Rezumat: Memoria statică. Dispozitive de stocare cu acces aleatoriu

Principiul omogenității memoriei. Programele și datele sunt stocate în aceeași memorie. Prin urmare, computerul nu distinge între ceea ce este stocat într-o celulă de memorie dată - un număr, text sau comandă. Puteți efectua aceleași acțiuni asupra comenzilor ca și asupra datelor. Acest lucru deschide o întreagă gamă de posibilități. De exemplu, un program poate fi procesat și în timpul execuției sale, ceea ce vă permite să stabiliți reguli pentru obținerea unora dintre părțile sale în programul propriu-zis (așa este organizată execuția ciclurilor și subrutinelor în program). Mai mult, comenzile dintr-un program pot fi obținute ca rezultate din execuția altui program. Metodele de traducere se bazează pe acest principiu - traducerea textului programului dintr-un limbaj de programare de nivel înalt în limbajul unei anumite mașini.

Principiul controlului programului. Din aceasta rezultă că programul constă dintr-un set de comenzi care sunt executate de procesor automat una după alta într-o anumită secvență.

Preluarea unui program din memorie se face folosind contor de programe. Acest procesor registru mărește succesiv adresa următoarei comenzi stocate în ea cu lungimea comenzii.

Și deoarece comenzile programului sunt situate în memorie una după alta, un lanț de comenzi este astfel organizat din celule de memorie situate secvenţial.

Dacă, după executarea unei comenzi, trebuie să treceți nu la următoarea, ci la alta, utilizați comenzile condiţional sau tranziții necondiționate, care introduceți în contorul de comenzi numărul celulei de memorie care conține următoarea comandă. Preluarea instrucțiunilor din memorie se oprește după atingerea și executarea instrucțiunii "Stop".

Prin urmare, procesorul execută programul automat, fără intervenție umană.

3. Principiul țintirii. Din punct de vedere structural, memoria principală este formată din celule renumerotate; Orice celulă este disponibilă procesorului în orice moment. Aceasta implică capacitatea de a denumi zonele de memorie, astfel încât valorile stocate în acestea să poată fi accesate sau modificate ulterior în timpul execuției programului folosind numele atribuite.

Calculatoarele construite pe aceste principii sunt de acest tip von Neumann. Dar există computere care sunt fundamental diferite de cele von Neumann. Pentru ei, de exemplu, poate nu este respectat principiul controlului programului, adică pot funcționa fără un „contor de programe” care să indice comanda programului care se execută în prezent. Pentru a accesa orice variabilă stocată în memorie, aceste computere nu trebuie să-i dai un nume. Se numesc astfel de computere non-von Neumann.

14. ARHITECTURA SI STRUCTURA.

Când luăm în considerare dispozitivele computerizate, este obișnuit să se facă distincția între arhitectura și structura lor.

Arhitectură un computer este descrierea lui la un anumit nivel general, inclusiv o descriere a capabilităților de programare a utilizatorului, a sistemelor de comandă, a sistemelor de adresare, a organizării memoriei etc. Arhitectura determină principiile de funcționare, conexiunile de informații și interconectarea principalelor noduri logice ale unui computer: procesor, RAM, stocare externă și dispozitive periferice. Arhitectura comună a diferitelor computere asigură compatibilitatea acestora din punctul de vedere al utilizatorului.

Structura Un computer este un set de elemente funcționale și conexiuni dintre ele. Elementele pot fi o mare varietate de dispozitive - de la principalele noduri logice ale unui computer la cele mai simple circuite. Structura unui computer este reprezentată grafic sub formă de diagrame bloc, cu ajutorul cărora puteți descrie computerul la orice nivel de detaliu.

15. CARACTERISTICI DIstinctive ale fiecaruia dintre ele.

· Arhitectura clasica (Arhitectura von Neumann) - o unitate aritmetic-logică (ALU), prin care trece fluxul de date și un dispozitiv de control (CU), prin care trece fluxul de comandă - programul. Acest computer cu un singur procesor. Acest tip de arhitectură include și arhitectura unui computer personal cu autobuz comun. Toate blocurile funcționale de aici sunt interconectate printr-o magistrală comună, numită și autostradă de sistem. Fizic autostrada este o linie cu mai multe fire cu prize pentru conectarea circuitelor electronice. Setul de fire trunchi este împărțit în grupuri separate: magistrală de adrese, magistrală de date și magistrală de control.

Dispozitivele periferice (imprimanta, etc.) sunt conectate la hardware-ul computerului prin intermediul special controlere - dispozitive pentru controlul dispozitivelor periferice. Controlor - un dispozitiv care conectează echipamente periferice sau canale de comunicație cu procesorul central, scutind procesorul de controlul direct al funcționării acestui echipament.

Arhitectura multiprocesor . A avea mai multe procesoare într-un computer înseamnă asta multe fluxuri de date și multe fluxuri de comandă pot fi organizate în paralel. Astfel, mai multe fragmente dintr-o sarcină pot fi executate în paralel.

Sistem de calcul cu mai multe mașini . Aici mai multe procesoare incluse într-un sistem informatic nu au RAM comună, dar au fiecare a lui (local). Fiecare computer dintr-un sistem multi-mașină are o arhitectură clasică, iar un astfel de sistem este utilizat destul de larg. Cu toate acestea, efectul utilizării unui astfel de sistem de calcul poate fi obținut numai prin rezolvarea unor probleme care au o structură foarte specială: ar trebui să fie împărțit în atâtea subsarcini cuplate vag câte computere există în sistem.

Avantajul de viteză al sistemelor de calcul multiprocesor și multi-mașină față de cele cu un singur procesor este evident.

Arhitectura procesorului paralel . Aici Mai multe ALU funcționează sub controlul unei unități de control. Aceasta înseamnă că o mulțime de date pot fi procesate de un singur program - adică de un singur flux de comenzi. Performanța ridicată a unei astfel de arhitecturi poate fi atinsă numai în cazul sarcinilor în care aceleași operații de calcul sunt efectuate simultan pe diferite seturi de date de același tip.

Mașinile moderne conțin adesea elemente de diferite tipuri de soluții arhitecturale. Există și soluții arhitecturale radical diferite de cele discutate mai sus.

16. PROCESATOR CENTRAL. DOUĂ TIPURI PRINCIPALE DE MEMORIE DE CALCULATOR.

Procesorul central conține în general:

unitate aritmetică-logică;
magistrale de date și magistrale de adrese;
registre;
contoare de programe;
cache - memorie mică foarte rapidă (de la 8 la 512 KB);
coprocesor matematic în virgulă mobilă.

Procesoarele moderne sunt implementate în formă microprocesoare . Din punct de vedere fizic, un microprocesor este un circuit integrat - o placă dreptunghiulară subțire de siliciu cristalin cu o suprafață de doar câțiva milimetri pătrați, pe care sunt amplasate circuite care implementează toate funcțiile procesorului. Placa de cristal este plasată de obicei într-o carcasă plată din plastic sau ceramică și conectată cu fire de aur la pini metalici, astfel încât să poată fi atașat la placa de bază a computerului.

Un sistem informatic poate avea mai multe procesoare care rulează în paralel; se numesc astfel de sisteme multiprocesor.

Cum funcționează memoria

Memoria computerului este construită din elemente de stocare binare - biți, combinate în grupuri de 8 biți, care sunt numite octeți.(Unitățile de memorie sunt aceleași cu unitățile de informații.) Toți octeții sunt numerotați. Numărul de octeți este numit abordare.

Octeții pot fi combinați în celule, numite și cuvinte. Fiecare computer are o anumită lungime a cuvântului - doi, patru sau opt octeți. Acest lucru nu exclude utilizarea celulelor de memorie de o lungime diferită (de exemplu, jumătate de cuvânt, cuvânt dublu). De obicei, un cuvânt de mașină poate reprezenta fie un număr întreg, fie o instrucțiune. Cu toate acestea, sunt permise formate variabile pentru prezentarea informațiilor. Defalcarea memoriei în cuvinte pentru computerele cu patru octeți este prezentată în tabel:

Octet 0	Octet 1	Octetul 2	Octetul 3	Octetul 4	Octetul 5	Octetul 6	Octetul 7
JUMĂTATE DE CUVÂNT	JUMĂTATE DE CUVÂNT	JUMĂTATE DE CUVÂNT	JUMĂTATE DE CUVÂNT
CUVÂNT	CUVÂNT
CUVÂNT DUBLU

Unitățile de memorie derivate mai mari sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă: Kilobyte, Megabyte, Gigabyteși, de asemenea, recent, TerabyteȘi Petabyte.

