Энергозависимая часть системы компьютерной памяти в которой
Обновлено: 07.07.2024
Процессор . CPU (центральный процессор), обеспечивает главную обработку всей информации. Производительность во многом зависит от процессора.
Именно этот элемент внутреннего устройства компьютера, отвечает за команды другим комплектующим ПК. Это устройство, способное обрабатывать программный код и определяющее основные функции компьютера по обработке информации.
Оперативная память . Она относится к ОЗУ (оперативно запоминающие устройства), то есть эта память хранит информацию, пока она нужна компьютеру. Информация все время обновляется. От объема оперативной памяти зависит то, какое количество информации компьютер способен держать в “уме”, а значит и быстродействие компьютера. Э нергозависимая часть системы компьютерной памяти , в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код ( программы ), а также входные, выходные и промежуточные данные.
Жесткий диск или винчестер . Относится к ПЗУ (постоянно запоминающие устройства). Этот элемент внутреннего устройства ПК, отвечает за постоянное хранение информации. Винчестер работает по принципу магнитных дисков. На него можно записывать файлы для постоянного хранения. Также к ПЗУ относятся и микросхемы памяти, расположенные на материнской плате, например BIOS. Эта информация необходима для работы компьютера. И нформация в НЖМД записывается на жёсткие ( алюминиевые или стеклянные ) пластины , покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома — магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси .
Видеокарта . Также составляет внутреннее устройство компьютера. Эта плата отвечает за вывод графической информации на устройство вывода, монитор, проектор и так далее. Важный элемент для современных видео игр. Так как они используют большое количество видео ресурсов, для обеспечения красивой и реалистичной графики. Это все обязательные элементы, которые составляют внутреннее устройство компьютера. Они есть в каждом ПК. Преобразовывает изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора. Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в специальный разъём для видеокарт на материнской плате, но бывает и интегрированной. Видеокарты имеют встроенный графический процессор (GP), который производит обработку информации, не нагружая центральный процессор компьютера.
Звуковая карта . Является устройством вывода звукового сигнала на периферийные устройства вывода, акустические системы, наушники и так далее. Чаще всего, используется звуковая карта, встроенная в материнскую плату, но можно установить и отдельную. Звуковая карта преобразует аналоговый сигнал поступающий на линейный вход в цифровой сигнал, который поступает в компьютер. Или превращает цифровой сигнал, хранимый или создаваемый в компьютере в аналоговый, который можно прослушать через колонки или наушники.
Сетевая плата. Используется для соединения компьютеров в локальную сеть. Чаще, интегрирована в материнскую плату. Д ополнительное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети . В настоящее время в персональных компьютерах и ноутбуках контроллер и компоненты, выполняющие функции сетевой платы, довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства, в том числе унификации драйвера и удешевления всего компьютера в целом.
Дисковод и оптический привод . Необходим для взаимодействия компьютера с внешней информацией. По средствам дискет или дисков, можно заносить или выносить информацию. устройство, имеющее механическую составляющую, управляемую электронной схемой и предназначенное для считывания и (в большинстве современных моделей) записи информации с оптических носителей информации в виде пластикового диска с отверстием в центре ; процесс считывания/записи информации с диска осуществляется при помощи лазера .
Коммуникационные порты . Для связи с другими устройствами (принтером, сканером, клавиатурой, мышью и т.д.) компьютер оснащается портами. Порт – это сложное устройство, имеющее свои микросхемы. Примеры портов: COM (последовательный порт), LTP (параллельный порт), USB (последовательный с высокой производительностью), PS/2 (универсальный для подключения мыши и клавиатуры).
В вычислений , память представляет собой устройство или систему , которая используется для хранения информации для немедленного использования в компьютере или связанной с ними компьютерной техники и цифровых электронных устройств. Термин « память» часто является синонимом термина « первичная память» или « основная память» . Архаичный синоним памяти - это хранилище .
