...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь - Попов Георгий Леонтьевич. Страница 13
Современное устройство памяти выполняется в виде стандартных микросхем БИС. Однако принцип его работы точно такой же, как у описанного выше устройства на лампах Флеминга.
Также имеются набор горизонтальных (адресных) проводов (шин) и набор вертикальных (разрядных) проводов. Число разрядных проводов чаще всего равно 8 или 16. Число адресных проводов обычно составляет несколько тысяч (а иногда десятки и сотни тысяч).
Как и прежде, наличие 1 в разрядах двоичных кодовых слов определяется диодами, подсоединенными между горизонтальными и вертикальными проводами. Для индикации записанной информации к разрядным (вертикальным) шинам можно подключить так называемые светодиоды (под действием протекающего тока они излучают свет) или другие, специально выпускаемые промышленностью, индикаторы. Наконец, можно вывести двоичный код на экран дисплея.
Для прочтения информации, хранящейся в памяти, следует, как и раньше, подать положительное напряжение на один из адресных (горизонтальных) проводов.
Как же "записывается" информация в микросхему? В процессе изготовления микросхемы с помощью специальных масок учитывают распределение горизонтальных и вертикальных проводов, а также наличие или отсутствие диодов, включенных между этими проводами. Таким образом, память на БИС выпускается с уже записанной в ней информацией.
А что делать, если пользователь хочет сам записать в память какую-то информацию? Такая возможность существует. Промышленностью выпускается память на БИС, в которой ничего не записано. В ней диоды расположены во всех без исключения точках пересечения вертикальных и горизонтальных проводов. Но последовательно с каждым диодом включен плавкий предохранитель. Если создать сравнительно большую разность напряжений между теми вертикальным и горизонтальным проводами, где не должно быть диода, то плавкий предохранитель перегорит и диод окажется отключенным. Отключая таким путем те или иные диоды, осуществляют запись 0 в требуемые разряды. Диоды, оставшиеся подключенными, соответствуют 1.
До сих пор речь шла об устройствах памяти, куда запись двоичной информации может производиться однократно. Они получили название постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). Выпускаются ПЗУ в виде стандартных микросхем. Вообразите себе их размеры: в спичечном коробке помещается несколько микросхем. Объем памяти — это количество 0 и 1, которые могут быть записаны в память. Мы уже упоминали ранее о том, что двоичная цифра (0 и 1) получила название "бит". Поэтому объем памяти измеряется обычно в битах. Например, объем памяти, сконструированной нами на ламповых диодах, равен 25 битам. Объем памяти современной микросхемы ПЗУ может колебаться от сотен до сотен тысяч бит. По данным одного из проспектов американской выставки в Москве фирмой IBM сконструировано ПЗУ с объемом памяти в 1 млн бит, а фирма "Intel corporation" разработала интегральную микросхему, в которой на кристаллике со стороной менее 38 мм можно хранить свыше 30 млрд (3∙1010) бит информации. Для сравнения укажем, что если перевести в двоичный код текст всех 30 томов произведений А. Дюма, то объем их информации составит всего 3∙108 бит. Представляете, в "электронном шкафчике" размерами меньше спичечного коробка… 3 000 подобных томов! Хорош "бабушкин комод".
Читатель, вероятно, обратил внимание на то, что для считывания из ПЗУ записанной в строке информации необходимо выбирать один среди сотен тысяч горизонтальных адресных проводов. Не может же микросхема содержать столько выводов!
Вновь на помощь нам приходят "магические" цифры 0 и 1. Если представить все номера горизонтальных шин двоичными кодами, то для записи десятичных чисел, например, от 0 до 10 000 потребуется всего 14 бит (поскольку 213 = 9192, а 214 = 18384).
Так, 1024-я горизонтальная шина будет иметь двоичный код 00010000000000, а 500-я — код 01001111101100. Двоичный код номера горизонтальной шины называется адресом.
Проблема выбора требуемой строки решается в устройстве, называемом дешифратором. Он имеет очень много (в нашем примере 10 000) выходов и мало (в нашем примере 14) входов.
Дешифратор подключает положительное напряжение от батареи к тому из своих выходов, двоичный код (адрес) которого установлен на его входах. Изготовление таких дешифраторов не вызывает особых трудностей: они "встраиваются" прямо в микросхему ПЗУ. Таким образом, микросхема ПЗУ даже с очень большим (до миллиона бит) объемом памяти будет иметь не более двух десятков выводов, соединенных с разрядными шинами, и несколько выводов для подачи в ПЗУ различных управляющих сигналов (например, сигнала, разрешающего считывание). Современные микросхемы выпускаются в корпусах, содержащих до 40 выводов (поэтому их иногда называют "сороконожками").
Описанная память имеет один существенный недостаток: в ней нельзя стирать информацию и записывать новую. Можно только выбросить микросхему с ненужной информацией.
Согласитесь, не слишком удобно.
Какой же должна быть память, чтобы вместо одних комбинаций 0 и 1 в нее можно было легко помещать другие комбинации этих цифр? Интуитивно ясно, что вся память должна состоять из отдельных ячеек, причем в каждую из них можно было бы свободно записать либо 0, либо 1. Значит, ячейка памяти — это устройство, которое по сигналам "записать 0" и "записать 1"принимает одно из двух состояний: 0 и 1.
Принцип работы ячейки памяти поясняет рисунок, на котором в качестве элементов, обеспечивающих два устойчивых состояния, использованы электромеханические реле — электромагниты со специальными контактами.
Контакты реле 1 "дублируют" кнопку "Запись 0" и, когда через электромагнит данного реле ток не протекает, остаются замкнутыми. Но благодаря этому ток имеет возможность течь через электромагнит реле 2. Якорь этого реле, следовательно, притянется к электромагниту и своим штифтом будет поддерживать в разомкнутом состоянии контакты, дублирующие кнопку "Запись 1". Ясно, что цепь тока, в которую включен левый электромагнит, будет разорвана и ток через электромагнит протекать не сможет. Лампочка, также включенная в эту цепь, гореть не будет. Примем, как и раньше, что ячейка памяти находится в состоянии "0". В нем она может находиться как угодно долго, пока мы сами не захотим его изменить. Но сколько бы мы ни нажимали на кнопку "Запись 0", состояние ячейки памяти не изменится, поскольку кнопка "Запись 0" все время находится как бы в "нажатом" положении благодаря замкнутым контактам реле 1.
Иное дело, если нажать кнопку "Запись 1". Тогда замкнется цепь левого электромагнита; через него и лампочку потечет ток; лампочка загорится, т. е. ячейка памяти перейдет в состояние "1". Удержать ячейку памяти в данном состоянии можно, только обеспечив постоянное протекание тока через лампу и левый электромагнит. Это осуществляется автоматически: при протекании тока через реле 1 его якорь притянется к электромагниту и будет поддерживать контакты в разомкнутом состоянии. Тем самым оборвется цепь тока через правый электромагнит. Якорь реле 2 под действием пружины "отлипнет" от электромагнита и перестанет размыкать контакты, дублирующие кнопку "Запись 1". Теперь смело отпускайте кнопку — цепь тока через левый электромагнит и лампу не разорвется, она будет существовать благодаря замкнутым контактам реле 2.