Запоминающее устройство

(ЗУ)

        блок вычислительной машины или самостоятельное устройство, предназначенное для записи, хранения и воспроизведения информации. Наибольшее распространение ЗУ получили в цифровых вычислительных машинах (См. Цифровая вычислительная машина) (ЦВМ), а также в устройствах автоматики, телемеханики, ядерной физики и т.д. для хранения главным образом дискретной информации, для временного согласования работы нескольких объектов или накопления данных, подлежащих передаче по каналам телемеханики. Фиксация информации в ЗУ основана на различных физических принципах: механическое перемещение или удаление части материала носителя информации (См. Носитель информации) (перфорационные ленты, перфокарты), изменение магнитного состояния материала (магнитные ленты, диски, барабаны, ферритовые сердечники), накопление электростатического заряда в диэлектриках (конденсаторные ЗУ, запоминающие электроннолучевые трубки), использование звуковых и ультразвуковых колебаний (линии задержки (См. Линия задержки)), применение явления сверхпроводимости (Криогенные элементы) и др. Основными показателями ЗУ, определяющими их эффективность, являются: ёмкость М (максимальное количество слов или знаков, которые можно одновременно разместить в ЗУ), выражаемая в двоичных единицах (битах) или в байтах (8 бит); быстродействие, характеризуемое временем полного цикла обращения к ЗУ Тц (иногда временем выборки) или частотой обращения

        

        Иногда для характеристики ЗУ пользуются обобщающим параметром — информационной мощностью W = М•F (в лучших современных ЗУ она достигает 10¹³ байт/сек).

         В зависимости от назначения, способов размещения информации и особенностей функционирования ЗУ, как правило, классифицируют в соответствии со схемой, представленной на рис. 1. По способу поиска нужной информации различают адресные ЗУ, в которых каждой ячейке памяти присваивается определённый номер (адрес) и требуемая информация ищется по конкретному адресу, и ассоциативные запоминающие устройства (См. Ассоциативное запоминающее устройство), в которых информация отыскивается по совокупности признаков. В ЗУ возможно как последовательное, так и циклическое обращение (доступ) к ячейкам либо произвольный доступ, когда обращение к любой ячейке осуществляется независимо от её расположения среди других ячеек.

         В зависимости от кратности записи ЗУ делятся на нестирающиеся, допускающие однократную запись с последующим многократным считыванием без регенерации (например, диодные матрицы (См. Диодная матрица), перфорационные карты, перфорационные ленты), и стирающиеся (ЗУ на магнитных носителях, ферритовых сердечниках, электронных триггерах и др.).

         Статическими называются такие ЗУ, в которых состояния носителя, соответствующие записанному коду, неподвижны относительно носителя информации. К статическим относятся и все ЗУ с неразрушающим считыванием. В динамических ЗУ последовательность сигналов, соответствующая фиксируемому коду, циркулирует по замкнутому контуру, включающему линию задержки. Статические ЗУ могут быть устойчивыми, в которых информация сохраняется неограниченно долго (например, ЗУ на триггерах, ферритовых сердечниках), и неустойчивыми, обладающими свойством самопроизвольного стирания информации (конденсаторные ЗУ, запоминающие электроннолучевые трубки).

         Для хранения больших массивов информации чаще всего применяют т. н. внешние ЗУ с записью на магнитных носителях: магнитные ленты, барабаны, диски. Путём параллельного подключения нескольких блоков ЗУ можно хранить теоретически неограниченные объёмы информации. Ёмкость современных внешних ЗУ на магнитных лентах достигает 10⁸ байт (с подключением до 256 блоков), на магнитных дисках — до 6-10⁸ байт; скорость ввода (вывода) 3,2-10⁵ байт/сек для ЗУ на магнитных лентах и 2-10⁶ байт/сек для ЗУ на магнитных дисках.

         В ЦВМ для хранения данных, необходимых на ближайших этапах решения задачи, служат оперативные ЗУ, которые, как правило, строятся на тороидальных ферритовых сердечниках (до 95% всех оперативных ЗУ), реже — на др. ферромагнитных элементах (например, многоотверстных ферритовых пластинах, магнитных тонких плёнках (См. Магнитная тонкая плёнка) и др.). Весьма перспективными считаются интегральные полупроводниковые ЗУ. Ёмкость оперативных ЗУ в современных крупных ЦВМ достигает 16-10⁶ байт; время записи и считывания (выборки) составляет от сотых долей мксек до нескольких мксек.

         В больших ЦВМ в отдельный блок часто выделяют буферное ЗУ, выполняющее функции промежуточного звена при обмене информацией между устройствами с различным быстродействием (например, между оперативным и внешним ЗУ), а иногда и сверхоперативное ЗУ небольшой ёмкости (порядка нескольких сотен байт). Сверхоперативные ЗУ выполняются на запоминающих элементах повышенного быстродействия (например, тонких магнитных плёнках, туннельных диодах, триггерах). Для хранения данных, состав которых в процессе обработки определённого типа информации или решения одного класса задач не меняется (например, табличные данные, стандартные подпрограммы, неизменные программы управляющих вычислительных машин), применяют постоянные запоминающие устройства.

         ЗУ адресного типа включают собственно накопитель 1, числовую часть 2, адресную часть 3 и блок местного управления или синхронизации 4 (рис. 2). Накопитель состоит из запоминающих ячеек и выполняет функции хранения информации. Числовая часть или схема записи — считывания представляет собой промежуточное звено, в котором происходит обмен информацией между накопителем и внешними по отношению к ЗУ устройствами. Она состоит из регистра числа для временного хранения записываемых или считываемых слов (чисел); формирователей записи, преобразующих код числа в серию сигналов, фиксируемых ячейками накопителя; усилителей считывания для усиления, отделения от помехи и формирования считанных сигналов. В адресной части ЗУ заданный код адреса преобразуется в совокупность сигналов, однозначно определяющих требуемую ячейку накопителя. Блок синхронизации формирует внутренние команды, обеспечивающие управление последовательностью работы всех узлов ЗУ в соответствии с поступающими извне командами. Совокупность всех блоков ЗУ, за исключением накопителя, называется электронной схемой управления, периферийным оборудованием или электронным обрамлением ЗУ.

         Замечательным ЗУ является человеческий мозг, содержащий около (10—15)–10⁹ нейронов — ячеек, совмещающих функции памяти и логической обработки информации; объём мозга в среднем 1,5 дм³, масса 1,2 кг, потребляемая мощность около 2,5 вт. Лучшие современные электронные ЗУ при такой же ёмкости занимают объём в несколько м³ при массе в десятки и сотни кг, а потребляемая мощность достигает несколько квт. Научно обоснованные прогнозы утверждают, что совершенствование электронной техники и применение новых высокоэффективных накопительных сред в сочетании с широким использованием методов бионики при решении проблем, связанных с синтезом ЗУ, позволят создавать ЗУ, близкие по параметрам памяти человека.

         Лит.: Крайзмер Л. П., Быстродействующие ферромагнитные запоминающие устройства, М. — Л., 1964; его же, Устройства хранения дискретной информации, 2 изд., Л., 1969; Китович В. В., Оперативные запоминающие устройства на ферритовых сердечниках и тонких магнитных пленках, М. — Л., 1965; Каган Б. М., Адасько В. И., Пурэ Р. Р., Запоминающие устройства большой емкости, под ред. Б. М. Кагана, М., 1968.

         Л. П. Крайзмер.

        

        Рис. 1. Классификация запоминающих устройств.

        

        Рис. 2. Упрощённая блок-схема адресного запоминающего устройства.