Компьютерная память работает с высокой скоростью по сравнению с хранилищем , которое медленнее, но предлагает более высокую емкость. При необходимости содержимое памяти компьютера можно перенести в хранилище; распространенный способ сделать это - использовать метод управления памятью, называемый виртуальной памятью .
Современная память реализована как полупроводниковая память , где данные хранятся в ячейках памяти, построенных из МОП-транзисторов и других компонентов интегральной схемы . Существует два основных типа полупроводниковой памяти: энергозависимая и энергонезависимая . Примерами энергонезависимой памяти являются флэш-память и память ROM , PROM , EPROM и EEPROM . Примерами энергозависимой памяти являются динамическая память с произвольным доступом (DRAM), используемая для первичного хранения, и статическая память с произвольным доступом (SRAM), используемая для кеш-памяти ЦП .
Большая часть полупроводниковой памяти организована в ячейки памяти, каждая из которых хранит один бит (0 или 1). Организация флэш-памяти включает как один бит на ячейку памяти, так и многоуровневую ячейку, способную хранить несколько битов на ячейку. Ячейки памяти сгруппированы в слова фиксированной длины слова , например, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 или 128 бит. К каждому слову можно получить доступ по двоичному адресу из N бит, что позволяет хранить в памяти 2 N слов.
СОДЕРЖАНИЕ
История
В начале 1940-х годов технология памяти часто допускала емкость в несколько байтов. Первый электронный программируемый цифровой компьютер , ENIAC , используя тысячи электронных ламп , мог выполнять простые вычисления с использованием 20 чисел из десяти десятичных разрядов, хранящихся в электронных лампах.
Следующим значительным достижением в области компьютерной памяти стала память с акустической линией задержки , разработанная Дж. Преспером Эккертом в начале 1940-х годов. Благодаря конструкции стеклянной трубки, заполненной ртутью и закрытой с каждого конца кристаллом кварца, линии задержки могут хранить биты информации в виде звуковых волн, распространяющихся через ртуть, а кристаллы кварца действуют как преобразователи для чтения и записи битов. . Память линии задержки была ограничена до нескольких тысяч бит.
Две альтернативы линии задержки, в трубе Williams и Selectron трубки , возникла в 1946 году, и с помощью электронных пучков в стеклянных трубках в качестве средства хранения. Используя электронно-лучевые трубки , Фред Уильямс изобрел трубку Вильямса, которая была первой компьютерной памятью с произвольным доступом . Трубка Вильямса могла хранить больше информации, чем трубка Selectron (Selectron была ограничена 256 битами, а трубка Williams могла хранить тысячи) и была менее дорогой. Тем не менее трубка Вильямса была чрезвычайно чувствительна к нарушениям окружающей среды.
В конце 1940-х годов начались попытки найти энергонезависимую память . Память с магнитным сердечником позволяла восстанавливать память после потери питания. Она была разработана Фредериком В. Вие и Ан Вангом в конце 1940-х годов и улучшена Джеем Форрестером и Яном А. Райчманом в начале 1950-х годов, прежде чем была коммерциализирована с компьютером Whirlwind в 1953 году. Память с магнитным сердечником была доминирующей формой памяти. память до появления МОП- полупроводниковой памяти в 1960-х годах.
Полупроводниковая память началась в начале 1960-х годов с биполярной памяти, в которой использовались биполярные транзисторы . Биполярная полупроводниковая память, сделанная из дискретных устройств, была впервые поставлена Texas Instruments в ВВС США в 1961 году. В том же году концепция твердотельной памяти на интегральной схеме (IC) была предложена инженером по прикладным программам Бобом Норманом из Fairchild. Полупроводник . Первой микросхемой биполярной полупроводниковой памяти была микросхема SP95, представленная IBM в 1965 году. Хотя биполярная память предлагала более высокую производительность по сравнению с памятью на магнитном сердечнике, она не могла конкурировать с более низкой ценой на магнитный сердечник, которая оставалась доминирующей до конца 1960-х годов. Биполярная память не смогла заменить память на магнитном сердечнике, потому что биполярные триггеры были слишком большими и дорогими.
