Запоминающее устройство с произвольным доступом
 | Этот перевод статьи с другого языка требует улучшения (см. Рекомендации по переводу). |
Запоминающее устройство с произвольным доступом, также Запоминающее устройство с произвольной выборкой (сокращённо ЗУПВ[1]; англ. random-access memory, RAM) — один из видов памяти компьютера, позволяющий единовременно получить доступ к любой ячейке (всегда за одно и то же время, вне зависимости от расположения) по её адресу на чтение или запись. Обычно используемая для хранения рабочих данных и машинного кода[2][3].
Это отличает данный вид памяти от устройств памяти первых компьютеров (последовательных компьютеров), созданных в конце 1940-х — начале 1950-х годов (EDSAC, EDVAC, UNIVAC), которые для хранения программы использовали разрядно-последовательную память[4] на ртутных линиях задержки, при которой разряды слова для последующей обработки в АЛУ поступали последовательно один за другим.
История
[править | править код]Ранние модели компьютеров, чтобы осуществить функции основной памяти ёмкостью сотни или тысячи бит, использовали реле, память на линиях задержки или различные виды вакуумных трубок.
Триггеры, построенные сперва на вакуумных триодах, а позднее на дискретных транзисторах, использовались для меньших по размеру и более быстрых блоков памяти, таких, как регистры и регистровые хранилища прямого доступа. До разработки интегральных микросхем память прямого доступа (или только для чтения) часто создавалась из матриц полупроводниковых диодов, управляемых дешифраторами адреса.
Ситуация в принципе изменилась с изобретением запоминающих устройств с произвольной выборкой, стала реализуемой разрядно-параллельная память, в которой все разряды слова одновременно считываются из памяти и обрабатываются АЛУ.
Первой практической формой памяти с произвольным доступом была трубка Вильямса, появившаяся в 1947 году. Она хранила данные в виде электрически заряженных пятен на поверхности электронно-лучевой трубки. Поскольку электронный луч ЭЛТ мог считывать и записывать пятна на трубке в любом порядке, доступ к памяти был произвольным. Ёмкость трубки Вильямса составляла от нескольких сотен до тысячи битов, но она была намного меньше, быстрее и энергоэффективнее, чем при использовании отдельных защёлок на вакуумных трубках. Разработанная в Манчестерском университете в Англии трубка Вильямса стала средой, на которой была реализована первая хранящаяся в электронном виде программа в компьютере Manchester Baby, который впервые успешно запустил программу 21 июня 1948 года[5]. Фактически Baby служила испытательной платформой для демонстрации надёжности памяти[6][7].
Первой коммерческой ЭВМ, использующей новую организацию памяти, стала созданная в 1953 году IBM 701[англ.], а первой массово продаваемой (150 экземпляров) — выпущенная в 1955 году IBM 704, в которой были реализованы такие новшества, как память на ферритовых сердечниках и аппаратное средство вычисления чисел с плавающей запятой.
Внешние устройства IBM 704 и большинства компьютеров того времени были очень медленны (например, лентопротяжное работало со скоростью 15 тыс. символов в секунду, что было гораздо меньше скорости обработки данных процессором), а все операции ввода-вывода производились через АЛУ, что требовало принципиального решения проблемы низкой производительности на операциях ввода-вывода.
Одним из первых решений стало введение в состав ЭВМ специализированной ЭВМ, называемой каналом ввода-вывода, которое позволяло АЛУ работать независимо от устройств ввода-вывода. На этом принципе, путём добавления в состав IBM 704 ещё шести каналов ввода-вывода, построена IBM 709[англ.] (1958 год).
Первый широко распространённый тип перезаписываемой памяти прямого доступа был запоминающим устройством на магнитных сердечниках, разработанным в 1949—1952 годах, и впоследствии использовался в большинстве компьютеров вплоть до разработки интегральных схем статической и динамической памяти в конце 1960-х — начале 1970-х.
