Энергонезависимая память используется для хранения массива неизменяемых данных
Обновлено: 04.07.2024
В более общем смысле, энергонезависимая память — любое устройство компьютерной памяти, или его часть, сохраняющее данные вне зависимости от подачи питающего напряжения. Однако попадающие 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.
В начале 2010-х годов наиболее широко распространенной энергонезависимой памятью большого объёма являлась флеш-память NAND (Charge Trap Flash).
См. также
- Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, англ. ROM — Read-Only Memory) — энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.
Напишите отзыв о статье "Энергонезависимая память"
Примечания
Литература
<imagemap>: неверное или отсутствующее изображение
- Проверить достоверность указанной в статье информации.
Отрывок, характеризующий Энергонезависимая память
– Поезжай, поезжай: перед сраженьем нужно выспаться, – повторил князь Андрей. Он быстро подошел к Пьеру, обнял его и поцеловал. – Прощай, ступай, – прокричал он. – Увидимся ли, нет… – и он, поспешно повернувшись, ушел в сарай.
Было уже темно, и Пьер не мог разобрать того выражения, которое было на лице князя Андрея, было ли оно злобно или нежно.
Пьер постоял несколько времени молча, раздумывая, пойти ли за ним или ехать домой. «Нет, ему не нужно! – решил сам собой Пьер, – и я знаю, что это наше последнее свидание». Он тяжело вздохнул и поехал назад в Горки.
Князь Андрей, вернувшись в сарай, лег на ковер, но не мог спать.
Он закрыл глаза. Одни образы сменялись другими. На одном он долго, радостно остановился. Он живо вспомнил один вечер в Петербурге. Наташа с оживленным, взволнованным лицом рассказывала ему, как она в прошлое лето, ходя за грибами, заблудилась в большом лесу. Она несвязно описывала ему и глушь леса, и свои чувства, и разговоры с пчельником, которого она встретила, и, всякую минуту прерываясь в своем рассказе, говорила: «Нет, не могу, я не так рассказываю; нет, вы не понимаете», – несмотря на то, что князь Андрей успокоивал ее, говоря, что он понимает, и действительно понимал все, что она хотела сказать. Наташа была недовольна своими словами, – она чувствовала, что не выходило то страстно поэтическое ощущение, которое она испытала в этот день и которое она хотела выворотить наружу. «Это такая прелесть был этот старик, и темно так в лесу… и такие добрые у него… нет, я не умею рассказать», – говорила она, краснея и волнуясь. Князь Андрей улыбнулся теперь той же радостной улыбкой, которой он улыбался тогда, глядя ей в глаза. «Я понимал ее, – думал князь Андрей. – Не только понимал, но эту то душевную силу, эту искренность, эту открытость душевную, эту то душу ее, которую как будто связывало тело, эту то душу я и любил в ней… так сильно, так счастливо любил…» И вдруг он вспомнил о том, чем кончилась его любовь. «Ему ничего этого не нужно было. Он ничего этого не видел и не понимал. Он видел в ней хорошенькую и свеженькую девочку, с которой он не удостоил связать свою судьбу. А я? И до сих пор он жив и весел».
Князь Андрей, как будто кто нибудь обжег его, вскочил и стал опять ходить перед сараем.
25 го августа, накануне Бородинского сражения, префект дворца императора французов m r de Beausset и полковник Fabvier приехали, первый из Парижа, второй из Мадрида, к императору Наполеону в его стоянку у Валуева.
Переодевшись в придворный мундир, m r de Beausset приказал нести впереди себя привезенную им императору посылку и вошел в первое отделение палатки Наполеона, где, переговариваясь с окружавшими его адъютантами Наполеона, занялся раскупориванием ящика.
Fabvier, не входя в палатку, остановился, разговорясь с знакомыми генералами, у входа в нее.
Император Наполеон еще не выходил из своей спальни и оканчивал свой туалет. Он, пофыркивая и покряхтывая, поворачивался то толстой спиной, то обросшей жирной грудью под щетку, которою камердинер растирал его тело. Другой камердинер, придерживая пальцем склянку, брызгал одеколоном на выхоленное тело императора с таким выражением, которое говорило, что он один мог знать, сколько и куда надо брызнуть одеколону. Короткие волосы Наполеона были мокры и спутаны на лоб. Но лицо его, хоть опухшее и желтое, выражало физическое удовольствие: «Allez ferme, allez toujours…» [Ну еще, крепче…] – приговаривал он, пожимаясь и покряхтывая, растиравшему камердинеру. Адъютант, вошедший в спальню с тем, чтобы доложить императору о том, сколько было во вчерашнем деле взято пленных, передав то, что нужно было, стоял у двери, ожидая позволения уйти. Наполеон, сморщась, взглянул исподлобья на адъютанта.
