39. Организация основной памяти вычислительной машины

Запоминающие схемы основной памяти машины организованы в небольшие блоки, которые называются ячейками памяти [или машинными словами]. Как правило, размер ячейки памяти составляет восемь бит. Для идентификации отдельных ячеек основной памяти машины каждой ячейке присваивается уникальное имя, называемое адресом.

Адрес	Ячейка
0001	00010101
0010	01011111
0011	11111101
...	...
1111	10101110

Существуют два основных класса основной памяти: оперативное запоминающее устройство [ОЗУ], называемое также памятью с произвольной выборкой [Random Access Memory, RAM], ипостоянное запоминающее устройство [ПЗУ], называемое так же памятью только для чтения [Read-Only Memory, ROM]. В ОЗУ коды в соответствии с решаемыми задачами постоянно изменяются и полностью пропадают при выключении питания. В ПЗУ хранятся управляющие работой ЭВМ стандартные программы, константы, таблицы символов и другая информация, которая сохраняется и при выключении компьютера.

ОЗУ подразделяются на статическую память [tatic RAM, SRAM] и динамическую [Dynamic RAM, DRAM].  Динамическая память получила свое название от принципа действия ее запоминающих элементов, которые выполнены в виде конденсаторов, образованных элементами полупроводниковых микросхем. С некоторым упрощением описания физических процессов можно сказать, что при записи логической единицы в ячейку конденсатор заряжается, при записи нуля - разряжается. Схема считывания разряжает через себя этот конденсатор, и, если заряд был ненулевым, выставляет на своем выходе единичное значение, и подзаряжает конденсатор до прежнего значения. При отсутствии обращения к ячейке со временем за счет токов утечки конденсатор разряжается и информация теряется, поэтому заряд конденсатора необходимо регулярно возобновлять с помощью специальной схемы, называемой цепью регенерации. Благодаря относительной простоте элемента динамической памяти на одном кристалле удается размещать миллионы ячеек и получать самую дешевую полупроводниковую память достаточно высокого быстродействия с умеренным энергопотреблением, используемую в качестве основной памяти компьютера. Расплатой за низкую цену являются некоторые сложности в управлении динамической памятью

Статическая память, как и следует из ее названия, способна хранить информацию в статическом режиме - то есть сколь угодно долго при отсутствии обращений [но при наличии питающего напряжения]. Элементы статической памяти реализуются на триггерах - элементах с двумя устойчивыми состояниями. По сравнению с динамической памятью эти ячейки более сложные и занимают больше места в кристалле, однако они проще в управлении и не требуют регенерации.

В состав основной памяти машины, помимо электрической цепи, фиксирующей значения битов, входит и другая цепь, позволяющая остальным компонентам машины записывать данные в ячейки памяти и извлекать их оттуда. Благодаря этому другие схемы могут считывать информацию из памяти посредством электронного запроса на извлечение содержимого ячейки с определенным адресом [это действие называется операцией считывания] или записывать информацию в память, посылая запрос на помещение определенной комбинации двоичных разрядов в ячейку с указанным адресом [это действие называется операцией записи]. Поскольку основная память машины организована в виде небольших, прямо адресуемых ячеек, это позволяет адресовать каждую ячейку памяти в отдельности, т.е. данные, помещенные в основную память, могут обрабатываться в произвольном порядке. Это поясняет, почему основную память машины часто называют памятью с произвольной выборкой. Возможность произвольного доступа к небольшим блокам данных совершенно противоположна принципам работы с устройствами внешней памяти. В этих устройствах длинные строки битов приходится обрабатывать как единый блок.

Ниже представлена схема устройства, которое позволяет хранить одновременно 16 байт и обеспечивает возможность записи и считывания информации побайтно. Вход DI [Data In - входные данные] предназначен для данных, которые требуется записать в память, с выхода DO [Data Out- выходные данные] снимаются данные после выполнения операции считывания информации из памяти, входA [Address - адрес] предназначен для адреса ячейки памяти, по отношению к которой осуществляется операции записи и считывания, а вход WR [WRite - запись] - для переключения между режимами записи и считывания. Для записи информации необходимо подать на вход DI данные, а на вход A - адрес ячейки, в которую требуется эти данные записать, и выставить на входе WR сигнал логической единицы. Для того чтобы прочитать информацию из какой-либо ячейки, необходимо выставить на входе WR сигнал 0, а на вход A подать адрес этой ячейки - на выходе DO появится информация, которые содержатся в ячейки с указанным адресом.

  Условное обозначение устройства  [хранит одновременно 16 байт, обеспечивает возможность записи и считывания информации побайтно]

Обозначение "RAM 16 x 8" говорит о том, что данное устройство может хранить шестнадцать восьмибитовых значений.