Сколько занимает одна ячейка памяти

Обновлено: 05.07.2024

Яче́йка па́мяти — минимальный адресуемый элемент запоминающего устройства ЭВМ.

Основные сведения

Ячейки памяти могут иметь разную ёмкость (число разрядов, длину). Современные запоминающие устройства обычно имеют размер ячейки памяти равным одной из степеней двойки: 8 бит, 16 бит, 32 бита, 64 бита. В ранних ЭВМ использовались и более экзотические размерности, например 39 (БЭСМ-1) или 48 (БЭСМ-6). В общем случае длина ячеек памяти может не совпадать с машинным словом, тогда данные записываются в две или четыре соседние ячейки памяти.

Ячейки памяти имеют адрес (порядковый номер, число) по которому к ним могут обращаться команды процессора. Существует несколько различных систем адресации памяти.

Ячейки памяти, построенные на полупроводниковых технологиях, могут быть статическими (SRAM), то есть не требующими регулярного обновления, и динамическими (DRAM), требующими периодической перезаписи для сохранения данных. Как правило, при помощи статических ячеек организуются кэши, при помощи динамических — ОЗУ.

Ссылки

Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
Добавить иллюстрации.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Ячейка памяти" в других словарях:

ЯЧЕЙКА ПАМЯТИ — совокупность элементов запоминающего устройства ЭВМ для хранения 1 машинного слова (числа) или его части (напр., 1 байта). Общее число ячеек памяти всех запоминающих устройств определяет емкость памяти ЭВМ … Большой Энциклопедический словарь

ячейка памяти — ячейка запоминающего устройства; ячейка памяти Место в запоминающем устройстве, предназначенное для хранения одного машинного слова … Политехнический терминологический толковый словарь

ячейка памяти — Минимальная адресуемая область памяти данных. [ГОСТ 15971 90] Тематики системы обработки информации EN storage location … Справочник технического переводчика

Ячейка памяти — ЯЧЕЙКА, и, ж. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

ячейка памяти — atmintinės narvelis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. memory cell; memory location; storage cell vok. Speicherzelle, f rus. запоминающая ячейка, f; ячейка памяти, f pranc. cellule de mémoire, f … Fizikos terminų žodynas

Ячейка памяти — 25. Ячейка памяти Storage location Минимальная адресуемая область памяти данных Источник: ГОСТ 15971 90: Системы обработки информации. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ячейка памяти — atmintinės narvelis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. memory cell; storage cell vok. Speicherungszelle, f; Speicherzelle, f rus. элемент запоминающего устройства, m; ячейка памяти, f pranc. cellule de mémoire, f; élément de mémoire … Automatikos terminų žodynas

ячейка памяти — atminties ląstelė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. memory cell vok. Speicherzelle, f rus. запоминающий элемент, m; ячейка памяти, f pranc. cellule de mémoire, f; élément de mémoire, m … Automatikos terminų žodynas

Если вы хотите разобраться в принципе работы машины, то лучшим способом это сделать, будет разобрать её, заглянуть внутрь, своими глазами увидеть все движущиеся детали и понять, как она работает. Вторым способом будет изучение документации с обилием картинок и пояснений о взаимодействии всех узлов и агрегатов.

Компьютер тоже машина, но единственное, что в нём движется – это невидимое и тихое электричество. В общем, смотреть внутрь компьютера совсем не интересно, так как визуально, в нём ничего не происходит.

На самом деле, устройство и изготовление отдельных частей компьютера – это очень интересный предмет. Но здесь мы ограничимся лишь тем, что в начале процесса имеется кремниевая пластина, затем после различных химических реакций, металлизации и резки, получается полупроводниковая пластина с маленькими квадратными кристаллами – «Чипами».

На этих чипах нанесены все необходимые логические элементы. Каждый такой чип помещают в пластиковый корпус и подключают к нему металлические ножки – «Выводы». На выходе готовой продукции получается микросхема.

