Personalcomputer verfügen über vier hierarchische Speicherebenen:

Mikroprozessorspeicher;

Haupterinnerung;

Cache-Speicher registrieren;

Externer Speicher.

Der Mikroprozessorspeicher wurde oben besprochen. Der Hauptspeicher dient zum Speichern und schnellen Austausch von Informationen mit anderen Computergeräten. Speicherfunktionen:

Empfangen von Informationen von anderen Geräten;

sich an Informationen erinnern;

Ausgabe von Informationen auf Anfrage an andere Geräte der Maschine.

Der Hauptspeicher enthält zwei Arten von Speichergeräten:

ROM – Nur-Lese-Speicher;

RAM ist ein Speichergerät mit wahlfreiem Zugriff.

ROM dient zum dauerhaften Speichern von Programm- und Referenzinformationen. Die Daten werden während der Herstellung in das ROM eingegeben. Im ROM gespeicherte Informationen können nur gelesen, aber nicht geändert werden.

Das ROM enthält:

Prozessorsteuerungsprogramm;

Programm zum Starten und Herunterfahren des Computers;

Gerätetestprogramme, die bei jedem Einschalten des Computers die korrekte Funktion ihrer Einheiten überprüfen;

Programme zur Steuerung von Display, Tastatur, Drucker, externem Speicher;

Informationen darüber, wo sich das Betriebssystem auf der Festplatte befindet.

ROM ist ein nichtflüchtiger Speicher; die Informationen bleiben darin erhalten, wenn der Strom ausgeschaltet wird.

RAM ist für die Online-Aufzeichnung, Speicherung und das Lesen von Informationen (Programmen und Daten) vorgesehen, die direkt an dem vom Computer im aktuellen Zeitraum durchgeführten Informations- und Rechenprozess beteiligt sind.

Die Hauptvorteile von RAM sind seine hohe Geschwindigkeit und die Möglichkeit, auf jede Speicherzelle separat zuzugreifen (direkter Speicherzugriff). Alle Speicherzellen sind in Gruppen von 8 Bit (1 Byte) zusammengefasst, jede dieser Gruppen hat eine Adresse, unter der auf sie zugegriffen werden kann.

RAM ist ein flüchtiger Speicher; wenn der Strom ausgeschaltet wird, werden die darin enthaltenen Informationen gelöscht.

Bei modernen Computern beträgt die Speicherkapazität üblicherweise 8-128 MB. Die Speicherkapazität ist ein wichtiges Merkmal eines Computers; sie beeinflusst die Geschwindigkeit und Leistung von Programmen.

Neben ROM und RAM verfügt das Motherboard auch über einen nichtflüchtigen CMOS-Speicher, der ständig von seiner Batterie mit Strom versorgt wird. Es speichert Computerkonfigurationseinstellungen, die jedes Mal überprüft werden, wenn das System eingeschaltet wird. Dies ist eine semipermanente Erinnerung. Um Comzu ändern, enthält das BIOS ein Computerkonfigurationsprogramm – SETUP.

Um den Zugriff auf den RAM zu beschleunigen, wird ein spezieller ultraschneller Cache-Speicher verwendet, der sich „zwischen“ dem Mikroprozessor und dem RAM befindet und Kopien der am häufigsten verwendeten RAM-Abschnitte speichert. Cache-Register sind für den Benutzer nicht zugänglich.

Der Cache-Speicher speichert Daten, die der Mikroprozessor empfangen hat und in den nächsten Betriebszyklen verwenden wird. Schneller Zugriff Durch den Zugriff auf diese Daten können Sie die Ausführungszeit nachfolgender Programmbefehle verkürzen.

Mikroprozessoren ab MP 80486 verfügen über einen eigenen integrierten Cache-Speicher. Pentium- und Pentium Pro-Mikroprozessoren verfügen über einen separaten Cache-Speicher für Daten und einen separaten Cache-Speicher für Anweisungen. Alle Mikroprozessoren können zusätzlichen Cache-Speicher nutzen Hauptplatine außerhalb des Mikroprozessors, dessen Kapazität mehrere MB erreichen kann. Externer Speicher bezieht sich auf die externen Geräte eines Computers und dient der langfristigen Speicherung aller Informationen, die zur Lösung von Problemen erforderlich sein könnten. Insbesondere wird die gesamte Computersoftware im externen Speicher gespeichert.

Externe Speichergeräte – externe Speichergeräte – sind sehr vielfältig. Sie können nach Art des Mediums, nach Art des Designs, nach dem Prinzip der Aufzeichnung und Auslesung von Informationen, nach Zugriffsmethode usw. klassifiziert werden.

Die gängigsten externen Speichergeräte sind:

Festplattenlaufwerke (HDD);

Diskettenlaufwerke (FMD);

optische Laufwerke (CD-ROM).

Seltener werden Speichergeräte auf Kassetten-Magnetbändern – Streamer – als externe Speichergeräte auf einem PC verwendet.

Festplatten sind Geräte zum Lesen und Schreiben von magnetischen oder optischen Medien. Der Zweck dieser Laufwerke besteht darin, große Informationsmengen zu speichern, gespeicherte Informationen aufzuzeichnen und auf Anfrage in einem Speichergerät mit wahlfreiem Zugriff freizugeben.