Calculatoarele moderne au multe dispozitive de stocare diferite, care diferă foarte mult ca scop, caracteristici de sincronizare, volumul de informații stocate și costul stocării aceleiași cantități de informații. Există două tipuri principale de memorie - internȘi extern.

17. PRINCIPALE COMPONENTE ALE MEMORIEI INTERNE. MEMORIE STATICĂ ȘI DINAMICĂ.

Memoria internă include RAM, memorie cacheȘi memorie specială.

1. RAM

RAM este folosit doar pentru stocarea temporară a datelor și a programelor, deoarece, când aparatul se oprește, tot ce era în RAM se pierde. Acces la elementele RAM Drept- înseamnă că Fiecare octet de memorie are propria sa adresă individuală.

Cantitatea de RAM este de obicei de la 32 la 512 MB. Pentru sarcini administrative simple, 32 MB de RAM sunt suficiente, dar sarcinile complexe de proiectare a computerului pot necesita 512 MB până la 2 GB de RAM.

De obicei RAM executate din circuite integrate de memorie SDRAM(RAM dinamică sincronă). Fiecare bit de informație din SDRAM este stocat ca sarcină electrică a unui condensator minuscul format în structura cristalului semiconductor. Datorită curenților de scurgere, astfel de condensatoare sunt descărcate rapid și sunt reîncărcate periodic (aproximativ la fiecare 2 milisecunde) cu dispozitive speciale. Acest proces se numește regenerarea memoriei(Reîmprospătare memorie). Cipurile SDRAM au capacitate 16 - 256 Mbitși altele. Sunt instalate în carcase și asamblate în module de memorie.

Majoritatea computerelor moderne vin cu module de tip DIMM(Modul de memorie Dual-In-line - un modul de memorie cu un aranjament pe două rânduri de cipuri). Modulele de mare viteză sunt utilizate în sistemele informatice pe cele mai moderne procesoare Rambus DRAM (RIMM) și DDR DRAM.

Modulele de memorie sunt caracterizate de parametri cum ar fi volum-(16, 32, 64, 128, 256 sau 512 MB), numărul de cipuri, frecvența plăcuței de identificare(100 sau 133 MHz), timpul de acces la date(6 sau 7 nanosecunde) și numărul de contacte(72, 168 sau 184). În 2001, a început producția de module de memorie 1 GB si prototipuri de module pt 2 GB. În 2009, modulele de 2 GB sunt comune. Începe producția modulelor de 4 GB.

2. Memoria cache

Memoria cache este controlată de un dispozitiv special - controlor, care, analizând programul în curs de executare, încearcă să prezică ce date și comenzi va avea cel mai probabil nevoie procesorul în viitorul apropiat și le pompează în memoria cache. În acest caz, este posibil să "hituri", asa de "dorit". În cazul unei lovituri, adică dacă datele necesare sunt pompate în cache, acestea sunt preluate din memorie fără întârziere. Dacă informațiile necesare nu sunt în cache, atunci procesorul le citește direct din RAM. Raportul dintre accesări și rateuri determină eficacitatea stocării în cache.

Memoria cache este implementată Chip-uri de memorie statică SRAM(RAM statică), mai rapidă, mai scumpă și de capacitate redusă decât DRAM (SDRAM). Microprocesoarele moderne au memorie cache încorporată, așa-zisul cache de prim nivel 8, 16 sau 32 KB. În plus, placa de bază a computerului poate avea cache de al doilea nivel cu o capacitate de 256, 512 KB și mai mare.

3. Memorie specială

Dispozitivele speciale de memorie includ memorie permanentă(ROM) memorie reprogramabilă numai pentru citire(Memorie flash) Memoria RAM CMOS, pe baterii, memorie videoși alte tipuri de memorie.

În primul rând, un program pentru controlul funcționării procesorului în sine este scris în memoria permanentă. ROM conține programe pentru controlul afișajului, tastaturii, imprimantei, memoriei externe, programe pentru pornirea și oprirea computerului și testarea dispozitivelor.

Cel mai important cip de memorie permanentă sau Flash este modulul BIOS. Rolul BIOS-ului este dublu: pe de o parte, este un element integral al hardware-ului, iar pe de altă parte, este un modul important al oricărui sistem de operare.

BIOS (Basic Input/Output System - sistem de bază de intrare/ieșire) - un set de programe concepute pentru testarea automată a dispozitivelor după pornirea computerului și încărcarea sistemului de operare în RAM.

Conținutul CMOS este modificat printr-un program special Înființat, situat în BIOS (în engleză: Set-up - install, citiți „setup”).

Folosit pentru a stoca informații grafice memorie video.

Există multe tipuri diferite de RAM, dar toate pot fi împărțite în două subgrupe principale - memorie statică (RAM statică) și memorie dinamică (RAM dinamică).

Aceste două tipuri de memorie diferă, în primul rând, prin implementarea lor tehnologică fundamental diferită - SRAM va stoca datele înregistrate până când sunt scrise altele noi sau până când alimentarea este oprită, iar DRAM poate stoca date doar pentru o perioadă scurtă de timp, după care datele trebuie restaurate (regenerate), altfel se vor pierde.

Să ne uităm la avantajele și dezavantajele SRAM și DRAM:

1. Memoria de tip DRAM, datorita tehnologiei sale, are o densitate de date mult mai mare decat SRAM.

2. DRAM-ul este mult mai ieftin decât SRAM,

3. dar acesta din urmă este mai productiv și mai de încredere, deoarece este întotdeauna gata de citit.

RAM STATIC

În calculatoarele moderne, SRAM este folosit ca cache de nivel al doilea și are un volum relativ mic (de obicei 128...1024 KB). Este folosit în cache tocmai pentru că îi sunt impuse cerințe foarte serioase în ceea ce privește fiabilitatea și performanța. Memoria principală a unui computer este formată din cipuri de memorie dinamică.

Memoria statică este împărțită în sincronă și asincronă. Memoria asincronă nu mai este folosită în computerele personale; ea a fost înlocuită cu memoria sincronă încă de pe vremea celor 486 de computere.

Utilizarea memoriei statice nu se limitează la memoria cache a computerelor personale. Servere, routere, rețele globale, matrice RAID, comutatoare - acestea sunt dispozitive pentru care este nevoie de SRAM de mare viteză.

SRAM este o tehnologie extrem de modificabilă - există multe tipuri, care diferă prin caracteristici electrice și arhitecturale. În SRAM sincron convențional, există o ușoară întârziere atunci când memoria trece de la modul citire la modul scriere.

Prin urmare, în 1997, mai multe companii și-au introdus tehnologiile RAM statice fără o astfel de întârziere. Acestea sunt tehnologii SRAM ZBT (Zero-Bus Turnaround) de la IDT și o magistrală similară NoBL (No Bus Latency). RAM DINAMICĂ (toată memoria cu excepția segmentului de date - 64 kb, memorie stivă - 16 kb, corpul propriu al programului)

Memoria de tip DRAM este mult mai răspândită în calcul datorită celor două avantaje față de SRAM - cost redus și densitate de stocare a datelor. Aceste două caracteristici ale memoriei dinamice compensează într-o oarecare măsură deficiențele acesteia - performanță scăzută și nevoia de regenerare constantă a datelor.

Acum există aproximativ 25 de soiuri de DRAM, deoarece producătorii și dezvoltatorii de memorie încearcă să țină pasul cu progresele în unitățile centrale de procesare.

principalele tipuri de memorie dinamică - de la vechile DRAM convenționale și FPM până la QDR, DDR SDRAM, RDRAM neimplementate.

RAM are 3 secțiuni:

640 kb. DOS - de bază RAM
Module Windows Core de 1 MB – RAM de top
modulele rămase sunt RAM extinsă

18. MODUL DE MEMORIE DIMM. ALTE TIPURI DE MODULE DE MEMORIE.

RAM-ul computerului este unul dintre cele mai importante elemente ale unui computer, determinând performanța și funcționalitatea întregului sistem. RAM este reprezentată de un anumit număr de cipuri RAM pe placa de bază. Dacă relativ recent cipurile RAM au fost conectate prin prize speciale - conectori care au făcut posibilă schimbarea cipurilor individuale fără lipire, acum arhitectura computerului prevede amplasarea lor pe plăci cu module mici. Astfel de module de memorie sunt instalate în sloturi speciale de pe placa de bază. Una dintre opțiunile pentru o astfel de soluție au fost modulele SIMM (SIMM - module de memorie single in-line).