MOS память
Изобретение MOSFET ( полевого транзистора металл-оксид-полупроводник, или MOS-транзистора) Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году позволило на практике использовать транзисторы металл-оксид-полупроводник (МОП) в качестве элементы памяти ячейки памяти. МОП-память была разработана Джоном Шмидтом в Fairchild Semiconductor в 1964 году. Помимо более высокой производительности, полупроводниковая МОП- память была дешевле и потребляла меньше энергии, чем память с магнитным сердечником. В 1965 году Дж. Вуд и Р. Болл из Royal Radar Establishment предложили цифровые системы хранения, которые используют ячейки памяти CMOS (дополнительные MOS), в дополнение к силовым устройствам MOSFET для источника питания , перекрестной связи, переключателей и хранения линий задержки. . Разработка технологии интегральной схемы МОП с кремниевым затвором (МОП ИС) Федерико Фаггин в Fairchild в 1968 году позволила производить микросхемы памяти МОП . Память NMOS была коммерциализирована IBM в начале 1970-х годов. Память MOS обогнала память на магнитных сердечниках и стала доминирующей технологией памяти в начале 1970-х годов.
Двумя основными типами энергозависимой памяти с произвольным доступом (RAM) являются статическая память с произвольным доступом (SRAM) и динамическая память с произвольным доступом (DRAM). Биполярная SRAM была изобретена Робертом Норманом в Fairchild Semiconductor в 1963 году, после чего в 1964 году Джоном Шмидтом в Fairchild была разработана МОП-память. SRAM стала альтернативой памяти с магнитным сердечником, но для каждого бита данных требовалось шесть МОП-транзисторов . Коммерческое использование SRAM началось в 1965 году, когда IBM представила свой чип SP95 SRAM для System / 360 Model 95 .
Toshiba представила биполярные ячейки памяти DRAM для своего электронного калькулятора Toscal BC-1411 в 1965 году. Хотя он предлагал более высокую производительность по сравнению с памятью с магнитным сердечником, биполярная память DRAM не могла конкурировать с более низкой ценой, чем тогда преобладающая память с магнитным сердечником. Технология MOS - это основа современной DRAM. В 1966 году доктор Роберт Х. Деннард из исследовательского центра IBM Thomas J. Watson работал над MOS-памятью. Изучая характеристики технологии МОП, он обнаружил, что она способна создавать конденсаторы , и что сохранение заряда или отсутствие заряда на МОП-конденсаторе может представлять 1 и 0 бита, в то время как МОП-транзистор может управлять записью заряда в конденсатор. Это привело к его разработке ячейки памяти DRAM с одним транзистором. В 1967 году Деннард подал в IBM патент на ячейку памяти DRAM с одним транзистором, основанную на технологии MOS. Это привело к созданию первого коммерческого чипа DRAM IC, Intel 1103 , в октябре 1970 года. Синхронная динамическая память с произвольным доступом (SDRAM) позже дебютировала с чипом Samsung KM48SL2000 в 1992 году.
Термин память также часто используется для обозначения энергонезависимой памяти , в частности флэш-памяти . Он возник в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Программируемая постоянная память (PROM) была изобретена Вен Цин Чоу в 1956 году, когда он работал в подразделении Arma американской корпорации Bosch Arma Corporation. В 1967 году Давон Кан и Саймон Сзе из Bell Labs предложили использовать плавающий затвор полупроводникового МОП- устройства в качестве ячейки перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), что привело к тому, что Дов Фрохман из Intel изобрел EPROM (стираемый PROM). ) в 1971 году. EEPROM (электрически стираемый PROM) был разработан Ясуо Таруи, Ютакой Хаяши и Киёко Нага в Электротехнической лаборатории в 1972 году. Флэш-память была изобретена Фудзио Масуока в Toshiba в начале 1980-х годов. Масуока и его коллеги представили изобретение флэш-памяти NOR в 1984 году, а затем флэш-памяти NAND в 1987 году. Toshiba начала коммерциализацию флэш-памяти NAND в 1987 году.