Festplattenlaufwerke und Flachplattenlaufwerke unterscheiden sich lediglich im Design, der Menge der gespeicherten Informationen und der Zeit, die zum Suchen, Aufzeichnen und Lesen von Informationen benötigt wird.

Als Speichermedium für Magnetplatten werden magnetische Materialien mit besonderen Eigenschaften verwendet, die es ermöglichen, zwei magnetische Zustände – zwei Magnetisierungsrichtungen – aufzuzeichnen. Jedem dieser Zustände sind die Binärziffern 0 und 1 zugeordnet. Informationen auf Magnetplatten werden von Magnetköpfen entlang konzentrischer Kreise – Spuren (Spuren) – geschrieben und gelesen. Die Anzahl der Spuren auf einer Platte und ihre Informationskapazität hängen vom Plattentyp, der Laufwerkskonstruktion, der Qualität der Magnetköpfe und der magnetischen Beschichtung ab. Jede Spur ist in Sektoren unterteilt. Ein Sektor enthält normalerweise 512 Byte Daten. Der Datenaustausch zwischen Magnetplattenlaufwerk und RAM erfolgt sequentiell über eine ganzzahlige Anzahl von Sektoren. Für eine harte Magnetplatte wird auch das Konzept eines Zylinders verwendet – eine Reihe von Spuren, die sich im gleichen Abstand von der Mitte der Platte befinden.

Festplatten werden als Speichermedien mit direktem Zugriff klassifiziert. Das bedeutet, dass der Computer direkt an der Stelle, an der sich der Schreib- und Lesekopf des Laufwerks befindet, auf die Spur zugreifen kann, auf der der Abschnitt mit den benötigten Informationen beginnt oder wo neue Informationen geschrieben werden müssen.

Alle Datenträger – sowohl magnetische als auch optische – werden durch ihren Durchmesser (Formfaktor) charakterisiert. Unter den flexiblen Magnetplatten werden am häufigsten Platten mit einem Durchmesser von 3,5 (89 mm) verwendet. Die Kapazität dieser Laufwerke beträgt 1,2 und 1,44 MB.

Hartmagnetische Festplattenlaufwerke werden „Festplatten“ genannt. Dieser Begriff entstand aus der umgangssprachlichen Bezeichnung für das erste Festplattenmodell, das über 30 Spuren mit jeweils 30 Sektoren verfügte, was zufällig mit dem Kaliber eines Winchester-Jagdgewehrs übereinstimmte. Die Festplattenspeicherkapazität wird in MB und GB gemessen.

Vor kurzem sind neue Magnetplattenlaufwerke erschienen – ZIP-Disks – tragbare Geräte mit einer Kapazität von 230-280 MB.

In den letzten Jahren haben sich optische Laufwerke (CD-ROM) am weitesten verbreitet. Aufgrund ihrer geringen Größe, hohen Kapazität und Zuverlässigkeit erfreuen sich diese Laufwerke immer größerer Beliebtheit. Die Kapazität optischer Laufwerke beträgt 640 MB und mehr.

Optische Datenträger werden in nicht wiederbeschreibbare Laser-Datenträger unterteilt. optische Datenträger, wiederbeschreibbare laseroptische Platten und wiederbeschreibbare magnetooptische Platten. Nicht wiederbeschreibbare Discs werden von den Herstellern mit bereits darauf aufgezeichneten Informationen geliefert. Das Aufzeichnen von Informationen über sie ist nur unter Laborbedingungen außerhalb eines Computers möglich.

Zusätzlich zu ihrem Hauptmerkmal – der Informationskapazität – zeichnen sich Festplattenlaufwerke auch durch zwei Zeitindikatoren aus:

Zugriffszeit;

Geschwindigkeit beim Lesen aufeinanderfolgender Bytes.

PERMANENTER SPEICHER (ROM)

Es gibt eine Art Speicher, der Daten ohne Speicher speichert elektrischer Strom, es ist ROM (Nur-Lese-Speicher) oder manchmal auch nichtflüchtiger Speicher genannt, der zum Speichern von System- und Datenspeichern verwendet wird zusätzliche Programme, bestimmt für ständiger Gebrauch Mikroprozessor, der es Ihnen nicht ermöglicht, Informationen zu ändern oder zu löschen.

ROM (Nur-Lese-Speicher) ist ein Chip auf der Hauptplatine, der Programme und Daten enthält, die während der Herstellung des Computers aufgezeichnet und nach dem Einschalten und Booten des Computers für interne Tests von Geräten verwendet werden. Betriebssystem ins RAM. Der Satz dieser Mikroprogramme wird BIOS (Basic Input-Output System) genannt – das grundlegende Eingabe-Ausgabe-System. Das BIOS enthält das Computerkonfigurations-Setup-Programm (SETUP). Damit können Sie einige Eigenschaften der Computergeräte festlegen (Typ des Videocontrollers, Festplatten und Diskettenlaufwerke, oft auch Arbeitsmodi mit RAM, Abfrage eines Passworts beim Booten).

Während der Produktion werden Daten in das ROM geschrieben. Dazu wird eine Schablone mit einem bestimmten Bitsatz angefertigt, die auf das lichtempfindliche Material aufgebracht wird und anschließend Teile der Oberfläche geätzt werden.

