Доброго вам дня.
Якщо ви хочете заповнити прогалину у знаннях щодо того, що такого ПЗУ, то потрапили за адресою. У нашому блозі ви зможете прочитати про це ємну інформацію мовою, доступною для простого користувача.
Розшифровка та пояснення
Літери ПЗУ є великими у формулюванні «постійний пристрій, що запам'ятовує». Його ще можна рівноправно назвати "ROM". Англійська абревіатура розшифровується як Read Only Memory, а перекладається пам'ять лише читання.
Ці дві назви розкривають суть предмета нашої розмови. Йдеться про енергонезалежний тип пам'яті, яку можна лише зчитувати. Що це означає?
- По-перше, на ній зберігаються незмінні дані, закладені розробником під час виготовлення техніки, тобто ті, без яких її робота неможлива.
- По-друге, термін «енергонезалежний» вказує на те, що при перезавантаженні системи дані з неї нікуди не подіються, на відміну від того, як це відбувається з оперативною пам'яттю.
Стерти інформацію з такого пристрою можна лише спеціальними методами, наприклад, ультрафіолетовими променями.
Приклади
Постійна пам'ять у комп'ютері – це певне місце на материнській платі, в якому зберігаються:
- Тестові утиліти, що перевіряють правильність роботи апаратної частини під час кожного запуску ПК.
- Драйвера управління головними периферійними девайсами (клавіатурою, монітором, дисководом). У свою чергу, ті слоти на материнській платі, до функцій яких не входить включення комп'ютера, не зберігають свої утиліти в ROM. Адже місце обмежене.
- Прогу початкового завантаження (BIOS), яка при включенні комп'ютера запускає завантажувач операційної системи. Хоча нинішній біос може включати ПК не лише з оптичних та магнітних дисків, а й із USB-накопичувачів.
У мобільних гаджетах постійна пам'ять зберігає в собі стандартні програми, теми, картинки та мелодії. За бажання простір для додаткової мультимедійної інформації розширюють за допомогою SD-карт, що перезаписуються. Однак, якщо пристрій використовується лише для дзвінків, у пам'яті немає необхідності.
Загалом, зараз ROM є в будь-якій побутовій техніці, автомобільних плеєрах та інших девайсах з електронікою.
Фізичне виконання
Щоб ви краще могли познайомитися з постійною пам'яттю, розповім більше про її конфігурацію та властивості:
- Фізично є мікросхему зі зчитуючим кристалом, якщо входить у комплект комп'ютера, наприклад. Але бувають і самостійні масиви даних (компакт-диск, грамплатівка, штрих-код тощо).
- ПЗУ складається з двох частин «А» та «Е». Перша - діодно-трансформаторна матриця, що прошивається за допомогою адресних дротів. Служить для зберігання програм. Друга призначена для їхньої видачі.
- Схематично складається з кількох однорозрядних осередків. При записі певного біта даних виконується запаювання до корпусу (нуль) або джерела живлення (одиниця). У сучасних пристроях схеми з'єднуються паралельно збільшення розрядності осередків.
- Об'єм пам'яті варіюється від кількох кілобайт до терабайт, в залежності від того, до якого пристрою вона застосована.
Види
Різновидів ПЗУ кілька, але щоб не гаяти ваш час, назву тільки дві основні модифікації:
- Перша буква додає слово "programmable" (програмоване). Це означає, що користувач може один раз самостійно прошити пристрій.
- Ще дві літери попереду приховують під собою формулювання "electrically erasable" (електрично стирається). Такі ПЗУ можна перезаписувати скільки завгодно. До цього типу належить флеш-пам'ять.
В принципі, це все, що я хотів сьогодні до Вас донести.
Буду радий, якщо ви підпишетесь на оновлення і заходитимете частіше.
Комп'ютери та будь-яка електроніка – складні пристрої, принципи роботи яких не завжди зрозумілі більшості обивателів. Що таке ПЗУ і навіщо пристрій потрібний? Більшість людей не зможуть дати відповіді на це запитання. Спробуємо виправити це непорозуміння. Що таке ПЗП?
