RAM, ROM и типы памяти
| English | Русский |
|---|---|
| RAM/ræm/ | RAM |
| ROM/rɒm/ | ПЗУ |
| volatile/ˈvɒlətaɪl/ | летучий |
| non-volatile/nɒn ˈvɒlətaɪl/ | нелетучий |
| firmware/ˈfɜːmweə/ | прошивки |
| bootstrap/ˈbuːtstræp/ | загрузка |
| SRAM/ˈesræm/ | SRAM |
| DRAM/ˈdiːræm/ | DRAM |
| flip-flop/flɪp flɒp/ | триггер |
| capacitor/kəˈpæsɪtə/ | конденсатора |
| refreshed/rɪˈfreʃt/ | обновленный |
| cache/kæʃ/ | кэш |
| PROM/prɒm/ | PROM |
| EPROM/ˈiːprɒm/ | EPROM |
| EEPROM/ˌiːiːˈprɒm/ | EEPROM |
Память, сплетённая вручную
- Компьютер навигации Apollo, полетевший на Луну, хранил свои программы в памяти типа core rope: провода продевались вручную сквозь или вокруг крошечных магнитных колец, один проход обозначал 1, другой — 0.
- После плетения изменения были невозможны. Это была память только для чтения в её чистейшем виде, что означало, что программное обеспечение для полёта должно быть завершено за месяцы до запуска.
- Рабочие данные находились в отдельной, стираемой памяти, которая теряла всё содержимое при отключении питания.
- Все последующие компьютеры имеют те же два вида основной памяти. Этот урок посвящён тому, как их различать и выбирать между ними.
ОЗУ и ПЗУ
- ОЗУ (оперативная запоминающее устройство) является энергозависимым: его содержимое теряется при выключении питания. Оно содержит операционную систему, запущенные программы и их данные, и постоянно читается и перезаписывается.
- ПЗУ (память только для чтения) является неэнергозависимым: оно сохраняет содержимое без питания. Записывается один раз, а в обычном использовании только читается.
- ПЗУ содержит прошивку и загрузчик, которые запускают компьютер, или всю программу встроенной системы. ОЗУ объёмно и обычно может быть увеличено; ПЗУ мало и фиксировано.
ОЗУ энергозависимо и позволяет чтение/запись; ПЗУ неэнергозависимо и только для чтения
Лаборатория устройств и хранения
Классифицируйте примеры использования вычислений по их функции в системе.
Какое утверждение верно?
RAM теряет содержимое без питания (энергозависимая); ROM сохраняет его (энергонезависимая).
ROM обычно содержит:
ROM является энергонезависимым и записывается один раз, поэтому хранит системную прошивку запуска. Рабочие программы находятся в RAM.
Разобранное решение: два любимых вопроса
- Объясните, почему компьютер с большим количеством ОЗУ работает лучше. Он может одновременно удерживать больше программ и данных в памяти, поэтому меньше обменивается данными с диском, и работает быстрее.
- Укажите, для чего используется ПЗУ в ПК и в стиральной машине. В ПК — код загрузки, проверяющий оборудование и загружающий операционную систему. В стиральной машине — вся программа управления, которая никогда не меняется.
- Оба ответа называют, что хранится, и почему это должно находиться именно там.
Компьютер с большим объемом RAM может одновременно хранить больше программ и данных, поэтому меньше выполняет обмен между памятью и ____, что повышает скорость работы.
Когда ОЗУ заполнено, операционная система перемещает страницы во вторичное хранилище и обратно, и каждая операция подкачки в тысячи раз медленнее обращения к памяти.
Последовательность запуска
- Включение питания. Процессор считывает первые инструкции из ПЗУ, так как ОЗУ ещё пусто.
- Прошивка проверяет оборудование, затем загружает операционную систему из вторичного хранилища в ОЗУ.
- С этого момента процессор работает из ОЗУ. ПЗУ запускает систему; ОЗУ хранит активную работу.
Модуль ОЗУ: быстрый, энергозависимый и пустой до заполнения прошивкой
Расставьте последовательность запуска по порядку.
ПЗУ является энергонезависимым, поэтому его прошивка доступна при включении; затем он загружает ОС в энергозависимое ОЗУ.
SRAM и DRAM
- SRAM (статическое ОЗУ) хранит каждый бит в триггере из нескольких транзисторов. Быстро потребляет мало энергии в простое, но дорого и вмещает меньше бит на чип.
- DRAM (динамическое ОЗУ) хранит каждый бит как заряд на одном крошечном конденсаторе с одним транзистором. Дешевле и плотнее, но медленнее, и заряд утекает, поэтому каждую ячейку необходимо обновлять тысячи раз в секунду.
- Поэтому SRAM используется для малого быстрого кэша процессора, а DRAM — для большой основной памяти.
SRAM быстрый, но дорогой, поэтому он в основном используется для:
SRAM (триггеры) быстр, но имеет низкую плотность, идеален для небольшого быстрого кэша. DRAM используется для большой основной памяти.
DRAM необходимо обновлять (перезаписывать) тысячи раз в секунду для сохранения данных.