Modulele SIMM în miniatură, sau pur și simplu SIMM-urile, sunt blocuri de RAM de diferite capacități. SIMM-urile de 4, 8, 16, 32 și chiar 64 MB sunt utilizate pe scară largă.

SIMM-urile vin în două tipuri diferite: 30 pini și 72 pini, unde pin înseamnă numărul de pini conectați la un conector RAM specializat de pe placa de bază. În același timp, SIMM cu 30 pini și 72 pini nu sunt elemente interschimbabile.

Aspectul modulului DIMM

Modulele de tip DIMM sunt cele mai comune sub formă de module cu 168 de pini, instalate vertical în soclu și securizate cu zăvoare. DIMM-urile SO sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele portabile - un tip de DIMM cu contur mic (SO - contur mic), sunt destinate în primul rând computerelor laptop.

Aspectul modulului RIMM

Modulele de tip RIMM sunt mai puțin comune; astfel de module produc memorie RDRAM directă. Acestea sunt reprezentate de plăci dreptunghiulare cu 168/184 de pini, care trebuie instalate doar în perechi, iar conectorii goali de pe placa de bază sunt umpluți cu mufe speciale. Acest lucru se datorează caracteristicilor de design ale unor astfel de module.

19. MEMORIA EXTERNĂ. VARIETĂȚI DE DISPOZITIVE DE MEMORIE EXTERNĂ.

Memoria externă (ERAM) este concepută pentru stocarea pe termen lung a programelor și datelor, iar integritatea conținutului acesteia nu depinde de pornirea sau oprirea computerului. Spre deosebire de RAM, memoria externă nu are o conexiune directă cu procesorul. Informațiile de la OSD la procesor și invers circulă aproximativ de-a lungul următorului lanț:

VZU RAM ó Cache ó Procesor

Memoria externă a computerului include:

conduce mai departe discuri tari magnetice;
conduce mai departe discuri magnetice flexibile;
conduce mai departe CD-uri;
conduce mai departe Discuri compacte magneto-optice;
conduce mai departe banda magnetica(streamere), etc.

1. Unități de dischetă

O dischetă constă dintr-un substrat polimeric rotund acoperit pe ambele părți cu un oxid magnetic și plasat într-un pachet de plastic cu un strat de curățare aplicat pe suprafața interioară. Ambalajul are sloturi radiale pe ambele părți prin care capetele de citire/scriere ale unității au acces la disc.
Se numește metoda de înregistrare a informațiilor binare pe un mediu magnetic codificare magnetică. Constă în faptul că domeniile magnetice din mediu sunt aliniate de-a lungul căilor în direcția câmpului magnetic aplicat cu polii lor nord și sud. De obicei setat

Există o corespondență unu-la-unu între informațiile binare și orientarea domeniilor magnetice.

Informațiile sunt înregistrate în concentric poteci (urme), care se împart în sectoare . Numărul de piese și sectoare depinde de tipul și formatul dischetei. Un sector stochează cantitatea minimă de informații care pot fi scrise sau citite de pe disc. Capacitatea sectorului este constantă și se ridică la 512 octeți.

În prezent, cea mai răspândită dischete cu următoarele caracteristici: diametru 3,5 inchi (89 mm), capacitate 1,44 MB, număr de căi 80, număr de sectoare pe șenile 18.

Discheta este instalată în unitate de dischetă(Engleză) unitate de dischetă), este înregistrată automat în ea, după care mecanismul de antrenare se rotește până la o viteză de rotație de 360 min -1. Discheta în sine se rotește în unitate, capetele magnetice rămân nemișcate. Discheta se rotește numai când este accesată. Unitatea este conectată la procesor prin controler de dischetă.

Recent, au apărut dischete de trei inci care pot stoca până la 3 GB informație. Sunt fabricate folosind o nouă tehnologie Nano2și necesită hardware special pentru a citi și a scrie.

2. Unități de hard disk

Dacă dischetele sunt un mijloc de transfer de date între computere, atunci hard disk - depozit de informații pentru computer.

Ca o dischetă, suprafețele de lucru ale platourilor sunt împărțite în piste circulare concentrice, iar pistele în sectoare. Capetele de citire-scriere, împreună cu structura lor de susținere și discurile, sunt închise într-o carcasă închisă ermetic numită modul de date. Când un modul de date este instalat pe o unitate de disc, acesta se conectează automat la un sistem care pompează aer răcit purificat. Suprafaţă platoul are acoperire magnetică numai 1,1 microni grosime și strat de lubrifiant pentru a proteja capul de deteriorare la coborâre și ridicare în timpul mișcării. Când platoul se rotește, a strat de aer, care asigură o pernă de aer pentru flotarea capului la o înălțime de 0,5 microni deasupra suprafeței discului.

Unitățile Winchester au o capacitate foarte mare: de la 10 la 100 GB. În modelele moderne, viteza axului (arborele rotativ) este de obicei de 7200 rpm, timpul mediu de căutare a datelor este de 9 ms, iar viteza medie de transfer de date este de până la 60 MB/s. Spre deosebire de o dischetă, un hard disk se rotește continuu. Toate unitățile moderne sunt echipate cache încorporat(de obicei 2 MB), ceea ce le îmbunătățește semnificativ performanța. Hard disk-ul este conectat la procesor prin controler de hard disk.

4. Unităţi CD

Aici mediul de stocare este CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory - un compact disc de pe care poți doar să citești).

CD-ROM-ul este un disc polimeric transparent cu un diametru de 12 cm și o grosime de 1,2 mm, pe o parte a căruia este pulverizat un strat reflectorizant de aluminiu, protejat de deteriorare printr-un strat de lac transparent. Grosimea acoperirii este de câteva zece miimi de milimetru.

Informațiile de pe disc sunt prezentate ca o secvență depresiuni(cavuri în disc) și proiecții(nivelul lor corespunde suprafeței discului), situat pe o pistă spiralată care iese din zona din apropierea axei discului. Pentru fiecare inch (2,54 cm) din raza discului există 16 mii de spire ale unei piste spiralate. Pentru comparație, doar câteva sute de piese se potrivesc pe raza de inch pe suprafața unui hard disk. Capacitatea CD-ului ajunge 780 MB. Informațiile sunt scrise pe disc atunci când sunt fabricate și nu pot fi modificate.

CD-ROM-urile au o capacitate de informare specifică mare, ceea ce face posibilă crearea pe baza lor de sisteme de ajutor și complexe educaționale cu o bază ilustrativă mare. Un CD are aceeași capacitate de informare ca aproape 500 de dischete. Citirea informațiilor de pe un CD-ROM are loc la o viteză destul de mare, deși vizibil mai mică decât viteza unităților de disc. CD-ROM-urile sunt simple și ușor de utilizat, au un cost unitar redus de stocare a datelor, practic nu se uzează, nu pot fi afectate de viruși și este imposibil să ștergeți accidental informațiile din acestea.

Spre deosebire de discurile magnetice, CD-urile nu au multe piese de apel, dar unul - spirală, precum discuri de gramofon. În acest sens, viteza unghiulară de rotație a discului nu este constantă. Descrește liniar pe măsură ce capul de citire cu laser se deplasează spre marginea discului.

Pentru a lucra cu CD-ROM trebuie să-l conectați la computer. Unitatea CD ROM(Fig. 2.9), care convertește o secvență de indentări și proeminențe de pe suprafața unui CD-ROM într-o secvență de semnale binare. În acest scop este folosit cap de citire cu microlaser si LED. Adâncimea depresiunilor de pe suprafața discului este egală cu un sfert din lungimea de undă a luminii laser. Dacă, în două cicluri succesive de citire a informațiilor, fasciculul de lumină al capului laser trece de la proeminența în partea de jos a depresiunii sau invers, diferența de lungimi a căilor luminii în aceste cicluri se schimbă într-o jumătate de undă, ceea ce determină o creștere sau scădere a luminii directe și reflectate de la disc lovind LED-ul împreună.

Dacă lungimea căii luminii nu se modifică în cicluri succesive de citire, atunci starea LED-ului nu se schimbă. Ca rezultat, curentul prin LED produce o secvență de semnale electrice binare corespunzătoare combinației de văi și vârfuri de pe urmă.

Diferitele lungimi ale traseului optic al unui fascicul de lumină în două cicluri succesive de citire a informațiilor corespund unităților binare. Lungimea egală corespunde zerourilor binare.