Чим вони є та де використовуються? Постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗУ) є енергонезалежною пам'яттю. Технологічно вони реалізовані як мікросхеми. Одночасно ми довідалися, яка абревіатури ПЗУ розшифровка. Призначені пристрої для зберігання інформації, введеної користувачем, та встановлених програм. У постійному пристрої можна знайти документи, мелодії, картинки – тобто. все, що має зберігатися протягом місяців і навіть років. Обсяги пам'яті, залежно від пристрою, можуть змінюватися від кількох кілобайт (на найпростіших пристроях, мають один кристал кремнію, прикладом яких є мікроконтролери) до терабайтів. Чим більший обсяг ПЗП – тим більше об'єктів може бути збережено. Обсяг прямо пропорційний кількості даних. Якщо ущільнити відповідь питання, що таке ПЗУ, слід відповісти: це сховище даних, яке залежить від постійного напруги. На запитання, що таке ПЗУ, вже дано відповідь. Тепер слід поговорити, які вони бувають. Основним постійним пристроєм є жорсткі диски. Вони є у кожному сучасному комп'ютері. Використовуються вони завдяки своїм широким можливостям накопичення інформації. Але при цьому існує ряд ПЗП, які використовують мультиплексори (це мікроконтролери, початкові завантажувачі та інші електронні механізми). При детальному вивченні знадобиться як розуміти значення ПЗУ. Розшифровка інших термінів теж необхідна для того, щоб вникнути в тему. Розширення та доповнення можливостей ПЗУ завдяки флеш-технологіям
Якщо стандартного обсягу пам'яті користувачу не вистачає, можна скористатися додатковим розширенням можливостей наданого ПЗУ у сфері зберігання даних. Здійснюється це за допомогою сучасних технологій, реалізованих у картах пам'яті та USB-флеш-накопичувачах. У основі лежить принцип багаторазового використання. Іншими словами, дані на них можна прати та записувати десятки та сотні тисяч разів. З чого складається постійний пристрій
У складі ПЗУ знаходиться дві частини, які позначаються як ПЗУ-А (для зберігання програм) та ПЗУ-Е (для видачі програм). Постійний пристрій типу А є діодно-трансформаторною матрицею, яка прошивається за допомогою адресних проводів. Цей розділ ПЗУ виконує основну функцію. Начинка залежить від матеріалу, з якого зроблено ПЗП (можуть застосовуватися перфораційні та магнітні стрічки, перфокарти, магнітні диски, барабани, феритові наконечники, діелектрики та їхня властивість накопичення електростатичних зарядів). Схематична будова ПЗП
Цей об'єкт електроніки зображується у вигляді пристрою, який на вигляд нагадує з'єднання певного числа однорозрядних осередків. Мікросхема ПЗУ, незважаючи на потенційну складність і, начебто значні можливості, за розміром мала. При запам'ятовуванні певного біта проводиться запаювання до корпусу (коли записується нуль) або джерела живлення (коли записується одиниця). Для збільшення розрядності осередків пам'яті в постійних пристроях мікросхеми можуть паралельно з'єднуватися. Так і роблять виробники, щоб отримати сучасний продукт, адже мікросхема ПЗП із високими характеристиками дозволяє їм бути конкурентними на ринку. Об'єми пам'яті при використанні в різних одиницях техніки
Об'єми пам'яті різняться залежно від типу та призначення ПЗП. Так у простій побутовій техніці на зразок пральних машинок або холодильників можна вистачає встановлених мікроконтролерів (з їх запасів у кілька десятків кілобайт), і в окремих випадках встановлюється щось складніше. Використовувати великий обсяг ПЗУ тут немає сенсу, адже кількість електроніки невелика, і від техніки не потрібно складних обчислень. Для сучасних телевізорів потрібно вже щось досконаліше. І вершиною складності є обчислювальна техніка на кшталт комп'ютерів та серверів, ПЗУ для яких, як мінімум, вміщують від кількох гігабайт (для випущених років 15 тому) до десятків та сотень терабайт інформації. Масочне ПЗУ
У випадках, коли запис ведеться за допомогою процесу металізації і використовується маска, такий постійний пристрій називається масковим. Адреси осередків пам'яті у яких подаються на 10 висновків, а конкретна мікросхема вибирається з допомогою спеціального сигналу CS. Програмування цього виду ПЗУ здійснюється на заводах, внаслідок цього виготовлення у дрібних та середніх обсягах невигідне та досить незручно. Але при великосерійному виробництві вони є найдешевшими серед усіх постійних пристроїв, що запам'ятовують, що й забезпечило їм популярність. Схематично від загальної маси відрізняються тим, що в матриці з'єднання провідників замінені плавкими перемичками, виготовлені з