Вот так под микроскопом выглядит знаменитый процессор MOS6502.

Структура настоящего чипа довольно сложная и крайне загромождена. Разобраться с принципом действия устройства, таким образом, будет крайне затруднительно. Да и опять-таки, электричество или признаки его деятельности мы всё равно не увидим.

Поэтому остаётся лишь один способ – изучение схемы.

Запомни это!

Скорее всего, вы слышали о компьютерной памяти. Итеперьмы узнаем, что она из себя представляет. Поскольку единственное, что есть внутри компьютера, это биты, их состояние (включены или выключены) и изменение их состояния, то память может «запоминать» только эти простые вещи. Сейчас мы узнаем, как это происходит.

Следующая схема отображает один бит компьютерной информации. Сохранить бит можно с помощью очередного трюка с логическим элементом И-НЕ. Мы посмотрим, как это работает в данном примере, затем в целом блоке таких элементов, где можно сохранить уже большее количество полезной информации.

Итак, что мы получили? Если ‘s’ включен, ‘o’ повторяет всё, что приходит на ‘i’, а если ‘s’ выключен, ‘o’ остаётся в последнем состоянии, независимо от того, что происходит на ‘i’. Вот так и устроена вся память компьютера. Она призвана помнить состояние битов в определённый момент. Думаю, теперь вам ясно, как работает память компьютера. Поэтому мы больше не станем прибегать к такой громоздкой схеме, а станем использовать схему попроще:

Здесь ‘s’, ‘i’ и ‘o’ так же означают: «разрешение записи», «вход записываемого бита» и «выход записанного бита», соответственно. ‘M’ – значит «Память» (Memory - англ. «Память»). Всё опять просто. Не правда ли?

Что делать с битом?

Теперь мы знаем, как сохранить бит и как его потом «вспомнить». И что теперь с этим делать? С помощью бита можно что-либо включить или выключить. Например, в памяти кофе-машины есть три бита, отвечающие за приготовление определённого вида кофе и в зависимости от того, какой бит мы включим, она приготовит нам один определённый вид кофе из трёх. Сам по себе бит ничего не значит. Чтобы от его состояния что-то зависело, нужно чтобы при определённом его значении запускалось что-то извне, какой-то следующий в схеме механизм или алгоритм. Бит может быть предназначен для чего угодно. А вот для чего именно, должен решить кто-то другой. Так с помощью одного бита можно регулировать пешеходный светофор: бит включен – светофор зеленый, выключен – красный. Казалось бы, бит влияет на движение пешеходов по зебре, но на самом деле всё не совсем так. Люди реагируют на сигнал светофора, а тот в свою очередь, срабатывает благодаря специальному устройству, которое считывает тот самый бит, в котором просто хранится одно из двух состояний. Вот так один маленький бит может запустить целую цепь событий и взаимодействий механизмов. При всём этом сам бит ничего не делает, только хранит определенное состояние.

Как розу ты не назови.

Прежде всего, начнём с небольших изменений в некоторых названиях. Мы уже знаем, что в компьютере везде используется принцип присутствия либо отсутствия электричества. И мы называли эти состояния «включено» и «выключено». Несмотря на то, что эти слова короткие и простые, для этих двух состояний придумали названия ещё проще и короче. Теперь мы будем «выключено» называть 0, а «включено» будем называть 1. Конечно, в некоторых моментах удобнее будет говорить именно «включено» или «выключено», но в основном куда удобнее использовать 1 и 0. Например, таблица истинности нашего старого знакомого И-НЕ выглядит так:

Здесь нужно уточнить, что с этого момента ничего не изменилось и внутри компьютера никаких цифр не появилось. Мы просто говорим 1, подразумевая «ВКЛ» и говорим 0, подразумевая «ВЫКЛ». Это просто общепринятое обозначение. Именно это, кстати говоря, и изображается на кнопках включения электрических приборов:

Вот видите, если на кнопке чайника написано 1 и 0, то это совсем не значит, что внутри него есть какие-то цифры.