Развитие технологий и экономия на масштабе сделали возможными так называемые компьютеры с очень большой памятью (VLM).
Энергозависимая память
Энергозависимая память - это компьютерная память, которой требуется питание для хранения хранимой информации. Большинство современных полупроводниковых энергозависимых запоминающих устройств представляют собой статическое ОЗУ ( SRAM ) или динамическое ОЗУ ( DRAM ). SRAM сохраняет свое содержимое до тех пор, пока подключено питание, и его проще сопрягать, но при этом используется шесть транзисторов на бит. Динамическое ОЗУ является более сложным для взаимодействия и управления, требуя регулярных циклов обновления, чтобы предотвратить потерю своего содержимого, но использует только один транзистор и один конденсатор на бит, что позволяет достичь гораздо более высокой плотности и гораздо более низких затрат на бит.
SRAM не подходит для системной памяти настольных компьютеров, где DRAM доминирует, но используется для их кэш-памяти. SRAM - обычное дело в небольших встроенных системах, которым могут потребоваться всего несколько десятков килобайт или меньше. Технологии энергозависимой памяти, которые пытались составить конкуренцию или заменить SRAM и DRAM, включают Z-RAM и A-RAM .
Энергонезависимая память
Энергонезависимая память - это память компьютера, которая может сохранять сохраненную информацию даже при отключении питания. Примеры энергонезависимой памяти включают постоянную память (см. ПЗУ ), флэш-память , большинство типов магнитных компьютерных запоминающих устройств (например, жесткие диски , гибкие диски и магнитную ленту ), оптические диски и ранние компьютерные методы хранения, такие как бумага. лента и перфокарты .
Скоро энергонезависимые технологии памяти включают FERAM, CBRAM , PRAM , STT-RAM , SONOS , RRAM , беговая память , NRAM , 3D Xpoint и многоножки памяти .
Полу-энергозависимая память
Третья категория памяти - «полу-летучая». Этот термин используется для описания памяти, которая имеет ограниченную длительность энергонезависимой памяти после отключения питания, но затем данные в конечном итоге теряются. Типичная цель при использовании полу-летучей памяти - обеспечить высокую производительность / долговечность и т. Д. связаны с энергозависимой памятью, обеспечивая при этом некоторые преимущества настоящей энергонезависимой памяти.
В качестве второго примера, STT-RAM можно сделать энергонезависимым путем создания больших ячеек, но стоимость одного бита и мощность записи возрастают, а скорость записи снижается. Использование небольших ячеек увеличивает стоимость, мощность и скорость, но приводит к полу-летучему поведению. В некоторых приложениях можно управлять повышенной нестабильностью, чтобы обеспечить множество преимуществ энергонезависимой памяти, например, отключив питание, но принудительно активировав перед потерей данных; или путем кэширования данных, предназначенных только для чтения, и отбрасывания кэшированных данных, если время отключения превышает энергонезависимый порог.
Термин «полу-летучий» также используется для описания полу-летучего поведения, созданного на основе других типов памяти. Например, энергозависимая и энергонезависимая память могут быть объединены, при этом внешний сигнал копирует данные из энергозависимой памяти в энергонезависимую память, но если питание отключается без копирования, данные теряются. Или энергозависимая память с резервным питанием от батареи, и если внешнее питание потеряно, существует некоторый известный период, когда аккумулятор может продолжать питать энергозависимую память, но если питание отключено в течение длительного времени, батарея разряжается и данные теряются.
Управление
Правильное управление памятью жизненно важно для правильной работы компьютерной системы. Современные операционные системы имеют сложные системы для правильного управления памятью. Невыполнение этого требования может привести к ошибкам, снижению производительности и, в худшем случае, захвату вирусов и вредоносного ПО .