полікристалічного кремнію. На стадії виробництва утворюються всі перемички, і комп'ютер вважає, що скрізь записані логічні одиниці. Але під час попереднього програмування подається підвищена напруга, за допомогою якої залишають логічні одиниці. При подачі низьких напруг перемички випаровуються і комп'ютер зчитує, що там логічний нуль. За таким принципом діють програмовані постійні пристрої, що запам'ятовують. Програмовані постійні пристрої ППЗУ, що запам'ятовують, виявилися досить зручними в процесі технологічного виготовлення, щоб до них можна було вдаватися при середньо- і дрібносерійному виробництві. Але такі пристрої мають і свої обмеження - так, записати програму можна тільки раз (через те, що перемички випаровуються раз і назавжди). Через таку неможливість використовувати постійний пристрій повторно, при помилковому записуванні його доводиться викидати. В результаті підвищується вартість усієї виробленої апаратури. Зважаючи на недосконалість виробничого циклу ця проблема досить сильно займала уми розробників пристроїв пам'яті. Виходом із цієї ситуації стала розробка ПЗУ, яке можна програмувати наново багаторазово. ПЗУ з ультрафіолетовим або електричним стиранням
І отримали такі пристрої назву «постійний пристрій з ультрафіолетовим або електричним стиранням». Створюються вони на основі матриці, що запам'ятовує, в якій осередки пам'яті мають особливу структуру. Так, кожен осередок є МОП-транзистором, в якому затвор зроблений з полікристалічного кремнію. Схоже на попередній варіант, правда? Але особливість цих ПЗУ в тому, що кремній додатково оточений діелектриком, який має чудові ізолюючі властивості, - діоксид кремнію. Принцип дії базується на змісті індукційного заряду, який може зберігатися десятки років. Тут є особливості щодо стирання. Так, для ультрафіолетового ПЗУ-пристрою необхідне попадання ультрафіолетових променів, що йдуть ззовні (ультрафіолетової лампи тощо). Очевидно, що з погляду простоти експлуатація постійних пристроїв з електричним стиранням є оптимальним, так як для їх активації необхідно просто подати напругу. Принцип електричного стирання був успішно реалізований у таких ПЗУ, як флеш-накопичувачі, які можна побачити в багатьох. Але така ПЗУ-схема, за винятком побудови осередку, структурно не відрізняється від звичайного постійного масочного запам'ятовуючого пристрою. Іноді такі пристрої називають репрограмованими. Але за всіх переваг є і певні межі швидкості стирання інформації: для цієї дії зазвичай необхідно близько 10-30 хвилин. Незважаючи на можливість перезапису, репрограмовані пристрої мають обмеження щодо використання. Так, електроніка з ультрафіолетовим стиранням може пережити від 10 до 100 циклів перезапису. Потім руйнівний вплив випромінювання стає настільки відчутним, що перестають функціонувати. Побачити використання подібних елементів можна як сховища для програм BIOS, у відео- та звукових картах, для додаткових портів. Але оптимальним щодо перезапису є принцип електричного стирання. Так, кількість перезаписів у рядових пристроях становить від 100 000 до 500 000! Існують окремі ПЗУ-пристрої, які можуть працювати і більше, але більшості користувачів вони ні до чого.
| Постійний пристрій (ROM)
Мікросхема EPROM Intel 1702 з ультрафіолетовим стиранням
Постійний пристрій (ПЗУ)- енергонезалежна пам'ять, що використовується для зберігання масиву незмінних даних.
Історичні типи ПЗУ
Постійні пристрої, що запам'ятовують, стали знаходити застосування в техніці задовго до появи ЕОМ і електронних приладів. Зокрема, одним із перших типів ПЗУ був кулачковий валик, що застосовувався в шарманках, музичних скриньках, годинниках з боєм.З розвитком електронної техніки та ЕОМ виникла потреба у швидкодіючих ПЗУ. В епоху вакуумної електроніки знаходили застосування ПЗП на основі потенціалоскопів, моноскопів, променевих ламп. У ЕОМ з урахуванням транзисторів як ПЗУ невеликий ємності широко використовувалися штепсельні матриці. За необхідності зберігання великих обсягів даних (для ЕОМ перших поколінь - кілька десятків кілобайт) застосовувалися ПЗП з урахуванням феритовых кілець (не слід плутати їх із схожими типами ОЗУ). Саме від цих типів ПЗП і бере свій початок термін «прошивка» - логічний стан осередку задавалася напрямом навивки дроту, що охоплює кільце. Оскільки тонкий провід потрібно протягувати через ланцюжок феритових кілець для виконання цієї операції застосовувалися металеві голки, аналогічні швейним. Та й сама операція наповнення ПЗП інформацією нагадувала процес шиття.
