หน่วยความจำภายใน
บทนี้เริ่มต้นด้วย
การอธิบายระบบหน่วยความจำแบบเซมิคอนดักเตอร์แบบ ROM, DRAM และSRAM รวมไปถึงโครงสร้างภายในชิพ การบรรจุชิพ การจัดวางโครงสร้างชิ้นส่วน
ตลอดจนการตรวจสอบอุปกรณ์ที่นำมาใช้เป็นหน่วยความจำภายนอก คือดิสก์แม่เหล็ก (magnetic disk) หรือที่เรียกกันติดปากว่า ฮาร์ดดิสก์ (harddisk) ซึ่งฮาร์ดดิสก์เป็นอุปกรณ์พื้นฐานที่นำมาใช้เป็นหน่วยความจำภายนอกสำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์ทุก ขนาด
คอมพิวเตอร์ในยุคแรก ๆ
สิ่งที่นำมาใช้เป็นอุปกรณ์สำหรับบันทึกข้อมูลหน่วยความจำหลัก คือ เฟอร์โรแม็กเนติก
(ferromagnetic) ที่ทำเป็นรูปวงแหวน และนำมาเรียงเป็นแถวซึ่งเรียกว่า “core” และทำให้หน่วยความจำถูกเรียกว่า “memory core” มาจนถึงในปัจจุบัน
ต่อมาได้นำเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ (semiconductor) มาใช้เป็นหน่วยความจำหลักแทน
และใช้มาจนถึงทุกวันนี้
เฟอร์โรแม็กเนติก (ferromagnetic) ที่ทำเป็นรูปวงแหวน และนำมาเรียงเป็นแถวซึ่งเรียกว่า “core” และทำให้หน่วยความจำถูกเรียกว่า “memory core” มาจนถึงในปัจจุบัน
การจัดโครงสร้าง
หน่วยย่อยเล็กที่สุดของเซมิคอนดักเตอร์เรียกว่า
เซลล์หน่วยความจำ (memory cell) โดยมีคุณลักษณะพื้นฐานที่เหมือนกัน คือ
-
เซลล์มีสถานะที่เสถียรสองสถานะ ซึ่งนำมาใช้แทนความหมายบิต
“0” และบิต “1”
-
เซลล์สามารถที่จะถูกทำให้เปลี่ยนสถานะ (write) ได้
-
เซลล์สามารถถูกตรวจสอบสถานะ (read)
ได้
รูปแสดงการทำงานของเซลล์หน่วยความจำ
DRAM และ SRAM
จัดอยู่ในประเภท “random access” คือข้อมูลแต่ละ word
ในหน่วยความจำสามารถถูกอ้างอิง (อ่านหรือบันทึก)
ได้โดยตรง ผ่านสายสัญญาณที่นำมาใช้ในการกำหนดตำแหน่งข้อมูลที่ต้องการ
คุณลักษณะที่สำคัญของแรมสองประการคือ
1.
สามารถอ่านหรือบันทึกข้อมูลได้อย่างง่ายดายและรวดเร็วด้วยการใช้สัญญาณไฟฟ้า
2.
ข้อมูลที่เก็บอยู่นั้นเป็นการเก็บไว้ชั่วคราว
หน่วยความจำแรมจะต้องได้รับพลังงานไฟฟ้ามาป้อนอยู่อย่างต่อเนื่องตลอดเวลา
เมื่อใดก็ตามที่พลังงานไฟฟ้าหายไป ข้อมูลทั้งหมดที่เก็บอยู่ในหน่วยความจำก็จะหายไปในทันที
หน่วยความจำชนิด dynamic RAM หรือ DRAM ประกอบด้วยเซลล์ที่ใช้เก็บข้อมูลที่ใช้วิธีการอัดประจุไฟฟ้าเข้าไปเก็บไว้ในตัวคาปาซิเตอร์
(capacitor) แล้วใช้แทนความหมายบิต “0” หรือบิต “1”
dynamic คือ คุณลักษณะที่จะต้องมีการอัดประจุไฟฟ้าให้อยู่เสมอ
รูปแสดงโครงสร้างเซลล์หน่วยความจำแบบทั่วไป
Static RAM
Static RAM จัดว่าเป็นอุปกรณ์ดิจิตอล
ที่มีการจัดเตรียมอุปกรณ์ภายในเป็นลักษณะเดียวกับโครงสร้างของโปรเซสเซอร์ ใน SRAM ค่าไบนารี่ (“0” หรือ “1”) จะถูกเก็บไว้ด้วย flip-flop