Для построения ЗУПВ современных персональных компьютеров широко применяются полупроводниковые запоминающие устройства, в частности, широко применяются СБИС запоминающих устройств оперативной памяти, по принципу организации подразделяемые на статические и динамические. В ОЗУ статического типа запоминающий элемент представляет собой триггер, изготовленный по той или иной технологии (ТТЛ, ЭСЛ, КМОП и др.), что позволяет считывать информацию без её потери. В динамических ОЗУ элементом памяти является ёмкость (например, входная ёмкость полевого транзистора), что требует восстановления записанной информации в процессе её хранения и использования. Это усложняет применение ОЗУ динамического типа, но позволяет реализовать больший объём памяти. В современных динамических ОЗУ имеются встроенные системы синхронизации и регенерации, поэтому по внешним сигналам управления они не отличаются от статических.
Виды ЗУПВ
[править | править код]
- Полупроводниковая статическая (англ. Static Random Access Memory, SRAM) — ячейки представляют собой полупроводниковые триггеры. Достоинства — небольшое энергопотребление, высокое быстродействие. Отсутствие необходимости производить «регенерацию». Недостатки — малый объём, высокая стоимость. Благодаря принципиальным достоинствам широко используется в качестве кеш-памяти процессоров в компьютерах.
- Полупроводниковая динамическая (англ. Dynamic Random Access Memory, DRAM) — каждая ячейка представляет собой конденсатор на основе перехода КМОП-транзистора. Достоинства — низкая стоимость, большой объём. Недостатки — необходимость периодического считывания и перезаписи каждой ячейки — т. н. «регенерации», и, как следствие, понижение быстродействия, большое энергопотребление. Процесс регенерации реализуется специальным контроллером, установленным на материнской плате или в центральном процессоре. DRAM обычно используется в качестве оперативной памяти (ОЗУ) компьютеров.
В настоящее время[когда?] выпускается в виде модулей памяти — небольшой печатной платы, на которой размещены микросхемы запоминающего устройства.
Ферромагнитная — представляет собой матрицу из проводников, на пересечении которых находятся кольца или биаксы, изготовленные из ферромагнитных материалов. Достоинства — устойчивость к радиации, сохранение информации при выключении питания; недостатки — малая ёмкость, большой вес, стирание информации при каждом чтении. В настоящее время в таком, собранном из дискретных компонентов виде, не применяется. Однако к 2003 году появилась магнитная память MRAM в интегральном исполнении. Сочетая скорость SRAM и возможность хранения информации при отключённом питании, MRAM является перспективной заменой используемым ныне типам ROM и RAM. Однако она на 2006 год была приблизительно вдвое дороже микросхем SRAM (при той же ёмкости и габаритах).
Примечания
[править | править код]- ↑ Принципы организации основной памяти в современных компьютерах. Дата обращения: 17 сентября 2019. Архивировано 3 октября 2019 года.
- ↑ RAM. Cambridge English Dictionary. Дата обращения: 11 июля 2019. Архивировано 8 марта 2021 года.
- ↑ RAM. Oxford Advanced Learner's Dictionary. Дата обращения: 11 июля 2019. Архивировано 11 февраля 2021 года.
- ↑ Как повышают производительность компьютеров // Воеводин В. В., Воеводин Вл. В. Параллельные вычисления. — СПб : БХВ-Петербург, 2002. — Гл. 2. — 608 с. — ISBN 5-94157-160-7.
- ↑ Napper, Brian, Computer 50: The University of Manchester Celebrates the Birth of the Modern Computer, Архивировано из оригинала 4 мая 2012, Дата обращения: 26 мая 2012 Источник. Дата обращения: 18 марта 2022. Архивировано 4 мая 2012 года.
- ↑ Williams, F. C.; Kilburn, T. (Sep 1948), "Electronic Digital Computers", Nature, 162 (4117): 487, Bibcode:1948Natur.162..487W, doi:10.1038/162487a0, S2CID 4110351. Reprinted in The Origins of Digital Computers.
- ↑ Williams, F. C.; Kilburn, T.; Tootill, G. C. (Feb 1951), "Universal High-Speed Digital Computers: A Small-Scale Experimental Machine", Proc. IEE, 98 (61): 13—28, doi:10.1049/pi-2.1951.0004, Архивировано из оригинала 17 ноября 2013. Источник. Дата обращения: 18 марта 2022. Архивировано из оригинала 17 ноября 2013 года.