Ошибки
Неправильное управление памятью - частая причина ошибок, включая следующие типы:
Ранние компьютерные системы
В ранних компьютерных системах программы обычно указывали место для записи в память и какие данные туда помещать. Это место было физическим местом на реальном оборудовании памяти. Медленная обработка таких компьютеров не позволяла использовать сложные системы управления памятью, используемые сегодня. Кроме того, поскольку большинство таких систем были однозадачными, сложных систем не требовалось.
У этого подхода есть свои подводные камни. Если указанное местоположение неверно, это приведет к тому, что компьютер запишет данные в какую-либо другую часть программы. Результат такой ошибки непредсказуем. В некоторых случаях неверные данные могут привести к перезаписи памяти, используемой операционной системой. Компьютерные взломщики могут воспользоваться этим для создания вирусов и вредоносных программ .
Виртуальная память
Виртуальная память - это система, в которой вся физическая память контролируется операционной системой. Когда программе требуется память, она запрашивает ее у операционной системы. Затем операционная система решает, в каком физическом месте разместить код и данные программы.
Это дает несколько преимуществ. Программистам больше не нужно беспокоиться о том, где физически хранятся их данные или будет ли на компьютере пользователя достаточно памяти. Это также позволяет использовать несколько типов памяти. Например, некоторые данные могут храниться в физических микросхемах RAM, в то время как другие данные хранятся на жестком диске (например, в файле подкачки ), функционируя как расширение иерархии кеша . Это резко увеличивает объем памяти, доступной для программ. Операционная система будет помещать активно используемые данные в физическую оперативную память, которая работает намного быстрее, чем жесткие диски. Когда объема ОЗУ недостаточно для запуска всех текущих программ, это может привести к ситуации, когда компьютер тратит больше времени на перемещение данных из ОЗУ на диск и обратно, чем на выполнение задач; это известно как взбучка .
Защищенная память
Защищенная память - это система, в которой каждой программе предоставляется область памяти для использования, и ей не разрешается выходить за пределы этого диапазона. Использование защищенной памяти значительно повышает надежность и безопасность компьютерной системы.
Без защищенной памяти возможно, что ошибка в одной программе изменит память, используемую другой программой. Это приведет к тому, что другая программа запустит поврежденную память с непредсказуемыми результатами. Если память операционной системы повреждена, вся компьютерная система может выйти из строя и потребовать перезагрузки . Иногда программы намеренно изменяют память, используемую другими программами. Это делается вирусами и вредоносными программами, чтобы захватить компьютеры. Он также может быть использован желательными программами, которые предназначены для модификации других программ; в современную эпоху это обычно считается плохой практикой программирования для прикладных программ, но может использоваться инструментами разработки системы, такими как отладчики, например, для вставки точек останова или перехватов.
Защищенная память присваивает программам собственные области памяти. Если операционная система обнаруживает, что программа пыталась изменить память, которая ей не принадлежит, программа завершается (или иным образом ограничивается или перенаправляется). Таким образом, происходит сбой только программы-нарушителя, и неправильное поведение (случайное или преднамеренное) не затрагивает другие программы.
Системы защищенной памяти почти всегда также включают в себя виртуальную память.
З наете ли вы, что такое оперативная память? Конечно, знаете. Это такое устройство, от которого зависит скорость работы компьютера. В общем, так оно и есть, только выглядит такое определение немного дилетантски. Но что в действительности представляет собой оперативная память? Как она устроена, как работает и чем один вид памяти отличается от другого?
Компьютерная память
Оперативная память, ОЗУ она же RAM (англ.) — это энергозависимая часть компьютерной памяти, предназначенной для хранения временных данных, обрабатываемых процессором. Хранятся эти данные в виде бинарной последовательности, то есть набора нулей и единиц. Энергозависимой же она называется потому, что для её работы необходимо постоянное подключение к источнику электрического тока. Стоит только отключить её от питания, как вся хранящаяся в ней информация будет утеряна.
