Тұрақты есте сақтау құрылғысы

 

Мазмұны:

1. Тұрақты есте сақтау құрылғысы
2. Тұрақты есте сақтау құрылғыларының интегралды микросхемалары
3. Жедел есте сақтау құрылғыларының интегралды микросхемалары

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тұрақты есте сақтау құрылғысы

Есте сақтау құрылғысы — сандық код түрінде берілген ақпаратты жазуға, есте сақтауға және қолданушыға беруге арналған құрылғы. Ол есептеуіш машиналарда, басқарудың автоматтандырылған жүйелерінде, телемеханикада, бағдарламамен басқарылатын технологиялық агрегаттарда, т.б. қолданылады. Есте сақтау құрылғысында деректер тасығыш ретінде магниттік таспалар мен дискілер, оптикалық дискілер, шалаөткізгіш құрылымдар, магниттік қабықшалар (пленкалар), т.б. пайдаланылады. Есте сақтау құрылғысының негізгі параметрлері — сыйымдылық (бір уақытта сақталатын ақпарат мөлшері — бірнеше ондаған байттан бірнеше Гбайтқа дейін) және айналу уақыты (үзіліссіз екі айналым аралығындағы ең аз уақыт — ондаған наносекундтан бірнеше милисекундқа дейін).

  Жедел жады (ЖЖ)– ақпаратты сақтау құрылғысы. Компьютер тоққа қосылып тұрғанда ғана ЖЖ-да ақпарат сақталады, яғни ол уақытта жады және RAM (Random Access Memory) деп аталады. Бұл жады екі бөлікке бөлінеді: біріншісі қолданбалы программалар мен операциялық жүйелер үшін қолданылады, ал екіншісі (жоғарғы жады) қызмет көрсету мақсаттары үшін (ДК құрылғыларын тестілеу программаларын және операциялық жүйені алғаш жүктейтін, экранға бейнені жіберетін программаларды сақтауға арналған).

Тұрақты есте сақтау құрылғысы(ТЕСҚ немесе ROM – read-onlу memorу) – ақпаратты тұрақты есте сақтауға арналған, яғни арнаулы құрылғының көмегіме бір рет жазылады да сонан соң одан тек оқуға болады. ТЕСҚ-сы компьютерді тоққа қосқан соң өзін тексеретін процедура – енгізу-шығару базалық жүйесін (BIOS) қамтиды.

Жедел жадының көлемі үшін қатты дискінің сыйымдылығы көрсетіледі. Қатты магниттік дискіге жинақтауыш (НЖМД немесе винчестер) компьютермен жұмыс жасағанда пайдаланатын ақпаратты сақтауға арналған. Тоққа қосылмаған жағдайда да ақпарат қатты дискіде сақталып тұрады, диск сыйымдылығы біршама үлкен. Қажет болса дискіні бірнеше бөліктерге бөлуге болады, әр бөлігі бөлек логикалық дискінің ролін атқарады.

Ақпаратты бір ДК-ден екіншісіне тасымалдау үшін иілгіш дискетті қолданады. Ең көп тарағаны өлшемі 3,5 дюйм, ал сыйымдылығы 1,44 Мбайттық дискеттер. Дискетте кесін жердің орнына жазуға рұқсат беретін немесе рұхсат бермейтін арнайы айырғыш орнатылған. Дискеттегі тесік жабық болса, онда ақпаратты дискетке жазуға рұқсат болмайды, ал ашық болса рұқсат болады. Иілгіш дискіні кейде флоппи диск деп атайды.

