7.5. Резюме

Идеальное УХД обладает следующими характеристиками:

• низкая стоимость;

• большая емкость;

• высокая скорость записи и чтения;

• малое энергопотребление при записи и чтении;

• высокая надежность хранения;

• энергонезависимость;

• неограниченное время хранения;

• малая масса.

Как уже не однократно отмечалось ранее, все эти характеристики недостижимы одновременно и определяются тремя критическими параметрами – себестоимостью хранения, скоростью доступа и надежностью.

8. Физические среды хранения данных

Основное требование к физическим средам хранения данных, используемым в настоящее время – это наличие двух четко различимых состояний физической среды, что следует из двоичного алфавита, принятого в наших машинах. Одно состояние соответствует логической «1», тогда другое логическому «0». Переход из одного состояния в другое не должен быть самопроизвольным хотя бы некоторое время.

Известны следующие физические среды для хранения данных.

8.1. Электрическая емкость

Здесь наличие или отсутствие электрического заряда, которое определяется по наличию или отсутствию потенциала на обкладках емкости, соответствуют одному из двух состояний «1» или «0». Недостаток емкости – самопроизвольный разряд. Через какое-то малое время емкость перейдет к разряженному состоянию. Это значит, что если емкость находится в заряженном состоянии ее необходимо периодически подзаряжать. Такой процесс называется регенерацией. Регенерация замедляет скорость работы памяти, кроме того, блок доступа требует наличия специальных схем, выполняющих чтение и запись емкостей. С другой стороны малая емкость требует малого тока для перезарядки. Это позволяет:

• увеличить скорость работы с памятью;

• повысить плотность размещения ячеек памяти;

• упростить конструкцию блока доступа.

Широкое использование электрической емкости, как среды хранения данных, началось с началом использования в качестве емкости запертого p-nперехода. Заряд, накопленный в емкости, запираетp-nпереход, при отсутствии зарядаp-nпереход открывается. Так какp-nпереход одновременно является частью МОП транзистора, чтения памяти заключается в определении проводимости транзистора. На исток транзистора подается сигнал опроса, а со стока транзистора снимается результат чтения. Развитие и совершенствование технологии привели к тому, что электрическая емкость, по-видимому, одна из самых дешевых сред хранения УХД при весьма высокой скорости обмена. Особенность этой среды хранения – из-за необходимости регенерации ее можно использовать только в УХД типа «память». Память, изготовленная по такому принципу, из-за необходимости регенерации называетсядинамической памятью.

8.2. Бистабильная электрическая схема

Это схема с двумя устойчивыми состояниями. Каждое из состояний соответствует «1» или «0». Этот способ получил широкое развитие после появления схем на p-nпереходах. Недостатки этого способа:

• энергозависимость;

• необходимость наличия тока, постоянно протекающего через схему, а значит большое энергопотребление в режиме хранения (именно поэтому в настоящее время такие устройства выполняются только по МОП технологии, имеющей минимальный рабочий ток);

• сложность устройства самой ячейки памяти, а значит и высокая цена памяти.

Самое главное достоинство такой технологии – скорость работы, которая выше чем у любого другого способа хранения информации. Причина в том, что в отличие от других способов хранения:

• реакция ячейки на обращение равна задержке на p-nпереходе;

• не требуется преобразований сигнала, полученного из ячейки, а только его усиление, что выполняется на p-nпереходе в блоке доступа.

По этой же причине эта физическая среда используется только в УХД типа «память». Память, изготовленная по такому принципу, называется статической памятью, в противоположность динамической памяти (см. выше).