Но если ОЗУ это одна часть компьютерной памяти, тогда что представляет собой её другая часть? Носителем этой части памяти является жесткий диск. В отличие от ОЗУ, он может хранить информацию, не будучи подключён к источнику питания. Жесткие диски, флешки и CD-диски — все эти устройства именуются ПЗУ, что расшифровывается как постоянное запоминающее устройство. Как и ОЗУ, ПЗУ хранят данные в виде нулей и единиц.
Для чего нужна ОЗУ
Тут может возникнуть вопрос, а зачем вообще нужна оперативная память? Разве нельзя выделить на жестком диске буфер для временного помещения обрабатываемых процессором данных? В принципе можно, но это был бы очень неэффективный подход.
Физическое устройство оперативной памяти таково, что чтение/запись в ней производится намного быстрее . Если бы вместо ОЗУ у вас было ПЗУ, компьютер бы работал очень медленно.
Физическое устройство ОЗУ
Физически ОЗУ представляет съёмную плату (модуль) с располагающимися на ней микросхемами памяти. В основе микросхемы лежит конденсатор — устройство, известное уже больше сотни лет.
Каждая микросхема содержит множество конденсаторов связанных в единую ячеистую структуру — матрицу или иначе ядро памяти. Также микросхема содержит выходной буфер — особый элемент, в который попадает информация перед тем, как быть переданной на шину памяти. Из уроков физики мы знаем, что конденсатор способен принимать только два устойчивых состояния: либо он заряжен, либо разряжен. Конденсаторы в ОЗУ играют ту же роль, что и магнитная поверхность жёсткого диска, то есть удержание в себе электрического заряда, соответствующего информационному биту. Наличие заряда в ячейке соответствует единице, а отсутствие — нулю.
Как в ОЗУ записывается и читается информация
Понять, как в ОЗУ происходит запись и считывание данных будет проще, если представить её в виде обычной таблицы. Чтобы считать данные из ячейки, на горизонтальную строку выдаётся сигнал выбора адреса строки (RAS). После того как он подготовит все конденсаторы выбранной строки к чтению, по вертикальной колонке подаётся сигнал выбора адреса столбца (CAS), что позволяет считать данные с конкретной ячейки матрицы.
Характеристика, определяющая количество информации, которое может быть записано или прочитано за одну операцию чтения/записи, именуется разрядностью микросхемы или по-другому шириной шины данных. Как нам уже известно, перед тем как быть переданной на шину микросхемы, а затем в центральный процессор, информация сначала попадает в выходной буфер. С ядром он связывается внутренним каналом с пропускной способностью равной ширине шины данных. Другой важной характеристикой ОЗУ является частота шины памяти. Что это такое? Это периодичность, с которой происходит считывание информации, а она совсем не обязательно должна совпадать с частотой подающегося на матрицу памяти сигнала, что мы и увидим на примере памяти DDR.
В современных компьютерах используется так называемая синхронная динамическая оперативная память — SDRAM. Для передачи данных в ней используется особый синхросигнал. При его подаче на микросхему происходит синхронное считывание информации и передача её в выходной буфер.
8 бит * 100 МГц = 100 Мб/с
Память DDR
Это был простейший пример работы SDR — памяти с однократной скоростью передачи данных. Этот тип памяти сейчас практически не используется, сегодня его место занимает DDR — память с удвоенной скоростью передачи данных. Разница между SDR и DDR заключается в том, что данные с выходного буфера такой ОЗУ читаются не только при поступлении синхросигнала, но и при его исчезновении. Также при подаче синхросигнала в выходной буфер с ядра памяти информация попадает не по одному каналу, а по двум, причём ширина шины данных и сама частота синхросигнала остаются прежними.
Для памяти DDR принято различать два типа частоты. Частота, с которой на модуль памяти подаётся синхросигнал, именуется базовой, а частота, с которой с выходного буфера считывается информация — эффективной. Рассчитывается она по следующей формуле:
эффективная частота = 2 * базовая частота
В нашем примере с микросхемой 8 бит и частотой 100 МГц это будет выглядеть следующим образом.