Як працює ПЗП. Сучасні типи ПЗП
Дуже часто у різних застосуваннях потрібне зберігання інформації, яка не змінюється у процесі експлуатації пристрою. Це така інформація як програми у мікроконтролерах, початкові завантажувачі та BIOS у комп'ютерах, таблиці коефіцієнтів цифрових фільтрів у сигнальних процесорах. Майже завжди ця інформація не потрібна одночасно, тому найпростіші пристрої для запам'ятовування постійної інформації можна побудувати на мультиплексорах. Схема такого постійного пристрою наведена на наступному малюнкуСхема постійного пристрою, побудована на мультиплексорі
У цій схемі побудовано постійний пристрій на вісім однорозрядних осередків. Запам'ятовування конкретного біта в однорозрядну комірку проводиться запаюванням дроту до джерела живлення (запис одиниці) або запаюванням дроту до корпусу (запис нуля). На важливих схемах такий пристрій позначається як показано на малюнку
Позначення постійного пристрою на принципових схемах
Для того, щоб збільшити розрядність осередку пам'яті ПЗУ, ці мікросхеми можна з'єднувати паралельно (виходи і записана інформація природно залишаються незалежними). Схема паралельного з'єднання однорозрядних ПЗП наведено на наступному малюнку
Схема багаторозрядного ПЗП
У реальних ПЗУ запис інформації здійснюється за допомогою останньої операції виробництва мікросхеми – металізації. Металізація здійснюється за допомогою маски, тому такі ПЗУ отримали назву масочних ПЗУ. Ще одна відмінність реальних мікросхем від спрощеної моделі, наведеної вище, - це використання крім мультиплексора ще й демультиплексора. Таке рішення дозволяє перетворити одновимірну структуру, що запам'ятовує, в багатовимірну і, тим самим, істотно скоротити обсяг схеми дешифратора, необхідного для роботи схеми ПЗУ. Ця ситуація ілюструється наступним малюнком:
Схема масочного постійного запам'ятовуючого пристрою
Масочні ПЗУ зображуються на важливих схемах як показано малюнку. Адреси осередків пам'яті у цій мікросхемі подаються на висновки A0...A9. Мікросхема вибирається сигналом CS. З допомогою цього сигналу можна збільшувати обсяг ПЗУ (приклад використання сигналу CS наведено під час обговорення ОЗУ). Читання мікросхеми провадиться сигналом RD.
Програмування масочного ПЗУ проводиться на заводі-виробнику, що дуже незручно для дрібних та середніх серій виробництва, не кажучи вже про стадії розробки пристрою. Природно, що для великосерійного виробництва масочні ПЗП є найдешевшим видом ПЗП, і тому широко використовуються в даний час. Для дрібних та середніх серій виробництва радіоапаратури були розроблені мікросхеми, які можна програмувати у спеціальних пристроях – програматорах. У цих мікросхемах постійне з'єднання провідників у матриці запам'ятовується замінюється плавкими перемичками, виготовленими з полікристалічного кремнію. При виробництві мікросхеми виготовляються всі перемички, що еквівалентно запису у всі осередки пам'яті логічних одиниць. У процесі програмування на висновки живлення та виходи мікросхеми подається підвищене харчування. При цьому якщо на вихід мікросхеми подається напруга живлення (логічна одиниця), то через перемичку струм протікати не буде і перемичка залишиться неушкодженою. Якщо ж на вихід мікросхеми подати низький рівень напруги (приєднати до корпусу), то через перемичку протікатиме струм, який випарує цю перемичку і при подальшому зчитуванні інформації з цієї комірки зчитуватиметься логічний нуль.
Такі мікросхеми називаються програмованимиПЗП (ППЗП) і зображуються на важливих схемах як показано на малюнку. Як приклад можна назвати мікросхеми 155РЕ3, 556РТ4, 556РТ8 та інші.