Es gibt:

PROMs (Programmable ROMs) wurden Ende der 70er Jahre von einer Firma namens Texas Instruments entwickelt. Mit anderen Worten: Unter Betriebsbedingungen ist eine Programmierung möglich. Solche ROMs enthalten normalerweise eine Reihe winziger Jumper. Dabei ist es möglich, einen bestimmten Jumper zu brennen, indem man die gewünschte Zeile und Spalte auswählt und dann anbringt Hochspannung an einen bestimmten Pin der Mikroschaltung.

EPROM (löschbares programmierbares ROM) ermöglicht bei Verwendung eines speziellen Geräts das Programmieren unter Betriebsbedingungen und das Löschen von Informationen. Dazu wird der Chip 15 Minuten lang starkem ultraviolettem Licht einer bestimmten Wellenlänge ausgesetzt.

EEPROM (Electronically Ready Programmed ROM), ebenfalls ein löschbares EPROM, kann aber im Gegensatz zu EPROMs durch Anlegen von Impulsen umprogrammiert werden und erfordert keine speziellen Zusatzgeräte. Sie arbeiten jedoch zehnmal langsamer, haben viel weniger Kapazität und sind teurer.

Der Flash-Speicher wird blockweise gelöscht und beschrieben. Es wird auf Leiterplatten hergestellt und hat eine Kapazität von bis zu mehreren zehn Megabyte.

Auf dem PC-Motherboard installierte Module und ROM-Module haben in der Regel eine Kapazität von nicht mehr als 128 KB. Die Leistung des Permanentspeichers ist geringer als die des Direktzugriffsspeichers. Um die Leistung zu steigern, wird daher der Inhalt des ROM in den RAM kopiert und nur diese Kopie, auch Schatten-ROM genannt, wird im Betrieb direkt verwendet.

„Derzeit verwenden PCs „semipermanente“, wiederprogrammierbare Speichergeräte – Flash-Speicher. Flash-Speichermodule oder Karten können direkt in die Motherboard-Anschlüsse eingebaut werden und haben die folgenden Parameter: Kapazität bis zu 512 MB (BIOS-ROM nutzt bis zu 128 KB), Lesezugriffszeit 0,035 – 0,2 μs, Schreibzeit pro Byte 2 -- 10 µs. Flash-Speicher ist ein nichtflüchtiges Speichergerät. Ein Beispiel für einen solchen Speicher ist NVRAM – nichtflüchtiger RAM mit einer Schreibgeschwindigkeit von 500 KB/s. Um Informationen neu zu schreiben, ist es normalerweise erforderlich, eine Programmierspannung (12 V) an einen speziellen Flash-Speichereingang anzulegen, wodurch die Möglichkeit eines versehentlichen Löschens von Informationen ausgeschlossen wird. Die Neuprogrammierung des Flash-Speichers kann direkt von dort aus erfolgen Diskette oder über eine PC-Tastatur, falls verfügbar spezieller Controller oder von einem externen Programmiergerät, das an einen PC angeschlossen ist. Flash-Speicher kann sehr nützlich sein, sowohl für die Erstellung sehr schneller, kompakter, alternativer NMD-Speichergeräte – „Solid-State-Laufwerke“ – als auch für den Austausch von ROMs, in denen BIOS-Programme gespeichert sind, sodass Sie diese Programme direkt aktualisieren und durch neuere ersetzen können eine „Disketten“-Version beim Upgrade eines PCs“ [Elektronische Ressource] URL: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/vich_sistemi/viches_sist_2.htm (Zugriffsdatum: 15.05.2013).

Vergleichsmerkmale RAM und ROM

Tabelle 2 Vergleichsmerkmale.

„Physikalisch gesehen werden zum Aufbau eines RAM-Speichergeräts dynamische und statische Speicherchips verwendet, bei denen das Speichern einiger Informationen das Speichern bedeutet elektrische Ladung(Dies erklärt die Flüchtigkeit des gesamten Arbeitsspeichers, d. h. den Verlust aller darin gespeicherten Informationen, wenn der Computer ausgeschaltet wird).

Rom physisch auf Elementen ausgeführt dynamischer RAM, und um den Betrieb relativ langsamer Geräte (in unserem Fall dynamischer RAM) mit einem relativ schnellen Mikroprozessor zu koordinieren, wird ein funktional gestalteter Cache-Speicher verwendet, der aus statischen RAM-Zellen aufgebaut ist. Somit enthalten Computer beide Arten von RAM gleichzeitig. Physisch wird der externe Cache-Speicher auch in Form von Mikroschaltungen auf Platinen implementiert, die in die entsprechenden Steckplätze auf der Hauptplatine eingesetzt werden.“ Nikolaeva V.A. Informatik und Informationstechnologie. [Elektronische Ressource] URL: http://www.junior.ru/wwwexam/pamiat/pamiat4.htm (Zugriffsdatum: 15.05.2013).

Nur-Lese-Speicher oder Nur-Lese-Speicher (ROM oder ROM, Englisch) Dient zum Speichern von Programmen Bootstrap Computer und testen seiner Komponenten. Wird nur zum Lesen verwendet. Es ist nichtflüchtig, d. h. die darin aufgezeichneten Informationen ändern sich nach dem Ausschalten des Computers nicht.

