Реферат: Классификация оперативной памяти

Введение

Оперативное запоминающее устройство является, пожалуй, одним из самых первых устройств вычислительной машины. Она присутствовала уже в первом поколении ЭВМ по архитектуре (“Информатика в понятиях и терминах”), созданных в сороковых — в начале пятидесятых годов двадцатого века. За эти пятьдесят лет сменилось не одно поколение элементной базы, на которых была построена память. Поэтому автор приводит некоторую классификацию ОЗУ по элементной базе и конструктивным особенностям.

1. Энергозависимая и энергонезависимая память

ЭВМ первого поколения по элементной базе были крайне ненадежными. Так, среднее врем работы до отказа для ЭВМ “ENIAC” составляла 30 минут. Скорость счета при этом была не сравнима со скоростью счета современных компьютеров. Поэтому требования к сохранению данных в памяти компьютера при отказе ЭВМ были строже, чем требования к быстродействию оперативной памяти. Вследствие этого в этих ЭВМ использовалась энергонезависимая память.

????????????????? ?????? ????????? ??????? ????????? ? ??? ?????? ??????????????? ????? (?? ?????? ??????) ??? ?????????? ???????. ???? ????? ? ???????? ????????????????? ?????? ?????????????? ?????????? ??????????. ??? ???????????? ????? ???, ????????????? ?? ??????????? ?????????? ? ????????. ??????? ??????????????? ???, ??? ????? ??????????? ??????????? ?? ??????????????? ?? ???????? ?????????? ??? ????? ??????????? ????????????? ????????.

Рис. B.1. Диаграмма намагниченности ферритов.

?????????? ????? ??????????????? ????? ?????????? ???????? ???????? (????????? ????????? 0 ??? 1, ?????? ??????? B.1.) ???????, ?????? ?????, ?????????? ?? ??????? B.2, ??????????? ?????? ?????????? ??????? ?????? ???????? ? 1 ???. ?????? ?? ?????????? ??????????? ???????? ???????? ? ????????????: ???? ?? ???????????????? ?????????? ??????????? ????? ? ????????????? ????? ????????????? ???????. ??????? ? ?????????? ?????????? ?????????? ???? ??? ????????????????? ?????? ????? ?????????? ??????????????? ? ????? ???????, ????????? ? ???????. ??? ?? ?????, ?????? ?????? ????? ??-???????? ????? ?????? ?? ?????? ??????? ??????????????? ??????, ??????? ????? ?? ???????? ? ??? ??? ?????????? ?????? ??????????, ?????? ????? ???????.

Рис. B.2. Схема элемента памяти на ферритовых сердечниках.

Полупроводниковая память.

В отличие от памяти на ферритовых сердечниках полупроводниковая память энергозависимая. Это значит, что

при выключении питания ее содержимое теряется.

Преимуществами же полупроводниковой памяти перед ее заменителями являются:

· малая рассеиваемая мощность;

· высокое быстродействие;

· компактность.

Эти преимущества намного перекрывают недостатки полупроводниковой памяти, что делают ее незаменимой в ОЗУ современных компьютеров.

2. SRAM и DRAM.

Полупроводниковая оперативная память в настоящее время делится на статическое ОЗУ (SRAM) и динамическое ОЗУ (DRAM). Прежде, чем объяснять разницу между ними, рассмотрим эволюцию полупроводниковой памяти за последние сорок лет.

2.1. Триггеры.

Триггером называют элемент на транзисторах, который может находиться в одном из двух устойчивых состояний (0 и 1), а по внешнему сигналу он способен менять состояние [Информатика в понятиях и терминах/М., Просвещение, 1991 г. — 208 с.: ил. — стр. 91]. Таким образом, триггер может служить ячейкой памяти, хранящей один бит информации. Любой триггер можно создать из трех основных логических элементов: И, ИЛИ, НЕ. Поэтому все, что относится к элементной базе логики, относится и к триггерам. Сама же память, основанная на триггерах, называется статической (SRAM) .

2.2. Элементная база логики.

1.
РТЛ —резистивно-транзисторна логика. Исторически является первой элеентной базой логики, работающей на ЭВМ второго поколения. Обладает большой рассеивающей мощностью (свыше 100 мВт на логический элемент). Не применялась уже в ЭВМ третьего поколения.

2. ТТЛ, или Т² Л —транзисторно-транзисторна логика. Реализована на биполярных транзисторах. Использовалась в интегральных схемах малой и средней степени интеграции. Обладает временем задержки сигнала в логическом элементе 10— нс, а потребляемая мощность на элемент —10 мВт.

3.
ТТЛ-Шотки —это модификация ТТЛ с использованием диода Шотки. Обладает меньшим временем задержки (3 нс) и высокой рассеиваемой мощностью (20 мВт).

4.

???, ??? ?² ? ????????????? ?????????? ??????. ??? ????????????? ???, ??????? ????????? ??????? ???????? ?? ?????????? ??????????? ?????? ???? (pnp ??? npn), ? ????????????? ?????????????? p+n+p ??????????? ? ??????????? ?????????????? npn ???????????. ??? ????????? ??????? ??????? ????????? ????????? ?? ??? ? ????. ??? ???? ???????????? ???????? ????? 50 ???? ?? ??????? ? ????? ???????? ??????? ? 10 ??.

5. ЭСЛ —логические элементы с эмиттерными связями. Эта логика также построена на биполярных транзисторах. Время задержки в них —0,5 —2 нс, потребляема мощность —25 —50 мВт.

6.
Элементы на МДП (МОП) —транзисторах. Это схемы, в которых биполярные транзисторы заменены на полевые. Время задержки таких элементов составляет от 1 до 10 нс, потребляемая мощность — от 0,1 до 1,0 мВт

7. CMOS) КМОП —логика (комплементарная логика.) В этой логике используются симметрично включенные n-МОП и p-МОП транзисторы. Потребляема мощность в статическом режиме —50 мкВт, задержка —10 —50 нс.

Как видно из этого обзора, логика на биполярных транзисторах самая быстрая, но одновременно самая дорогая и обладает высокой мощностью рассеяния (и значит —лучше “греется”.) При прочих равных условиях логика на полевых транзисторах более медленная, но обладает меньшим электропотреблением и меньшей стоимостью.

2.3. SRAM. Замечания.

Из предыдущего раздела Вы узнали, что является элементной базой статического ОЗУ. Как Вы уже поняли, статическое ОЗУ —дорогой и неэкономичный вид ОЗУ. Поэтому его используют в основном для кэш-памяти, регистрах микропроцессорах и системах управления RDRAM (смотри раздел B.3.3.5).

2.4. DRAM. Что это такое?

Для того, чтобы удешевить оперативную память, в 90-х годах XX века вместо дорогого статического ОЗУ на триггерах стали использовать динамическое ОЗУ (DRAM). Принцип устройства DRAM следующий: система металл-диэлектрик-полупроводник способна работать как конденсатор. Как известно, конденсатор способен некоторое время “держать” на себе электрический заряд. Обозначив “заряженное” состояние как 1 и “незаряженное” как 0, мы получим ячейку памяти емкостью 1 бит. Поскольку заряд на конденсаторе рассеивается через некоторый промежуток времени (который зависит от качества материала и технологии его изготовления), то его необходимо периодически “подзаряжать” (регенерировать ), считывая и вновь записывая в него данные. Из-за этого и возникло понятие “динамическая” дл этого вида памяти.