Astăzi, aproape toate computerele personale au o unitate CD-ROM. Dar multe programe multimedia interactive sunt prea mari pentru a încăpea pe un singur CD. Tehnologia CD-ROM este înlocuită rapid de tehnologia discurilor video digitale DVD.. Aceste discuri au aceeași dimensiune ca și CD-urile obișnuite, dar pot găzdui până la 17 GB de date, adică În ceea ce privește volumul, acestea înlocuiesc 20 de unități CD-ROM standard. Aceste discuri sunt lansate pe jocuri multimedia și videoclipuri interactive calitate excelentă, permițând spectatorului să vizualizeze episoade din diferite unghiuri ale camerei, să aleagă diferite opțiuni de final pentru film, să se familiarizeze cu biografiile actorilor care au jucat și să se bucure de o calitate excelentă a sunetului.

4. Unitate CD magneto-optică DVD

4.7 17 50-hd dvd 200 blue ray

Drive CALDE(Write And Read Many times), vă permite să scrieți și să citiți de mai multe ori.

5. Unități de bandă magnetică (streamere)

Streamerele vă permit să înregistrați o cantitate imensă de informații pe o casetă mică cu bandă magnetică. Instrumentele de compresie hardware încorporate în unitatea de bandă vă permit să comprimați automat informațiile înainte de a le înregistra și să le restaurați după ce le citiți, ceea ce crește cantitatea de informații stocate.

Dezavantajul streamerelor este viteza relativ scăzută de înregistrare, căutare și citire a informațiilor.

Unitate flash

Cristal pe care sunt înregistrate informațiile - 32 GB

20. MONITOARE CRISTALE LICHIDE. MONITOARE BAZATE PE CRT

Sistemul video computerizat este format din trei componente:

monitor(numit și afișaj);

adaptor video;

software(drivere de sistem video).

Adaptor video trimite semnale de control al luminozității fasciculului și semnale de scanare orizontală și verticală către monitor. Monitorizați transformă aceste semnale în imagini vizuale. A software procesează imagini video - efectuează codificarea și decodificarea semnalului, transformări de coordonate, compresie de imagini etc.

Marea majoritate a monitoarelor sunt proiectate pe baza tub catodic (CRT), iar principiul funcționării lor este similar cu principiul funcționării unui televizor. Monitoarele sunt alfanumerice și grafice, monocrome și color. Calculatoarele moderne sunt de obicei echipate cu monitoare grafice color.

1. Monitor bazat pe un tub catodic

Elementul principal de afișare este tub catodic. Partea sa din față, îndreptată spre privitor, este acoperită în interior fosfor - o substanță specială capabilă să emită lumină atunci când este lovită de electroni rapizi.

Fosforul se aplică sub formă de seturi de puncte de trei culori primare - roșu, verde Și albastru . Aceste culori sunt numite primare deoarece combinațiile lor (în diverse proporții) pot reprezenta orice culoare din spectru.

Seturile de puncte de fosfor sunt aranjate în triade triunghiulare. Formele triadei pixel- punctul din care se formează imaginea (ing. pixel - element imagine, element imagine).

Distanța dintre centrele pixelilor se numește monitorizarea punctului pas. Această distanță afectează semnificativ claritatea imaginii. Cu cât treapta este mai mică, cu atât claritatea este mai mare. De obicei, la monitoarele color, pasul este de 0,24 mm. Cu acest pas, ochiul uman percepe punctele triadei ca un punct al unei culori „complexe”.

Pe partea opusă a tubului sunt trei (în funcție de numărul de culori primare) tunuri cu electroni. Toate cele trei arme sunt „țintite” către același pixel, dar fiecare dintre ele emite un flux de electroni către „punctul său” de fosfor. Pentru ca electronii să ajungă nestingheriți pe ecran, aerul este pompat din tub și se creează o tensiune electrică ridicată între tunuri și ecran, accelerând electronii. Plasat în fața ecranului în calea electronilor masca- o placă metalică subțire cu un număr mare de găuri situate vizavi de punctele de fosfor. Masca asigură că fasciculele de electroni lovesc numai punctele de fosfor ale culorii corespunzătoare.

Mărimea curentului electronic al pistoalelor și, în consecință, luminozitatea pixelilor este controlată de semnalul care vine de la adaptorul video.

Pe partea balonului în care se află tunurile cu electroni, puneți-vă sistem de deviere monitor, care forțează fasciculul de electroni să parcurgă toți pixelii unul câte unul, linie cu linie, de sus în jos, apoi să revină la începutul liniei de sus etc.

Se apelează numărul de linii afișate pe secundă frecvența de scanare orizontală.Și se numește frecvența cu care se schimbă cadrele imaginii rata de cadre. Acesta din urmă nu trebuie să fie mai mic de 85 Hz, altfel imaginea va fi pâlpâie.

2. Monitoare LCD

Folosit din ce în ce mai mult împreună cu monitoarele CRT tradiționale. Cristale lichide- aceasta este o stare aparte a unor substante organice in care au fluiditate si capacitatea de a forma structuri spatiale asemanatoare celor cristaline. Cristalele lichide își pot modifica structura și proprietățile optice luminoase sub influența tensiunii electrice. Prin schimbarea orientării grupurilor de cristale folosind un câmp electric și folosind substanțe introduse într-o soluție de cristale lichide care poate emite lumină sub influența unui câmp electric, este posibil să se creeze imagini de înaltă calitate care transmit mai mult de 15 milioane de nuanțe de culoare .

Majoritatea monitoarelor LCD folosesc o peliculă subțire de cristale lichide plasată între două plăci de sticlă. Taxele sunt transferate prin așa-numitul matrice pasivă- o grilă de fire invizibile, orizontală și verticală, creând un punct de imagine la intersecția firelor (oarecum neclară datorită faptului că încărcăturile pătrund în zonele adiacente ale lichidului).

Matrici activeÎn loc de fire, ele folosesc un ecran transparent de tranzistori și oferă o imagine strălucitoare, practic fără distorsiuni. Ecranul este împărțit în celule independente, fiecare constând din patru părți (pentru trei culori primare și o rezervă). Se numește numărul de astfel de celule în funcție de latitudinea și înălțimea ecranului rezolutia ecranului. Monitoarele LCD moderne au o rezoluție de 642x480, 1280x1024 sau 1024x768. Astfel, ecranul are de la 1 la 5 milioane de puncte, fiecare dintre ele controlat de propriul său tranzistor. În ceea ce privește compactitatea, astfel de monitoare nu au egal. Ocupă de 2 - 3 ori mai puțin spațiu decât monitoarele CRT și sunt de același număr de ori mai ușoare; consumă mult mai puțină energie electrică și nu emit unde electromagnetice care afectează sănătatea umană.

21. IMPRIMANTE. PLOTTER. SCANNER

Există mii de tipuri de imprimante. Dar există trei tipuri principale de imprimante: matrice, laser și inkjet.

· Imprimante matriciale Folosesc o combinație de ace mici care lovesc panglica de cerneală, lăsând o amprentă a simbolului pe hârtie. Fiecare caracter imprimat pe imprimantă este format dintr-o serie de 9, 18 sau 24 de ace formate într-o coloană verticală. Dezavantajele acestor imprimante ieftine sunt funcționarea lor zgomotoasă și calitatea slabă a imprimării.

· Imprimante laser Ele funcționează în același mod ca și fotocopiatoarele. Computerul formează o „imagine” a unei pagini de text în memoria sa și o transmite imprimantei. Informațiile despre pagină sunt proiectate folosind un fascicul laser pe un tambur rotativ cu un strat fotosensibil care își schimbă proprietățile electrice în funcție de nivelul de lumină.

După iluminare, pulberea colorantă este aplicată pe tambur, care este sub tensiune electrică - toner, particule din care se lipesc de zonele iluminate ale suprafeței tamburului. Imprimanta folosește o rolă specială fierbinte pentru a trage hârtia sub tambur; Tonerul este transferat pe hârtie și „topit” în ea, lăsând o imagine durabilă, de înaltă calitate. Colorat Imprimantele laser sunt încă foarte scumpe.

· Imprimante cu jet de cerneală generează caractere ca o secvență puncte de cerneală. Capul de imprimare al imprimantei este mic duze, prin care se pulverizează pe pagină cerneală cu uscare rapidă. Aceste imprimante solicită calitatea hârtiei. Colorat imprimantele cu jet de cerneală creează culori prin combinarea cernelurilor patru culori primare - albastru strălucitor, violet, galben și negru.

Imprimanta este conectată la computer prin cablu imprimantă, al cărei capăt este introdus cu conectorul în cuib imprimantă, iar celălalt - în port imprimanta de calculator. Port- acesta este un conector prin care puteți conecta procesorul computerului la un dispozitiv extern.

