Прожигаемая при изготовлении память ROM

Первоначально в большинстве микросхем ROM уже на этапе изготовления были прожжены "0" и "1", т. е. такую память ROM можно представить в виде матрицы, в которой уже при изготовлении в нужных местах записываются нули и единицы. Матрица представляет собой кремниевый кристалл (микросхему). Такие микросхемы называются прижигаемыми при изготовлении, поэтому что данные записываются в маску, с которой фотолитографическим способом изготовляется матрица. Подобный производственный процесс экономически оправдывает себя при изготовлении сотен тысяч микросхем с одинаковой информацией. Если потребуется изменить хотя бы один бит, придется переделывать маску, а это обойдется недешево. Поэтому такой тип памяти RОM не используется.

Память PROM

В память PROM после изготовления можно записать любые данные. Она была разработана в конце 197-х годов компанией Texas Instruments и имела емкость от 1 Кбайт (8 Кбит) до 2 Мбайт (16 Мбит) или больше. Эти микросхемы могут быть идентифицированы по номерам вида 27nnnn в маркировке, где 27 указывает PROM типа TI, a nnnn — емкость кристалла {микросхемы} в килобитах. Например, в большинстве персональных компьютеров с PROM использовались микросхемы 27512 или 271000, которые имели емкость 512 Кбит (64Кбайт) или 1 Мбит (128 Кбайт).

Подразумевается, что эти микросхемы после изготовления не содержат никакой информации, на самом деле при изготовлений они прописываются двоичными единицами. Другими следами, микросхема PROM емкостью 1 Мбит содержит 1 млн. единиц (фактически 1 048 576). При программировании такой "пустой" PROM в нее записываются нули. Этот процесс обычно выполняется с помощью специального программирующего устройства.

Процесс программирования часто называется прожигом. Каждую "1" можно представить как, неповрежденный плавкий предохранитель. Большинство таких микросхем работают при напряжении 5 В, но при программировании PROM подается более высокое напряжение (обычно 12 В) по различным адресам в пределах адресного пространства, отведенного для микросхем. Это 6олее высокое напряжение фактически записывает "0", сжигая плавкие предохранители в тех местах, где необходимо прео6разовать 1 и 0. Хотя можно превратить 1 в 0, этот процесс необратим, т. е. нельзя преобразовать 0 в 1. Программирующее устройство исследует программу, которую необходимо записать в микросхему, и затем выборочно изменяет в микросхеме 1 на 0 только там, где это необходимо. Поэтому микросхемы PROM часто называются микросхемами ОТР (Оne Time Programmable— программируемые один раз). Они могут быть запрограммированы только однажды. Большинство микросхем PROM стоят совсем недорого, примерно 3 доллара.

Поэтому при изменении программы в PROM старая микросхема выбрасывается, а новая прожигается в соответствии с новыми данными.

Типичное программирующее устройство (многоразъемное) для прожига памяти PROM.

Процесс программирования PROM занимает от нескольких секунд до нескольких минут, в зависимости от емкости микросхемы и применяемого алгоритма. На приведенном выше рисунке показано типичное программирующее устройство, которое имеет несколько разъемов. Это устройстве может программировать несколько микросхем сразу, сохраняя время при записи тех же данных, в нескольких микросхемах. Менее дорогие программирующие устройства имеют только один разъем.

Необходимо отметить, что для изменения BIOS в современных компьютерах подобные устройства не применяются. В них используются микросхемы Flash ROM.

Память EPROM.

Это разновидность памяти PROM, которая одно время была весьма популярна. Данные в памяти EPROM можно стирать. Микросхема EPROM четко видна через кварцевое окошко, расположенное прямо над кристаллом. Фактически сквозь окно вы можете видеть кристалл. Микросхемы EPROM имеют тот же номер 27nnnn, что и стандартные PROM, причем они функционально и фактически идентичны, если бы не прозрачное кварцевое окно над матрицей.

Окно пропускает ультрафиолетовые лучи. Интенсивное ультрафиолетовое облучение стирает информацию на матрице (микросхеме) EPROM. Окно сделано из кристалла кварца, потому что обычное стекло не пропускает ультрафиолетовых лучей. (Ведь вы не можете загорать при закрытых окнах!). Кварцевое окно повышает стоимость микросхемы EPROM. Такое повышение будет неоправданным если информацию не нужно стирать.

Ультрафиолетовые лучи стирают информацию на микросхеме, вызывая химическую реакцию, которая как бы

Внешний вид микросхемы EPROM.

восстанавливает {спаивает} плавкие предохранители. Так, любой двоичной 0 в микросхеме становится двоичной 1. Для этого требуется, чтобы длина волны ультрафиолетовых лучей была равна примерно 2,537 ангстрема, а их интенсивность была довольно высокой {12 000 мВт/см²). Источник должен располагаться в непосредственной близости — не дальше 2-3 см (приблизительно 1 дюйм), а время экспозиции должно составлять от 5 до 15 мин. Устройство стирания EPROM содержит источник ультрафиолетовых лучей (обычно это ультрафиолетовая лампа накаливания), расположенным над выдвижным ящичком, в котором размещаются стираемые микросхемы.

Кварцевое окно на микросхеме EPROM обычно заклеивается липкой лентой, чтобы предупредить случайное проникновение ультрафиолетовых лучей. Они входят в состав солнечного света и. конечно, присутствуют даже в обычном комнатном освещении, так что через какое-то время в микросхеме, подвергающейся экспозиции, может произойти потеря данных. Поэтому после программирования, ее окно заклеивается, чтобы предотвратить потерю данных.

Системная память.

Обычно под системной памятью понимают оперативную память. На самом работоспособность всей компьютерной системы зависит от характеристики подсистемы памяти в целом. Подсистема памяти охватывает:

- оперативную память как таковую;

-память первого уровня, расположенную в ядре процессора;

-память второго уровня (в некоторых конфигурациях она выступает как кэш третьего уровня), размещаемую на материнской плате, картридже процессора или в его контроллер памяти;

-шины данных и команд, объединявшие все элементы подсистемы в единое целое.

Рост требуемых объемов оперативной (системной) памяти происходит практически непрерывно по мере развития технологии аппаратных средств и программных продуктов. Сегодня повсеместным стандартом становится 64 Мбайт. При 32 Мбайт еще обеспечиваются минимально необходимые условия функционирования современных операционных систем.

Для комфортной работы в среде издательских пакетов и графических редакторов понадобится уже 128 Мбайт. Если же работать с цветом, то 256 Мбайт оперативной памяти не покажутся излишними. Для профессиональной работы по созданию трехмерных изображений высокого качества, обработки видео в режиме реального времени лучше иметь не менее 512 Мбайт.

Те же правила относятся и к кэш-памяти. Если кэш второго уровня расположен на ядре процессора и работает на его частоте, он в принципе эффективнее кэша, размещенного на материнской плате. Естественно, что чем больше емкость кэш-памяти, тем эффективней работает подсистема памяти в целом. В дальнейшем мы покажем, как сконфигурировать подсистему памяти по объему, параметрам модулей памяти, согласованию с другими компонентами с целью добиться наилучшего соотношения цена/производительность. Но прежде необходимо уяснить некоторые общие вопросы, касающиеся принципов функционирования элементов подсистемы памяти.

Лекция 20

«Оперативные запоминающие устройства»

Цель: Исследования работы ОЗУ с помощью Electronics Workbench.