Типы запоминающих устройств и их основные характеристики

Запоминающие устройства (ЗУ) ЭВМ пред­назначены для хранения, записи и выдачи информации, необходимой для решения задач на ЭВМ. Такой информа­цией могут быть исходные данные, программы решения задач, различные константы, промежуточные и конечные результаты вычислений и др.

Записываемая, хранимая и считываемая информация представляется в виде слов или слогов в двоичном коде. Каждое слово или слог располагается в ячейке памяти (ЯП), состоящей из запоминающих элементов (ЗЭ). Один ЗЭ может хранить число 0 или 1. Про такой ЗЭ говорят, что он обладает емкостью в 1 бит. Если в ячейке памяти имеется N запоминающих элементов, то ее емкость со­ставляет N бит. Число запоминающих элементов в ЯП определяет разрядность ЯП и разрядность записываемого в нее слова. Восьмиразрядное, или восьмибитовое, слово называют байтом.

Операцию извлечения из ЗУ хранимого слова называют считыванием информации, а операцию записи в ячейке памяти ЗУ нового слова — записью информации. Часто запись и считывание информации называют обращением к ЗУ. Для обращения к той или иной ячейке памяти каж­дая ЯП имеет свой адрес, или номер. Такие ЗУ называются адресными. По способу доступа к необходимой ЯП разли­чают ЗУ с последовательным, циклическим и произволь­ным доступом.

Кроме адресных, существуют и безадресные запоми­нающие устройства, в которых обращение к заданным ЯП осуществляется по специальным (ассоциативным) признакам слов, хранимых в памяти ЭВМ.

Конструктивно ЯП объединяют в устройство, назы­ваемое блоком памяти (БП). Общее число ЯП составляет емкость ЗУ.

Емкость ЗУ является одним из его важнейших па­раметров. Она выражается в битах и определяется как произведение количества имеющихся в ЗУ ячеек памяти на их разрядность. Иногда емкость ЗУ выражается в байтах или словах.

Другим важным параметром ЗУ является их быстродействие. Под быстродействием ЗУ понимают время, затрачиваемое на одно обращение к памяти ЭВМ для за­писи или считывания информации. Быстродействие ЗУ определяет скорость вычислительных процессов и, следо­вательно, производительность всей ЭВМ.

Увеличение емкости ЗУ сопровождается снижением быстродействия ЭВМ. Поэтому запоминающие устройства современных ЭВМ строятся по иерархическому принципу, согласно которому память ЭВМ состоит из совокупности ЗУ с различной емкостью и быстродействием (рис. 13.29). Среди них можно выделить следующие:

сверхоперативные ЗУ (СОЗУ), период обращения ко­торых составляет десятые или сотые доли микросекунды, а емкость — от 10² до 10⁵ бит;

оперативные ЗУ (ОЗУ), у которых период обращения составляет 0,5...10 мкс, а емкость 10⁴... 10⁶ бит. ОЗУ используется для хранения программ вычислений и данных, используемых для вычисления;

Рис. 13.29. Иерархическая схема построения памяти ЭВМ

постоянные ЗУ (ПЗУ) с периодом обращения 0,1 … 10 мкс и емкостью 10⁴...10⁷ бит. В ПЗУ информация за­писывается при их изготовлении и в дальнейшем не изме­няется. В качестве записанной в ПЗУ информации могут быть различные константы, таблицы функций, постоянно используемые программы и подпрограммы;

внешние ЗУ (ВЗУ), имеющие период обращения от десятков миллисекунд до десятков и сотен секунд и ем­кость 10⁶...10¹⁰ бит. ВЗУ используется для хранения боль­ших массивов информации, которые непосредственно в вычислительном процессе не используются и при необхо­димости передаются в ОЗУ через буферные ЗУ;

буферные ЗУ (БЗУ) используются в качестве проме­жуточного устройства памяти, через которое осуществля­ется обмен информацией между ОЗУ и ВЗУ. Период обра­щения БЗУ составляет от единиц микросекунд до десятков и сотен миллисекунд, а емкость — 10⁵...10⁸ бит.

Для построения ЗУ должна использоваться среда, элементы которой имеют два или более состояний устой­чивого равновесия. В ЭВМ первого и второго поколений в запоминающих устройствах широко использовались ферритовые сердечники. Для образования блоков памяти, состоящих из ячеек на ферритовых сердечниках, требо­вались довольно сложные и трудоемкие операции по прошивке сердечников.

Однако главным недостатком ЗУ на ферритовых сер­дечниках является значительное время обращения, превы­шающее 0,5 мкс, что ограничивает быстродействие ЭВМ. С развитием микроэлектроники появилась возможность в качестве запоминающего элемента использовать инте­гральные биполярные и МДП-транзисторы, транзисторы с инжекционным питанием, приборы с зарядовой связью.