Содержание
Исторический прообраз
Постоянные запоминающие устройства стали находить применение в технике задолго до появления ЭВМ и электронных приборов. В частности, одним из первых типов ПЗУ был кулачковый валик, применявшийся в шарманках, музыкальных шкатулках, часах с боем.
С развитием электронной техники и ЭВМ возникла необходимость в быстродействующих ПЗУ. В эпоху вакуумной электроники находили применение ПЗУ на основе потенциалоскопов, моноскопов, лучевых ламп. В ЭВМ на базе транзисторов в качестве ПЗУ небольшой ёмкости широко использовались штепсельные матрицы. При необходимости хранения больших объёмов данных (для ЭВМ первых поколений — несколько десятков килобайт) применялись ПЗУ на базе ферритовых колец (не следует путать их с похожими типами ОЗУ).
Именно от этих типов ПЗУ и берёт своё начало термин «прошивка» — логическое состояние ячейки задавалось направлением навивки провода, охватывающего кольцо. Поскольку тонкий провод требовалось протягивать через цепочку ферритовых колец для выполнения этой операции применялись металлические иглы, аналогичные швейным. Да и сама операция наполнения ПЗУ информацией напоминала процесс шитья. [Источник 2]
Виды памяти
По своему функциональному назначению запоминающие устройства можно разделить на классы:
- регистровые внутренние запоминающие устройства;
- Кэш-память;
- основная память;
- внешние запоминающие устройства (ВЗУ).
Запоминающие устройства, входящие в состав основной памяти, составляют важнейший модуль любого компьютера, в них хранятся программы и данные, обрабатываемые центральным процессором. В составе основной памяти выделим оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
Применение
В постоянной памяти хранятся программы, обеспечивающие работу технического устройства (телевизор, сотовый телефон, различные контроллеры и компьютеры) после его включения в сеть (Basic Input Output System, BIOS) или OpenBoot на машинах SPARC. Здесь же хранятся данные, которые не изменяются в процессе эксплуатации. Постоянная память используется только в режиме чтения информации. Система BIOS связана с аббревиатурой CMOS. Это название дано постоянной перепрограммируемой памяти по лежащей в основе ее изготовления технологии CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor. В системе BIOS имеется программа Setup, которая может изменять содержимое CMOS памяти в зависимости от конфигурации компьютера. В микросхеме CMOS реализованы также часы реального времени RTS (Rial Time Clock). Они работают и при выключенном из сети компьютере от специальной батарейки. Часы позволяют следить за текущим временем, пользователь компьютера всегда может узнать время, число, месяц, год, воспользоваться программами, которые ограничат время использования компьютера для игр детьми. Компьютер может напомнить его хозяину о необходимости предпринять заранее запланированные на определенное время действия, включить в определенное время электронную технику, или выключить ее и т.д.
BootROM — прошивка, такая, что если её записать в подходящую микросхему ПЗУ, установленную в сетевой карте, то становится возможна загрузка операционной системы на компьютер с удалённого узла локальной сети. Для встроенных в ЭВМ сетевых плат BootROM можно активировать через BIOS. ПЗУ в IBM PC-совместимых ЭВМ располагается в адресном пространстве с F600:0000 по FD00:0FFF. [Источник 2]
Классификация
Часто используется английский термин ROM (Read-Only Memory). Но в английской терминологии термин применяют в более широком смысле - как ПЗУ, т.е. ROM можно переписать. В этом смысле ROM можно классифицировать следующим образом:
- По типу исполнения ПЗУ
- ПЗУ, в которых массив данных (в обиходе называемый «прошивкой») совмещён с устройством выборки (считывающим устройством):
микросхема ПЗУ; один из внутренних ресурсов однокристальной микро ЭВМ (микроконтроллера), как правило, FlashROM;
Энергонезависимая память ( NVM ) или энергонезависимая память - это тип компьютерной памяти, который может сохранять сохраненную информацию даже после отключения питания. Напротив, энергозависимая память требует постоянного питания для хранения данных.
Другие примеры энергонезависимой памяти включают постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), СППЗУ (стираемое программируемое ПЗУ ) и ЭСППЗУ (электрически стираемое программируемое ПЗУ), ферроэлектрическое ОЗУ , большинство типов компьютерных устройств хранения данных (например, дисковые накопители , жесткие диски , оптические диски , гибкие диски и магнитная лента ), а также ранние компьютерные методы хранения, такие как перфолента и карты .