Позначення програмованого постійного пристрою на принципових схемах
Програмовані ПЗУ виявилися дуже зручними при дрібносерійному та середньосерійному виробництві. Однак при розробці радіоелектронних пристроїв часто доводиться змінювати програму, що записується в ПЗУ. ППЗУ при цьому неможливо використовувати повторно, тому якщо записане ПЗУ при помилковій або проміжній програмі доводиться викидати, що природно підвищує вартість розробки апаратури. Для усунення цього недоліку було розроблено ще один вид ПЗУ, який міг би стиратися та програмуватися заново.
ПЗУ з ультрафіолетовим стираннямбудується на основі пам'яті матриці побудованої на осередках пам'яті, внутрішній пристрій якої наведено на наступному малюнку:
Запам'ятувальний осередок ПЗУ з ультрафіолетовим та електричним стиранням
Осередок є МОП транзистор, в якому затвор виконується з полікристалічного кремнію. Потім у процесі виготовлення мікросхеми цей затвор окислюється і в результаті буде оточений оксидом кремнію - діелектриком з прекрасними ізолюючими властивостями. В описаному осередку при повністю стертому ПЗУ заряду в затворі плаваючому немає, і тому транзистор струм не проводить. При програмуванні мікросхеми на другий затвор, що знаходиться над плаваючим затвором, подається висока напруга і плаваючий затвор за рахунок тунельного ефекту індукуються заряди. Після зняття програмуючого напруги на плаваючому затворі індукований заряд залишається і, отже, транзистор залишається у провідному стані. Заряд на плаваючому затворі може зберігатися десятки років.
Структурна схема постійного пристрою не відрізняється від описаного раніше масочного ПЗУ. Єдино замість перемички використовується описана вище комірка. У репрограмованих ПЗУ стирання раніше записаної інформації здійснюється ультрафіолетовим випромінюванням. Для того, щоб це світло могло безперешкодно проходити до напівпровідникового кристала, в корпус мікросхеми вбудовується віконце з кварцового скла.
При опроміненні мікросхеми, ізолюючі властивості оксиду кремнію губляться і накопичений заряд з плаваючого затвора стікає в об'єм напівпровідника і транзистор клітинки, що запам'ятовує, переходить в закритий стан. Час стирання мікросхеми коливається не більше 10 - 30 хвилин.
Кількість циклів запису - стирання мікросхем перебуває у діапазоні від 10 до 100 разів, після чого мікросхема виходить з ладу. Це з руйнівним впливом ультрафіолетового випромінювання. Як приклад таких мікросхем можна назвати мікросхеми 573 серії російського виробництва, мікросхеми серій 27сXXX зарубіжного виробництва. У цих мікросхемах найчастіше зберігаються програми BIOS універсальних комп'ютерів. ПЗУ, що репрограмуються, зображуються на принципових схемах як показано на малюнку
Позначення репрограмованого постійного пристрою на принципових схемах
Так так корпуси з кварцовим віконцем дуже дорогі, а також мала кількість циклів запису - стирання привели до пошуку способів стирання інформації з ППЗ електричним способом. На цьому шляху зустрілося багато труднощів, які наразі практично вирішені. Зараз досить поширені мікросхеми з електричним стиранням інформації. Як запам'ятовує комірки в них використовуються такі ж комірки як і в РПЗУ, але вони стираються електричним потенціалом, тому кількість циклів запису - стирання для цих мікросхем досягає 1000000 разів. Час стирання осередку пам'яті таких мікросхемах зменшується до 10 мс. Схема управління для таких мікросхем вийшла складною, тому намітилося два напрями розвитку цих мікросхем:
1. -> ЕСППЗУ
2. -> FLASH – ПЗУ
Електрично стираються ППЗУ дорожче і менше за об'ємом, зате дозволяють перезаписувати кожну комірку пам'яті окремо. В результаті ці мікросхеми мають максимальну кількість циклів запису - стирання. Область застосування ПЗП, що електрично стираються, - зберігання даних, які не повинні стиратися при вимиканні живлення. До таких мікросхем відносяться вітчизняні мікросхеми 573РР3, 558РР та зарубіжні мікросхеми серії 28cXX. ПЗУ, що електрично стираються, позначаються на схемах як показано на малюнку
Позначення електрично стирається постійного пристрою на принципових схемах
Останнім часом намітилася тенденція зменшення габаритів ЕСППЗП за рахунок зменшення кількості зовнішніх ніжок мікросхем. Для цього адреса та дані передаються в мікросхему та з мікросхеми через послідовний порт. При цьому використовуються два види послідовних портів - SPI порт та I2C порт (мікросхеми 93xXX і 24cXX серій відповідно). Зарубіжній серії 24cXX відповідає вітчизняна серія мікросхем 558РРX.