8 бит * (2 * 100 МГц) = 200 Мб/с
Чем отличаются DDR от DDR2, DDR3 и DDR4
Количеством связывающих ядро с выходным буфером каналов, эффективной частотой, а значит и пропускной способностью памяти. Что касается ширины шины данных (разрядности), то в большинстве современных модулей памяти она составляет 8 байт (64 бит). Допустим, что у нас есть модуль памяти стандарта DDR2-800. Как рассчитать его пропускную способность? Очень просто. Что такое 800? Это эффективная частота памяти в мегагерцах. Умножаем её на 8 байт и получаем 6400 Мб/с.
И последнее. Что такое пропускная способность мы уже знаем, а что такое объём оперативной памяти и зависит ли он от её пропускной способности? Прямой взаимосвязи между этим двумя характеристиками нет. Объём ОЗУ зависит от количества запоминающих элементов. И чем больше таких ячеек, тем больше данных может хранить память без их перезаписи и использования файла подкачки.
Мы увидим также, как эта штука развивалась и «умнела», а вместе с ней «умнел» и весь компьютер. Для начала рассмотрим
Что такое энергонезависимая память?
NVRAM (Non Volatile Random Access Memory) – общее название энергонезависимой памяти. Энергонезависимая память – это такая, данные в которой не стираются при выключении питания. В противоположность ей есть энергозависимая память, данные в которой исчезают при отключении питания. Т.е. когда питание на микросхему (или модуль) памяти подается, она «помнит» данные, когда перестает подаваться – она их «забывает».
Под понятие «энергонезависимая» подпадает несколько видов памяти. Кстати сказать, память (и энергозависимая, и энергонезависимая) имеется не только в компьютере, но и во всех околокомпьютерных и периферийных устройствах:
Даже в компьютерных клавиатурах имеются оба вида памяти.
Оба они упакованы в бескорпусную микросхему («капельку»), покрытую компаундом.
Виды энергонезависимой памяти
Один из видов энергонезависимой памяти именуется ROM (Read Only Memory, память только для чтения). В русскоязычной литературе такая память называется ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Данные в микросхему, которая именуется еще англоязычным термином «chip» (чип, кристалл), записываются при изготовлении. Изменить их потом нельзя.Еще одна разновидность энергонезависимой памяти – PROM (Programmable ROM). Эквивалентный русскоязычный термин – ППЗУ (Программируемое ПЗУ). В такой микросхеме в исходном состоянии во всех ячейках памяти записана одинаковая информация (нули или единицы). С помощью специальной процедуры программирования в ячейки записывается нужная информация.
Происходило это путем пережигания плавких перемычек.
После записи изменить данные в ячейках было нельзя.
Возможность программирования предоставляет гибкость в производстве и использовании. Чтобы записать модифицированную информацию в микросхему, не надо перестраивать технологический процесс производства. Пользователь (точнее, производитель электронной техники) сам записывает нужную ему информацию.
Но однократно программируемая память тоже не всегда хороша. Модифицировать «прошитую» в микросхему информацию нельзя, нужно менять микросхему. Это не всегда удобно и возможно. Поэтому появились многократно программируемые микросхемы. В первых изделиях информация стиралась ультрафиолетовым излучением, для чего использовалась специальная лампа.
В таких микросхемах имелось окошечко, закрытое кварцевым стеклом, которое пропускало УФ излучение. Но все равно это было неудобно, и после научились стирать, и записывать информацию электрическим сигналом. Такую память стали называть EEPROM (Electric Erasable PROM, ЭСППЗУ, электрически стираемое программируемое ПЗУ).
Это и микросхема BIOS в компьютере.
Это и всем известные ныне «флэшки» (портативные накопители данных), твердотельные накопители SSD (Solid State Drive), альтернатива электромеханическим винчестерам, карты памяти, применяемые в фотоаппаратах и т.п.
Отметим, что перезаписать информацию в таких накопителях можно ограниченное (хотя и большое) количество раз.
Проблема времени в компьютере
В первых компьютерах не было микросхемы RTS (Real Time Clock, часы реального времени).
