Запоминающее устройство с произвольным доступом

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, 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 (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]

На полупроводниках[править | править код]

Эволюционное развитие конструкции модулей памяти, используемых в качестве ОЗУ компьютеров. Сверху вниз: DIP, SIPP, SIMM 30 pin, SIMM 72 pin, DIMM, DDR DIMM

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.

На ферромагнетиках[править | править код]

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 (неопр.). Дата обращения: 17 сентября 2019. Архивировано 3 октября 2019 года.
↑ RAM (неопр.). Cambridge English Dictionary. Дата обращения: 11 июля 2019. Архивировано 8 марта 2021 года.
↑ RAM (неопр.). 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, <http://www.computer50.org/>. Проверено 26 мая 2012. Архивная копия от 4 мая 2012 на Wayback Machine
↑ Williams, F. C. & Kilburn, T. (Sep 1948), Electronic Digital Computers, Nature Т. 162 (4117): 487, DOI 10.1038/162487a0 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 Т. 98 (61): 13–28, doi:10.1049/pi-2.1951.0004, <http://www.computer50.org/kgill/mark1/ssem.html> Архивная копия от 17 ноября 2013 на Wayback Machine

[1] Принципы организации основной памяти в современных компьютерах (неопр.). Дата обращения: 17 сентября 2019. Архивировано 3 октября 2019 года.

[2] RAM (неопр.). Cambridge English Dictionary. Дата обращения: 11 июля 2019. Архивировано 8 марта 2021 года.

[3] RAM (неопр.). Oxford Advanced Learner's Dictionary. Дата обращения: 11 июля 2019. Архивировано 11 февраля 2021 года.

[4] 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.

[5] Napper, Brian, Computer 50: The University of Manchester Celebrates the Birth of the Modern Computer, <http://www.computer50.org/>. Проверено 26 мая 2012. Архивная копия от 4 мая 2012 на Wayback Machine

[6] Williams, F. C. & Kilburn, T. (Sep 1948), Electronic Digital Computers, Nature Т. 162 (4117): 487, DOI 10.1038/162487a0 Reprinted in The Origins of Digital Computers.

[7] Williams, F. C.; Kilburn, T. & Tootill, G. C. (Feb 1951), Universal High-Speed Digital Computers: A Small-Scale Experimental Machine, Proc. IEE Т. 98 (61): 13–28, doi:10.1049/pi-2.1951.0004, <http://www.computer50.org/kgill/mark1/ssem.html> Архивная копия от 17 ноября 2013 на Wayback Machine

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]