Fiecare imprimantă trebuie să aibă propria sa conducător auto- un program care este capabil să traducă (traduce) comenzile standard de imprimare de computer în comenzi speciale necesare pentru fiecare imprimantă.

Ploterele sunt folosite pentru a produce desene de design complexe, planuri arhitecturale, hărți geografice și meteorologice și diagrame de afaceri. Ploterele desenează imagini folosind un stilou.

Plotere cu role derulați hârtia sub pix și plottere plat deplasați stiloul pe toată suprafața hârtiei care se află pe orizontală.

Un plotter, la fel ca o imprimantă, are nevoie cu siguranță de un program special - conducător auto, permițând programelor de aplicație să îi trimită instrucțiuni: ridicați și coborâți stiloul, trasați o linie de o anumită grosime etc.

Dacă imprimantele scot informații de pe un computer, atunci scanerele, dimpotrivă, transferați informații de pe documente pe hârtie în memoria computerului. Exista scanere de mână, care se rulează manual pe suprafața documentului și scanere plat, în aparență amintește de mașinile de copiat.

Memorie statică cu acces aleatoriu(SRAM, memorie statică cu acces aleatoriu) -- Memoria cu acces aleator semiconductor în care fiecare cifră binară sau ternară este stocată într-un circuit de feedback pozitiv care permite menținerea stării semnalului fără rescrierea constantă necesară în memoria dinamică (DRAM). Cu toate acestea, SRAM poate stoca date doar fără a le suprascrie atâta timp cât există putere, adică SRAM rămâne un tip de memorie volatil. Acces aleatoriu (RAM -- memorie cu acces aleatoriu) -- capacitatea de a selecta pentru scriere/citire oricare dintre biți (trite) (de obicei octeți (trăsături), depinde de caracteristicile de proiectare), spre deosebire de memoria cu acces secvenţial (SAM - - memorie de acces secvenţial).

SRAM binar

Orez. 1.

O celulă de memorie binară statică tipică (flip-flop binară) bazată pe tehnologia CMOS constă din două invertoare (inele) interconectate și tranzistoare cheie pentru a oferi acces la celulă (Fig. 1.). Adesea, pentru a crește densitatea de ambalare a elementelor de pe un cip, rezistențele din polisiliciu sunt utilizate ca sarcină. Dezavantajul acestei soluții este creșterea consumului de energie statică.

WL (Word Line) controlează două tranzistoare de acces. Linii BL și BL (Linie de biți) - liniile de biți sunt utilizate atât pentru scrierea datelor, cât și pentru citirea datelor.

Record. Când se aplică un „0” liniei BL sau BL, perechile de tranzistori conectate în paralel (M5 și M1) și (M6 și M3) formează circuite logice 2OR, aplicarea ulterioară a unui „1” la linia WL deschide tranzistorul. M5 sau M6, ceea ce duce la o comutare corespunzătoare a declanșatorului.

Citind. Când „1” este aplicat liniei WL, tranzistoarele M5 și M6 se deschid, nivelurile înregistrate în declanșator sunt setate pe liniile BL și BL și merg la circuitele de citire.

O celulă SRAM binară cu opt tranzistoare este descrisă în.

Comutarea bistabilelor prin tranzistoare de acces este o funcție implicită de comutare cu prioritate logică, care în mod explicit, pentru bistabile binare, este construită pe elemente logice cu două intrări 2SAU-NU sau 2ȘI-NU. Circuitul celulei de comutare explicită este un flip-flop RS convențional. Cu o schemă de comutare explicită, liniile de citire și scriere sunt separate, eliminând nevoia de tranzistori de acces (2 tranzistori per celulă), dar sunt necesari tranzistori cu dublă poartă în celula însăși.

În prezent, a apărut un circuit îmbunătățit (!) cu feedback care poate fi oprit de semnalul de înregistrare, care nu necesită tranzistori de sarcină și, în consecință, este lipsit de un consum mare de energie în timpul înregistrării.

Treime SRAM

Orez. 2. Proiect SRAM ternar pe bistabile ternare cu o singură cifră de trei biți

Un element logic 2OR-NOT constă din două tranzistoare cu două porți, trei din șase, plus trei tranzistoare de acces, pentru un total de nouă tranzistori pe o celulă de memorie de trei biți.

Avantaje

· Rapid acces. SRAM este o memorie cu acces aleatoriu cu adevărat; accesarea oricărei celule de memorie în orice moment necesită același timp.

· Design simplu de circuit - SRAM nu necesită controlere complexe.

· Sunt posibile frecvențe de sincronizare foarte scăzute, până la o oprire completă a impulsurilor de ceas.

Defecte

· Înalt Consumul de energie.

· Densitate scăzută de înregistrare (șase elemente pe bit, în loc de două pentru DRAM).

· Ca rezultat, costul unui kilobyte de memorie este mare.

Cu toate acestea, consumul mare de energie nu este o caracteristică fundamentală a SRAM-ului; se datorează ratelor de schimb ridicate cu acest tip de memorie internă a procesorului. Energia este consumată numai atunci când informațiile dintr-o celulă SRAM se modifică.

Aplicație

SRAM este utilizat în microcontrolere și FPGA, în care cantitatea de RAM este mică (câțiva kiloocteți), dar consum redus de energie (datorită absenței unui controler de memorie dinamică complex), timp de funcționare previzibil al subrutinelor și depanare direct pe dispozitiv sunt necesare.

În dispozitivele cu o cantitate mare de RAM, memoria de lucru este executată ca DRAM. SRAM este ceea ce face registre și memorie cache.

DRAM (memorie dinamică cu acces aleatoriu)-- un tip de memorie cu acces aleatoriu (RAM) cu semiconductor volatil, de asemenea, dispozitivul de stocare cel mai utilizat ca RAM în computerele moderne.

Din punct de vedere fizic, memoria DRAM este formată din celule create din material semiconductor, fiecare dintre acestea putând stoca o anumită cantitate de date, de la 1 la 4 biți. Setul de celule ale unei astfel de memorie formează un „dreptunghi” condiționat, constând dintr-un anumit număr de rânduri și coloane. Un astfel de „dreptunghi” se numește pagină, iar colecția de pagini se numește bancă. Întregul set de celule este împărțit condiționat în mai multe zone.

Ca dispozitiv de stocare, memoria DRAM este un modul de diferite modele, constând dintr-o placă electrică pe care se află cipurile de memorie și un conector necesar pentru conectarea modulului la placa de bază.

Orez. 3. Fig. 3.1

Din punct de vedere fizic, memoria DRAM este un set de celule de stocare care constau din condensatoare și tranzistoare situate în interiorul cipurilor de memorie semiconductoare.

Dacă nu există sursă de alimentare pentru acest tip de memorie, condensatoarele sunt descărcate și memoria este golită (resetată la zero). Pentru a menține tensiunea necesară pe plăcile condensatoarelor celulelor și pentru a păstra conținutul acestora, acestea trebuie reîncărcate periodic prin aplicarea tensiunii lor prin comutatoare cu tranzistori. Această menținere dinamică a încărcării condensatorului este principiul fundamental de funcționare al memoriei DRAM. Condensatorii sunt încărcați când un bit este scris în „celulă” și descărcați atunci când un bit zero trebuie să fie scris în „celulă”.

Un element important al acestui tip de memorie este un amplificator de sens conectat la fiecare dintre coloanele „dreptunghiului”. El, reacționând la fluxul slab de electroni care se repetă prin tranzistoarele deschise de pe plăcile condensatoarelor, citește întreaga pagină. Este pagina care este porțiunea minimă de schimb cu memoria dinamică, deoarece schimbul de date cu o singură celulă este imposibil.

Regenerare

Spre deosebire de memoria statică de tip SRAM (memorie de acces aleatoriu statică engleză), care este un tip de memorie structural mai complex și mai scump și este folosită în principal în memoria cache, memoria DRAM este realizată pe baza unor condensatoare mici, care își pierd rapid încărcarea, deci informații trebuie actualizat la anumite intervale pentru a evita pierderea datelor. Acest proces se numește regenerare a memoriei. Este implementat de un controler special instalat pe placa de baza sau pe cipul procesorului central. Într-un timp numit pas de reîmprospătare, un întreg rând de celule este rescris în DRAM, iar după 8-64 ms, toate rândurile de memorie sunt reîmprospătate.

