Що таке ПЗУ? Схема, розділи і обсяг ПЗУ

Комп'ютери та будь-яка електроніка - складні пристрої, принципи роботи яких не завжди зрозумілі більшості обивателів. Що таке ПЗУ і навіщо пристрій необхідно? Більшість людей не зможуть дати відповідь на це питання. Спробуємо виправити це непорозуміння.

Що таке ПЗУ?

Чим вони є і де використовуються? Постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗУ) являють собою незалежну пам'ять. Технологічно вони реалізовані як мікросхема. Одночасно ми дізналися, яка абревіатури ПЗУ розшифровка. Призначені пристрої для зберігання інформації, введеної користувачем, і встановлених програм. У постійному запам'ятовуючому пристрої можна знайти документи, мелодії, картинки - тобто все, що повинно зберігатися протягом місяців або навіть років. Обсяги пам'яті, залежно від використовуваного пристрою, можуть мінятися від декількох кілобайт (на найпростіших пристроях, що мають один кристал кремнію, прикладом яких є мікроконтролери) до терабайтов. Чим більше об'єм ПЗП - тим більше об'єктів може бути збережено. Обсяг прямо пропорційний кількості даних. Якщо ущільнити відповідь на питання, що таке ПЗУ, слід відповісти: це сховище даних, яке не залежить від постійної напруги.

Жорсткі диски як основні постійні запам'ятовувальні пристрої

На питання, що таке ПЗУ, вже дано відповідь. Тепер слід поговорити про те, які вони бувають. Основним постійним запам'ятовуючим пристроєм є жорсткі диски. Вони є в кожному сучасному комп'ютері. Використовуються вони завдяки своїм широким можливостям накопичення інформації. Але при цьому існує ряд ПЗУ, які використовують мультиплексори (це мікроконтролери, початкові завантажувачі та інші подібні електронні механізми). При детальному вивченні буде потрібно не тільки розуміти значення ПЗУ. Розшифровка інших термінів теж необхідна, для того, щоб вникнути в тему.

Розширення та доповнення можливостей ПЗУ завдяки флеш-технологіям

Якщо стандартного обсягу пам'яті користувачеві не вистачає, то можна скористатися додатковим розширенням можливостей наданого ПЗУ у сфері зберігання даних. Здійснюється це за допомогою сучасних технологій, реалізованих в картах пам'яті і USB-флеш-накопичувачах. В їх основі лежить принцип багаторазового використання. Іншими словами, дані на них можна прати і записувати десятки і сотні тисяч разів.

З чого складається постійний запам'ятовуючий пристрій

У складі ПЗУ знаходиться дві частини, які позначаються як ПЗУ-А (для зберігання програм) і ПЗУ-Е (для видачі програм). Постійний запам'ятовуючий пристрій типу А є діод-трансформаторної матрицею, яка прошивається за допомогою адресних проводів. Цей розділ ПЗУ виконує головну функцію. Начинка залежить від матеріалу, з якого зроблені ПЗУ (можуть застосовуватися перфораційні і магнітні стрічки, перфокарти, магнітні диски, барабани, ферритові наконечники, діелектрики і їх властивість накопичення електростатичних зарядів).

Схематична будова ПЗУ

Цей об'єкт електроніки зображується у вигляді пристрою, який за зовнішнім виглядом нагадує з'єднання певного числа однорозрядних осередків. Мікросхема ПЗУ, незважаючи на потенційну складність і, здавалося б значні можливості, за розміром мала. При запам'ятовуванні певного біта виробляється запаювання до корпусу (коли записується нуль) або до джерела живлення (коли записується одиниця). Для збільшення розрядності комірок пам'яті в постійних запам'ятовуючих пристроях мікросхеми можуть паралельно з'єднуватися. Так і роблять виробники, щоб отримати сучасний продукт, адже мікросхема ПЗУ з високими характеристиками дозволяє їм бути конкурентними на ринку.

Обсяги пам'яті при використанні в різних одиницях техніки

Обсяги пам'яті різняться в залежності від типу і призначення ПЗУ. Так в простій побутовій техніці начебто пральних машинок або холодильників можна вистачає встановлених мікроконтролерів (з їх запасів у кілька десятків кілобайт), і в рідкісних випадках встановлюється щось більш складне. Використовувати великий обсяг ПЗУ тут не має сенсу, адже кількість електроніки невелике, і від техніки не вимагається складних обчислень. Для сучасних телевізорів потрібно вже щось більш досконале. І вершиною складності є обчислювальна техніка начебто комп'ютерів і серверів, ПЗУ для яких, як мінімум, вміщають від декількох гігабайт (для випущених років 15 тому) до десятків і сотень терабайт інформації.