· Nach Zugangsart:

· Bei parallelem Zugriff (Parallelmodus oder Direktzugriff): Ein solches ROM kann im System verfügbar sein Adressraum RAM. Zum Beispiel K573RF5;

· Mit sequentiellem Zugriff: Solche ROMs werden häufig zum einmaligen Laden von Konstanten oder Firmware in einen Prozessor oder FPGA verwendet, um TV-Kanaleinstellungen usw. zu speichern. Zum Beispiel 93C46, AT17LV512A.

· Nach der Methode zum Programmieren von Mikroschaltungen (Firmware hineinschreiben):

· Nicht programmierbare ROMs;

· ROMs werden nur mit Hilfe eines speziellen Geräts programmiert – einem ROM-Programmierer (sowohl einmal als auch wiederholt geflasht). Der Einsatz eines Programmiergeräts ist insbesondere erforderlich, um spezielle Klemmen mit nicht standardmäßigen und relativ hohen Spannungen (bis zu +/- 27 V) zu versorgen.

· In-Circuit (re)programmierbare ROMs (ISP, In-System Programming) – solche Mikroschaltungen verfügen über einen Generator aller notwendigen Hochspannungen und können ohne Programmiergerät und sogar ohne Entlöten neu geflasht werden Leiterplatte, programmatisch.

Das Steuermikroprogramm wird häufig im Permanentspeicher gespeichert technisches Gerät: FERNSEHER, Handy, verschiedene Controller oder ein Computer (BIOS oder OpenBoot auf SPARC-Maschinen).

Zweck und Eigenschaften von RAM.

Direktzugriffsspeicher oder Direktzugriffsspeicher (RAM) oder RAM, Englisch) She Entwickelt, um Informationen zu speichern, die sich während der Verarbeitungsvorgänge des Prozessors ändern. Wird sowohl zum Lesen als auch zum Schreiben von Informationen verwendet. Es ist flüchtig, das heißt, alle Informationen werden nur dann in diesem Speicher gespeichert, wenn der Computer eingeschaltet ist.

Physisch gesehen werden für den Aufbau eines RAM-Speichergeräts dynamische und statische Speicherchips verwendet, bei denen das Speichern einiger Informationen das Speichern einer elektrischen Ladung bedeutet (dies erklärt die Flüchtigkeit des gesamten RAM, d. h. den Verlust aller darin gespeicherten Informationen). es, wenn der Computer ausgeschaltet ist).

Der RAM des Computers wird physisch auf dynamischen RAM-Elementen ausgeführt, und um den Betrieb relativ langsamer Geräte (in unserem Fall dynamischer RAM) mit einem relativ schnellen Mikroprozessor zu koordinieren, wird ein funktional gestalteter Cache-Speicher verwendet, der aus statischen RAM-Zellen aufgebaut ist. Somit enthalten Computer beide Arten von RAM gleichzeitig. Körperlich äußerlich Cache-Speicher auch in Form von Mikroschaltungen auf Platinen implementiert, die in die entsprechenden Steckplätze auf dem Motherboard gesteckt werden.

Grundelemente eines PCs.

Strukturell sind PCs in Form einer zentralen Systemeinheit aufgebaut, mit der sie über Steckverbinder – Gelenke – verbunden sind Externe Geräte: zusätzliche Speichereinheiten, Tastatur, Display, Drucker usw.

Systemeinheit beinhaltet normalerweise Hauptplatine, Mainboard, Motherboard, Netzteil, Festplatten, Anschlüsse für Zusatzgeräte und Erweiterungskarten mit Controllern – Adapter für externe Geräte.

Nur-Lese-Speicher (Rom) – nichtflüchtiger Speicher, der zum Speichern eines Arrays unveränderlicher Daten verwendet wird.

Permanentspeicher dienen dazu, Informationen zu speichern, die während des gesamten Betriebs des Geräts unverändert bleiben. Diese Information verschwindet nicht, wenn die Versorgungsspannung entfernt wird.

Daher ist im ROM nur der Modus zum Lesen von Informationen möglich, und das Lesen geht nicht mit deren Zerstörung einher.

Die ROM-Klasse ist nicht homogen und kann, wie bereits erwähnt, in mehrere unabhängige Unterklassen unterteilt werden. Alle diese Unterklassen verwenden jedoch das gleiche Prinzip der Informationsdarstellung. Informationen im ROM werden in Form des Vorhandenseins oder Fehlens einer Verbindung zwischen den Adress- (A) und Datenbussen dargestellt. In diesem Sinne ähnelt die EZE des ROM der EZE des dynamischen RAM, bei dem der Speicherkondensator Cn entweder kurzgeschlossen oder von der Schaltung ausgeschlossen ist.

2. Historische Chronologie der Entwicklung von ROM. ROM-Technologien, die auf dem Prinzip des Aufzeichnens/Neuschreibens des Inhalts basieren: ROM, PROM, EPROM, EEPROM, FlashROM. Stellen Sie Merkmale dieser Technologien und Zeichnungen bereit, die die Struktur von Zellen zeigen.

