Постоянное запоминающее устройство

Во многих случаях информация должна сохраняться, даже если питание отключено, т.е. ЗУ должно быть энергонезависимым. Запись информации в энергонезависимую память называется программированием, при этом, запись информации является более сложной, чем чтение.

По возможности программирования различают:

· микросхемы, программируемые при изготовлении (масочные ПЗУ) – ROM. Данные записываются в ПЗУ в процессе производства. Для этого изготовляется трафарет с определенным набором битов. Трафарет накладывается на фоточувствительный материал, а затем открытые (или закрытые) части поверхности вытравливаются. Единственный способ изменить программу в ПЗУ - поменять всю микросхему. Преимущество: имеет самое высокое быстродействие (время доступа 30-70 нс);

· микросхемы, программируемые однократно после изготовления перед установкой в целевое устройство (прожигаемые ПЗУ, программируются на специальных программаторах) – PROM (Programmable ROM) или ППЗУ (программируемые ПЗУ). Многие программируемые ПЗУ содержат массив крошечных плавких перемычек. Можно пережечь определенную перемычку, если выбрать нужную строку и нужный столбец, а затем приложить высокое напряжение (12-26 вольт). PROM имеет аналогичные параметры с ROM, используется для хранения кодов BIOS и в графических адаптерах. Как и масочные, эти микросхемы практически нечувствительны к электромагнитным полям, рентгеновскому облучению, несанкционированное изменение их содержимого в устройстве исключено;

· микросхемы, стираемые и программируемые многократно, РПЗУ (репрограммируемые ПЗУ) или EPROM (Erasable PROM –стираемые ПЗУ). EPROM можно не только программировать в условиях эксплуатации, но и стирать с него информацию. Если кварцевое окно в данном ПЗУ подвергать воздействию сильного ультрафиолетового света в течение 15 минут, то все биты установятся в 1. Данный тип ПЗУ можно использовать многократно, для перепрограммирования используются специальные программаторы. Время доступа 50-250нс, объём микросхем 128-256 Кбайт. Используется для BIOS как на системных платах, так и в адаптерах;

· электрически стираемые микросхемы EEPROM. Стирание информации с EEPROM производится посредством импульсов (длительность импульса стирания более десятка микросекунд, напряжение стирания 10-30в). Для перепрограммирования микросхемы не требуется специального аппарата, микросхемы EEPROM в 64 раза меньше микросхем EPROM, но работают они в два раза медленнее. Более современный тип EEPROM – флэш-память. Стирание во флэш-памяти производится сразу для целой области (блоками или полностью всей микросхемой), что значительно повышает производительность в режиме записи. Время доступа при чтении 35-200 нс, стирание информации 1-2 сек. Программирование (запись байта) порядка 10мкс, объём - десятки мегабайт. Недостаток: флэш-память изнашивается после 10000 стираний.

Виртуальная память

4.3.1. Понятие виртуальной памяти

В современных ВМ (кроме простейших) реализовано динамическое распределение между несколькими задачами, существующими в ВМ в процессе решения. Даже для однозадачных конфигураций проблема динамического распределения памяти не теряет актуальности, так как в памяти, помимо задачи пользователя, всегда присутствует операционная система или ее фрагмент. Теоретически наличие всего кода программы в ОП не является принципиально необходимым, так как в каждый момент времени в работе находятся сравнительно небольшие участки программы. Таким образом, в основной памяти достаточно хранит только используемые в данный период части программы, остальные части могут располагаться на внешних ЗУ (ВЗУ). Для преодоления различия в обращении к ОП и ВЗУ в 1959 году была предложена идея виртуализация памяти, под которой понимается метод автоматического управления иерархической памятью, при которой программисту кажется, что он имеет дело с единой памятью большой емкости и высокого быстродействия. Эту память называют виртуальной (кажущейся) памятью. По своей сути виртуализация памяти представляет собой способ аппаратной и программной реализации концепции иерархической памяти.  

В рамках идеи виртуальной памяти ОП рассматривается как линейное пространство N адресов, называемое физическим пространством памяти. Для задач, где требуется более чем N ячеек, предоставляется значительно большее пространство адресов (обычно равное общей емкости всех видов памяти), называемое виртуальным пространством, в общем случае пространство не является линейным. Адреса виртуального пространства называют виртуальными, а адреса физического пространства - физическими. Программа пишется в виртуальных адресах, для ее выполнения требуется, чтобы обрабатываемые команды и данные находились в ОП, поэтому каждому виртуальному адресу должен быть поставлен в соответствие физический адрес. Таким образом, в процессе вычислений необходимо переписать из ВЗУ в ОП ту часть информации, на которую указывает виртуальный адрес (отобразить виртуальное пространство на физическое), далее преобразовать виртуальный адрес в физический. Программа компилируется в так называемые «логические» или виртуальные адреса, а в процессе работы происходит автоматическое преобразование логических адресов в физические.

Среди систем виртуальной памяти можно выделить два класса: система с фиксированным размером блоков (страничная организация) и система с переменным размером блоков (сегментная организация). Оба варианта могут быть совмещены, образуя сегментно-страничную организацию.