5. Основные запоминающие устройства

Большинство из применяемых в настоящее время типов микросхем оперативной памяти не в состоянии сохранять данные без внешнего источника энергии, то есть являются энергозависимыми (volatile memory). По сравнению с энергонезависимыми ОЗУ (non-volatile memory) они обладают: большей ёмкостью, низким энергопотреблением, более высоким быстродействием и невысокой себестоимостью хранения единицы информации

Энергозависимые ОЗУ подразделяют на две основные подгруппы: динамическую память (DRAM - Dynamic Random Access Memory) и статическую память (SRAM - Static Random Access Memory).

В статических ОЗУ запоминающий элемент может хранить записанную информацию неограниченно долго (при наличии питающего напряжения). Запоминающий элемент динамического ОЗУ способен хранить информацию в течение достаточно короткого промежутка времени, после которого информацию нужно восстанавливать, иначе она будет потеряна.

Роль запоминающего элемента в статических ОЗУ играет триггер, имеющий два устойчивых состояния. Обычно триггер состоит из четырех либо шести транзисторов (триодов). Схема с четырьмя транзисторами обеспечивает большую емкость микросхемы, но обладает большим током утечки, чувствительна к воздействию внешних источников излучения. Наличие дополнительных двух транзисторов снижают уровень упомянутых недостатков и, главное, увеличивают быстродействие памяти.

Запоминающий элемент динамического ОЗУ состоит из одного конденсатора и запирающего транзистора. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе интерпретируется как 1 или 0 соответственно. Простота схемы позволяет достичь высокой плотности размещения ЗЭ и снизить стоимость. Главным недостатком являются токи утечки, среднее время утечки заряда ЗЭ составляет сотни и даже десятки миллисекунд, поэтому периодическое восстановление заряда ЗЭ (регенерация) осуществляется каждые 2-8 мс. Операции разрядки-перезарядки занимают определенное время, которое снижает скорость работы динамической памяти. Это является, пожалуй, одним из основных недостатков динамической памяти, так как по критерию, учитывающему информационную емкость, стоимость и энергопотребление, данный тип памяти во многих случаях предпочтительнее статической.

Область применения статической и динамической памяти определяется скоростью и стоимостью. Главным преимуществом SRAM является высокое быстродействие, примерно на порядок выше, чем у DRAM. Быстрая синхронная SRAM со временем доступа к информации, равным времени одного тактового импульса процессора. Малая емкость и высокая стоимость ограничивает применение статической памяти использованием основном в кэш- памяти, имеющей небольшой объем.

Динамической памяти в вычислительной машине значительно больше, чем статической. DRAM используется в качестве основной памяти ВМ. Как и SRAM, динамическая память состоит из ядра (массива ЗЭ) и интерфейсной логики (буферных регистров, усилителей чтения данных, схемы регенерации и др.). Ячейки памяти динамического типа конфигурируются обычно в матрицу строк и столбцов, причем процесс считывания организуется таким образом, что содержимое целой строки переносится в некий буфер. После считывания соответствующего бита содержимое буфера перезаписывается в ту же строку ячеек динамической памяти, то есть производится перезарядка тех конденсаторов, которые до считывания были в заряженном состоянии. Количество видов DRAM уже превысило два десятка, но ядро у них организованно практически одинаково, главные различия в интерфейсной логике в основном обусловлены областью применения микросхем. Различают две основные сферы применения динамических ОЗУ: микросхемы для основной памяти и микросхемы для видеоадаптеров.

Данные необходимо постоянно регенерировать, после каждой операции чтения данные должны быть восстановлены (при считывании информации из одной ячейки фактически выдаются данные сразу всей выбранной строки, но используются только находящиеся в интересующем столбце, а все остальные игнорируются, операция чтения из одной ячейке приводит к разрушению всей строки). Регенерация данных после чтения выполняется автоматически интерфейсной логикой микросхемы сразу же после считывания строки.