Компакт - дискі (СД - диск) ақпаратты сақтауға арналған құрылғы, мұнда ақпарат дискінің бетіндегі шығарылатын және шығалмайтын бөліктердің кезектесуімен кодталады. Компакт-диск шығарылатын өндірісте бұл бет алюминийден істеледі, ал шағылмайтын бөлігін арнайы пресс-формамен батырып із қалдырады. Лазерлік дискідегі ақпараттарды оқу қалдырады. Лазерлік дискідегі ақпараттарды оқу үшін тек лазер сәулесі пайдаланылады. Басқа дискілерге қарағанда лазерлік технологияны пайдаланатын дискінің көлемі әлдеқайда үлкен болады (бірнеше гигабайтқа жетеді). Оның үстіне, лазерлік дискілер магниттік электрлік әсерлерге орнықты және деректерді сақтаудың ең жоғарғы сенімділігін қамтамасыз етеді, сонымен қатар олар басқа дискілердей емес, магниттік қасиетін тез жоймайды.

Магниттік оптикалық дискі– ақпаратты сақтауға арналған құрылғы, ақпарат мөлдір пленкамен сақталған магниттік тасымалдаушыда сақталады, ал оқу мен жазу лазерлік сәуленің көмегімен жүзеге асады. Дискінің өлшемі 3,5 сыйымдылығы 230 Мбайт, ал жылдамдығы винчестрдің жылдамдығымен бірдей, ақпаратты сақтау сенімділігі өте жоғарғы.

Стример– ақпаратты магниттік таспада сақтауға арналған құрылғы өте көлемді мәлімет сақтай алғанмен, оқу-жазу жұмыстары бірте-бірте тізбектей іздеу арқылы жәй жүргізіледі. Сол себепті стримерлер магниттік дискідегі жинақтауыштарды ауыстыра алмайды, тек толықтырады.

 

 

Тұрақты есте сақтау құрылғыларының интегралды микросхемалары

 

Тұрақты есте сақтау құрылғыларының (ТЕСҚ) интегралды микросхемалары тек оларға жазылған ақпаратты оқу режимінде ғана жұмыс істейді. Тұрақты есте сақтау құрылғыларынан ақпаратты оқу жылдамдығы әдетте жоғары, оны ЭЕМ процессорының жұмыс істеу жылдамдығымен салыстыруға болады. Тұрақты есте сақтау құрылғыларына ақпаратты жазу жұмыс істеу процесінде мүмкін емес немесе оны оқу жылдамдығымен салыстырғанда едәуір төмен жылдамдықпен жасалады.  
 Есептеуіш жүйеде ТЕСҚ ақпаратты түрлендіру процесінде өзгермейтін (константалар, функциялар, нышандар кестелері, стандартты программалар мен ішкі программалар және т.б. ) бөлігін сақтау және оперативті оқуға арналған. ТЕСҚ микропроцессорды басқару құрылғысының операциялардың орындалу микропрограммаларын сақтайтын бөлігі ретінде де маңызы зор. 
 Техникалық түрде ТЕСҚ ЖЕСҚ-мен салыстырғанда қарапайым дайындалады. ТЕСҚ-ның бір ұяшығы бір-үш элементтен (транзистор, диод) тұрады. Сондықтан ТЕСҚ интегралды схемасының тез әрекет етушілігі, элементтерінің орналасу тығыздығы және сенімділігі ЖЕСҚ интегралды схемасына қарағанда жоғарырақ. 
 
ТЕСҚ ИС құрылымдық схемасы мен оның жұмыс істеу диаграммасы суретте келтірілген.  
 