Восемь - достаточно

Чтобы сохранить нечто большее, чем просто «Да» или «Нет», давайте создадим блок из восьми простейших битов памяти. У каждого бита есть свой собственный вход данных и собственный выход, а все разрешающие контакты соединены одним проводом. Слева подробная схема соединения однобитной памяти. Справа все тоже самое, только имеет упрощенный вид (проще чертить и проще читать).

Уданной сборки есть своё собственное название «Байт» (англ. Byte – укус). Поэтому на сборке справа буква ‘B’. Естьнесколько противоречивых историй возникновения этого названия. Но мы можем точно сказать, что у первых компьютерных дизайнеров явно было чувство юмора, так как единица информации названа бит/bit – чуток, полубайт/nibble (4 бита) – щипок, байт/byte(8 бит) –укус.

Если раньше у нас был всего один бит, а его состояние «выключено» мы теперь называем 0, то теперь у нас есть целый байт, одно из состояний которого можно записать так: 0000 0000. Теперь понимаете, почему мы перешли на 0 и 1?

Зачем же нужен байт? Когда мы используем всего один бит, мы можем получить всего два варианта сохраняемой информации: 0 или 1. А теперь представим, что у нас сборка из двух бит. Теперь у нас куда больше вариантов:

Был один бит с двумя состояниями, стало два бита с четырьмя. Т.е. 00, 01, 10 и 11. На самом деле, количество вариантов (информации) можно посчитать по простой формуле: 2^количечтво бит в сборке. Т.е. в сборке из двух бит 2^2=4. Сходится? Заранее можно посчитать, что три бита дадут нам 2^3=8 вариантов, четыре бита в сборке дадут 2^4=16, а восемь бит 2^8=256 возможных состояний, девять бит 2^9=512 и так далее.

Оперативная память (ОЗУ, RAM), самая известная из всех рассмотренных ранее форм компьютерной памяти. Эту память называют памятью «произвольного доступа» («random access»), поскольку вы можете получить доступ к любой ее ячейке непосредственно. Для этого достаточно знать строку и столбец, на пересечении которых находится нужная ячейка. Известны два основных вида оперативной памяти: динамическая и статическая. Сегодня мы подробно рассмотрим принцип «дырявого ведра», на котором основана динамическая память. Некоторое внимание будет уделено и статической памяти, быстрой, но дорогой.

Ячейка памяти подобна дырявому ведру

Совсем иначе работает память с последовательным доступом (SAM). Как и следует из ее названия, доступ к ячейкам этой памяти осуществляется последовательно. Этим она напоминает пленку в магнитофонной кассете. Когда данные ищутся в такой памяти, проверяется каждая ячейка до тех пор, пока не будет найдена нужная информация. Память этого типа используется для реализации буферов, в частности буфера текстур видеокарт. То есть SAM имеет смысл применять в тех случаях, когда данные будут расположены в том порядке, в котором их предполагается использовать.

Подобно подробно рассмотренному ранее микропроцессору, чип памяти является интегральной микросхемой (ИС, IC), собранной из миллионов транзисторов и конденсаторов. Одним из наиболее распространенных видов памяти произвольного доступа является DRAM (динамическая память произвольного доступа, dynamic random access memory). В ней транзистор и конденсатор спарены и именно они образуют ячейку, содержащую один бит информации. Конденсатор содержит один бит информации, то есть «0» или «1». Транзистор же играет в этой паре роль переключателя (свитча), позволяющего управляющей схеме чипа памяти считывать или менять состояние конденсатора.