Procesul de regenerare a memoriei în versiunea clasică încetinește semnificativ funcționarea sistemului, deoarece în acest moment schimbul de date cu memoria este imposibil. Regenerarea bazată pe iterația de rând convențională nu este utilizată în tipurile moderne de DRAM. Există mai multe opțiuni mai economice pentru acest proces - avansat, lot, distribuit; Cea mai economică este regenerarea ascunsă (umbră).

memoria cache de declanșare a computerului

Declanșatoare

Trigger (sistemul de declanșare) este o clasă de dispozitive electronice care au capacitatea de a rămâne într-una din două sau mai multe stări stabile pentru o perioadă lungă de timp și de a le alterna sub influența semnalelor externe. Fiecare stare de declanșare este ușor de recunoscut după valoarea tensiunii de ieșire.

Prin natura acțiunii lor, declanșatoarele aparțin dispozitivelor cu impulsuri - elementele lor active (tranzistoare, lămpi) funcționează în modul de comutare, iar schimbarea stării durează foarte puțin.

RAM colectată pe flip-flop se numește memorie statică cu acces aleatoriu sau pur și simplu memorie statică. Avantajul acestui tip de memorie este viteza. Deoarece declanșatoarele sunt asamblate pe porți, iar timpul de întârziere a porții este foarte scurt, comutarea stării de declanșare are loc foarte rapid. Acest tip de memorie nu este lipsit de dezavantaje. În primul rând, grupul de tranzistori care formează un flip-flop este mai scump, chiar dacă sunt gravați în milioane pe un singur substrat de siliciu. În plus, un grup de tranzistori ocupă mult mai mult spațiu, deoarece liniile de comunicație trebuie să fie gravate între tranzistoarele care formează flip-flop. Folosit pentru memorie RAM ultra-rapidă.

Informații generale. Memoria statică (Static Random Access Memory - SRAM) este capabilă să stocheze date pe termen nelimitat fără acces (în prezența tensiunii de alimentare), adică. V static modul. Celulele de memorie statică sunt construite pe elemente cu două stări stabile (celule bistabile sau flip-flops). În comparație cu elementele de memorie capacitivă dinamică, acestea sunt mai ușor de gestionat și nu necesită regenerare, dar sunt mai complexe în circuite și ocupă mai mult spațiu pe cip. Performanța și consumul de energie al memoriei statice sunt determinate de tehnologia de fabricație și de proiectarea circuitelor celulelor de stocare. Cea mai rentabilă memorie CMOS este potrivită pentru stocarea de date pe termen lung atunci când este alimentată de o baterie cu consum redus. Este utilizat în memoria de configurare a computerelor personale. Timpul de acces la memoria CMOS este mai mare de 100 ns. Cea mai rapidă memorie statică are timpi de acces de câteva nanosecunde (și chiar zecimi de nanosecundă). O astfel de memorie este capabilă să funcționeze la frecvența magistralei sistemului împreună cu procesorul, fără a necesita cicluri de așteptare de la acesta.

Capacitatea de memorie tipică a cipurilor SRAM moderne ajunge la 1 Mbit sau mai mult. Exista trei soiuri Chip-uri de memorie statică: Async SRAM, Sync Burst SRAM și Pipelined Burst SRAM. Costul specific relativ ridicat al stocării datelor la o densitate scăzută de ambalare nu permite utilizarea SRAM ca memorie principală a computerelor.

Pentru a evita creșterea costurilor, computerele sunt echipate cu o cantitate mică de SRAM de mare viteză, care este folosită ca cache. Memoria cache este capabilă să funcționeze la viteze de ceas apropiate sau egale cu cele ale procesorului. Prin urmare, este utilizat direct de procesor la citire și scriere, ceea ce reduce numărul de întreruperi și crește performanța computerului în ansamblu. Controlerul cache anticipează nevoile de date ale procesorului și preîncărcă datele necesare în memoria cache de mare viteză. Când procesorul emite o adresă de memorie, datele sunt transferate nu din RAM lentă, ci din cache.

Pentru a reduce latența și timpul de nefuncționare a procesorului la citirea datelor din RAM de viteză redusă, computerele moderne oferă până la Trei niveluri de cache. În acest caz, memoria cache a primului și celui de-al doilea nivel poate fi localizată pe același cip cu procesorul. Utilizarea funcționării sincrone cu procesorul și modul batch pipelined crește viteza și eficiența memoriei cache. Capacitățile și eficiența memoriei cache sunt determinate de controler, care se află în cipurile logice ale sistemului (de obicei North Bridge) sau pe placa procesorului.

Astfel, principalele caracteristici ale RAM statică includ:

abilitate atunci când computerul este pornit păstrați atâta timp cât doriți date (informatii) in lipsa solicitarilor. Această capacitate este asigurată de celulele de memorie bistabile, care sunt implementate pe structuri bipolare sau CMOS;
relativ performanta ridicata microcircuite bazate pe structuri bipolare (timpul de acces este de câteva nanosecunde), permițând funcționarea sincron cu procesoarele la frecvențe peste 500 MHz;
consum redus de putere Chip-uri CMOS care asigură stocarea pe termen lung a parametrilor sistemului de intrare/ieșire (BIOS);
relativ dimensiuni mari microcircuite și preț mare, care este asociat cu un număr mare de tranzistoare și cu plasarea lor grupată (se folosesc grupuri de șase tranzistoare);
tipic Memorie Cipurile SRAM ajung la 1 Mbit sau mai mult;
principal zona de aplicare– memorie cache și memoria de configurare a computerului.

Memoria statică - SRAM (Static Random Access Memory), după cum sugerează și numele, este capabilă să stocheze informații într-un mod static - adică pentru o perioadă nedeterminată de timp în absența accesului (dar în prezența tensiunii de alimentare). Celulele de memorie statică sunt implementate pe flip-flop - elemente cu două stări stabile. În comparație cu memoria dinamică, aceste celule sunt mai complexe și ocupă mai mult spațiu pe cip, dar sunt mai ușor de gestionat și nu necesită regenerare. Performanța și consumul de energie al memoriei statice sunt determinate de tehnologia de fabricație și de proiectarea circuitelor celulelor de stocare.
Cea mai economică memorie statică CMOS (sau CMOS Memory) este, în același timp, cea mai lentă memorie de acest tip, are un timp de acces de peste 100 de nanosecunde, dar este potrivită pentru stocarea pe termen lung a informațiilor atunci când este alimentată de o putere redusă. baterie. Memoria CMOS este utilizată în computerele personale pentru a stoca datele de configurare și pentru a implementa un ceas intern.
Cea mai rapidă memorie statică are un timp de acces de câteva nanosecunde, ceea ce îi permite să funcționeze la viteza magistralei de sistem a procesorului fără a necesita cicluri de așteptare ale procesorului. Costul specific relativ ridicat al stocării informațiilor și consumul mare de energie cu o densitate scăzută de ambalare a elementelor nu permite utilizarea SRAM ca RAM pentru computer.
Dispozitivele de memorie statică (SRAM) au avantajul față de cele dinamice că timpul lor de acces este aproape egal cu timpul ciclului de scriere sau citire. Realizată folosind aceeași tehnologie ca și procesorul, memoria statică are performanțe ridicate. Principala limitare în utilizarea memoriei statice este costul. Cu o capacitate egală cu memoria dinamică, memoria statică este de aproximativ patru ori mai scumpă. Prin urmare, acest tip de memorie a devenit larg răspândit în sistemele de înaltă performanță ca memorie cache externă (față de procesor). Raportul preț/performanță în aceste sisteme nu joacă un rol atât de important. Cu toate acestea, odată cu apariția cipurilor de memorie statică de mare capacitate și reducerea costurilor, stereotipul existent de utilizare a circuitelor de memorie se va schimba și producătorii de computere pot înlocui memoria dinamică cu memorie statică, în timp ce, între timp, elementele de memorie statică sunt utilizate în RAM ca un buffer de conductă rapid pentru pregătirea datelor pentru a scoate date către magistrală în fiecare ciclu al magistralei de sistem.
Structura unui cip de memorie statică
Elementul de memorie din RAM statică este un declanșator format din tranzistori. Structura unui cip de memorie statică (Fig. 1.) include o matrice de stocare care conține M x N elemente de memorie.

Memoria dinamică (DRAM) este un tip de memorie cu acces aleatoriu utilizat în dispozitivele de calcul, în special în computere. DRAM stochează fiecare bit de date într-o componentă electronică pasivă separată care se află în interiorul unei plăci de circuite integrate. Fiecare componentă electrică are două stări de valoare într-un bit, numite 0 și 1. Trebuie actualizată frecvent, altfel informația dispare. DRAM are un condensator și un tranzistor pe bit, spre deosebire de memoria statică cu acces aleatoriu (SRAM), care necesită 6 tranzistori. Condensatorii și tranzistorii folosiți sunt extrem de mici. Există milioane de condensatoare și tranzistoare care se potrivesc într-un singur cip de memorie.

Ca o formă de tehnologie de memorie, memoria RAM dinamică a apărut din dezvoltarea microprocesoarelor timpurii și dezvoltările legate de circuite integrate. La mijlocul anilor 1960, au început să apară în unele produse electronice moderne care au folosit anterior o formă de memorie magnetică sub forma unui mic toroid de ferită pentru fiecare element. Desigur, această memorie „principală” era foarte scumpă, iar versiunile integrate erau mai atractive pe termen lung.

Ideea tehnologiei DRAM a apărut relativ devreme în cronologia circuitului integrat cu semiconductor. O formă timpurie a fost folosită în calculatorul Toshiba, care a fost lansat în 1966 dintr-o componentă discretă, iar apoi ideea a fost brevetată doi ani mai târziu. Următoarea etapă a dezvoltării tehnologiei a avut loc în 1969, când Honeywell, care a intrat pe piața computerelor, a cerut Intel să creeze memorie dinamică folosind trei idei de celule tranzistoare. CI DRAM rezultat a fost numit Intel 1102 și a apărut la începutul anului 1970. Cu toate acestea, dispozitivul a avut mai multe probleme, după care Intel a dezvoltat o nouă tehnologie care a funcționat mai fiabil.

Noul dispozitiv rezultat a apărut la sfârșitul anului 1970 și a fost numit Intel 1103. Tehnologia a avansat și mai mult când MOSTEK și-a lansat MK4096 în 1973. După cum indică numărul piesei, dispozitivul avea o capacitate de 4 k. Principalul său avantaj era că includea o abordare multiplexată în rânduri și coloane. Această nouă abordare a făcut posibilă încadrarea în pachete cu mai puține contacte. Ca rezultat, avantajul de cost a crescut față de abordările anterioare cu fiecare creștere a capacității de memorie.

Acest lucru a permis tehnologiei MOSTEK să câștige mai mult de 75% din cota de piață globală. MOSTEK a pierdut în cele din urmă în fața producătorilor japonezi, deoarece au reușit să producă dispozitive mai bune la un preț mai mic.

DRAM este memorie dinamică și SRAM este memorie statică. Cipurile DRAM de pe placă sunt actualizate la fiecare câteva milisecunde. Acest lucru se face prin rescrierea datelor în modul. Cipurile care necesită actualizare sunt memoria volatilă. DRAM accesează direct memoria, păstrează memoria pentru o perioadă scurtă de timp și își pierde datele atunci când este întreruptă alimentarea.

SRAM este unul care este static și nu trebuie actualizat. Deoarece rulează mult mai rapid, este folosit în registre și memoria cache. SRAM stochează date și funcționează la viteze mai mari decât DRAM-ul plăcii de bază, deoarece este mult mai ieftin de fabricat.

DRAM este un tip de memorie semiconductoare pe care un proiectant de sistem o poate folosi atunci când construiește un computer. Opțiunile alternative de memorie includ RAM statică (SRAM), memorie programabilă doar pentru citire (EEPROM), NOR Flash și NAND Flash. Multe sisteme folosesc mai mult de un tip de memorie.

Tipuri de plăci de circuite imprimate și sisteme de citire

Cele trei tipuri principale de plăci de circuite imprimate care conțin cipuri de memorie sunt modulele de memorie integrate duale (DIMM), modulele de memorie cu o singură linie (SIMM) și modulele de memorie Rambus in-line (RIMM).

Astăzi, majoritatea plăcilor de bază folosesc DIMM-uri. Rata de reîmprospătare a modulului pentru DRAM este la fiecare câteva milisecunde (1/1000 dintr-o secundă). Această actualizare este efectuată de controlerul de memorie situat pe chipsetul plăcii de bază. Deoarece logica de reîmprospătare este folosită pentru a reîmprospăta automat, placa DRAM este destul de complexă.

Există diverse sisteme utilizate pentru actualizare, dar toate metodele necesită un contor pentru a ține evidența rândului care trebuie actualizat după cum urmează. Celulele DRAM sunt organizate ca o matrice pătrată de condensatoare, de obicei 1024 cu 1024 celule. Când o celulă este în stare de citire, întregul rând este citit și actualizarea este scrisă înapoi. Când se află în starea de „scriere”, întregul rând este „citit”, o valoare este schimbată și apoi întregul rând este rescris.

În funcție de sistem, există cipuri DRAM care conțin contorul, în timp ce alte sisteme se bazează pe logica de actualizare periferică. Timpul de acces este de aproximativ 60 de nanosecunde, în timp ce SRAM poate ajunge la 10 nanosecunde. În plus, timpul de ciclu al DRAM este mult mai lung decât cel al SRAM. Durata ciclului este mai scurtă deoarece nu trebuie să se oprească între apeluri și actualizări.

DRAM este succesorul SRAM-ului. Designerii de memorie au redus numărul de elemente pe bit și au eliminat liniile diferențiale de biți pentru a păstra zona cipului pentru crearea DRAM. Drept urmare, este mai ieftin de produs decât SRAM. Dar SRAM păstrează unele avantaje față de DRAM. Comparația memoriei statice și dinamice:

SRAM nu trebuie reîmprospătat, deoarece funcționează prin comutarea fluxului de curent într-una din cele două direcții, în loc să păstreze încărcarea într-o locație de stocare.
Este de obicei folosit pentru memoria cache care poate fi accesată mai rapid decât DRAM.
SRAM este capabil să citească și să scrie biți de octeți și este mai rapid la citire și scriere decât DRAM, care scrie date la nivel de octet și citește la nivel de pagină cu mai mulți octeți.
Diferentele de putere sunt determinate in functie de daca sistemul este in modul activ sau in stare de repaus. DRAM necesită mai puțină putere decât SRAM atunci când este activă, dar SRAM consumă mult mai puțină energie atunci când este inactiv.

Există multe tipuri sau interfețe pentru comunicarea cu DRAM. Acestea includ modul rapid de pagină (FPM DRAM), date extinse din DRAM (EDO RAM) și DRAM sincron (SDRAM). SDRAM este un nume generic pentru tipurile de DRAM care sunt tactate de un microprocesor. Acestea includ SDRAM cu viteză unică de date (SDR), SDRAM cu viteză dublă de date (DDR), DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM și DDR4 SDRAM.

Cum funcționează RAM

Dispozitivele de memorie dinamică au tehnologia MOS la baza proiectării, producției și funcționării lor. Privind cum funcționează memoria DRAM, puteți vedea că RAM sau DRAM de bază utilizează un condensator pentru a stoca fiecare bit de date și un dispozitiv de transfer - un MOSFET - care acționează ca un comutator.

Nivelul de încărcare al condensatorului unei celule de memorie determină dacă acel bit este un „1” sau „0” logic - prezența sarcinii în condensator indică un „1” logic, iar absența sarcinii indică o logică „ 0". RAM de alocare dinamică a memoriei are un format specific care îi permite să fie bine împachetat pe un cip de siliciu, făcându-l foarte ieftin. La fiecare celulă RAM dinamică sunt conectate două linii - o linie Word (W/L) și o linie de biți (B/L), astfel încât celula dorită din matrice să poată citi sau scrie date.

Celula de bază

Celula de memorie de bază prezentată ar fi una dintre multele mii sau milioane de astfel de celule dintr-un cip de memorie complet. Acestea pot avea o capacitate de 256 Mbit sau mai mult. Pentru a îmbunătăți capacitățile și viteza de scriere și citire, memoria este alocată dinamic și împărțită în submatrice. Având mai multe subbariere scurtează cuvintele și șirurile de biți, iar acest lucru reduce timpul de acces la celulele individuale. De exemplu, 256 Mbit DRAM poate fi împărțit în 16 matrice mai mici de 16 Mbit.

Cele liniare controlează intrarea liniilor de transmisie, în timp ce binurile de biți sunt conectate la canalul FET și în cele din urmă conectate la amplificatoarele de câștig. Există două moduri de a organiza șirurile de biți:

Linii de biți stivuite. Vă puteți gândi la o pereche de linii de biți adiacente ca o linie de biți pliată în jumătate, cu conexiunea de pe slot conectată la un amplificator partajat. Acest format oferă imunitate suplimentară la zgomot, dar în detrimentul compactității.
Linii de biți deschise. În această configurație, liniile sunt plasate între două subregii, conectând astfel fiecare amplificator de semnal la o linie de biți din fiecare matrice. Aceasta oferă o soluție mai compactă decât liniile de biți pliate în detrimentul imunității la zgomot.