DRAM хранит каждый бит как заряд на конденсаторе, который утекает — поэтому она постоянно обновляется. SRAM не требует этого.
Сопоставьте каждый тип памяти с её ключевой характеристикой.
Разделение ОЗУ/ПЗУ основано на энергозависимости; разделение SRAM/DRAM основано на скорости против плотности.
Разобранное решение: почему эта память здесь?
- Объясните, почему в встроенной системе для основной памяти используется DRAM. Ей требуется большой объем памяти по низкой цене и в компактном корпусе, а требования к скорости невелики, поэтому более дешевая и плотная DRAM является оптимальным выбором.
- Объясните, почему кэш процессора выполнен на SRAM. Кэш мал по объему и должен работать максимально быстро, а SRAM не требует цикла обновления, который мог бы замедлить его работу, поэтому более высокая стоимость на бит оправдана.
- Один ответ основан на стоимости и плотности, другой — на скорости. Укажите, какой аспект имеет значение для устройства, указанного в задании.
Почему встроенная система использует DRAM, а не SRAM для своей основной памяти? Выберите все подходящие варианты.
Стоимость и плотность — преимущества DRAM. Она медленнее и требует обновления; устройство принимает оба недостатка, так как требования к скорости у него скромные.
PROM, EPROM и EEPROM
- PROM (Программируемое ПЗУ) записывается один раз пользователем с помощью программирующего устройства путем прожигания предохранителей. Стереть его невозможно.
- EPROM (Стираемое программируемое ПЗУ) стирается под воздействием сильного ультрафиолетового света через кварцевое окно, весь чип целиком, при этом его необходимо извлечь из схемы для выполнения этой операции.
- EEPROM (Электрически стираемое программируемое ПЗУ) стирается и перезаписывается электрическим сигналом, по одному байту, оставаясь при этом в схеме. Флеш-память является производной от EEPROM, оптимизированной для быстрого стирания целых блоков.
EEPROM отличается от EPROM тем, что может:
EEPROM стирается электрически байт за байтом на месте; EPROM требует УФ-света для стирания всего чипа; PROM записывается один раз.
Разобранный пример: "назовите два различия"
- Назовите два различия между EPROM и EEPROM. Каждое различие должно быть сформулировано для обоих типов устройств.
- EPROM стирается ультрафиолетовым светом, в то время как EEPROM стирается электрическим сигналом.
- EPROM стирает весь чип целиком и требует извлечения из схемы, в то время как EEPROM стирает данные по одному байту и остается на месте.
- Различие, указанное только для одной стороны, является лишь половиной ответа.
Сопоставьте каждый тип ПЗУ со способом его стирания или перезаписи.
Названия говорят сами за себя: Программируемая, Стираемая программируемая, Электрически стираемая программируемая.
Выбор памяти для конкретной задачи
- Кэш процессора: SRAM, так как он должен быть самым быстрым и может иметь небольшой объем.
- Основная память ПК, телефона или встроенной системы: DRAM, так как она должна быть большой и дешевой.
- Прошивка, которая может потребовать обновления непосредственно в эксплуатации: EEPROM или флеш-память, чтобы исправить ошибку без вскрытия устройства.
- Прошивка, которая никогда не должна меняться и выпускается миллионными тиражами: масочное ПЗУ (mask ROM) или PROM, самое дешевое и надежное.
Прошивке роутера может потребоваться обновление безопасности после продажи. В какой памяти она должна храниться?
Она должна выживать без питания, поэтому не ОЗУ, и должна быть перезаписываемой на месте, поэтому не PROM. EEPROM или флеш-память могут быть перепрошиты электрически без вскрытия устройства.
Потерянные баллы
- Утверждение «ПЗУ нельзя записать» верно только для масочного ПЗУ. PROM записывается один раз; EPROM и EEPROM можно перезаписывать описанными выше способами.
- Обновление (refresh) относится только к DRAM. SRAM хранит бит в триггере и не нуждается в обновлении.
- SRAM и DRAM являются видами ОЗУ (RAM); PROM, EPROM и EEPROM являются видами ПЗУ (ROM). Не перепутайте эти списки.
- Понятие «volatile» (летучий) относится к питанию, а не к скорости. Правильно говорить: «теряет содержимое при отключении питания».
SRAM необходимо обновлять тысячи раз в секунду для сохранения содержимого.
Обновление — требование DRAM, потому что заряд конденсатора утекает. Триггер сохраняет свое состояние до тех пор, пока подается питание.
Вы поняли
- ОЗУ летучее, чтение/запись, хранит работающие программы; ПЗУ нелетучее, только чтение, хранит прошивку; ПЗУ запускает систему, ОЗУ выполняет вычисления.
- SRAM использует триггеры, работает быстро, не требует обновления → кэш; DRAM использует конденсаторы, более плотная и дешевая, требует обновления → основная память.
- PROM записывается один раз; EPROM стирается УФ-светом, весь чип, вне схемы; EEPROM стирается электрически, по байту, в схеме (флеш = стирание блока).
- Ответ на вопрос о «различии» должен раскрывать обе стороны; ответ на вопрос «почему эта память» должен аргументировать скорость или стоимость с плотностью.