Конденсатор можно представить себе в виде небольшого дырявого «ведерка», которое при необходимости заполняется электронами. Если оно заполнено электронами, его состояние равно единице. Если опустошено, то нулю. Проблемой конденсатора является утечка. За считанные миллисекунды (тысячные доли секунды) полный конденсатор становится пустым. А это значит, что или центральный процессор, или контроллер памяти вынужден постоянно подзаряжать каждый из конденсаторов, поддерживая его в наполненном состоянии. Подзарядку следует осуществлять до того, как конденсатор разрядится. С этой целью контроллер памяти осуществляет чтение памяти, а затем вновь записывает в нее данные. Это действие обновления состояния памяти осуществляется автоматически тысячи раз за одну только секунду.

Конденсатор динамической оперативной памяти можно сравнить с протекающим ведром. Если его не заполнять электронами снова и снова, его состояние станет нулевым. Именно эта операция обновления и внесла в название данного вида памяти слово «динамическая». Такая память или обновляется динамически, или «забывает» все, что она «помнила». Есть у этой памяти существенный недостаток: необходимость постоянно обновлять ее требует времени и замедляет работу памяти.

Устройство ячейки динамической оперативной памяти (DRAM)

Структуру памяти можно представить себе в виде трехмерной сетки. Еще проще: в виде листка из школьной тетради в клеточку. Каждая клеточка содержит один бит данных. Сначала определяется столбец, затем данные записываются в определенные строки посредством передачи сигнала по данному столбцу.

Только вместо листа из тетради в оперативной памяти используется кремниевая пластина, в которую «впечатаны» столбцы (разрядные линии, bitlines) и строки (словарные шины, wordlines). Пересечение столбца и строки является адресом ячейки оперативной памяти.

Динамическая оперативная память передает заряд по определенному столбцу. Этот заряд называют стробом адреса столбца (CAS, Column Adress Strobe) или просто сигналом CAS. Этот сигнал может активировать транзистор любого бита столбца. Управляющий сигнал строки именуется стробом адреса строки (RAS, Row Adress Strobe). Для указания адреса ячейки следует задать оба управляющих сигнала. В процессе записи конденсатор готов принять в себя заряд. В процессе чтения усилитель считывания (sense-amplifier) определяет уровень заряда конденсатора. Если он выше 50 %, бит читается, как «1»; в остальных случаях, как «0».

Осуществляется также обновление заряда ячеек. За порядком обновления следит счетчик. Время, которое требуется на все эти операции, измеряется в наносекундах (миллиардных долях секунды). Если чип памяти 70-наносекундный, это значит, полное чтение и перезарядка всех его ячеек займет 70 наносекунд.

Сами по себе ячейки были бы бесполезны, если бы не существовало способа записать в них информацию и считать ее оттуда. Соответственно, помимо самих ячеек, чип памяти содержит целый набор дополнительных микросхем. Эти микросхемы выполняют следующие функции:

Идентификации строк и столбцов (выбор адреса строки и адреса ячейки)
Отслеживание порядка обновления (счетчик)
Чтение и возобновление сигнала ячейки (усилитель)
Донесение до ячейки сведений о том, следует ли ей удерживать заряд или нет (активация записи)

У контроллера памяти есть и другие функции. Он выполняет набор обслуживающих задач, среди которых следует отметить идентификацию типа, скорости и объема памяти, а также проверку ее на ошибки.

Статическая оперативная память

Хотя статическая оперативная память (подобно динамической) является памятью произвольного доступа, она основана на принципиально иной технологии. Триггерная схема этой памяти позволяет удерживать каждый бит сохраненной в ней информации. Триггер каждой ячейки памяти состоит из четырех или шести транзисторов и содержит тончайшие проводки. Эта память никогда не нуждается в обновлении заряда. По этой причине, статическая оперативная память работает существенно быстрее динамической. Но поскольку она содержит больше компонентов, ее ячейка намного крупнее ячейки динамической памяти. В итоге чип статической памяти будет менее емким, чем динамической.