Una dintre problemele acestui circuit este că condensatorii nu își mențin încărcarea la nesfârșit, deoarece există o oarecare scurgere prin condensator. Ar fi inacceptabil ca memoria să-și piardă datele, iar pentru a depăși această problemă, datele sunt actualizate periodic. Datele sunt citite și scrise, iar acest lucru asigură că orice scurgere este depășită și datele sunt recuperate.

Unul dintre elementele cheie ale memoriei DRAM este faptul că datele sunt actualizate periodic. De obicei, producătorii specifică că fiecare rând trebuie actualizat la fiecare 64 ms. Acest interval de timp respectă standardele JEDEC pentru perioadele de reîmprospătare dinamică a memoriei RAM.

Există multe moduri prin care puteți actualiza. Unele sisteme de procesoare actualizează fiecare rând împreună la fiecare 64 ms. Alte sisteme actualizează câte un rând, dar acest lucru are dezavantajul că cu memorii mari rata de actualizare devine foarte rapidă. Alte sisteme, în special sistemele în timp real unde viteza este importantă, adoptă abordarea de a avea o parte din memoria semiconductoare dependentă simultan de un temporizator extern care controlează funcționarea restului sistemului. Astfel, nu interferează cu funcționarea sistemului.

Indiferent de metoda folosită, este necesar ca contorul să poată urmări următoarea linie din DRAM care trebuie actualizată. Unele cipuri includ un contor, altfel trebuie adăugat un dispozitiv suplimentar în acest scop. Poate părea că circuitele de reîmprospătare necesare pentru memoria DRAM ar adăuga complexitate designului general al memoriei și ar face-o mai scumpă. Cu toate acestea, s-a constatat că circuitele suplimentare nu reprezintă o problemă serioasă dacă pot fi integrate în cipul de memorie. Și, de asemenea, s-a dovedit a fi mult mai ieftin și are o capacitate mult mai mare decât celălalt competitor al său principal, RAM statică (SRAM).

Raportul semnal-zgomot

Pe măsură ce memoriile cresc în dimensiune, problema raportului semnal-zgomot devine foarte importantă, deoarece poate cauza probleme de corupție a datelor. Aceasta depinde de raportul dintre capacitatea condensatorului de stocare din DRAM și capacitatea cuvântului sau a liniei de biți care este descărcată atunci când este accesată celula. Pe măsură ce densitatea de biți per cip crește, raportul se înrăutățește pe măsură ce aria celulei scade datorită adăugării mai multor celule la linia de biți.

Din acest motiv, este important să stocați atât tensiune înaltă pe condensator, cât și să creșteți cât mai mult posibil capacitatea de stocare DRAM pentru zone date. Acest lucru este foarte important deoarece sensibilitatea încărcăturii mici de pe condensatorul unei celule de memorie este una dintre cele mai provocatoare zone ale designului chipului de memorie DRAM. Ca urmare a acestui fapt, unele circuite complexe au fost incluse în cipurile de memorie.

Cipurile de memorie DRAM sunt utilizate pe scară largă, iar tehnologia este foarte bine dovedită. Și cipurile de memorie și pluginurile sunt disponibile pentru a extinde memoria computerelor și a multor alte dispozitive. Deși DRAM are dezavantajele sale, este încă utilizat pe scară largă deoarece oferă multe avantaje în ceea ce privește costul și viteza satisfăcătoare, nu este cea mai rapidă, dar este totuși mult mai rapidă decât alte tipuri de memorie.

Există mai multe tipuri în familia de memorie DRAM, inclusiv asincronă, sincronă, EDO, BEDO, FPM și altele. Pe lângă tipul de tehnologie de memorie, aceasta poate fi conținută și în mai multe tipuri de pachete IC. DRAM-uri este disponibilă și în formate de module și există mai multe tipuri de module de memorie, inclusiv DIMM-uri, SIMM-uri, RIMM-uri etc. Astfel, este necesar să înțelegem toate tipurile diferite de DRAM și formatele în care memoria poate fi obținută, instalată. si folosit.

Când studiem tehnologia memoriei în sine, există o mare varietate de diferite tipuri de DRAM. DRAM asincronă este tipul de bază pe care se bazează toate celelalte tipuri. Cele asincrone au conexiuni pentru alimentare, intrări de adrese și linii de date bidirecționale. Deși acest tip de DRAM este asincron, sistemul este condus de controlerul de memorie, care este sincronizat, iar acest lucru limitează viteza sistemului pentru a multiplica viteza de ceas. Cu toate acestea, funcționarea DRAM în sine nu este sincronă.

Alocare de memorie

Alocarea dinamică a memoriei este procesul prin care programelor și serviciilor de calculator li se atribuie spațiu de memorie fizic sau virtual. De fapt, este procesul de rezervare a unei părți parțiale sau complete a memoriei computerului pentru executarea programelor și proceselor. Alocarea memoriei se realizează printr-un proces cunoscut sub numele de management al memoriei prin sistemul de operare și aplicațiile software.

Alocarea dinamică a memoriei are două tipuri principale:

Alocarea statică a memoriei, memoria este alocată unui program în timpul compilării.
Alocarea dinamică a memoriei, programelor li se alocă memorie în timpul rulării.

Procesul de alocare a memoriei este foarte asemănător cu gestionarea memoriei fizice și virtuale. Programelor și serviciilor li se atribuie o memorie specifică în funcție de cerințele lor în timpul execuției. Odată ce un program și-a încheiat activitatea sau este inactiv, memoria este eliberată și atribuită unui alt program sau îmbinată în memoria primară.

Optimizarea utilizării memoriei

Memoria dinamică a arduino este sub formă de flash.Unde programul în sine este stocat și nu poate fi schimbat decât atunci când utilizatorul încarcă un nou program, numit „schiță”, de pe computer și reține ceea ce este descărcat chiar dacă este alimentat. oprit. Când verifică sau încărcă o schiță, computerul va raporta în fereastră cât de mult flash există și cât de mult a fost folosit dacă „modul detaliat” este activat în setări.

De fiecare dată când este încărcată o miniatură nouă, aceasta o suprascrie pe cea veche. Arduino are doar un program la un moment dat, iar atunci când Arduino este alimentat cu energie, programul rulează pentru totdeauna. Majoritatea Arduino-urilor moderne au aproximativ 32K de memorie flash, care este destul de mică și limitează dimensiunea programelor (caiete de schițe) pe care le puteți descărca. Dar SRAM este adevărata limită pentru multe lucruri. Utilizatorul chiar trebuie să fie atent în planificare pentru a minimiza ceea ce trebuie păstrat cu adevărat. Și dacă încearcă să folosească prea mult, Arduino pur și simplu nu va funcționa. Utilizatorul nu va putea efectua nici măcar cele mai minime acțiuni de depanare până când computerul nu este repornit.

SRAM este cel mai valoros produs de memorie de pe Arduino. Deși defectele SRAM sunt probabil cele mai frecvente probleme de memorie pe Arduino. Sunt greu de diagnosticat. Dacă programul eșuează în mod inexplicabil, există șanse mari ca utilizatorul să se prăbușească stiva din cauza faptului că nu are suficientă SRAM. Există o serie de lucruri care pot fi făcute pentru a reduce utilizarea SRAM:

Eliminați variabilele neutilizate.
Liniile de rezervă.
Mutați datele permanente în PROGMEM.
Reducerea dimensiunilor tamponului.
Reducerea variabilelor supradimensionate.

Orice variabilă pe care utilizatorul o definește fie în partea de sus a programului, în interiorul unei funcții, fie chiar din mers într-o buclă for va folosi probabil SRAM, deși unele variabile nu sunt niciodată stocate în SRAM. De fiecare dată când Arduino este pornit prin pornire sau resetare, toate variabilele sale sunt reinițializate implicit și trebuie să învețe din nou mediul cu care lucrează.

Lucrul cu memoria dinamică - un aspect important important de luat în considerare la proiectarea unui sistem. De fapt, există un al treilea tip de memorie - EEPROM, care poate fi scrisă și va fi păstrată în cazul unei pene de curent. Arduino poate scrie 300 de EEPROM pe secundă, dacă utilizatorul nu este atent, atunci teoretic această viteză poate distruge o celulă de memorie în 5 minute, iar întreaga EEPROM în două zile.