logic gate ซึ่งสามารถเก็บค่าไว้ในตัวเองได้นานตราบเท่าที่มีพลังงานไฟฟ้าป้อนให้อย่างต่อเนื่อง
โดยไม่ต้องอาศัยการถ่ายเทประจุไฟฟ้าเหมือนกับที่เกิดขึ้นใน DRAM
Static RAM – 32k x 8 bit .3” Wide, 20ns Static RAM -32k x 8 bit, .6” Wide, 70ns
การเปรียบเทียบระหว่าง SRAM กับ DRAM
ทั้ง static และ dynamic แรมสามารถเก็บข้อมูลได้เพียงชั่วคราว DRAM นั้นมีโครงสร้างที่ง่ายกว่าและมีขนาดเล็กกว่า SRAM จึงสามารถบรรจุจำนวนเซลล์ต่อพื้นที่ได้มากกว่า ทำให้มีราคาถูกกว่า SRAM ที่มีขนาดความจุเท่า ๆ กันDRAM จำเป็นจะต้องมีวงจรสำหรับการกระตุ้น (refresh cycle) เป็นระยะ ๆ อย่างสม่ำเสมอ SRAM มีความเร็วในการทำงานสูงกว่า DRAM โดยระบบคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่นำ DRAM มาใช้เป็นหน่วยความจำหลัก และนำ SRAM ใช้เป็นหน่วยความจำcache
การเปรียบเทียบระหว่าง SRAM กับ DRAM
ROM (Read Only
Memory) ประกอบด้วยข้อมูลที่ถูกบันทึกไว้เป็นการถาวร
ซึ่งไม่สามารถแก้ไขได้ ROM จึงไม่จำเป็นต้องอาศัยพลังงานไฟฟ้าในการจัดเก็บข้อมูล
-โปรแกรมที่มีการเรียกใช้โดยโปรแกรมอื่น
ๆ อยู่เป็นประจำ
-โปรแกรมระบบ
-ตารางข้อมูลเกี่ยวกับฟังก์ชัน
ประเภทของ ROM
ข้อดีของ ROM คือ
การที่ข้อมูลหรือโปรแกรมถูกจัดเก็บไว้อย่างถาวรในหน่วยความจำจึงไม่มีความจำเป็นต้องถูกอ่านขึ้นมาจากอุปกรณ์ไอโอภายนอก
ซึ่งจะต้องเสียเวลาเป็นอย่างมาก
programmable
ROM หรือ PROM เป็น ROM ขนาดเล็กเพื่อการบันทึกข้อมูลในปริมาณไม่มากนัก
โดยสามารถบันทึกข้อมูลได้แบบถาวร อย่างไรก็ตาม การบันทึกข้อมูลลงใน PROM จำเป็นต้องใช้เครื่องมือพิเศษ
และชิพแต่ละตัวก็สามารถบันทึกข้อมูลลงได้เพียงครั้งเดียวเท่านั้น
EPROM (Erasable
PROM) สามารถบันทึกข้อมูล และนำมาใช้อ่านได้ในภายหลัง
ก่อนการบันทึกข้อมูลชิพประเภทนี้จะถูกนำมา “ล้าง” ข้อมูลทั้งหมดโดยการอาบตัวชิพด้วยแสงอัลตร้าไวโอเลตผ่านช่องหน้าต่างขนาดเล็กบนตัวชิพ
จากนั้นจึงนำมาบันทึกข้อมูลลงไปด้วยเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์
ข้อมูลที่บันทึกแล้วก็จะเป็นข้อมูลที่ถูกฝังอยู่ในชิพตลอดไป
หรือจนกว่าจะถูกนำมาล้างและบันทึกข้อมูลใหม่
EEPROM
(Electronically EPROM) มีความสามารถในการบันทึกข้อมูลใหม่ลงไปได้
โดยไม่จำเป็นต้องลบข้อมูลเก่าทิ้งไปก่อน
นั่นคือสามารถเลือกลบข้อมูลทีละไบต์หรือทีละหลายไบต์ที่ต้องการได้
flash memory จะใช้เทคโนโลยีลบข้อมูลด้วยสัญญาณไฟฟ้า
และใช้ทรานซิสเตอร์เพียงตัวเดียวในการเก็บข้อมูลหนึ่งบิต
ทำให้สามารถบรรจุหน่วยความจำไว้ในชิพตัวหนึ่งได้เป็นจำนวนมาก
โครงสร้างภายในชิพ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น