Запоминающее устройство (ЗУ) — это ключевой компонент любой вычислительной системы, основная функция которого заключается в долговременном или временном хранении данных и программ. Запоминающие устройства различаются по ряду важнейших параметров, определяющих их эффективность и область применения.
Ключевые характеристики запоминающих устройств
Основными характеристиками, по которым оценивают ЗУ, являются:
1) Быстродействие — скорость выполнения операций записи и чтения информации.
2) Ёмкость (объём памяти) — максимальное количество данных, которое может быть сохранено.
3) Надёжность — способность устройства безотказно выполнять свои функции в течение заданного времени.
4) Разрядность — размер данных (бит, байт, слово), обрабатываемых за одну операцию.
5) Метод доступа — способ, которым процессор или другое устройство получает доступ к хранимой информации.
6) Стоимость единицы памяти — экономический показатель, влияющий на выбор устройства для конкретных задач.
Быстродействие часто описывается двумя временными параметрами: временем доступа (длительность однократного обращения к памяти) и временем цикла (минимальный интервал между последовательными обращениями, определяющий максимальную частоту работы).
Основной структурной единицей памяти является ячейка запоминающего устройства — минимальный адресуемый элемент, способный хранить порцию информации (бит, байт или слово).
Классификация запоминающих устройств
Существует множество видов ЗУ, классифицируемых по принципу действия, назначению и способу доступа к данным.
1. Адресное запоминающее устройство. Классический тип памяти, где каждая ячейка имеет уникальный физический адрес. Обращение к данным происходит путём указания этого адреса. Примеры: оперативная память (RAM), постоянная память (ROM).
2. Электронно-механическое запоминающее устройство. Устройства, использующие механические движения для записи и чтения данных. Исторические примеры: перфокарты, перфоленты. Современные аналоги — жёсткие диски (HDD), где информация записывается на вращающиеся магнитные пластины.
3. Ассоциативное запоминающее устройство (АЗУ). Особый вид памяти, где поиск информации ведётся не по адресу, а по её содержимому (ассоциативным признакам). В качестве признака может выступать часть слова, его абсолютное значение или другие характеристики.
Принцип работы АЗУ основан на параллельном сравнении искомого набора признаков со всеми данными, хранящимися в памяти. Это позволяет находить информацию за один такт, что в сотни и тысячи раз ускоряет задачи поиска, классификации и анализа данных, упрощая программирование сложных информационно-логических систем.
Существует два основных подхода к реализации АЗУ:
— Схемный (аппаратный): используется специальная память, ячейки которой могут одновременно хранить данные и производить их сравнение. Ранним прототипом служили картотеки с краевой перфорацией.
— Программный: ассоциативные связи моделируются с помощью обычной адресной памяти, где данные организуются в цепочки, связанные адресами. Этот способ более практичен для больших объёмов информации.
4. Электронное запоминающее устройство. Устройства, где для хранения данных используются интегральные схемы (микросхемы). К ним относятся все виды современной полупроводниковой памяти: DRAM, SRAM, флеш-память и т.д.
5. Массовое запоминающее устройство (МЗУ). Внешние накопители огромной ёмкости, предназначенные для архивирования и резервного копирования данных. Часто представляют собой автоматизированные библиотеки картриджей с магнитными лентами.
6. Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ). Относительно медленные, но высокоёмкие накопители, содержимое которых не зависит от подачи питания на компьютер. К ним традиционно относят:
1) Накопители на жёстких магнитных дисках (HDD).
2) Накопители на твердотельных дисках (SSD).
3) Накопители на оптических дисках (CD, DVD, Blu-ray).
4) Накопители на магнитооптических дисках.
5) Накопители на магнитной ленте (стримеры).
6) Сменные носители, такие как флеш-накопители (USB Flash).
Дополнительные категории
Энергонезависимое запоминающее устройство — сохраняет информацию после отключения питания. К ним относятся ПЗУ, флеш-память, HDD.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM) — быстродействующая память, напрямую связанная с процессором. Используется для временного хранения выполняемых программ и обрабатываемых данных. Является энергозависимой — очищается при выключении питания.