Пам'ять ЕОМ

Пам'ять комп'ютера призначена для зберігання інформації й характеризується наступними основними параметрами:

· об'ємом (ємністю), тобто максимально можливим числом блоків даних, розташовуваних у пам'яті;

· швидкодією, що характеризується середнім часом звертання до пам'яті (середнім часом пошуку, зчитування й/або запису одного блоку даних);

· ціною, віднесеної до одного блоку збережених даних.

Пам'ять комп'ютера має ієрархічну структуру у зв'язку з тим, що в єдиному запам'ятовувальному пристрої не вдається одночасно належною мірою задовольнити вимоги великого об'єму пам'яті й високої швидкодії. Тому звичайно до складу процесора включають швидкодіючу кеш-пам'ять порівняно малого об'єму (часто також поділювану на два або три рівні), далі в міру росту об'єму й часу звертання до пам'яті виділяють оперативну пам'ять і зовнішню пам'ять.

Фізично кеш і оперативна пам'ять у сучасних комп'ютерах, як правило, є напівпровідниковими. Для реалізації зовнішньої пам'яті використають магнітні й оптичні принципи запису й читання інформації.

Залежно від складу виконуваних операцій розрізняють кілька типів пам'яті. Пам'ять із довільним доступом (операціями як читання, так і запису) звичайно позначають RAM (Random Access Memory), а постійну пам'ять, призначену тільки для читання, — ROM (Read Only Memory).

В якості елементів оперативної пам'яті використають осередки, що представляють собою конденсатори. Заряджений конденсатор зберігає "1", розряджений — "0". Під час зчитування інформації конденсатори розряджаються. Крім того, заряд у конденсаторі через витік зберігається обмежений час (декілька мілісекунд). Тому необхідна підзарядка, що виконується в процесі регенерації інформації. Ця обставина обумовила назву пам'яті подібного типу — динамічна пам'ять або DRAM (Dynamic RAM). Малі розміри й простота елементів DRAM дозволяють одержати досить велику ємність пам'яті, але через витрати часу на регенерацію знижується швидкодія.

З метою підвищення швидкодії DRAM розроблено кілька модифікацій цього типу пам'яті. Синхронна пам'ять типу SDRAM (Synchronous DRAM) відрізняється від асинхронної пам'яті типу DRAM тим, що такти роботи пам'яті засинхронізовані з тактами роботи процесора. Це дозволяє виключити цикли очікування, що мають місце в DRAM.

У пам'яті типу DDR SDRAM (Double Date Rate SDRAM) швидкодію вдалося збільшити вдвічі в порівнянні з попередніми типами DRAM за рахунок того, що звертання до пам'яті відбуваються двічі за такт - як по передньому, так і по задньому фронту тактових сигналів.

У більш швидкій статичній пам'яті SRAM (Static RAM) елементами пам'яті є бістабільні осередки, при зчитуванні інформація не губиться й регенерації не потрібно. Тому SRAM більш швидкодіюча пам'ять і використається як кеш-пам'ять. Однак SRAM значно дорожче DRAM.

Пам'ять ROM може бути однократно програмувальною, тобто дозволяти лише однократний первісний запис інформації, або бути перепрограмувальною пам'яттю. В останньому випадку розрізняють види пам'яті EPROM (Electrically Programmable ROM) і EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), що називається також флеш-памятью. Властивість репрограмуємості заснована на використанні Моп-транзисторів із двома затворами – основним і схованим у шарі діелектрика. Подача імпульсу підвищеної напруги на Моп-транзистори в осередках, які повинні зберігати нулі, приводить до появи на схованому затворі електричного заряду, що перешкоджає утворенню провідного каналу, що й відповідає зберіганню нуля. Стан нуля зберігається практично необмежений час, але при перепрограмуванні заряд ліквідується за допомогою зовнішнього ультрафіолетового випромінювання (в EPROM) або електричного імпульсу, що подається на затвори (в EEPROM). Ультрафіолетове випромінювання приводить до поступової зміни властивостей напівпровідника, тому пам'ять EPROM допускає лише обмежене число перепрограмувань, крім того, перезапис відбувається з порівняно більшими витратами часу. Тому в цей час основна увага приділяється розвитку пам'яті типу EEPROM.

Прикладом використання ROM може служити пам'ять ROM BIOS (ROM Basic Input Output System) у ПК, що зберігає дані для керування стандартними зовнішніми пристроями.

Іноді говорять про пам'ять типу ECC. Це тип пам'яті, у якій реалізований режим ECC (Error Control Correction) контролю фукціювання пам'яті з відновленням помилок. У цьому режимі виправляються одиночні помилки в групах з 8 байтів.

Зовнішня пам'ять, реалізована на магнітних носіях, представлена накопичувачами на магнітних дисках і магнітних стрічках. Розрізняють накопичувачі на твердих магнітних дисках (вінчестери) і накопичувачі на гнучких магнітних дисках. У них зберігають багаторазово використовувані програми й файли даних. Накопичувачі на магнітних стрічках, що мають низьку вартість зберігання, але порівняно великий час пошуку інформації, в основному використають для архівів даних.

Для підвищення швидкодії зовнішньої пам'яті й відмовостійкості застосовують підсистеми зовнішньої пам'яті з високою готовністю, що реалізують технологію надлишкових масивів дисків RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disks), об'єднаних в один блок із загальним інтелектуальним контролером. RAID є спосіб організації роботи декількох фізичних дисків аналогічно одному логічному диску, при якому дисковий масив представляється прикладній задачі як один диск. Як правило, масиви RAID використовуються в серверах для забезпечення надійності за рахунок дублювання даних.