Що таке енергозалежна пам'ять

Енергозалежною пам`яттю є комп`ютерна пам`ять, що вимагає для зберігання інформації наявності електроенергії (на відміну від енергонезалежної). Поки Джерело живлення підключено до цього виду пам`яті, дані зберігаються. Як тільки той відключається, інформація швидко втрачається.

Існує кілька областей застосування енергозалежних запам`ятовуючих пристроїв. Вони навіть можуть використовуватися в якості основного сховища даних. Ключовою їх перевагою перед жорсткими дисками є швидка швидкість обміну інформацією. Крім того, властивість енергозалежності допомагає захистити відомості обмеженого доступу, оскільки вони стають недоступними при відключенні джерела живлення. Більшість видів оперативної пам`яті (Random-Access Memory, RAM) - енергозалежні.

Існують наступні основні види енергозалежної пам`яті:

• статичний;
• динамічний.

Статична пам`ять

Головна перевага статичної оперативної пам`яті (Static RAM, SRAM) полягає в тому, що вона набагато швидше динамічної. Її недолік-висока ціна. Статичної пам`яті не потрібна постійна регенерація. Але в той же час вона потребує безперервному струмі для підтримки різниці напруг. Для зберігання одного біта інформації чіп статичної пам`яті використовує комірку з 6 транзисторів.

Чотири транзистора M1-M4 формують 2 інвертора з перехресними зворотними зв`язками і безпосередньо застосовуються для зберігання одного біта даних. Осередок пам`яті має 2 стійких стану, які потрібні для зберігання 0 або 1. Додаткові два транзистора керують доступом до комірки пам`яті під час операцій зчитування і запису даних.

Енергоспоживання статичної пам`яті

Енергоспоживання залежить від того, як часто здійснюється доступ до статичної енергозалежної пам`яті, але в цілому має невелике значення. Іноді вона може споживати стільки ж електроенергії, скільки динамічна пам`ять (при використанні на високих частотах). З іншого боку, при знаходженні в стані очікування вона споживає зовсім невелику кількість електроенергії: кілька мікроват.

Застосування статичної пам`яті

Вбудована в чіп статична пам`ять застосовується:

• як оперативна пам`ять або кеш-пам`ять у 32-розрядних мікроконтролерах;
• як основна кеш-пам`ять в потужних процесорах, наприклад, сімейства Х86;
• в інтегральних схемах спеціального призначення (ASIC);
• у програмованих Користувачем вентильних матрицях (FPGA);
• у програмованих логічних інтегральних мікросхемах (FPGA, CPLD) .

Крім того, статична енергозалежна пам`ять використовується:

• у наукових і промислових підсистемах, в автомобільній електроніці;
• у персональних комп`ютерах, маршрутизаторах і периферійному обладнанні в якості внутрішньої кеш-пам`яті процесора і буфера жорсткого диска або маршрутизатора;
• у рідкокристалічних дисплеях (LCD-дисплеях) і принтерах для зберігання відображуваного або друкованого зображення.

Переваги та недоліки статичної пам`яті

Плюс:

• невисоке енергоспоживання;
• простота (не потрібно наявності схеми регенерації);
• надійність.

Мінус:

• висока вартість;
• невелика ємність;
• великі розміри;
• змінюється енергоспоживання.

Динамічна пам`ять

Незважаючи на те що обидва види енергозалежної пам`яті вимагають наявності електричного струму для збереження даних, вони мають деякі відмінності. Динамічний оперативний запам`ятовуючий пристрій (динамічне ОЗУ, DRAM) має велику популярність внаслідок своєї ефективності і вартості. Для зберігання одного біта інформації в DRAM на інтегральній мікросхемі використовується один конденсатор і один транзистор. Це дозволяє ефективно застосовувати простір інтегральної схеми і робить названий вид пам`яті недорогим.

Регенерація пам`яті

Процес періодичного зчитування інформації з осередків комп`ютерної пам`яті і негайної її перезапису в ці ж осередки без зміни називається регенерацією пам`яті. Це фоновий процес для збереження даних у динамічній енергозалежній пам`яті. Він є визначальною характеристикою для такого різновиду.

Інформація в динамічній пам`яті зберігається у вигляді наявності або відсутності заряду на мініатюрному конденсаторі. З плином часу заряд зменшується. Тому якщо дані своєчасно не регенерувати, їх можна повністю втратити. Для захисту від втрати даних здійснюються їх періодичне зчитування і перезапис за допомогою зовнішньої схеми. В результаті заряд конденсатора відновлюється до початкового стану.

Види динамічної пам`яті

Асинхронна динамічна пам`ять-перший тип DRAM, який з`явився наприкінці 1960-х. Активно застосовувався до 1997 року, поки не був замінений синхронної DRAM. Пам`ять названа асинхронної внаслідок того, що доступ до неї не синхронізується з тактовим сигналом комп`ютерної системи.

Синхронна динамічна пам`ять знайшла широке застосування в сучасних механізмах. Даний вид енергозалежної пам`яті комп`ютера відповідає на сигнали читання і запису синхронно з сигналом системного тактового генератора. Синхронна пам`ять працює на більш високих швидкостях порівняно з асинхронною. З 1993 року цей тип є переважаючим в персональний комп`ютер користувачів по всьому світу.

Спочатку синхронна динамічна пам`ять називалася SDRAM. Надалі швидкість передачі даних збільшилася в 2 рази і на ринку пам`ять з`явилася під назвою DDR1. Надалі були випущені DDR2, DDR3 і DDR4. Останнє покоління (DDR4) було створено у другій половині 2014 року. У березні 2017 року почалася розробка енергозалежних пристроїв пам`яті DDR5.