СОДЕРЖАНИЕ
Обзор
Энергонезависимая память обычно используется для вторичного хранения или долгосрочного постоянного хранения. Наиболее широко используемая форма первичного хранилища сегодня - это энергозависимая форма оперативной памяти (ОЗУ), что означает, что при выключении компьютера все, что содержится в ОЗУ, теряется. Однако большинство форм энергонезависимой памяти имеют ограничения, которые делают их непригодными для использования в качестве основного хранилища. Обычно энергонезависимая память стоит дороже, обеспечивает более низкую производительность или ограниченный срок службы по сравнению с энергозависимой памятью с произвольным доступом.
Энергонезависимое хранилище данных можно разделить на системы с электрической адресацией ( постоянная память ) и с механической адресацией ( жесткие диски , оптический диск , магнитная лента , голографическая память и т. Д.). Вообще говоря, системы с электрической адресацией дороги, имеют ограниченную емкость, но работают быстро, тогда как системы с механической адресацией стоят меньше за бит, но работают медленнее.
С электронным адресом
Электрически адресуемые полупроводниковые энергонезависимые запоминающие устройства можно разделить на категории в соответствии с их механизмом записи. ПЗУ масок программируются только на заводе и обычно используются для продуктов большого объема, которые не требуют обновления после производства. Программируемая постоянная память может быть изменена после изготовления, но требует специального программиста и обычно не может быть запрограммирована в целевой системе. Программирование является постоянным, и дальнейшие изменения требуют замены устройства. Данные хранятся путем физического изменения (записи) мест хранения на устройстве.
Устройства, в основном читающие
ППЗУ является стираемым ПЗУ , который может быть изменен более чем один раз. Однако для записи новых данных в СППЗУ требуется специальная схема программатора. У EPROM есть кварцевое окно, которое позволяет стирать их ультрафиолетовым светом, но все устройство очищается за один раз. Одноразовое программируемое (OTP) устройство может быть реализовано с использованием микросхемы EPROM без кварцевого окна; это дешевле в производстве. Электрически стираемая программируемая постоянная память EEPROM использует напряжение для стирания памяти. Эти стираемые устройства памяти требуют значительного количества времени для стирания данных и записи новых данных; они обычно не настраиваются для программирования процессором целевой системы. Данные хранятся с помощью транзисторов с плавающим затвором, которым требуются специальные рабочие напряжения для захвата или высвобождения электрического заряда на изолированном управляющем затворе для хранения информации.
Флэш-память
Флэш-память - это твердотельный чип, который поддерживает хранимые данные без внешнего источника питания. Это близкий родственник EEPROM; он отличается тем, что операции стирания должны выполняться на блочной основе, а емкость существенно больше, чем у EEPROM. Устройства флэш-памяти используют две разные технологии - NOR и NAND - для отображения данных. NOR flash обеспечивает высокоскоростной произвольный доступ, чтение и запись данных в определенные области памяти; он может получить всего один байт. Флэш-память NAND читает и записывает последовательно с высокой скоростью, обрабатывая данные в блоках, однако она медленнее при чтении по сравнению с NOR. Флэш-память NAND читает быстрее, чем записывает, быстро передавая целые страницы данных. Технология NAND дешевле, чем флэш-память NOR при высокой плотности, но обеспечивает большую емкость для кремния того же размера.
Сегнетоэлектрическое ОЗУ (F-RAM)
Сегнетоэлектрическое ОЗУ ( FeRAM , F-RAM или FRAM ) - это форма памяти с произвольным доступом, аналогичная по конструкции DRAM , в обеих используются конденсатор и транзистор, но вместо простого диэлектрического слоя конденсатора ячейка F-RAM содержит тонкий сегнетоэлектрическая пленка цирконата титаната свинца [Pb (Zr, Ti) O
3 ] , обычно называемый PZT. Атомы Zr / Ti в PZT меняют полярность в электрическом поле, тем самым создавая бинарный переключатель. Благодаря тому, что кристалл PZT сохраняет полярность, F-RAM сохраняет свою память данных при отключении или прерывании питания.
Благодаря такой кристаллической структуре и влиянию на нее F-RAM предлагает отличные от других вариантов энергонезависимой памяти свойства, в том числе чрезвычайно высокую, хотя и не бесконечную, долговечность (более 10 16 циклов чтения / записи для устройств 3,3 В), сверхнизкое энергопотребление. (поскольку F-RAM не требует подкачки заряда, как другие энергонезависимые запоминающие устройства), скорости записи за один цикл и устойчивости к гамма-излучению.
Магниторезистивная RAM (MRAM)
Магниторезистивное ОЗУ хранит данные в магнитных запоминающих элементах, называемых магнитными туннельными переходами (MTJ). В первом поколении MRAM, таком как 4 Мбит Everspin Technologies , использовалась запись, индуцированная полем. Второе поколение разработано в основном с помощью двух подходов: терморегулирующей коммутации (TAS), разрабатываемой Crocus Technology , и спин-передачи крутящего момента (STT) , разрабатываемой Crocus , Hynix , IBM и рядом других компаний.
Память с фазовым переходом (PCM)
В памяти с фазовым переходом хранятся данные в халькогенидном стекле , которые могут обратимо изменять фазу между аморфным и кристаллическим состоянием за счет нагрева и охлаждения стекла. Кристаллическое состояние имеет низкое сопротивление и аморфная фаза имеет высокое сопротивление, которые позволяют тока будут включаться и выключаться , чтобы представить цифровое «1» и «0» состояние.
Память FeFET
В памяти FeFET используется транзистор с сегнетоэлектрическим материалом для постоянного сохранения состояния.
Системы с механической адресацией
Системы с механической адресацией используют записывающую головку для чтения и записи на указанный носитель данных. Поскольку время доступа зависит от физического расположения данных на устройстве, системы с механической адресацией могут иметь последовательный доступ . Например, магнитная лента хранит данные в виде последовательности битов на длинной ленте; Транспортировка ленты мимо записывающей головки необходима для доступа к любой части хранилища. Ленточный носитель может быть извлечен из накопителя и сохранен, что дает неограниченную емкость за счет времени, необходимого для извлечения размонтированной ленты.
Жесткие диски используют вращающийся магнитный диск для хранения данных; время доступа больше, чем у полупроводниковой памяти, но стоимость хранимого бита данных очень низкая, и они обеспечивают произвольный доступ к любому месту на диске. Раньше комплекты сменных дисков были обычным явлением, что позволяло увеличивать емкость хранилища. Оптические диски хранят данные, изменяя пигментный слой на пластиковом диске, и также имеют произвольный доступ. Доступны версии только для чтения и чтения и записи; съемные носители снова допускают неограниченное расширение, и некоторые автоматизированные системы (например, оптический музыкальный автомат ) использовались для извлечения и монтирования дисков под прямым программным управлением.
Органический
Thinfilm производит перезаписываемую энергонезависимую органическую сегнетоэлектрическую память на основе сегнетоэлектрических полимеров . Thinfilm успешно продемонстрировал запоминающие устройства с рулонной печатью в 2009 году. В органической памяти Thinfilm сегнетоэлектрический полимер зажат между двумя наборами электродов в пассивной матрице. Каждое пересечение металлических линий представляет собой сегнетоэлектрический конденсатор и определяет ячейку памяти.
Энергонезависимая основная память
Энергонезависимая основная память (NVMM) - это основное хранилище с энергонезависимыми атрибутами. Это применение энергонезависимой памяти создает проблемы безопасности.
В общем смысле энергонезависимой памятью является любое устройство памяти ПК или его часть, которое может хранить данные не зависимо от подачи электропитания.
Условно энергонезависимой памятью можно считать энергозависимую память, которая имеет внешнее питание (от батарейки или аккумулятора). Например, часы на системной плате ПК и память для хранения настроек $BIOS$ питаются от батарейки, которая закреплена на плате.
Память $CMOS$ ($Complementary \ Metal \ Oxide \ Semiconductor$) или КМОП (Комплементарные пары Металл-Оксид-Полупроводник) – память со средним быстродействием и низким энергопотреблением, поэтому может хранить данные в течение длительного времени.
Рисунок 1. Образец CMOS-памяти
Назначение энергонезависимой памяти CMOS
Микропрограммы в $BIOS$ считывают данные об оборудовании ПК из микросхемы $BIOS$, после чего они выполняют обращение к жесткому или гибкому диску и передают управление тем программам, которые там записаны.
Набор микропрограмм, которые составляют $BIOS$, хранятся в постоянной памяти ПК, которая располагается на системной плате. Параметры $BIOS$ зашиты компанией-разработчиком, но пользователи при надобности могут вносить необходимые изменения в эти параметры. Для этого служит связанная с $BIOS \ CMOS$-память, которая хранит настройки системы, в частности, вводимые пользователем через программу $BIOS \ Setup.$ Общий объем $CMOS$-памяти составляет всего $256$ байт.
К примеру, изготовители $BIOS$ не могут ничего знать о параметрах установленных на определенный ПК жестких или гибких дисков. Для обеспечения работы с таким оборудованием программы, которые входят в состав $BIOS$, должны знать, где можно найти нужные параметры. Но по известным причинам их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ).