 Ақпарат есте сақтау ұяшықтар матрицасында сақталады. Адрес кодын дешифратор қабылдап (АДш), әрі қарай адрестік токты қалыптастырушыға жібереді (АҚ), ол басқару блогына микросхеманы таңдау (МТ) сигналы келіп түскен кезде дешифрленген адрестік шина бойынша ток импульсін қалыптастырады. Оқылған ақпарат күшейткіштер блогы арқылы (КБ) шығыс регистріне келіп түседі (ШығРг). 
 ТЕСҚ ИС түрлі физикалық принциптер мен элементтер негізінде жүзеге асырылуы мүмкін және оларға ақпаратты енгізу тәсілдері бойынша үш топқа бөлінеді: жасалу кезінде программаланатын (маскалық), бір мәрте электрлік программаланатын және жазылған ақпаратты өшіру мүмкіндігі бар көп мәрте электрлік қайта программаланатын (ҚТЕСҚ). Осылардың ішіндегі ең қарапайымы және кең қолданылатыны маскалық ТЕСҚ болып табылады. Оларға ақпарат жасалу кезінде белгілі бір фотоүлгіні (маска) қолдану арқылы енгізіледі. Осы фотоүлгіде тек тұрақты есте сақтау құрылғысына кодталған ақпаратты жазуға қажетті есте сақтау элементтері арасындағы байланыс қана қалыптастырылады. 
 Маскалық ТЕСҚ-да есте сақтау элементтері ретінде жартылай өткізгіш диодтар немесе транзисторлар қолданылады. Жартылай өткізгішті транзисторлар матриацаларында транзисторлар базасының адрестік шиналармен байланысын қалыптастыратын фотоүлгі оларды «1» жазылуы керек жерлерде қалдырады. Транзистор базасы – адрестік шина байланысының болмауы берілген ұяшыққа «0» жазылғанын білдіреді. Қандай да бір адрестік шинаға сигнал берілген кезде базалары осы адрестік шинамен байланысқан транзисторлар ашылады, және жүктемелік кедергілерден сәйкес ақпарат оқылады. Жазылған ақпараты фотоүлгімен қалыптастырылған ТЕСҚ қажеттілігі жоғары және жазылатын программаға өзгерістер енгізу қажет емес жерлерде қолданылады. 
 Ақпараты электрлік бір мәрте жазылатын ТЕСҚ ИС да жартылай өткізгішті диодтар немесе транзисторлар матрицалары негізінде жасалады. ТЕСҚ интегралды схемасын жадының барлық элементтерімен жасайды, оның үстіне әр диод тізбегінде немесе транзистор базасында баяу балқитын металлдан (мысалы, нихром) өткізгіш бөлігі орналасады. Жасалып, бақылаудан өткен соң ТЕСҚ интегралды микросхемасын программатор деп аталатын арнайы қондырғыға орнатылады. Ол автоматты режимде белгілі бір амплитудасы, ұзақтығы және жиілігі бар ток импульсін қиылысында «0» жазылуы керек адрестік және разрядтық шиналар бойымен тізбектей өткізеді. Балқымалы жалғастырғыш бүлініп, диод (немесе транзистор) сәйкес адрестік шинадан ажыратылады. ТЕСҚ-да ақпаратты электрлік жазудың келтірілген тәсілі ТЕСҚ-да жазылатын программаны өзгерту қажеттілігі туындаған жағдайда программатор жұмысын өзгертіп, өзгертілген программалы жаңа ТЕСҚ ИС алуға болатындығымен қарапайым және ыңғайлы. 
 Маскалық және электрлік программаланатын ТЕСҚ ИС келесі параметрлермен сипатталады: ақпараттық сыйымдылық, адрестік және разрядтық шиналар саны (ұйымдастыру), ақпаратты оқу уақыты және тұтынатын қуат көлемі. Ең үлкен әмбебаптылыққа қайта программаланатын ТЕСҚ ИС ие. Олар тұрақты есте сақтау құрылғысына жазылған программаны жедел өзгерту қажет болған кезде микропроцессорлық жүйелердің программаларын отладкасы үшін қажет. ҚТЕСҚ интегралды схемасында ақпарат арнайы программаторларда токтардың сәйкес комбинацияларын беру арқылы жазылады және салыстырмалы көп уақыт алады. Программаланатын тұрақты есте сақтау құрылғыларының интегралды микросхемалары келесі параметрлермен сипатталады: ақпарат сыйымдылығы, ұйымдастырылуы (адрестік және разрядтық шиналар саны), to ақпаратты оқу уақыты, Рпот тұтынатын қуаты, қорек кернеуінің ажыратылған кезінде ақпаратты сақтау уақыты tс.сөн, қорек кернеуінің қосылған кезінде ақпаратты сақтау уақыты tс.қос, ҚТЕСҚ интегралды схемасындағы ақпарат микросхеманың жалпы параметрлерін бұзбай неше рет өзгертіле алатындығын көрсететін қайта программалаудың циклдар саны.