In verschiedenen Anwendungen ist es sehr oft erforderlich, Informationen zu speichern, die sich während des Betriebs des Geräts nicht ändern. Dabei handelt es sich um Informationen wie Programme in Mikrocontrollern, Bootloader und BIOS in Computern, Tabellen digitaler Filterkoeffizienten in Signalprozessoren. Fast immer werden diese Informationen nicht gleichzeitig benötigt, daher können die einfachsten Geräte zur dauerhaften Speicherung von Informationen auf Multiplexern aufgebaut werden. Das Diagramm eines solchen permanenten Speichergeräts ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Eine Nur-Lese-Speicherschaltung basierend auf einem Multiplexer.

In dieser Schaltung wird ein Festwertspeicher mit acht Einzelbitzellen aufgebaut. Das Speichern eines bestimmten Bits in einer einstelligen Zelle erfolgt durch Anlöten des Drahtes an die Stromquelle (Schreiben einer Eins) oder durch Versiegeln des Drahtes mit dem Gehäuse (Schreiben einer Null). An Schaltpläne Ein solches Gerät wird wie in Abbildung 2 bezeichnet bezeichnet.

Abbildung 2. Bezeichnung eines permanenten Speichergeräts in Schaltplänen.

Um die Kapazität der ROM-Speicherzelle zu erhöhen, können diese Mikroschaltungen parallel geschaltet werden (die Ausgänge und aufgezeichneten Informationen bleiben natürlich unabhängig). Planen parallele Verbindung Das Single-Bit-ROM ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3. Multi-Bit-ROM-Schaltplan.

In echten ROMs werden Informationen im letzten Arbeitsgang der Chipherstellung – der Metallisierung – aufgezeichnet. Die Metallisierung erfolgt über eine Maske, weshalb solche ROMs genannt werden Masken-ROMs. Ein weiterer Unterschied zwischen echten Mikroschaltungen und dem oben angegebenen vereinfachten Modell ist die Verwendung eines Demultiplexers zusätzlich zu einem Multiplexer. Diese Lösung ermöglicht es, eine eindimensionale Speicherstruktur in eine mehrdimensionale umzuwandeln und dadurch das Volumen der für den Betrieb der ROM-Schaltung erforderlichen Decoderschaltung erheblich zu reduzieren. Diese Situation wird durch die folgende Abbildung veranschaulicht:

Abbildung 4. Schematische Darstellung eines maskierten Nur-Lese-Speichergeräts.

Masken-ROMs sind in Schaltplänen dargestellt, wie in Abbildung 5 dargestellt. Die Adressen der Speicherzellen in diesem Chip werden an die Pins A0 ... A9 geliefert. Der Chip wird durch das CS-Signal ausgewählt. Mit diesem Signal können Sie die Lautstärke des ROM erhöhen (ein Beispiel für die Verwendung des CS-Signals finden Sie in der Diskussion über RAM). Die Mikroschaltung wird mit dem RD-Signal gelesen.

Abbildung 5. Bezeichnung eines maskierten Nur-Lese-Speichergeräts in Schaltplänen.

Die Programmierung des Masken-ROM erfolgt im Werk des Herstellers, was für kleine und mittlere Produktionschargen sehr unpraktisch ist, ganz zu schweigen von der Geräteentwicklungsphase. Natürlich sind Masken-ROMs für die Massenproduktion der günstigste ROM-Typ und werden daher derzeit häufig verwendet. Für kleine und mittlere Produktionsserien von Funkgeräten wurden Mikroschaltungen entwickelt, die in speziellen Geräten – Programmierern – programmiert werden können. Bei diesen Chips wird die dauerhafte Verbindung von Leitern in der Speichermatrix durch Schmelzsicherungen aus polykristallinem Silizium ersetzt. Bei der Herstellung einer Mikroschaltung werden alle Jumper hergestellt, was dem Schreiben logischer Einheiten in alle Speicherzellen entspricht. Während des Programmiervorgangs wird den Leistungspins und Ausgängen der Mikroschaltung eine erhöhte Leistung zugeführt. Wenn in diesem Fall die Versorgungsspannung (logische Einheit) an den Ausgang der Mikroschaltung angelegt wird, fließt kein Strom durch den Jumper und der Jumper bleibt intakt. Wenn an den Ausgang der Mikroschaltung (verbunden mit dem Gehäuse) ein niedriger Spannungspegel angelegt wird, fließt ein Strom durch den Jumper, der diesen Jumper verdampft, und wenn die Informationen anschließend aus dieser Zelle gelesen werden, wird eine logische Null angezeigt lesen.

Solche Mikroschaltungen werden genannt programmierbar ROM (PROM) und sind in Schaltplänen dargestellt, wie in Abbildung 6 dargestellt. Als Beispiel können wir die Mikroschaltungen 155PE3, 556RT4, 556RT8 und andere nennen.

Abbildung 6. Bezeichnung eines programmierbaren Nur-Lese-Speichergeräts in Schaltplänen.