Статическая оперативная память быстрее, но и стоит дороже. По этой причине статическая память используется в кэше центрального процессора, а динамическая в качестве системной оперативной памяти компьютера. Более подробно о статической памяти написано в разделе «Кэш-память и регистр процессора» материала, посвященного преодолению ограничений компьютерной памяти.

Для данной статьи существует видоеверсия с большим количеством анимаций, рекомендую к просмотру именно её, вместо текстовой версии:

Принципы работы ячеек памяти, определение носителя информации, принципы считывания состояния ячейки памяти

Запись данных в ячейку памяти и причины ограниченности ресурса работы SSD

При подаче высокого напряжения на Затвор и Сток электроны вынужденно проходят в область плавающего затвора

И имея вокруг нашего хитрого затвора достаточную разность потенциалов можно в него насильно впихнуть электроны, или наоборот высосать из него электроны, тем самым придав ему некий заряд, который сам по себе, без этих повышенных напряжений, никуда уже не денется долгие годы. Собственно таким образом и производится запись в ячейки памяти.

Проблема только в том, что эти насильственные действия над транзистором на повышенном напряжении разрушают диоксид кремния вокруг затвора раз за разом при каждом прохождении через него заряда.

Многобитные ячейки памяти. MLC, TLC, QLC. Принципы работы и отличия от однобитных. Причины падения скорости от увеличения битности.

С точки зрения работы транзистора наш дополнительный затвор позволяет сдвигать сток затворную характеристику. И кардинальное наличие заряда в плавающем затворе сдвигает эту характеристику так далеко, что рабочие напряжения для транзистора его не открывают.

Отрицательные заряды сильно смещают напряжение Затвор-исток при котором начинает идти ток сток-исток

И в показанной схеме у нас есть некий широкий диапазон напряжений на затворе который нам позволяет понять что записано условно 0 или 1. То есть мы сохраняем 1 бит информации.

Набор стоко-затворных характеристик для разного уровня заряда плавающего затвора

для трёх бит нужно распознать 8 уровней величины заряда,

и для 4-х бит нужно распознавать до 16 уровней заряда.

Причины снижения ресурса работы накопителей, запись накопителей с уплотнением данных.

Разберёмся в том, что при этом происходило с накопителем.

Вначале накопитель занимал весь свой объём записывая всё в однобитном режиме. То есть абы какой заряд уже абы как смещает стоко-затворную характеристику, но этого достаточно чтобы записать один бит на ячейку. И в таком режиме весь объём ячеек быстро заканчивается. По данным о диске он ещё записан совсем чуть-чуть, но на самом деле он полностью забит данными. И для дальнейшего записывания накопитель начинает уплотнять запись. Но происходит это исключительно перезаписыванием. То есть надо во временное место скопировать данные страницы, далее затереть записанные данные, то есть вытащить из плавающих затворов заряды, дальше взять новый кусок информации, собрать его со старым куском информации и записать в те же ячейки, но уже не абы как, а, допустим, в MLC режиме, то есть с 4-мя градациями уровней заряда плавающих затворов. Далее накопитель так же заполняется полностью уже в режиме MLC. Если надо продолжить запись, а в MLC режиме место опять закончилось, то процесс уплотнения, то есть перезаписи в более плотном формате производиться уже в TLC режиме. Далее ещё может быть произведена запись в QLC режиме. Подобный механизм работает и в случае если вам хватило места до уплотнения. Как только вы перестаёте заполнять накопитель он автоматически начинает уплотнять запись, чтобы в случае необходимости он мог опять кратковременно вести запись в однобитном режиме используя свободный остаток. Хотя ещё раз напомню, что не все накопители так делают. В некоторых выделен фиксированный объём для быстрой записи и дальше накопитель заполняется уже с финальной плотностью.

Надеюсь теперь полученные знания сделают для вас тесты накопителей увлекательнее.

Видео на YouTube канале "Этот компьютер"

Читайте также: