Что такое озу и пзу в компьютере

Что такое озу и пзу в компьютере

Сравнительная характеристика ОЗУ и ПЗУ

Постоянная память,
или
постоянное запоминающее устройство
(ПЗУ или ROM, англ.)

Оперативная память,
или
оперативное запоминающее устройство
(ОЗУ или RAM, англ.)

служит для хранения программ начальной загрузки компьютера и тестирования его узлов. Используется только для чтения.

предназначена для хранения информации, изменяющейся в ходе выполнения процессором операций по ее обработке. Используется как для чтения, так и для записи информации.

энергонезависима, то есть записанная в ней информация не изменяется после выключения компьютера.

энергозависима, то есть вся информация хранится в этой памяти только тогда, когда компьютер включен.

Физически для построения запоминающего устройства типа RАМ используют микросхемы динамической и статической памяти, для которых сохранение бита информации означает сохранение электрического заряда (именно этим объясняется энергозависимость всей оперативной памяти, то есть потеря при выключении компьютера всей информации, хранимой в ней).

Оперативная память компьютера физически выполняется на элементах динамической RАМ, а для согласования работы сравнительно медленных устройств (в нашем случае динамической RАМ) со сравнительно быстрым микропроцессором используют функционально для этого предназначенную кэш-память, построенную из ячеек статической RАМ. Таким образом, в компьютерах присутствуют одновременно оба вида RАМ. Физически внешняя кэш-память также реализуется в виде микросхем на платах, которые вставляются в соответствующие слоты на материнской плате.

Необходимо заметить, что современные процессоры имеют свою внутреннюю кэш-память (таким образом, кэш- памятей в компьютере несколько), одна — самая быстрая и маленькая — встроена непосредственно в процессор. Например, процессор Mendocino (Celeron — A) имеет кэш-память 128 кбайт, а процессор Intel Pentium II — 512 кбайт.

В современных PC есть быстрая память еще одного вида, имеющая специальное назначение. Видеопамять хранит закодированное изображение экрана монитора. В IВМ РС видеопамять является компонентой контроллера (видеоадаптера, видеокарты), управляющего работой дисплея.

Логическая организация памяти современных персональных компьютеров достаточно сложна и включает в себя несколько различных уровней. Стандартная или конвенциональная память (Conventional memory) во всех IBM-совместимых компьютерах имеет стандартный размер — 640 Кбайт. Затем следует зона так называемой “верхней” памяти (UMB — Upper Memory Blocks) размером в 384 Кбайта.

Часть обычной стандартной области ОЗУ по необходимости используется для хранения резидентной части операционной системы, драйверов периферийных устройств. Но основное ее назначение — загрузка в нее исполняемых программ.

Регистровая память процессора — это внутренняя память процессора (иногда называется СОЗУ — сверхоперативное запоминающее устройство). Регистров немного (у IВМ РС их 14). Каждый из регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты. Полученные результаты переписываются из регистров процессора в ячейки ОЗУ.

Обмен информацией между процессором и внутренней памятью производится машинными словами (из регистра в ячейку и обратно). Адрес ячейки, в которую направляется информация, передаваемая по шине данных, передается процессором по адресной шине.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.

По типу исполнения

Массив данных совмещён с устройством выборки (считывающим устройством), в этом случае массив данных часто в разговоре называется «прошивка»:

Один из внутренних ресурсов однокристальной микроЭВМ (микроконтроллера), как правило FlashROM.

Массив данных существует самостоятельно:

монтажные «1» и монтажные «0».

По разновидностям микросхем ПЗУ

По технологии изготовления кристалла:

ROM — (англ. readonly memory, постоянное запоминающее устройство), масочное ПЗУ, изготавливается фабричным методом. В дальнейшем нет возможности изменить записанные данные.

PROM — (англ. programmable readonly memory, программируемое ПЗУ (ППЗУ)) — ПЗУ, однократно «прошиваемое» пользователем.

EPROM — (англ. erasable programmable readonly memory, перепрограммируемое ПЗУ (ПППЗУ)). Например, содержимое микросхемы К537РФ1 стиралось при помощи ультрафиолетовой лампы. Для прохождения ультрафиолетовых лучей к кристаллу в корпусе микросхемы было предусмотрено окошко с кварцевым стеклом.

EEPROM — (англ. electrically erasable programmable readonly memory, электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ). Память такого типа может стираться и заполняться данными несколько десятков тысяч раз. Используется в твердотельных накопителях. Одной из разновидностей EEPROM является флеш-память (англ. flash memory).

ПЗУ на магнитных доменах, например К1602РЦ5, имело сложное устройство выборки и хранило довольно большой объём данных в виде намагниченных областей кристалла, при этом не имея движущихся частей (см. Компьютерная память). Обеспечивалось неограниченное количество циклов перезаписи.

NVRAM, non-volatile memory — «неразрушающаяся» память, строго говоря, не является ПЗУ. Это ОЗУ небольшого объёма, конструктивно совмещённое с батарейкой. В СССР такие устройства часто назывались «Dallas» по имени фирмы, выпустившей их на рынок. В NVRAM современных ЭВМ батарейка уже конструктивно не связана с ОЗУ и может быть заменена.

По виду доступа:

С параллельным доступом (parallel mode или random access): такое ПЗУ может быть доступно в системе в адресном пространстве ОЗУ. Например, К573РФ5;

С последовательным доступом: такие ПЗУ часто используются для однократной загрузки констант или прошивки в процессор или ПЛИС, используются для хранения настроек каналов телевизора, и др. Например, 93С46, AT17LV512A.

По способу программирования микросхем (записи в них прошивки):

Читайте также:  Зависает при удалении файла

ПЗУ, программируемые только с помощью специального устройства — программатора ПЗУ (как однократно, так и многократно прошиваемые). Использование программатора необходимо, в частности, для подачи нестандартных и относительно высоких напряжений (до +/- 27 В) на специальные выводы.

Внутрисхемно (пере)программируемые ПЗУ (ISP, in-system programming) — такие микросхемы имеют внутри генератор всех необходимых высоких напряжений, и могут быть перепрошиты без программатора и даже без выпайки из печатной платы, программным способом.

В постоянную память часто записывают микропрограмму управления техническим устройством: телевизором, сотовым телефоном, различными контроллерами, или компьютером (BIOS или OpenBoot на машинах SPARC).

BootROM — прошивка, такая, что если её записать в подходящую микросхему ПЗУ, установленную в сетевой карте, то становится возможна загрузка операционной системы на компьютер с удалённого узла локальной сети. Для встроенных в ЭВМ сетевых плат BootROM можно активировать через BIOS.

ПЗУ в IBM PC-совместимых ЭВМ располагается в адресном пространстве с F600:0000 по FD00:0FFF

Исторические типы ПЗУ

Постоянные запоминающие устройства стали находить применение в технике задолго до появления ЭВМ и электронных приборов. В частности, одним из первых типов ПЗУ был кулачковый валик, применявшийся в шарманках, музыкальных шкатулках, часах с боем.

С развитием электронной техники и ЭВМ возникла необходимость в быстродействующих ПЗУ. В эпоху вакуумной электроники находили применение ПЗУ на основе потенциалоскопов, моноскопов, лучевых ламп. В ЭВМ на базе транзисторов в качестве ПЗУ небольшой емкости широко использовались штепсельные матрицы. При необходимости хранения больших объёмов данных (для ЭВМ первых поколений — несколько десятков килобайт) применялись ПЗУ на базе ферритовых колец (не следует путать их с похожими типами ОЗУ). Именно от этих типов ПЗУ и берет свое начало термин «прошивка» — логическое состояние ячейки задавалось направлением навивки провода, охватывающего кольцо. Поскольку тонкий провод требовалось протягивать через цепочку ферритовых колец для выполнения этой операции применялись металлические иглы, аналогичные швейным. Да и сама операция наполнения ПЗУ информацией напоминала процесс шитья. Да и вообще прошивали молодые девушки [ источник не указан 103 дня ] .

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ)

Очень часто в различных применениях требуется хранение информации, которая не изменяется в процессе эксплуатации устройства. Это такая информация как программы в микроконтроллерах, начальные загрузчики (BIOS) в компьютерах, таблицы коэффициентов цифровых фильтров в сигнальных процессорах, DDC и DUC, таблицы синусов и косинусов в NCO и DDS. Практически всегда эта информация не требуется одновременно, поэтому простейшие устройства для запоминания постоянной информации (ПЗУ) можно построить на мультиплексорах. Иногда в переводной литературе постоянные запоминающие устройства называются ROM (read only memory — память доступная только для чтения). Схема такого постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), построенная на мультиплексоре.

В этой схеме построено постоянное запоминающее устройство на восемь одноразрядных ячеек. Запоминание конкретного бита в одноразрядную ячейку производится запайкой провода к источнику питания (запись единицы) или запайкой провода к корпусу (запись нуля). На принципиальных схемах такое устройство обозначается как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Обозначение постоянного запоминающего устройства на принципиальных схемах.

Для того, чтобы увеличить разрядность ячейки памяти ПЗУ эти микросхемы можно соединять параллельно (выходы и записанная информация естественно остаются независимыми). Схема параллельного соединения одноразрядных ПЗУ приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема многоразрядного ПЗУ (ROM).

В реальных ПЗУ запись информации производится при помощи последней операции производства микросхемы — металлизации. Металлизация производится при помощи маски, поэтому такие ПЗУ получили название масочных ПЗУ. Еще одно отличие реальных микросхем от упрощенной модели, приведенной выше — это использование кроме мультиплексора еще и демультиплексора. Такое решение позволяет превратить одномерную запоминающую структуру в двухмерную и, тем самым, существенно сократить объем схемы дешифратора, необходимого для работы схемы ПЗУ. Эта ситуация иллюстрируется следующим рисунком:

Рисунок 4. Схема масочного постоянного запоминающего устройства (ROM).

Масочные ПЗУ изображаются на принципиальных схемах как показано на рисунке 5. Адреса ячеек памяти в этой микросхеме подаются на выводы A0 . A9. Микросхема выбирается сигналом CS. При помощи этого сигнала можно наращивать объем ПЗУ (пример использования сигнала CS приведён при обсуждении ОЗУ). Чтение микросхемы производится сигналом RD.

Рисунок 5. Условно-графическое обозначение масочного ПЗУ (ROM) на принципиальных схемах.

Программирование масочного ПЗУ производится на заводе изготовителе, что очень неудобно для мелких и средних серий производства, не говоря уже о стадии разработки устройства. Естественно, что для крупносерийного производства масочные ПЗУ являются самым дешевым видом ПЗУ, и поэтому широко применяются в настоящее время. Для мелких и средних серий производства радиоаппаратуры были разработаны микросхемы, которые можно программировать в специальных устройствах — программаторах. В этих ПЗУ постоянное соединение проводников в запоминающей матрице заменяется плавкими перемычками, изготовленными из поликристаллического кремния. При производстве ПЗУ изготавливаются все перемычки, что эквивалентно записи во все ячейки памяти ПЗУ логических единиц. В процессе программирования ПЗУ на выводы питания и выходы микросхемы подаётся повышенное питание. При этом, если на выход ПЗУ подаётся напряжение питания (логическая единица), то через перемычку ток протекать не будет и перемычка останется неповрежденной. Если же на выход ПЗУ подать низкий уровень напряжения (присоединить к корпусу), то через перемычку запоминающей матрицы будет протекать ток, который испарит ее и при последующем считывании информации из этой ячейки ПЗУ будет считываться логический ноль.

Читайте также:  Как попасть в геймдев

Такие микросхемы называются программируемыми ПЗУ (ППЗУ) или PROM и изображаются на принципиальных схемах как показано на рисунке 6. В качестве примера ППЗУ можно назвать микросхемы 155РЕ3, 556РТ4, 556РТ8 и другие.

Рисунок 6. Условно-графическое обозначение программируемого постоянного запоминающего устройства (PROM) на принципиальных схемах.

Программируемые ПЗУ оказались очень удобны при мелкосерийном и среднесерийном производстве. Однако при разработке радиоэлектронных устройств часто приходится менять записываемую в ПЗУ программу. ППЗУ при этом невозможно использовать повторно, поэтому раз записанное ПЗУ при ошибочной или промежуточной программе приходится выкидывать, что естественно повышает стоимость разработки аппаратуры. Для устранения этого недостатка был разработан еще один вид ПЗУ, который мог бы стираться и программироваться заново.

ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием строится на основе запоминающей матрицы построенной на ячейках памяти, внутреннее устройство которой приведено на следующем рисунке:

Рисунок 7. Запоминающая ячейка ПЗУ с ультрафиолетовым и электрическим стиранием.

Ячейка представляет собой МОП транзистор, в котором затвор выполняется из поликристаллического кремния. Затем в процессе изготовления микросхемы этот затвор окисляется и в результате он будет окружен оксидом кремния — диэлектриком с прекрасными изолирующими свойствами. В описанной ячейке при полностью стертом ПЗУ, заряда в плавающем затворе нет, и поэтому транзистор ток не проводит. При программировании ПЗУ, на второй затвор, находящийся над плавающим затвором, подаётся высокое напряжение и в плавающий затвор за счет туннельного эффекта индуцируются заряды. После снятия программирующего напряжения индуцированный заряд остаётся на плавающем затворе, и, следовательно, транзистор остаётся в проводящем состоянии. Заряд на плавающем затворе подобной ячейки может храниться десятки лет.

Структурная схема описанного постоянного запоминающего устройства не отличается от описанного ранее масочного ПЗУ. Единственное отличие — вместо плавкой перемычки используется описанная выше ячейка. Такой вид ПЗУ называется репрограммируемыми постоянными запоминающими устройствами (РПЗУ) или EPROM. В РПЗУ стирание ранее записанной информации осуществляется ультрафиолетовым излучением. Для того, чтобы этот свет мог беспрепятственно проходить к полупроводниковому кристаллу, в корпус микросхемы ПЗУ встраивается окошко из кварцевого стекла.

При облучении микросхемы РПЗУ, изолирующие свойства оксида кремния теряются, накопленный заряд из плавающего затвора стекает в объем полупроводника, и транзистор запоминающей ячейки переходит в закрытое состояние. Время стирания микросхемы РПЗУ колеблется в пределах 10 — 30 минут.

Количество циклов записи — стирания микросхем EPROM находится в диапазоне от 10 до 100 раз, после чего микросхема РПЗУ выходит из строя. Это связано с разрушающим воздействием ультрафиолетового излучения на оксид кремния. В качестве примера микросхем EPROM можно назвать микросхемы 573 серии российского производства, микросхемы серий 27сXXX зарубежного производства. В РПЗУ чаще всего хранятся программы BIOS универсальных компьютеров. РПЗУ изображаются на принципиальных схемах как показано на рисунке 8.

Рисунок 8. Условно-графическое обозначение РПЗУ (EPROM) на принципиальных схемах.

Так так корпуса с кварцевым окошком очень дороги, а также малое количество циклов записи — стирания привели к поиску способов стирания информации из РПЗУ электрическим способом. На этом пути встретилось много трудностей, которые к настоящему времени практически решены. Сейчас достаточно широко распространены микросхемы с электрическим стиранием информации. В качестве запоминающей ячейки в них используются такие же ячейки как и в РПЗУ, но они стираются электрическим потенциалом, поэтому количество циклов записи — стирания для этих микросхем достигает 1000000 раз. Время стирания ячейки памяти в таких ПЗУ уменьшается до 10 мс. Схема управления для электрически стираемых программируемых ПЗУ получилась сложная, поэтому наметилось два направления развития этих микросхем:

ЕСППЗУ (EEPROM) — электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство

Электрически стираемые ППЗУ (EEPROM) дороже и меньше по объему, но зато позволяют перезаписывать каждую ячейку памяти отдельно. В результате эти микросхемы обладают максимальным количеством циклов записи — стирания. Область применения электрически стираемых ПЗУ — хранение данных, которые не должны стираться при выключении питания. К таким микросхемам относятся отечественные микросхемы 573РР3, 558РР3 и зарубежные микросхемы EEPROM серии 28cXX. Электрически стираемые ПЗУ обозначаются на принципиальных схемах как показано на рисунке 9.

Рисунок 9. Условно-графическое обозначение электрически стираемого постоянного запоминающего устройства (EEPROM) на принципиальных схемах.

В последнее время наметилась тенденция уменьшения габаритов ЭСППЗУ за счет уменьшения количества внешних выводов микросхем. Для этого адрес и данные передаются в микросхему и из микросхемы через последовательный порт. При этом используются два вида последовательных портов — SPI порт и I2C порт (микросхемы 93сXX и 24cXX серий соответственно). Зарубежной серии 24cXX соответствует отечественная серия микросхем 558РРX.

FLASH — ПЗУ отличаются от ЭСППЗУ тем, что стирание производится не каждой ячейки отдельно, а всей микросхемы в целом или блока запоминающей матрицы этой микросхемы, как это делалось в РПЗУ.

Читайте также:  Уравнение плоскости по координатам трех точек

Рисунок 10. Условно-графическое обозначение FLASH памяти на принципиальных схемах.

При обращении к постоянному запоминающему устройству сначала необходимо выставить адрес ячейки памяти на шине адреса, а затем произвести операцию чтения из микросхемы. Эта временная диаграмма приведена на рисунке 11.

Рисунок 11. Временные диаграммы сигналов чтения информации из ПЗУ.

На рисунке 11 стрелочками показана последовательность, в которой должны формироваться управляющие сигналы. На этом рисунке RD — это сигнал чтения, A — сигналы выбора адреса ячейки (так как отдельные биты в шине адреса могут принимать разные значения, то показаны пути перехода как в единичное, так и в нулевое состояние), D — выходная информация, считанная из выбранной ячейки ПЗУ.

RAM и ROM оба являются внутренней памятью компьютера. Где RAM — это временная память, ROMпостоянная память компьютера. Существует много различий между ОЗУ и ПЗУ, но основное отличие состоит в том, что ОЗУ — это память для чтения и записи, а ПЗУ — только для чтения. Я обсудил некоторые различия между RAM и ROM с помощью сравнительной таблицы, показанной ниже.