 

Жедел есте сақтау құрылғыларының интегралды микросхемалары

 

Жедел есте сақтау құрылғыларының интегралды микросхемалары ақпаратты жазу, сақтау және оқуға арналған және ақпаратты таңдауы еркін есте сақтау құрылғыларының тобына жатады. Олар үш түрге бөлінеді: өте жедел регистрлік, жедел динамикалық және жедел статикалық. Жоғары тез әрекет етушілікті қамтамасыз ету үшін есептеуіш жүйеге өте жедел ЕСҚ (ӨЖЕСҚ) қосады, оның тез әрекет етушілігі процессордың тез әрекет етушілігіне тең немесе одан артық. Мұндай ӨЖЕСҚ-да ақпарат D- немесе JK-триггерлерден қалыптасқан регистрлерде сақталады. Мұндай регистрлік ӨЖЕСҚ-ның құрылымдық схемасы суретте келтірілген. Схема n разрядты параллелді М регистрлерді (Prj) қамтиды. Олардың әрқайсысына адрес дешифраторына (АДш) келіп түскен адрес бойынша жүгінуге болады. Адрес коды процессордың арқылы «Модификация» сигналының көмегімен өзгертіле алады. Жұмыс режимі «Режим» кірісіне келіп түскен кернеу деңгейімен анықталады. Тактілік импульс (ТИ) кірістегі ақпараттың таңдалған регистрге жазылуын немесе шығыс регистрі (Рг Шығ) арқылы ақпараттың оқылуын қамтамасыз етеді.  
 
Динамикалық ЖЕСҚ интегралды схемалары өзінің күйін тек белгілі бір уақыт аралығында сақтайтын, сондықтан периодтық қалпына келтіріуді немесе регенерацияны талап ететін есте сақтау элементінің негізінде құрылады. Динамикалық ЖЕСҚ-ның есте сақтау элементі ретінде конденсатор қызмет етеді. Онда ақпарат зарядтың болуы немесе болмауы түрінде сақталады. Кеміп қалу нәтижесінде конденсатордағы заряд бірте-бірте азаяды. Зарядты қалпына келтіру үшін конденсаторды әлсін-әлсін қорек   көзіне қосады.

Динамикалық ЖЕСҚ-дағы есте сақтаушы ұяшық бір транзистор немесе конденсатордан жасалады, нәтижесінде мұндай ұяшық алатын аудан салыстымалы аз, ол динамикалық ЖЕСҚ микросхемасының кристалына милионнан астам есте сақтаушы ұяшықтарды «буып-түюге» мүмкіндік береді. Динамикалық ЖЕСҚ кемшілігі ақпаратты регенрециялау схемасын қосу қажеттілігі болып табылады, бірақ бұл кемшілік ЖЕСҚ басқа типтеріне қарағанда ақпарат сыйымдылығының үлкендігімен өтеледі. 
 Статикалық ЖЕСҚ интегралды схемалары 4-8 транзисторлар негізінде құрылған триггерлік есте сақтау ұяшықтарының негізінде жасалады. Статикалық ЖЕСҚ артықшылығы жоғары тез әрекетушілік, қосымша ақпаратты регенерациялау схемаларын енгізу қажеттілігінің жоқтығы болып табылады. Статикалық ЖЕСҚ кемшілігі жүгіну режимінде де, ақпаратты сақтау режимінде де үнемі қорек көзінен ток тұтынуы болып табылады.