Programmierbare ROMs haben sich für kleine und mittlere Produktionsmengen als sehr praktisch erwiesen. Bei der Entwicklung radioelektronischer Geräte ist es jedoch häufig erforderlich, das im ROM aufgezeichnete Programm zu ändern. In diesem Fall kann das PROM nicht wiederverwendet werden. Wenn es sich also um einen Fehler oder ein Zwischenprogramm handelt, muss das ROM nach dem Aufschreiben weggeworfen werden, was natürlich die Kosten für die Hardwareentwicklung erhöht. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde ein anderer ROM-Typ entwickelt, der gelöscht und neu programmiert werden konnte.

UV-löschbares ROM ist auf Basis einer auf Speicherzellen aufgebauten Speichermatrix aufgebaut, Interne Organisation was in der folgenden Abbildung dargestellt ist:

Abbildung 7. UV- und elektrisch löschbare ROM-Speicherzelle.

Bei der Zelle handelt es sich um einen MOS-Transistor, dessen Gate aus polykristallinem Silizium besteht. Während des Herstellungsprozesses der Mikroschaltung wird dieses Gate dann oxidiert und dadurch von Siliziumoxid umgeben – einem Dielektrikum mit hervorragenden Isoliereigenschaften. In der beschriebenen Zelle gibt es bei vollständig gelöschtem ROM keine Ladung im Floating Gate und daher leitet der Transistor keinen Strom. Beim Programmieren der Mikroschaltung wird an das zweite Gate, das sich über dem Floating Gate befindet, eine Hochspannung angelegt und durch den Tunneleffekt werden Ladungen in das Floating Gate induziert. Nachdem die Programmierspannung am Floating Gate entfernt wurde, bleibt die induzierte Ladung bestehen und der Transistor bleibt daher in einem leitenden Zustand. Die Ladung auf einem Floating Gate kann jahrzehntelang gespeichert werden.

Strukturschema Der Nur-Lese-Speicher unterscheidet sich nicht vom zuvor beschriebenen Masken-ROM. Das einzige, was anstelle eines Jumpers verwendet wird, ist die oben beschriebene Zelle. In wiederprogrammierbaren ROMs werden zuvor aufgezeichnete Informationen mithilfe ultravioletter Strahlung gelöscht. Damit dieses Licht ungehindert zum Halbleiterkristall gelangen kann, ist in den Chipkörper ein Quarzglasfenster eingebaut.

Wenn die Mikroschaltung bestrahlt wird, gehen die isolierenden Eigenschaften von Siliziumoxid verloren und die angesammelte Ladung vom Floating Gate fließt in das Volumen des Halbleiters und der Transistor der Speicherzelle geht in den ausgeschalteten Zustand. Die Löschzeit der Mikroschaltung beträgt 10 bis 30 Minuten.

Die Anzahl der Schreib-Lösch-Zyklen von Mikroschaltungen liegt zwischen 10 und 100 Mal, danach fällt die Mikroschaltung aus. Dies ist auf die schädliche Wirkung der ultravioletten Strahlung zurückzuführen. Als Beispiel für solche Mikroschaltungen können wir Mikroschaltungen der 573-Serie russischer Produktion und Mikroschaltungen der 27cXXX-Serie ausländischer Produktion nennen. Diese Chips speichern am häufigsten BIOS-Programme. Universalcomputer. Flashbare ROMs werden in Schaltplänen dargestellt, wie in Abbildung 8 dargestellt.

Abbildung 8. Bezeichnung eines umprogrammierbaren Nur-Lese-Speichergeräts in Schaltplänen.

Gehäuse mit Quarzfenster sind daher sehr teuer, ebenso wie die geringe Anzahl von Schreib-Lösch-Zyklen, was zur Suche nach Möglichkeiten führte, Informationen elektrisch aus dem EPROM zu löschen. Auf diesem Weg gab es viele Schwierigkeiten, die nun praktisch gelöst wurden. Heutzutage sind Mikroschaltungen mit elektrischer Informationslöschung weit verbreitet. Als Speicherzelle verwenden sie dieselben Zellen wie im ROM, werden jedoch durch elektrisches Potenzial gelöscht, sodass die Anzahl der Schreib-Lösch-Zyklen für diese Mikroschaltungen das 1.000.000-fache erreicht. Die Zeit zum Löschen einer Speicherzelle in solchen Mikroschaltungen wird auf 10 ms reduziert. Die Steuerschaltung für solche Mikroschaltungen erwies sich als komplex, daher haben sich zwei Richtungen für die Entwicklung dieser Mikroschaltungen herausgebildet:

2. FLASH-ROM

Elektrisch löschbare PROMs sind teurer und kleiner im Volumen, ermöglichen aber das separate Neubeschreiben jeder Speicherzelle. Dadurch verfügen diese Mikroschaltungen über eine maximale Anzahl von Schreib-Lösch-Zyklen. Der Einsatzbereich von elektrisch löschbarem ROM ist die Speicherung von Daten, die bei Stromausfall nicht gelöscht werden sollen. Zu diesen Mikroschaltungen gehören inländische Mikroschaltungen 573РР3, 558РР und ausländische Mikroschaltungen der 28cXX-Serie. Elektrisch löschbare ROMs sind in den Diagrammen wie in Abbildung 9 dargestellt gekennzeichnet.

Abbildung 9. Bezeichnung eines elektrisch löschbaren Nur-Lese-Speichergeräts in Schaltplänen.

In letzter Zeit gibt es eine Tendenz, die Größe von EEPROMs zu verringern, indem die Anzahl der externen Zweige der Mikroschaltungen verringert wird. Dazu werden Adresse und Daten per zum und vom Chip übertragen serielle Schnittstelle. In diesem Fall werden zwei Arten von seriellen Ports verwendet – SPI-Port und I2C-Port (Mikroschaltungen der Serien 93cXX bzw. 24cXX). Die ausländische Serie 24cXX entspricht der inländischen Mikroschaltungsserie 558PPX.

FLASH-ROMs unterscheiden sich von EEPROMs dadurch, dass das Löschen nicht für jede Zelle einzeln erfolgt, sondern für die gesamte Mikroschaltung als Ganzes oder einen Block der Speichermatrix dieser Mikroschaltung, wie dies beim EEPROM der Fall war.

Abbildung 10. Bezeichnung des FLASH-Speichers in Schaltplänen.

Beim Zugriff auf ein permanentes Speichergerät müssen Sie zunächst die Adresse der Speicherzelle am Adressbus festlegen und dann einen Lesevorgang vom Chip durchführen. Dieses Zeitdiagramm ist in Abbildung 11 dargestellt.

Abbildung 11. Zeitdiagramm zum Lesen von Informationen aus dem ROM.

In Abbildung 11 zeigen die Pfeile die Reihenfolge an, in der Steuersignale generiert werden sollten. In dieser Abbildung ist RD das Lesesignal, A sind die Zelladressen-Auswahlsignale (da einzelne Bits im Adressbus unterschiedliche Werte annehmen können, sind Übergangspfade sowohl in den Eins- als auch in den Nullzustand dargestellt), D ist die gelesene Ausgangsinformation aus der ausgewählten ROM-Zelle.

· Rom- (Englisch) Nur-Lese-Speicher, Nur-Lese-Speicher), Masken-ROM, wird nach der Fabrikmethode hergestellt. Es besteht keine Möglichkeit, die erfassten Daten in Zukunft zu ändern.

· ABSCHLUSSBALL- (Englisch) programmierbarer Nur-Lese-Speicher, programmierbar Rom (ABSCHLUSSBALL)) - Rom, einmal vom Benutzer „geflasht“.

· EPROM- (Englisch) Löschbarer programmierbarer schreibgeschützter Speicher, umprogrammierbar/umprogrammierbar Rom (EPROM/RPZU)). Beispielsweise wurde der Inhalt des K537RF1-Chips mit einer UV-Lampe gelöscht. Um den Durchtritt ultravioletter Strahlen zum Kristall zu ermöglichen, wurde im Mikroschaltungsgehäuse ein Fenster mit Quarzglas vorgesehen.

· EEPROM- (Englisch) elektrisch löschbarer, programmierbarer Nur-Lese-Speicher, elektrisch löschbar, umprogrammierbar Rom). Diese Art von Speicher kann mehrere Zehntausend Male gelöscht und wieder mit Daten gefüllt werden. Benutzt in Solid State Drives. Eine Art von EEPROM ist Flash-Speicher(Englisch) Flash-Speicher).

· flashROM - (Englisch) Flash-Nur-Lese-Speicher) ist eine Art elektrisch umprogrammierbare Halbleiterspeichertechnologie (EEPROM). Mit dem gleichen Wort werden in der elektronischen Schaltungstechnik technologisch vollständige Lösungen für Permanentspeicher in Form von Mikroschaltungen bezeichnet, die auf dieser Halbleitertechnologie basieren. Im Alltag wird dieser Begriff einer breiten Klasse von Festkörper-Informationsspeichergeräten zugeordnet.

Arten von ROM

ROM steht für Read-Only-Memory, das die nichtflüchtige Speicherung von Informationen auf jedem physischen Medium ermöglicht. Basierend auf der Methode zum Speichern von Informationen kann ROM in drei Typen unterteilt werden:

1. ROM-basiert magnetisches Prinzip Informationsspeicherung.

Das Funktionsprinzip dieser Geräte basiert auf der Änderung der Richtung des Magnetisierungsvektors von Abschnitten eines Ferromagneten unter dem Einfluss eines magnetischen Wechselfelds entsprechend den Werten der Bits der aufgezeichneten Informationen.

Ein Ferromagnet ist eine Substanz, die in der Lage ist, bei einer Temperatur unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts (Curie-Punkt) eine Magnetisierung zu besitzen, wenn kein äußeres Magnetfeld vorhanden ist.

Das Auslesen aufgezeichneter Daten in solchen Geräten basiert auf dem Effekt der elektromagnetischen Induktion oder des magnetoresistiven Effekts. Dieses Prinzip wird in Geräten mit beweglichen Medien in Form einer Festplatte oder eines Bandes umgesetzt.

Elektromagnetische Induktion ist der Effekt der Erzeugung von elektrischem Strom in einem geschlossenen Stromkreis, wenn sich der durch ihn fließende Magnetfluss ändert.

Der magnetoresistive Effekt beruht auf einer Änderung des elektrischen Widerstands eines massiven Leiters unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfelds.

