Операти́вная па́мять(ОП), Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (англ. Random Access Memory, часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции.
Сегодня оперативная память является полупроводниковой. В отличие от памяти на ферритовых сердечниках полупроводниковая память энергозависимая. Это значит, что при выключении питания ее содержимое теряется.
Преимуществами же полупроводниковой памяти перед ее заменителями являются:
| малая рассеиваемая мощность; | |
| высокое быстродействие; | |
| компактность. |
Эти преимущества намного перекрывают недостатки полупроводниковой памяти, что делают ее незаменимой в ОЗУ современных компьютеров
Передача данных в оперативную память процессором производится непосредственно, либо через сверхбыструю память.
Связь оперативной памяти с центральным процессором и устройствами ввода – вывода показана на рис.9.3.
Рис.9.3.Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с ЦП
Оперативные ЗУ обычно реализуются как ЗУ с произвольным доступом Это означает, что доступ к данным, физически организованным в виде двумерного массива (матрицы элементов памяти), производится с помощью схем дешифрации, выбирающих нужные строку и столбец массива по их номерам (адресам), как показано на рис.9.4.. Емкости оперативных ЗУ составляют сегодня гигабайты.
Рис.9.4. Схема доступа к данным запоминающего массива.
ОЗУ ЭВМ подразделяется на две области: 1) непосредственно адресуемая память емкостью 1024 Кбайт, занимающая ячейки с адресами от 0 до 1024 Кбайт; 2) расширенная память с адресами 1024 Кбайт и выше, доступ к которой возможен при использовании специальных программ (драйверов). Стандартная память - непосредственно адресуемая память от 0 до 640 Кбайт. Верхняя память - непосредственно адресуемая память от 640 до 1024 Кбайт. Она зарезервирована для видеопамяти и работы ПЗУ.
Оперативная память включает в себя сравнительно медленную динамическую память DRAM и быструю статическую память SRAM. Центральный процессор работает быстрее DRAM, поэтому ОЗУ большого объема на DRAM используют совместно с небольшой кэш-памятью на SRAM. Кэш-память 1 уровня находится внутри процессора, а 2 уровня - вне процессора на системной плате.
Динамическая память DRAM состоит из запоминающих ячеек, выполненных в виде конденсаторов, собранных в ИС и образующих двумерную матрицу. При записи логической 1 соответствующий конденсатор заряжается, а при записи 0 -- разряжается. Схема считывания разряжает через себя конденсатор, и чтобы записанная информация сохранилась, подзаряжает его до прежнего уровня. Со временем конденсатор разряжается, информация теряется, поэтому такая память требует периодической подзарядки (регенерации), то есть может работать только в динамическом режиме.
Статическая память SRAM при наличии питания хранит информацию сколь угодно долго. Состоит из триггеров - элементов с двумя устойчивыми состояниями. Статическая память SRAM имеет время доступа 1-10 нс, и поэтому может работать на частоте системной шины ЭВМ.
статическое ОЗУ — дорогой и неэкономичный вид ОЗУ. Поэтому его используют в основном для кэш-памяти, d регистрах микропроцессора и системах управления DRAM/
На функциональных схемах микросхема памяти изображается обычным прямоугольником с левым и правым полями, как показано на рис. 9.5.
Микросхема имеет три группы входов: адресные входы, вход(ы) данных и управляющие входы.
Количество адресных входов (A0÷Ak) определяется емкостью и организацией микросхемы памяти, а также способом подачи адреса..
Рис.9.5. Условное изображение ОЗУ на функциональных схемах
Способ подачи адреса также оказывает влияние на количество адресных входов микросхемы. Так, распространенный в динамических оперативных ЗУ прием мультиплексирования адресных входов, состоящий в поочередной подаче на одни и те же адресные входы сначала старшей части (половины) адреса - адреса строки (Row Address), а затем - младшей части - адреса столбца (Column Address), позволяет уменьшить вдвое количество требующихся адресных входов. Конечно, это несколько увеличивает время обращения к памяти, но оказывается экономически (да и схемотехнически) оправданным.
В статических ЗУ все разряды адреса подаются на адресные входы одновременно.
Количество входов данных (DI - Data Input) равно разрядности хранимых слов. Количество выходов данных (DO - Data Output) также равно разрядности хранимых слов.Для этого выходы микросхем памяти (или объединенные входы/выходы) обычно имеют специальный выходной каскад, позволяющий подключать к одной шине выходы нескольких микросхем без использования дополнительных сборок ИЛИ. Есть два варианта организации таких выходов: выход с тремя устойчивыми состояниями (или z-выход) и выход с открытым коллектором. Тип выхода отмечается специальным значком в верхней части правого поля изображения микросхемы. На рис. 9.5. показан z-выход.
Управляющие входы могут заметно различаться как по назначению, так и по обозначениям для разных типов микросхем памяти.
Во всех случаях присутствует вход управления режимом обращения: чтение или запись. Частым его обозначением является WE# (Write Enable - разрешение записи). Вход этот обычно инверсный (это и обозначает символ #), т.е. режим записи включается при нулевом значении сигнала на данном входе, а при единице на входе производится чтение.
Другим общим сигналом, имеющимся почти во всех микросхемах, является сигнал выбора микросхемы - CS# (Chip Select). Этот вход также обычно является инверсным и при единичном значении на нем микросхема переходит в "выключенное" состояние (выход данных микросхемы переходит в состояние высокого выходного сопротивления, если он является z-выходом, или в состояние "1", если это инверсный выход с открытым коллектором). При нулевом значении сигнала на входе CS# микросхема находится в активном состоянии.
В динамических ОЗУ при мультиплексировании адресных входов используются два управляющих входа сигналов строба: RAS# (Row Address Strobe - строб адреса строки) и CAS# (Column Address Strobe - строб адреса столбца, или колонки). Сигналы на этих входах переводятся в активное состояние (в "0") в тот момент, когда на адресных входах установлен адрес строки или адрес столбца соответственно.
.