Это было неудобно, и потом ее начали устанавливать.
Проблема, которая возникла с RTC в самом начале, заключалась в том, что компьютер работает не 24 часа в сутки. Он включается пользователем в начале рабочего дня и выключается в его конце. Пока компьютер был включен, он «помнил» время, как только его выключали, он время «забывал».
Каждый раз устанавливать время заново было бы очень неудобно. Неудобно было бы и каждый раз возобновлять и другие системные настройки (тип винчестера, источник загрузки и другие). Поэтому придумали встроить в общий корпус микросхему RTC, которая помнила не только время, но и все настройки BIOS Setup, и источник питания – батарею гальванических элементов.
Ячейки памяти RTC представляли собой, по сути, оперативную память (RAM). Такую память также отнесли к энергонезависимой, так как она не зависела от источника внешнего напряжения. Она была энергонезависимой до тех пор, пока встроенная батарея не «садилась». Такая память была сделана на основе КМОП структур, поэтому потребляла в статическом режиме (режиме хранения) очень небольшой ток, порядка единиц микроампер.
Поэтому встроенной батареи хватало на несколько лет. После чего весь модуль подлежал замене. Существовали конструкции материнских плат с разъемом под такой модуль. И можно было легко выполнить его замену. Но затем технический прогресс продолжил свой неумолимый бег. Число микросхем на материнской плате уменьшалось, а степень их интеграции увеличивалась.
В конце концов пришли к чипсету (набору микросхем), состоящему из 1-2 корпусов, который включал в себя почти все подсистемы материнской платы.
Встраивать в тот же корпус (куда напихано уже много всего) еще и источник напряжения посчитали нецелесообразным.
Такой корпус имеет много выводов. Установка его в разъем усложнила бы конструкцию, увеличила бы ее стоимость и снизила бы надежность.
Поэтому источник питания (3 V литиевый элемент) стали устанавливать отдельно. Это упростило и удешевило плату, так как теперь надо менять только элемент, а не все сразу. Следует отметить, что вначале в качестве источника резервного питания использовались никель-кадмиевые аккумуляторы.
После длительной эксплуатации они могли потечь. И вытекший электролит мог повредить проводники материнской платы. Современные литиевые элементы не текут даже при очень глубоком разряде.
Технология изменилась, но название структуры, хранящей настройки BIOS Setup, осталось прежним – NVRAM. Но теперь, в строгом смысле, она не является энергонезависимой. Ведь ее «энергонезависимость» обеспечивается внешним источником напряжения.
Напомним, что первым признаком того, что элемент 2032 исчерпал свой ресурс, является сброс времени и даты при включении компьютера. Напряжение свежего элемента составляет величину около 3,3 В. По мере истощения его ЭДС падает. И, как только оно снизится (ориентировочно) менее 2,8 В, структура, хранящая настройки, «забудет» их. Заряду литиевые элементы не подлежат.
Что обозначают цифры в маркировке литиевого элемента?
В заключение отметим, что первые две цифры маркировки элемента (20) определяют его диаметр в миллиметрах.
Вторые две – его емкость (способность отдать определенное количество энергии).
Чем больше цифра, тем больше емкость и тем толще элемент. Типовое значение емкости элемента 2032 – 225 мА/ч (миллиампер-часов), элемента 2025 – 160 мА/ч.
Следует отметить, что это максимальные значения. Реальные цифры зависят от сопротивления нагрузки и окружающей температуры. Чем больше сопротивление нагрузки и выше температура (разумеется, до известных пределов), тем больше эквивалентная емкость. Т.е. тем дольше элемент будет питать энергией нагрузку. При пониженной окружающей температуре элемент «садится» быстрее.
Литиевые элементы – очень хорошие источники энергии.
У них высокие показатели удельной энергии, т.е. большое соотношение «энергия/вес» и очень небольшой саморазряд (менее одного процента в год). У свинцовых кислотных аккумуляторов, например, эти показатели гораздо хуже.
Читайте также: