Классификация основных видов памяти персональных компьютеров

2.1.2 СТАТИСТИЧЕСКАЯ ПАМЯТЬ С ПРОИЗВОЛЬНЫМ ДОСТУПОМ

SRAM - статическая оперативная память с произвольным доступом (SRAM - Static Random Access Memory) — полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный разряд хранится в схеме с положительной обратной связью, позволяющей поддерживать состояние сигнала без постоянной перезаписи, необходимой в динамической памяти (DRAM). Произвольный доступ (RAM — random access memory) — возможность выбирать для записи/чтения любой из битов (чаще байтов, зависит от особенностей конструкции), в отличие от памяти с последовательным доступом (SAM — sequental access memory).

Типичная ячейка статической памяти на КМОП-технологии состоит из двух перекрёстно включенных инверторов и ключевых транзисторов для обеспечения доступа к ячейке. Часто для увеличения плотности упаковки элементов на кристалле в качестве нагрузки применяют поликремниевые резисторы. Недостатком такого решения является рост статического энергопотребления.

CMOS  RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)

CMOS – это всего лишь статистическая оперативная память небольшого объема с низким энергопотреблением. Первые CMOS-микросхемы имели объем в 64 байта, у следующего поколения объем возрос вдвое – до 128 байт. Современные модели имеют 512 байт памяти и более, которая используется для хранения настроечных параметров компьютера и дополнительных конфигураций данных ESCD(Extended System Configuration Data), используемых для работы системы PnP. Питается эта память от небольшого аккумулятора, встроенного в материнскую плату.

Кэш-память

Для достаточно быстрых компьютеров (например, на основе Intel-80386 с тактовой частотой более 25 МГц или Intel-80486) необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать, и быстродействие компьютера уменьшится. Для этого такие компьютеры могут оснащаться кэш-памятью, т.е. «сверхоперативной» памятью относительно небольшого объема (обычно от 64 до 256 Кбайт), в которой хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. Кэш-память располагается «между» микропроцессором и оперативной памятью, и при обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.

2.2 ПОСТОЯННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ПЗУ или ROM)

ПЗУ - быстрая, энергонезависимая память, которая, предназначенная только для чтения. Информация заносится в нее один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере). В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере.

В ПЗУ находятся:

        тестовые программы, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков;

        программы для управления основными периферийными устройствами -дисководом, монитором, клавиатурой;

        информация о том, где на диске расположена операционная система.

Типы ПЗУ:

1.     ПЗУ с масочным программированием это память, в которую информация записана раз и навсегда в процессе изготовления полупроводниковых интегральных схем. Постоянные запоминающие устройства применяются только в тех случаях, когда речь идет о массовом производстве, т.к. изготовление масок для интегральных схем частного применения обходится весьма недешево.

2.      ППЗУ (программируемое постоянное запоминающее устройство).

Программирование ПЗУ – это однократно выполняемая операция, т.е. информация, когда-то записанная в ППЗУ, впоследствии изменена быть не может.

3.     СППЗУ (стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство). При работе с ним, пользователь может запрограммировать его, а затем стереть записанную информацию.

4.     ЭИПЗУ (электрически изменяемое постоянное запоминающее устройство). Его программирование и изменение осуществляются с помощью электрических средств. В отличии от СППЗУ для стирания информации, хранимой в ЭИПЗУ, не требуется специальных внешних устройств.

3. ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ

Внешняя память предназначена для долговременного хранения информации независимо от того, работает ЭВМ или нет. Характеризуется она более низким быстродействием, но позволяет хранить существенно больший объем информации по сравнению с оперативной памятью. Во внешнюю память записывают информацию, которая не меняется в процессе решения задачи, программы, результата решения и т.д. Внешнее запоминающее устройство - (относительно) медленное запоминающее устройство большой емкости. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер.

Для хранения программ и данных в персональных компьютерах используют различного рода накопители, общая емкость которых, как правило, в сотни раз превосходит емкость оперативной памяти. По отношению к компьютеру накопители могут быть внешними и встраиваемыми (внутренними). Внешние накопители имеют собственный корпус и источник питания, что экономит пространство внутри корпуса компьютера и уменьшает нагрузку на его блок питания. Встраиваемые накопители крепятся в специальных монтажных отсеках (drive bays), что позволяет создавать компактные системы, которые совмещают в системном блоке все необходимые устройства. Сам накопитель можно рассматривать как совокупность носителя и соответствующего привода. Различают накопители со сменными и несменными носителями.

Накопители информации представляют собой гамму запоминающих устройств с различным принципом действия физическими и технически эксплуатационными характеристиками. Основным свойством и назначением накопителей информации является хранение и воспроизведение информации. Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. В связи с видом и техническим исполнением носителя информации различают: электронные, дисковые (магнитные, оптические, магнитооптические), ленточные, перфорационные и другие устройства.

3.1 ДИСКОВЫЕ УСТРОЙСТВА

Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую

Дисковые устройства как накопители информации принято делить в связи с их техническими свойствами и характером исполнения, а также принципами записи:

1. магнитные дисковые накопители

2. оптические дисковые накопители

3. магнитооптические дисковые накопители

В настоящее время, гибкие дисковые накопители уже не используются. Но все еще широко используются жесткие дисковые накопители.

Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД - винчестер)

Накопитель на жёстких магнитных дисках, НЖМД, жёсткий диск, хард, харддиск, HDD, HMDD или винчестер, (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD) — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах.

Информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В некоторых НЖМД используется одна пластина, в других — несколько на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

История прогресса накопителей

1956 — жесткий диск IBM 350 в составе первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Накопитель занимал ящик размером с большой холодильник, а общий объем памяти 50 вращавшихся в нем покрытых чистым железом тонких дисков диаметром с большую пиццу (610 мм) составлял около 4,4 мегабайт (5 миллионов 6-битных байт)

1980 — первый 5,25-дюймовый Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб

1986 — Стандарт SCSI

1991 — Максимальная ёмкость 100 Мб

1995 — Максимальная ёмкость 2 Гб

1997 — Максимальная ёмкость 10 Гб

1998 — Стандарты UDMA/33 и ATAPI

1999 — IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб

2002 — Взят барьер адресного пространства выше 137 Гб (проблема 48-bit LBA)

2003 — Появление SATA

2005 — Максимальная ёмкость 500 Гб

2005 — Стандарт Serial ATA 3G

2005 — Появление SAS (Serial Attached SCSI)

2006 — Применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях

2006 — Появление первых «гибридных» жёстких дисков, содержащих блок флэш-памяти

2007 — Hitachi представляет первый коммерческий накопитель ёмкостью 1 Тб

2008 — Seagate Technology LLC представляет накопитель емкостью 1,5 Тб

CD

CD-R (Compact Disc-Recordable, Записываемый Компакт-Диск) — разновидность компакт-диска (CD), разработанная компаниями Philips и Sony для однократной записи информации. CD-R поддерживает все возможности стандарта «Red Book» и плюс к этому позволяет записать данные. Обычные CD-R диски обладают объемом памяти 700Мб. На такой диск можно записть информацию только один раз. Так же существуют CD-RW диски. От  CD-R они отличаются тем, что они являются перезаписываемыми, информацию можно записывать несколько раз. Объем памяти у них тот же, что и у CD-R.

DVD

Самое основное отличие от CD - это, естественно, объем записываемой информации. На один DVD-диск влезет от 4,7 до 17 Гб.

В DVD используется лазер с меньшей длиной волны, что позволило существенно увеличить плотность записи, а кроме того, DVD подразумевает возможность двухслойной записи информации, то есть на поверхности компакта находится один слой, поверх которого наносится еще один, полупрозрачный, и первый считывается сквозь второй параллельно.
В самих носителях тоже отличий больше, чем кажется на первый взгляд.

Из-за того, что плотность записи существенно возросла, а длина волны стала меньше, изменились и требования к защитному слою - для DVD он составляет 0,6 мм против 1,2 мм у обычных CD. Естественно, что диск такой толщины будет значительно более хрупким, по сравнению с классической болванкой.

Поэтому еще 0,6 мм обычно заливаются пластиком с двух сторон, чтобы получились те же 1,2 мм. Но самый главный бонус такого защитного слоя в том, что благодаря его малому размеру на одном компакте стало возможным записывать информацию с двух сторон, то есть удваивать его емкость, при этом оставляя размеры практически прежними.

Существует пять разновидностей DVD-дисков:
1.              DVD5 - однослойный односторонний диск, 4,7 Гб, или два часа видео;
2.              DVD9 - двухслойный односторонний диск, 8,5 Гб, или четыре часа видео;
3.              DVD10 - однослойный двухсторонний диск, 9,4 Гб, или 4,5 часа видео;
4.              DVD14 - двухсторонний диск, два слоя на одной и один на другой стороне, 13,24 Гб, или 6,5 часов видео;
5.              DVD18 - двухслойный двухсторонний диск, 17 Гб, или более восьми часов видео.
Последний вариант, DVD18, из-за слишком дорогой и сложной технологии производства в природе встречается очень редко. Самые популярные стандарты - DVD5 и DVD9.

3.2 ФЛЭШ-ПАМЯТЬ

Флэш-память (англ. Flash-Memory) — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Не содержит подвижных частей, так что, в отличие от жёстких дисков, более надёжна и компактна. Информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков).

Недостатком, по сравнению с жёсткими дисками, является большая цена при меньшем объёме. Так, для самых больших флеш-карт объём составляет около 64 Гб. Работа по устранению этого недостатка уже ведётся: компания Apple выпустила флеш-носители ёмкостью до 160 Гб. А в конце 2007 года компания Toshiba объявила о начале выпуска флеш-носителей объёмом до 256 Гб. Флэш-память используется в картах памяти и USB флэш-накопителях.

Карта памяти внешне представляет собой небольшую пластиковую коробочку, внутри которой находится микросхема флеш-памяти и (не во всех типах) контроллер памяти. Наружу выведены контакты интерфейса.

В настоящее время применяются следующие виды карт памяти:

Compact Flash TypeI (CF I)

Compact Flash TypeII (CF II)

Memory Stick

SecureDigital (SD)

miniSD

xD-Picture Card (xD)

MultiMediaCard (MMC)

RS-MMC

SmartMedia Card (SMC)

Все данные типы карт различаются по интерфейсу, типу использованной флэш-памяти, ,геометрическим размерам и т.д.

3.3 SSD НАКОПИТЕЛИ

Твердотельный жесткий диск (Solid State Disk – SSD) – накопитель данных, основанный на флеш – памяти. Состоит из массива микросхем флеш – памяти и контроллера, обеспечивающего взаимодействие с компьютером по интерфейсу SATA или ATA. Выпускаются в стандартных форм – факторах 1,8″, 2,5″ и 3,5″.