Масочное ПЗУ

У випадках, коли запис ведеться за допомогою процесу металізації і використовується маска, таке постійне запам'ятовуючий пристрій називається масковим. Адреси комірок пам'яті в них подаються на 10 висновків, а конкретна мікросхема вибирається за допомогою спеціального сигналу CS. Програмування цього виду ПЗУ здійснюється на заводах, внаслідок цього виготовлення в дрібних і середніх обсягах невигідно і досить незручно. Але при великосерійному виробництві вони є найдешевшим серед усіх постійних запам'ятовуючих пристроїв, що й забезпечило їм популярність.

Схематично від загальної маси відрізняються тим, що в пам'ятною матриці з'єднання провідників замінені плавкими перемичками, виготовлені з полікристалічного кремнію. На стадії виробництва створюються всі перемички, і комп'ютер вважає, що скрізь записані логічні одиниці. Але під час підготовчого програмування подається підвищена напруга, за допомогою якого залишають логічні одиниці. При подачі низьких напруг перемички випаровуються, і комп'ютер зчитує, що там логічний нуль. За таким принципом діють програмовані постійні запам'ятовувальні пристрої.

Програмовані постійні запам'ятовувальні пристрої

ППЗУ виявилися досить зручними в процесі технологічного виготовлення, щоб до них можна було вдаватися при середньо- і дрібносерійному виробництві. Але такі пристрої мають і свої обмеження - так, записати програму можна тільки раз (через те, що перемички випаровуються раз і назавжди). Через таку неможливості використовувати постійний запам'ятовуючий пристрій повторно, при помилковому записуванні його доводиться викидати. В результаті підвищується вартість всієї виробленої апаратури. Зважаючи на недосконалість виробничого циклу ця проблема досить сильно займала розуми розробників пристроїв пам'яті. Виходом з цієї ситуації стала розробка ПЗП, який можна програмувати заново багаторазово.

ПЗУ з ультрафіолетовим або електричним стиранням

І отримали такі пристрої назву «постійний запам'ятовуючий пристрій з ультрафіолетовим або електричним стиранням». Створюються вони на основі пам'ятною матриці, в якій комірки пам'яті мають особливу структуру. Так, кожна осередок є МОП-транзистором, в якому затвор зроблений з полікристалічного кремнію. Схоже на попередній варіант, вірно? Але особливість цих ПЗУ в тому, що кремній додатково оточений діелектриком, що володіє чудовими ізолюючими властивостями, - діоксидом кремнію. Принцип дії тут базується на змісті індукційного заряду, який може зберігатися десятки років. Тут є особливості щодо стирання. Так, для ультрафіолетового ПЗУ-пристрої необхідно потрапляння ультрафіолетових променів, що йдуть ззовні (ультрафіолетової лампи і т.д.). Очевидно, що з точки зору простоти експлуатація постійних запам'ятовуючих пристроїв з електричним стиранням є оптимальним, тому що для їх активації необхідно просто подати напругу. Принцип електричного стирання був з успіхом реалізований у таких ПЗУ, як флеш-накопичувачі, які можна побачити у багатьох.

Але така ПЗУ-схема, за винятком побудови комірки, структурно не відрізняється від звичайного масочного постійного пам'яті. Іноді такі пристрої називають ще репрограмміруемом. Але при всіх перевагах є і певні межі швидкості стирання інформації: для цього дії зазвичай необхідно близько 10-30 хвилин.

Незважаючи на можливість перезапису, репрограмміруемом пристрої мають обмеження щодо використання. Так, електроніка з ультрафіолетовим стиранням може пережити від 10 до 100 циклів перезапису. Потім руйнівний вплив випромінювання стає настільки відчутним, що вони перестають функціонувати. Побачити використання подібних елементів можна в якості сховищ для програм BIOS, в відео- і звукових картах, для додаткових портів. Але оптимальним щодо перезапису є принцип електричного стирання. Так, число перезаписів в рядових пристроях становить від 100 000 до 500 000! Існують окремі ПЗУ-пристрої, які можуть працювати і більше, але більшості користувачів вони ні до чого.