Hauptvorteil dieser Art– große Menge gespeicherter Informationen und niedrige Kosten pro gespeicherter Informationseinheit. Der Hauptnachteil ist das Vorhandensein beweglicher Teile, große Abmessungen, geringe Zuverlässigkeit und Empfindlichkeit gegenüber äußere Einflüsse(Vibration, Schock, Bewegung usw.)

2. ROM-basiert optisches Prinzip Informationsspeicherung.

Das Funktionsprinzip dieser Geräte basiert auf der Änderung der optischen Eigenschaften eines Teils des Mediums, beispielsweise durch Änderung des Transparenz- oder Reflexionsgrads. Ein Beispiel für ein ROM, das auf dem optischen Prinzip der Informationsspeicherung basiert, sind CDs, DVDs und BluRay-Discs.

Der Hauptvorteil dieses ROM-Typs sind die geringen Kosten der Medien, der einfache Transport und die Möglichkeit der Replikation. Mängel - langsame Geschwindigkeit Lesen/Schreiben, begrenzte Anzahl von Neuschreibungen, Notwendigkeit eines Lesegeräts.

3. ROM-basiert elektrisches Prinzip Informationsspeicherung.

Das Funktionsprinzip dieser Geräte basiert auf Schwelleneffekten in Halbleiterstrukturen – der Fähigkeit, das Vorhandensein von Ladung in einem isolierten Bereich zu speichern und aufzuzeichnen.

Dieses Prinzip wird im Solid-State-Speicher verwendet – Speicher, der keine beweglichen Teile zum Lesen/Schreiben von Daten erfordert. Ein Beispiel für ein ROM, das auf dem elektrischen Prinzip der Informationsspeicherung basiert, ist der Flash-Speicher.

Der Hauptvorteil dieses ROM-Typs ist die hohe Lese-/Schreibgeschwindigkeit, Kompaktheit, Zuverlässigkeit und Effizienz. Nachteile – begrenzte Anzahl von Umschreibungen.

An dieser Moment Andere, „exotische“ Arten des permanenten Gedächtnisses existieren oder sind in der Entwicklung, wie zum Beispiel:

Magnetisch-optischer Speicher– Speicher, der die Eigenschaften optischer und magnetischer Speicherung vereint. Das Beschreiben einer solchen Platte erfolgt durch Erhitzen der Zelle mit einem Laser auf eine Temperatur von etwa 200 °C. Die erhitzte Zelle verliert ihre magnetische Ladung. Als nächstes kann die Zelle gekühlt werden, was bedeutet, dass eine logische Null in die Zelle geschrieben wird, oder mit einem Magnetkopf aufgeladen werden, was bedeutet, dass eine logische Eins in die Zelle geschrieben wird.

Nach dem Abkühlen kann die magnetische Ladung der Zelle nicht mehr verändert werden. Die Auslesung erfolgt mit einem Laserstrahl geringerer Intensität. Wenn die Zellen eine magnetische Ladung enthalten, dann Laserstrahl polarisiert ist und das Lesegerät bestimmt, ob der Laserstrahl polarisiert ist. Aufgrund der „Fixierung“ der magnetischen Ladung während des Abkühlens haben magnetisch-optische Geräte dies hohe Zuverlässigkeit Speicherung von Informationen und kann theoretisch eine größere Aufzeichnungsdichte als ROM haben, basierend nur auf dem magnetischen Prinzip der Informationsspeicherung. Allerdings können sie „Festplatten“ nicht ersetzen, da die Aufzeichnungsgeschwindigkeit aufgrund der hohen Erwärmung der Zellen sehr niedrig ist.

Magnetisch-optische Speicher sind nicht weit verbreitet und werden nur sehr selten verwendet.

Molekulares Gedächtnis– Speicher basierend auf der Technologie der atomaren Tunnelmikroskopie, der es ermöglicht, einzelne Atome zu entfernen oder zu Molekülen hinzuzufügen, deren Vorhandensein dann von speziellen empfindlichen Köpfen gelesen werden kann. Diese Technologie wurde Mitte 1999 von Nanochip eingeführt und ermöglichte theoretisch das Erreichen einer Packungsdichte von etwa 40 Gbit/cm 2, was um ein Vielfaches höher ist als bei bestehenden Serienmustern von „Festplatten“, aber die Aufzeichnungsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit von Die Technologie ist zu niedrig, um darüber zu sprechen praktischer Nutzen molekulares Gedächtnis in absehbarer Zukunft.

Holographisches Gedächtnis– unterscheidet sich von den derzeit gängigsten Arten von Permanentspeichern, die eine oder zwei Oberflächenschichten zur Aufzeichnung verwenden, durch die Möglichkeit, Daten über das „gesamte“ Speichervolumen unter Verwendung unterschiedlicher Laserwinkel aufzuzeichnen. Der wahrscheinlichste Einsatzbereich dieses Speichertyps liegt in ROMs, die auf optischer Informationsspeicherung basieren, wo optische Platten mit mehreren Informationsschichten keine Neuheit mehr sind.

Es gibt andere, sehr exotische Arten des permanenten Gedächtnisses, aber selbst unter Laborbedingungen bewegen sie sich an der Grenze zur Science-Fiction, deshalb werde ich sie nicht erwähnen, wir werden abwarten und sehen.