FLASH - ПЗУ відрізняються від ЕСППЗУ тим, що стирання проводиться не кожного осередку окремо, а всієї мікросхеми в цілому або блоку матриці запам'ятовує цієї мікросхеми, як це робилося в РПЗУ.
При зверненні до постійного пам'яті пристрою спочатку необхідно виставити адресу осередку пам'яті на шині адреси, а потім зробити операцію читання з мікросхеми. Ця часова діаграма наведена на малюнку
Позначення FLASH пам'яті на принципових схемах
На малюнку стрілочками показано послідовність, у якій мають формуватися управляючі сигнали. На цьому малюнку RD - це сигнал читання, A - сигнали вибору адреси комірки (оскільки окремі біти в шині адреси можуть набувати різних значень, то показані шляхи переходу як в одиничний, так і в нульовий стан), D - вихідна інформація, зчитана з обраного осередку ПЗУ.
Персональні комп'ютери мають чотири ієрархічні рівні пам'яті:
мікропроцесорна пам'ять;
основна пам'ять;
реєстрова кеш-пам'ять;
Зовнішня пам'ять.
Мікропроцесорна пам'ять розглянута вище. Основна пам'ять призначена для зберігання та оперативного обміну інформацією з іншими пристроями комп'ютера. Функції пам'яті:
прийом інформації з інших пристроїв;
запам'ятовування інформації;
видача інформації за запитом до інших пристроїв машини.
Основна пам'ять містить два види пристроїв, що запам'ятовують:
ПЗУ - постійний пристрій;
ОЗУ - оперативне запам'ятовуючий пристрій.
ПЗУ призначене для зберігання постійної програмної та довідкової інформації. Дані до ПЗП заносяться під час виготовлення. Інформацію, що зберігається у ПЗП, можна лише зчитувати, але не змінювати.
У ПЗУ знаходяться:
програма керування роботою процесора;
програма запуску та зупинки комп'ютера;
програми тестування пристроїв, які перевіряють при кожному включенні комп'ютера правильність роботи його блоків;
програми керування дисплеєм, клавіатурою, принтером, зовнішньою пам'яттю;
інформація про те, де на диску є операційна система.
ПЗП є енергонезалежною пам'яттю, при відключенні живлення інформація у ньому зберігається.
ОЗП призначено для оперативного запису, зберігання та зчитування інформації (програм та даних), що безпосередньо бере участь в інформаційно-обчислювальному процесі, що виконується комп'ютером у поточний період часу.
Головними перевагами оперативної пам'яті є її висока швидкодія та можливість звернення до кожного осередку пам'яті окремо (прямий адресний доступ до пам'яті). Усі осередки пам'яті об'єднані групи по 8 біт (1 байт), кожна така група має адресу, яким до неї можна звернутися.
ОЗП є енергозалежною пам'яттю, при вимкненні живлення інформація в ньому стирається.
У сучасних комп'ютерах обсяг пам'яті зазвичай становить 8-128 Мбайт. Об'єм пам'яті – важлива характеристика комп'ютера, вона впливає на швидкість роботи та працездатність програм.
Окрім ПЗП та ОЗП на системній платі є і енергонезалежна CMOS-пам'ять, що постійно живиться від свого акумулятора. У ній зберігаються параметри конфігурації комп'ютера, які перевіряються при кожному підключенні системи. Це напівпостійна пам'ять. Для зміни параметрів конфігурації комп'ютера в BIOS міститься програма конфігурації комп'ютера - SETUP.
Для прискорення доступу до оперативної пам'яті використовується спеціальна надшвидкодійна кеш-пам'ять, яка розташовується як би «між» мікропроцесором і оперативною пам'яттю, в ній зберігаються копії найчастіше використовуваних ділянок оперативної пам'яті. Реєстри кеш-пам'яті недоступні для користувача.
У кеш-пам'яті зберігаються дані, які мікропроцесор отримав і використовуватиме найближчі такти своєї роботи. Швидкий доступ до цих даних дозволяє скоротити час виконання чергових команд програми.