Готовые работы на аналогичную тему
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимостьДля хранения подобных данных используется энергонезависимая $CMOS$-память. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не удаляется после выключения ПК, а от ПЗУ – тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы. Микросхема $CMOS$-памяти питается от батарейки, которая расположена на системной плате. Заряда батарейки достаточно для того, чтобы микросхема не теряла данные даже в случае, если ПК не будут включать несколько лет.
Рисунок 2. Расположение батарейки CMOS-памяти
$CMOS$ используется для хранения информации о конфигурации, составе оборудования ПК и его параметрах, таких как данные о дисковых накопителях, о ЦП, тип видеоадаптера, наличие сопроцессора и других данных, а также о режимах его работы и информации, необходимой при запуске ПК (например, о порядке загрузки ПК). Микросхема $CMOS$-памяти также содержит электронные часы, которые указывают текущую дату и время.
Содержимое $CMOS$-памяти изменяется специальной программой $SETUP$, находящейся в $BIOS$. Тот факт, что ПК четко отслеживает время и дату (даже при выключенном питании), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в $CMOS$.
История технологии $CMOS$
Технология $CMOS$ известна давно. Память типа $CMOS \ RAM$ впервые была разработана в $1963$ г. в то время она была дорогой, но имела немало преимуществ. Не смотря на то, что у такой памяти ниже быстродействие, чем у обычной оперативной памяти, но для ее работы нужно меньше электроэнергии и она выделяет меньше тепловой энергии во время работы.
Для хранения данных $BIOS$ не нужно высокое быстродействие, однако желательно, чтобы количество энергии, которая используется при выполнении этой задачи, было как можно меньшим, поэтому память $CMOS$ в таком случае подходит больше всего.
Со времени открытия технологии $СМОS$ она была значительно усовершенствована. В современных ПК микросхемы $CMOS \ RAM$ применяются в большинстве элементов, даже в самом ЦП. Более того, технология $CMOS$ используется не только в ПК. Микросхемы, изготовленные по технологии $CMOS$, широко применяются не только в ПК, но и в фоточувствительных элементах (матрицах) сканеров и цифровых фотоаппаратов.
Обслуживание CMOS
$CMOS$-память – это небольшой, но очень важный элемент системы $BIOS$, от правильного функционирования которого зависит бесперебойная работа всего компьютера.
Несмотря на то, что $CMOS$-память потребляет мало энергии, тем не менее она все же в ней нуждается. Для питания памяти $BIOS$ в периоды времени, когда ПК отключен от сети, служит специальная литиевая батарейка. Ресурсы батарейки рассчитаны на несколько лет, но все же рано или поздно они подходят к концу и батарейку необходимо заменять.
На старых материнских платах батарейка в виде синего бочонка припаивалась к плате.
Существуют внешние батарейки для ПК, которые помещены в пластмассовые корпуса с проводами подключения. Этот корпус с помощью «липучки» закрепляют в удобном месте.
Литиевые батарейки нельзя заряжать, т.к. при зарядке они взрываются и могут повредить внутренности ПК.
На современных системных платах чаще применяется батарейка в форме таблетки в специальном держателе (рис. 3), которая легко заменяется.
Рисунок 3. Батарейка CMOS-памяти
Бывают случаи, когда нужно очистить $CMOS$-память, не прибегая к помощи программы $BIOS$. Такая ситуация может возникнуть в случае, если, например, утерян пароль для входа в ПК или в саму программу $BIOS$. Для обнуления $CMOS$ в большинстве ПК используется специальная перемычка, расположенная, как правило, в непосредственной близости от круглой литиевой батарейки. Однако лучше предварительно изучить документацию к системной плате.
Обычно для этого достаточно при выключенном ПК на несколько минут переставить перемычку в другое положение (рис. 4в).
Рисунок 4. Варианты подключения и обнуление CMOS: а – работа от внутренней батарейки, б – подключение внешней батарейки, в – обнуление CMOS
Иногда для сброса пароля предназначен отдельный переключатель (джампер). В этом случае, поменяв положение переключателя, ПК необходимо включить – только тогда пароль будет сброшен, после чего переключатель необходимо вернуть в исходное состояние.
Не стоит забывать, что при обнулении памяти $CMOS$ данные, хранящиеся в ней, будут утеряны. Поэтому могут стать неработоспособными лицензионные программы, установленные на ПК, которые привязывают свою лицензию к ключу, хранящемуся в $CMOS$-памяти.
Для страховки от подобных неприятностей после установки подобных защищенных продуктов используется специальное программное обеспечение, которое дает возможность сохранять в отдельном файле содержимое $CMOS$.
Читайте также: