменяющейся в ходе выполнения процессором операций по ее обработке. Используется как для чтения, так и для записи информации.
Энергонезависимая, то есть записанная в ней информация не изменяется после выключения компьютера.	Энергозависимая, то есть вся информация хранится в этой памяти только тогда, когда компьютер включен.

 

«Физически для построения запоминающего устройства типа RАМ используют микросхемы динамической и статической памяти, для которых сохранение бита информации означает сохранение электрического заряда (именно этим объясняется энергозависимость всей оперативной памяти, то есть потеря при выключении компьютера всей информации, хранимой в ней).

Оперативная память физически выполняется на элементах динамической RАМ, а для согласования работы сравнительно медленных устройств (в нашем случае динамической RАМ) со сравнительно быстрым микропроцессором используют функционально для этого предназначенную кэш-память, построенную из ячеек статической RАМ. Таким образом, в компьютерах присутствуют одновременно оба вида RАМ. Физически внешняя кэш-память также реализуется в виде микросхем на платах, которые вставляются в соответствующие слоты на материнской плате»6.

4. ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ

Внешняя память, которую иногда называют резервное хранилище или вторичная память, позволяет хранить информацию больших объемов. В настоящее время ёмкость внешней памяти высока, обычно измеряется в сотни мегабайт или даже в гигабайтах (миллиард байт). Внешняя память обладает важным свойством, информация хранится и не теряется при отключении питания компьютера.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ, результатов расчетов, текстов, вне зависимости включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Это энергонезависимая память.

В состав которой входят:

- НЖМД: накопители на жёстких магнитных дисках;

- НГМД: накопители на гибких магнитных дисках;

- CD-ROM, CD-RW, DVD: накопители на компакт-дисках;

- накопители на магнито-оптических  компакт-дисках;

- НМЛ: накопители на магнитной ленте (стримеры).

Главная задача внешней памяти персонального компьютера является способность долговременно хранить достаточно большой объем информации (программы, тексты, фотографии, аудио- и видеоклипы). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем, или дисководом, а хранится информация на носителях (например, дискетах).

Рисунок 3 – Классификация ВЗУ

 

Дискета – является самым ранним типом устройств, хранения информации, которые содержат небольшое количество данных. Они были изобретены в 1967 году группой специалистов IBM, предназначенные для распространения программного обеспечения, чтения/записи/переноса данных с одного ПК на другой.

  Представляет собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке персонального компьютера. Основными компонентами дискеты являются магнитный диск, хранящий информацию и конверт, выполняющий защитную функцию для диска.

Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.

Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

Магнитная лента  была предназначена для  хранения данных  в течение 50 лет. При хранении достаточно больших объемов информации, было существенно дешевле использовать ленту, чем диск или другие варианты хранения данных. Современное использование ленточных носителей в первую очередь связана с высокой средней мощностью для создания резервного копирования и архивов.  

Рисунок 4 – Магнитная лента.

 

Написание и получение данных идет довольно медленно. Так как магнитная лента использует последовательный доступ для чтения и записи. Она используются для приложений, которые требуют большую емкость памяти, где скорость доступа не является проблемой.  
Также широко используется для резервного копирования файловых серверов компьютерных сетей в различных приложениях пакетной обработки, например чтение банковских чеков, расчет заработной платы и общий контроль пакета акций.

Наиболее распространенной формой внешней памяти - жесткий диск, который постоянно установлен в компьютере и, как правило, имеет мощность от сотен мегабайт. Информация записывается на диск путем намагничивания оксидного покрытия на концентрических круговых дорожек. Это означает, что перед обращением или изменения данных головок чтения / записи следует установить правильный путь. 

 Жесткий диск содержит все программное обеспечение, необходимое для работы компьютера. Все пользовательские данные и программы также могут быть сохранены на жестком диске. Кроме того, большинство компьютеров имеют некоторые формы съемные устройства хранения данных, которые могут быть использованы для сохранения копии важных файлов.

Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки — на секторы. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух. Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска.

В накопителях на оптических дисках в качестве носителя используется диск, покрытый отражающим веществом со специальными оптическими свойствами.

Наиболее распространенные типы оптических носителей являются Blu-Ray , компакт-диски и DVD-диски . Компьютеры могут читать и записывать на компакт-диски и DVD-диски использовать записи компакт-дисков или DVD Writer диск и Blu-ray для чтения с Blu-Ray дисков. 

Существуют три основных типа оптических носителей: CD, DVD, и Blu-Ray дисков. Компакт-диски могут хранить до 700 мегабайт (МБ) данных и DVD-диски могут хранить до 8,4 Гб данных. Blu-Ray диски, которые являются новейшими типами оптического носителя, могут хранить до 50 Гб данных. Этот объем памяти явное преимущество перед (магнитными носителями), которая имеет емкость 1,44 Мб. Еще одно преимущество, это то, что оптические носители имеют более гибкий диск, он может длиться до 7 раз дольше, благодаря своей долговечностью.

Стандартный компакт-диск состоит из основы, отражающего и защитного слоев. Основа выполнена из прозрачного поликарбоната, на котором методом прессования сформирован информационный рельеф. Поверх рельефа напыляется металлический отражающий слой. Отражающий слой покрывается сверху защитным слоем лака — так, чтобы вся металлическая поверхность была защищена от контакта с внешней средой.