Мікропроцесори, починаючи від МП 80486, мають вбудовану кеш-пам'ять. Мікропроцесори Pentium та Rentium Pro мають кеш-пам'ять окремо для даних та окремо для команд. Для всіх мікропроцесорів може використовуватися додаткова кеш-пам'ять, що розміщується на материнській платі поза мікропроцесором, ємність якої може досягати кількох Мбайт. Зовнішня пам'ять відноситься до зовнішніх пристроїв комп'ютера і використовується для тривалого зберігання будь-якої інформації, яка може знадобитися для вирішення завдань. Зокрема, у зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення комп'ютера.
Пристрої зовнішньої пам'яті - зовнішні пристрої - дуже різноманітні. Їх можна класифікувати за видом носія, за типом конструкції, за принципом запису та зчитування інформації, за методом доступу і т.д.
Найбільш поширеними зовнішніми пристроями, що запам'ятовують, є:
накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД);
накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД);
Накопичувачі на оптичних дисках (CD-ROM).
Рідше як пристрої зовнішньої пам'яті персонального комп'ютера використовуються запам'ятовуючі пристрої на касетній магнітній стрічці - стримери.
Накопичувачі на дисках – це пристрої для читання та запису з магнітних або оптичних носіїв. Призначення цих накопичувачів - зберігання великих обсягів інформації, запис і видача інформації, що зберігається за запитом в оперативний запам'ятовуючий пристрій.
НЖМД і НГМД розрізняються лише конструктивно, обсягами збереженої інформації та часом пошуку, запису та зчитування інформації.
Як запам'ятовує середовища у магнітних дисків використовуються магнітні матеріали зі спеціальними властивостями, що дозволяють фіксувати два магнітні стани - два напрями намагніченості. Кожному з цих станів відповідають двійкові цифри 0 і 1. Інформація на магнітні диски записується і зчитується магнітними головками вздовж концентричних кіл - доріжок (треків). Кількість доріжок на диску та їх інформаційна ємність залежить від типу диска, конструкції накопичувача, якості магнітних головок і магнітного покриття. Кожна доріжка розбита на сектори. В одному секторі зазвичай розміщується 512 байт даних. Обмін даними між накопичувачем на магнітному диску та оперативною пам'яттю здійснюється послідовно цілим числом секторів. Для жорсткого магнітного диска використовується поняття циліндра - сукупності доріжок, що знаходяться на однаковій відстані від центру диска.
Диски відносяться до машинних носіїв інформації із прямим доступом. Це означає, що комп'ютер може звернутися до доріжки, на якій починається ділянка з шуканою інформацією або куди потрібно записати нову інформацію, безпосередньо, де б не знаходилася, головка запису і читання накопичувача.
Усі диски – і магнітні, і оптичні – характеризуються своїм діаметром (форм-фактором). З гнучких магнітних дисків найбільшого поширення набули диски діаметром 3,5(89 мм). Місткість цих дисків становить 1,2 та 1,44 Мбайт.
Накопичувачі на жорстких магнітних дисках отримали назву вінчестер. Цей термін виник з жаргонної назви першої моделі жорсткого диска, що мав 30 доріжок по 30 секторів кожна, що випадково збіглося з калібром мисливської рушниці вінчестер. Місткість накопичувача на жорсткому магнітному диску вимірюється в Мбайтах та Гбайтах.
Останнім часом з'явилися нові накопичувачі на магнітних дисках – ZIP-диску – переносні пристрої ємністю 230-280 Мбайт.
В останні роки найбільшого поширення набули накопичувачі на оптичних дисках (CD-ROM). Завдяки маленьким розмірам, великій ємності та надійності ці накопичувачі стають дедалі популярнішими. Місткість накопичувачів на оптичних дисках – від 640 Мбайт і вище.
Оптичні диски діляться на лазерно-оптичні диски, що не перезаписуються, лазерно-оптичні диски, що перезаписуються, і магнітооптичні диски, що перезаписуються. Диски, що не перезаписуються, поставляються фірмами-виробниками з вже записаною на них інформацією. Запис інформації на них можливий лише в лабораторних умовах, поза комп'ютером.
Крім основної своєї характеристики - інформаційної ємності, дискові накопичувачі характеризуються двома часовими показниками:
часом доступу;
швидкістю зчитування розміщених байтів поспіль.
ПЗУ- швидка, енергонезалежна пам'ять, яка призначена лише для читання. Інформація заноситься до неї один раз (зазвичай у заводських умовах) і зберігається постійно (при включеному та вимкненому комп'ютері). У ПЗУ зберігається інформація, присутність якої завжди потрібна в комп'ютері. Комплект програм, що у ПЗУ утворює базову систему вводу/вывода BIOS (Basic Input Output System). BIOS (Basic Input Output System – базова система вводу-виводу) – сукупність програм, призначених для автоматичного тестування пристроїв після включення живлення комп'ютера та завантаження операційної системи в оперативну пам'ять.
У ПЗУ знаходяться:
Тестові програми, що перевіряють при кожному включенні комп'ютера правильність роботи його блоків;
Програми для керування основними периферійними пристроями – дисководом, монітором, клавіатурою;
Інформація про те, де на диску розташована операційна система.
Типи ПЗП:
ПЗУз масковим програмуванням це пам'ять, у якому інформація записана раз і назавжди у процесі виготовлення напівпровідникових інтегральних схем. Постійні пристрої, що запам'ятовують, застосовуються тільки в тих випадках, коли йдеться про масове виробництво, т.к. Виготовлення масок для інтегральних схем приватного застосування обходиться дуже дорого.
ППЗУ(програмований постійний пристрій).
Програмування ПЗП – це одноразова операція, тобто. інформація, яка колись записана в ППЗУ, згодом змінена бути не може.
СППЗУ(Стирається програмований постійний пристрій). При роботі з ним користувач може запрограмувати його, а потім стерти записану інформацію.
ЕІПЗУ(Електрично змінний постійний пристрій). Його програмування та зміна здійснюються за допомогою електричних засобів. На відміну від СППЗУ для стирання інформації, що зберігається в ЕІПЗУ, не потрібні спеціальні зовнішні пристрої.
Наочно ОЗУ і ПЗУ можна уявити у вигляді масиву осередків, які записані окремі байти інформації. Кожен осередок має свій номер, причому нумерація починається з нуля. Номер осередку є адресою байта.
Центральний процесор під час роботи з ОЗУ повинен вказати адресу байта, який хоче прочитати з пам'яті чи записати на згадку. Зрозуміло, із ПЗУ можна лише читати дані. Прочитані з ОЗП або ПЗУ дані процесор записує у свою внутрішню пам'ять, влаштовану аналогічно ОЗУ, але працює значно швидше і має ємність трохи більше десятків байт.
Процесор може обробляти тільки ті дані, які знаходяться в його внутрішній пам'яті, в ОЗП або ПЗУ. Всі ці види пристрою пам'яті називаються пристроями внутрішньої пам'яті, вони розташовуються безпосередньо на материнській платі комп'ютера (внутрішня пам'ять процесора знаходиться в самому процесорі).
Кеш-пам'ять.Обмін даними всередині процесора відбувається набагато швидше, ніж обмін даними між процесором та оперативною пам'яттю. Тому, щоб зменшити кількість звернень до оперативної пам'яті, усередині процесора створюють так звану надоперативну або кеш-пам'ять. Коли процесору потрібні дані, він спочатку звертається до кеш-пам'яті, і тоді, коли там відсутні потрібні дані, відбувається звернення до оперативної пам'яті. Чим більший розмір кеш-пам'яті, тим більша ймовірність, що необхідні дані знаходяться там. Тому високопродуктивні процесори мають підвищені обсяги кеш-пам'яті.
Розрізняють кеш-пам'ять першого рівня(Виконується на одному кристалі з процесором і має об'єм порядку кілька десятків Кбайт), другого рівня (Виконується на окремому кристалі, але в межах процесора, з об'ємом в сто і більше Кбайт) і третього рівня (виконується на окремих швидкодіючих мікросхемах з розташуванням на материнській платі і має об'єм один і більше Мбайт).
У процесі роботи процесор обробляє дані, що у його регістрах, оперативної пам'яті і зовнішніх портах процесора. Частина даних інтерпретується як дані, частина даних - як адресні дані, а частина - як команди. Сукупність різноманітних команд, які може виконати процесор над даними, утворює систему команд процесора. Чим більший набір команд процесора, тим складніше його архітектура, тим довший запис команд у байтах і тим довша середня тривалість виконання команд.
