Организация основной памяти вычислительной машины
Запоминающие схемы основной памяти машины организованы в небольшие блоки [доступные как единое целое], которые называются ячейками памяти [или машинными словами]. Как правило, размер ячейки памяти составляет восемь бит. Для идентификации отдельных ячеек основной памяти машины каждой ячейке присваивается уникальное имя, называемое адресом.
| Адрес | Ячейка |
| 0001 | 00010101 |
| 0010 | 01011111 |
| 0011 | 11111101 |
| ... | ... |
| 1111 | 10101110 |
Существуют два основных класса основной памяти: оперативное запоминающее устройство [ОЗУ], называемое также памятью с произвольной выборкой [Random Access Memory, RAM], и постоянное запоминающее устройство [ПЗУ], называемое также памятью только для чтения [Read-Only Memory, ROM]. В ОЗУ коды в соответствии с решаемыми задачами постоянно изменяются и полностью пропадают при выключении питания. В ПЗУ хранятся управляющие работой ЭВМ стандартные программы, константы, таблицы символов и другая информация, которая сохраняется и при выключении компьютера.
ОЗУ подразделяются на статическую память [Static RAM, SRAM] и динамическую [Dynamic RAM, DRAM].
Динамическая память получила свое название от принципа действия ее запоминающих элементов, которые выполнены в виде конденсаторов, образованных элементами полупроводниковых микросхем. С некоторым упрощением описания физических процессов можно сказать, что при записи логической единицы в ячейку конденсатор заряжается, при записи нуля - разряжается. Схема считывания разряжает через себя этот конденсатор, и, если заряд был ненулевым, выставляет на своем выходе единичное значение, и подзаряжает конденсатор до прежнего значения. При отсутствии обращения к ячейке со временем за счет токов утечки конденсатор разряжается и информация теряется, поэтому заряд конденсатора необходимо регулярно возобновлять с помощью специальной схемы, называемой цепью регенерации. Благодаря относительной простоте элемента динамической памяти на одном кристалле удается размещать миллионы ячеек и получать самую дешевую полупроводниковую память достаточно высокого быстродействия с умеренным энергопотреблением, используемую в качестве основной памяти компьютера. Расплатой за низкую цену являются некоторые сложности в управлении динамической памятью.
Статическая память, как и следует из ее названия, способна хранить информацию в статическом режиме - то есть сколь угодно долго при отсутствии обращений [но при наличии питающего напряжения]. Элементы статической памяти реализуются на триггерах - элементах с двумя устойчивыми состояниями. По сравнению с динамической памятью эти ячейки более сложные и занимают больше места в кристалле, однако они проще в управлении и не требуют регенерации.
В состав основной памяти машины, помимо электрической цепи, фиксирующей значения битов, входит и другая цепь, позволяющая остальным компонентам машины записывать данные в ячейки памяти и извлекать их оттуда. Благодаря этому другие схемы могут считывать информацию из памяти посредством электронного запроса на извлечение содержимого ячейки с определенным адресом [это действие называется операцией считывания] или записывать информацию в память, посылая запрос на помещение определенной комбинации двоичных разрядов в ячейку с указанным адресом [это действие называется операцией записи]. Поскольку основная память машины организована в виде небольших, прямо адресуемых ячеек, это позволяет адресовать каждую ячейку памяти в отдельности, т.е. данные, помещенные в основную память, могут обрабатываться в произвольном порядке. Это поясняет, почему основную память машины часто называют памятью с произвольной выборкой. Возможность произвольного доступа к небольшим блокам данных совершенно противоположна принципам работы с устройствами внешней памяти. В этих устройствах длинные строки битов приходится обрабатывать как единый блок.
Ниже представлена схема устройства, которое позволяет хранить одновременно 16 байт и обеспечивает возможность записи и считывания информации побайтно. Вход DI [Data In - входные данные] предназначен для данных, которые требуется записать в память, с выхода DO [Data Out- выходные данные] снимаются данные после выполнения операции считывания информации из памяти, вход A [Address - адрес] предназначен для адреса ячейки памяти, по отношению к которой осуществляется операции записи и считывания, а вход WR [WRite - запись] - для переключения между режимами записи и считывания. Для записи информации необходимо подать на вход DI данные, а на вход A - адрес ячейки, в которую требуется эти данные записать, и выставить на входе WR сигнал логической единицы. Для того чтобы прочитать информацию из какой-либо ячейки, необходимо выставить на входе WR сигнал 0, а на вход A подать адрес этой ячейки - на выходе DO появится информация, которые содержатся в ячейки с указанным адресом.
Условное обозначение устройства [хранит одновременно 16 байт, обеспечивает возможность записи и считывания информации побайтно]. Обозначение "RAM 16 x 8" говорит о том, что данное устройство может хранить шестнадцать восьмибитовых значений.
