Ячейка оперативной памяти. Принцип работы.

Оперативная память компьютера относится к устройствам динамической памяти. Соответственно, существует и статическая память.

Что это значит?

Это значит, что эти виды памяти отличаются друг от друга по таким параметрам:

электронными элементами, из которых они состоят;

компьютерными устройствами, в которых они используются;

быстродействие;

Динамическая оперативная память состоит из большого количества конденсаторов, в которых наличие заряда предпологает «1», а отсутствие заряда—«0». При считывании информации заряд пропадает, также существует разряд утечки конденсатора, поэтому конденсаторы или матрицу конденсаторов необходимо постоянно подзаряжать. Естественно те ячейки, в которых записана «1».

Статической памяти не требуется заряд регенерации, так как она выполнена на триггерах. Триггеры—электронные элементы с двумя устойчивыми состояниями, которые хранят информацию до тех пор пока есть питание, либо записывается новая информация.

Если взять одного размера динамическую и статическую память, то у динамической памяти ёмкость будет гораздо выше, при тех же размерах, по сравнению со статической. Это значит, что динамическая память имеет возможность оперировать с гораздо большим объёмом информации. Поэтому её и применяют в качестве оперативной памяти RAM. А кроме того она значительно дешевле статической памяти.

Но статическая память имеет более высокое быстродействие, поэтому она применяется внутри центрального процессора. Эта память называется сверхоперативной памятью или кэшем центрального процессора. Поскольку мы сейчас рассматриваем оперативную память, то про кэш мы поговорим в другой статье.

Рассмотрим структурную схему ячейки динамической оперативной памяти. Её можно представить из трёх элементов:

транзистора, выполняющего роль ключа;

конденсатора, который хранит информацию;

устройства регенерации, которое регенерирует заряд конденсатора или информацию на нужных конденсаторах;

На самом деле, отдельного конденсатора нет, его роль выполняет ёмкость между затвором и истоком транзистора. Но для простоты изложения ёмкость выделена как бы в отдельный элемент.

Поскольку ёмкость достаточно маленькая и имеет место достаточно быстрый её разряд, т.е. потеря информации, в случае, если была записана «1», возникает необходимость в регенерации между разрядами. Кроме того, при считывании из ячейки оперативной памяти информации, заряд также исчезает, поэтому и в этом случае необходима регенерация. Устройство регенерации и осуществляет постоянные циклы регенерации или восстановления информации.

работа ячейки памяти

Процесс записи информации в ячейку оперативной памяти можно представит так. Если в ячейку необходимо записать «0» или же его регенерировать, то попросту к ячейке обращения нет и считается, что она и так «нулевая». В случае записи «1» на адресной шине появляется потенциал и в этот момент течёт ток от схемы регенерации и заряжает ёмкость. Таким образом происходит запись информации.

При считывании информации, как выше говорилось, также происходит разряд конденсатора, поэтому после считывания информации из ячейки динамической памяти, её необходимо восстановить. Процесс считывания происходит почти также, как и процесс записи. На адресную шину поступает сигнал, он преобразовывается в потенциал напряжения на адресном входе необходимой ячейки памяти и по разрядной шине происходит считывание потенциала или информации, записанного в конденсаторе. А эта информация после преобразования передаётся к процессору.

Работу ячейки памяти можно представить таким образом. Конденсатор можно представить в виде ёмкости, в которую наливается вода. Транзистор в виде ключа или крана, который открывает или перекрывает трубу, по которой течёт вода в ёмкость, а устройство регенерации в виде источника воды. В нужный момент кран открывается и это служит признаком того, что необходимо пополнить ёмкость водой. Конечно, рассматривая работу ячейки памяти таким образом, можно представить, что ёмкость с водой немного дырявая. Это утверждение имеет под собой основание, так как конденсатор, в случае хранения «1» и до тех пор, пока она записана, должен постоянно подзаряжаться схемой регенерации.

Ячейка памяти хранит в себе один бит информации, для того чтобы динамическая память хранила бы в себе мегабайты, а сейчас уже и гигабайты данных, необходимо чтобы все эти элементарные по объёму ячейки памяти объединялись между собой в большие массивы, накопители или матрицы памяти. Организация динамической оперативной памяти на этом уровне будет описана в другой статье.

Наверх