Сравнительная таблица

Основа для сравнения баран ПЗУ
основной Это память чтения-записи. Это только для чтения памяти.
использование Используется для хранения данных, которые в данный момент должны временно обрабатываться процессором. В нем хранятся инструкции, необходимые во время начальной загрузки компьютера.
летучесть Это летучая память. Это энергонезависимая память.
Стенды для Оперативная память. Только для чтения памяти.
модификация Данные в ПЗУ могут быть изменены. Данные в ПЗУ не могут быть изменены.
Вместимость Объем оперативной памяти от 64 МБ до 4 ГБ. ПЗУ сравнительно меньше ОЗУ.
Стоимость RAM — более дорогая память. ПЗУ сравнительно дешевле ОЗУ.
Тип Типы оперативной памяти: статическая и динамическая. Типы ПЗУ: ПРОМ, СППЗУ, ЭСППЗУ.

Определение ОЗУ

RAM — оперативная память ; это означает, что центральный процессор может напрямую обращаться к любому адресу в оперативной памяти. Оперативная память — это быстро доступная память компьютера. Временно хранит данные.

RAM — это энергозависимая память. ОЗУ хранит данные до включения питания. Как только питание ЦП отключается, все данные в ОЗУ стираются. Данные, которые должны быть обработаны в данный момент, должны находиться в оперативной памяти. Объем памяти ОЗУ составляет от 64 МБ до 4 ГБ.

Оперативная память — самая быстрая и самая дорогая память компьютера. Это память чтения-записи компьютера. Процессор может читать инструкции из ОЗУ и записывать результат в ОЗУ. Данные в оперативной памяти могут быть изменены .

Существует два вида оперативной памяти: статическая и динамическая . Статическая RAM — это та, которая требует постоянного потока энергии для сохранения данных внутри нее. Это быстрее и дороже, чем DRAM. Используется как кеш-память для компьютера. Динамическое ОЗУ необходимо обновить, чтобы сохранить данные, которые оно содержит. Это медленнее и дешевле, чем статическая RAM.

Определение ПЗУ

ПЗУ доступно только для чтения . Данные в ПЗУ могут быть прочитаны только процессором, но их нельзя изменить. ЦП не может напрямую обращаться к памяти ПЗУ, данные сначала должны быть переданы в ОЗУ, а затем ЦП может получить доступ к этим данным из ОЗУ.

В ПЗУ хранится инструкция, необходимая компьютеру во время начальной загрузки (процесс загрузки компьютера). Содержимое в ПЗУ не может быть изменено. ПЗУ является энергонезависимой памятью, данные внутри ПЗУ сохраняются даже при отключении питания ЦП.

Емкость ПЗУ сравнительно меньше, чем ОЗУ, она медленнее и дешевле, чем ОЗУ. Существует много видов ПЗУ:

PROM : программируемое ПЗУ, оно может быть изменено пользователем только один раз.

EPROM : стираемое и программируемое ПЗУ, содержимое этого ПЗУ может быть стерто с помощью ультрафиолетовых лучей, а ROm может быть перепрограммирован.

ЭСППЗУ : электрически стираемое и программируемое ПЗУ, оно может быть стерто электрически и перепрограммировано около десяти тысяч раз.

Ключевые различия между RAM и ROM ROM

  1. Основное различие между ОЗУ и ПЗУ состоит в том, что ОЗУ в основном является памятью для чтения и записи, тогда как ПЗУ является памятью только для чтения.
  2. В оперативной памяти временно хранятся данные, которые должны обрабатываться процессором в данный момент. С другой стороны, ROM хранит инструкции, необходимые во время начальной загрузки.
  3. RAM — это энергозависимая память. Тем не менее, ROM является энергонезависимой памятью.
  4. ОЗУ означает « Память с произвольным доступом», а ПЗУ — « Только чтение» .
  5. С одной стороны, когда данные в ОЗУ могут быть легко изменены, данные в ПЗУ могут быть почти или никогда не могут быть изменены .
  6. Объем оперативной памяти может составлять от 64 до 4 ГБ, тогда как объем ПЗУ всегда сравнительно меньше, чем объем ОЗУ.
  7. ОЗУ дороже, чем ПЗУ.
  8. ОЗУ можно классифицировать на статическое и динамическое . С другой стороны, ROM можно классифицировать на PROM, EPROM и EEPROM .

Заключение:

RAM и ROM оба являются необходимой памятью для компьютера. ROM необходим для загрузки компьютера. Оперативная память важна для обработки процессора.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector