Постійні запам’ятовуючі пристрої

 

Постійна пам'ять комп'ютера служить для зберігання програмного забезпечення базової системи вводу-виводу BIOS, що включає набір програм вводу-виводу, за допомогою яких операційна система та прикладні програми можуть взаємодіяти як з пристроями комп'ютера, так і зовнішніми пристроями.

Крім цих програм у BIOS міститься програма тестування – POST (Power ON Self Test), яка виконується кожен раз при запуску комп'ютера. POST перевіряє загальну справність основних пристроїв комп'ютера. У випадку успішного виконання тесту виконується програма початкового завантаження, яка також знаходиться в BIOS. Програма початкового завантаження виконує завантаження операційної системи з відповідного накопичувача. Накопичувач, з якого повинна завантажуватися операційна система, вказується в установках конфігурації, що зберігаються в пам'яті RTC CMOS RAM.

У процесі подальшої роботи для обслуговування стандартних периферійних пристроїв виконуються програми обслуговування – драйвери, що зберігаються в BIOS. Для зберігання програм BIOS необхідна енергонезалежна пам'ять.

Під енергонезалежною пам'яттю (NV Storage) розуміють довільний пристрій, що зберігає записані дані навіть за відсутності напруги живлення (на відміну від статичної та динамічної напівпровідникової пам'яті).

Існує багато типів енергонезалежної пам'яті (ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash Memory, FRAM), які розрізняються за своїми властивостями, обумовленими способом побудови запам'ятовуючих комірок і сферами застосування. Запис інформації до енергонезалежної пам'яті, що називається програмуванням, як правило суттєво складніший і потребує більших затрат часу та енергії, ніж зчитування. Програмування комірки чи блоку – ціла процедура, до якої можуть бути залучені спеціальні команди запису і верифікації. Основним режимом роботи такої пам'яті є зчитування даних, а деякі типи пам'яті після програмування допускають лише зчитування, що і обумовлює їх загальну назву – «пам'ять лише для зчитування» (Read Only Memiry, ROM), або ПЗП (постійний запам'ятовуючий пристрій). Найперші ПЗП виконувались на магнітних осердях, де інформація заносилася їх прошивкою провідниками зчитування. З тих пір стосовно програмування ПЗП закріпилось поняття «прошивка».

Запам'ятовуючі комірки енергонезалежної пам'яті за своєю природою зазвичай асиметричні і, як правило, дозволяють записати лише нулі в потрібні біти попередньо стертих (чистих) комірок, що містять одиниці. Для деяких типів пам'яті чистим вважається нульовий стан комірок. Одноразово програмовані мікросхеми дозволяють змінювати лише вихідний (після виготовлення) стан комірок. Для стирання (якщо воно можливе) потрібні значні витрати енергії, і процедура стирання зазвичай суттєво довша від запису. Стирання комірок виконується або для всієї мікросхеми, або для певного блоку, або для однієї комірки (байта). Стирання приводить усі біти області стирання до одного стану (зазвичай до всіх одиниць, рідше – до всіх нулів).

Процедура програмування багатьох типів пам'яті потребує відносно високої напруги програмування (12-26 В), а для одноразово програмованих мікросхем – і спеціального (не ТТЛ) інтерфейсу керування. Після програмування потрібна верифікація – порівняння записаної інформації з оригіналом, причому неякісне керування програмуванням може призводити до «заростання» записаної комірки, що потребує повторного її програмування. Можливий і зворотній варіант, коли «пробиваються» сусідні комірки, що потребує повторного стирання. Стирання і програмування мікросхем може виконуватися або в спеціальному пристрох – програматорі, або в самомі цільовому пристрої, якщо у нього передбачені відповідні засоби. Мікросхеми розрізняють за можливістю програмування:

Мікросхеми, що програмуються при виготовленні – масочні ПЗП, вміст яких визначається рисунком технологічного шаблону. Такі мікросхеми використовують лише при випуску великих партій пристроїв з однаковою прошивкою.

Мікросхеми, які програмуються одноразово після виготовлення перед установкою в цільовий пристрій, – ППЗП (програмовани ПЗП), або PROM. Програмування здійснюється пропалюванням певних зберігаючих елементів на спеціальних пристроях-програматорах.

Мікросхеми, які багаторазово стираються та програмуються, – РПЗП (репрограмовані ПЗП), або ЕPROM. Для стирання і програмування потрібне спеціальне обладнання. Мікросхеми програмуються в програматорі. Іноді можна програмувати мікросхеми прямо в цільовому пристрої, підключаючи зовнішній програматор, – так званий метод ОВР (On-Doard Programming). Найбільш поширені мікросхеми, які стираються ультрафіолетовим випромінюванням.

Мікросхеми, які багаторазово перепрограмуються в цільовому пристрої з використанням програми його процесора, – за так званим методом ISW (In-Sustem Write). До цього класу відносяться чисто електрично перепрограмовані мікросхеми NVRAM i FRAM, але найбільшого поширення набула флеш-пам'ять.

Енергонезалежна пам'ять перелічених типів в основному застосовується для зберігання незмінної інформації – системного програмного забезпечення (BIOS), таблиць (наприклад, знакогенераторів графічних адаптерів), пам'яті конфігураційних пристроїв. Ця інформація зазвичай є ключовою для функціонування ПК. Небажана (помилкова чи під дією вірусу) зміна вмісту стає можливою при використанні для зберігання BIOS флеш-пам'яті, яка програмується в цільовому пристрої (на системній платі ПК).

Описана енергонезалежна пам'ять не є пам'яттю з довільним доступом, оскільки запис до неї виконується не рядовим звертанням за адресою, а процедурою програмування. Існує енергонезалежна пам'ять з довільним доступом (NVRAM). Ця назва прередбачає можливість довільної зміни інформації не лише всієї області чи блоку пам'яті, але й в окремій комірці, причому звичайним машинним циклом.

Енергонезалежна пам'ять в ПК застосовується двояко:

Включається у простір пам'яті, і тоді процесор може використовувати її як для зберігання (зчитування) даних, так і для безпосереднього виконання програмного коду. Таким способом енергонезалежна пам'ять, наприклад, забезпечує зберігання інформації BIOS (системної та модулів розширення).

Використовується як носій пристроїі зберігання даних (карти USB Flash, CFA, SMC, MMC, SD та ін.). У цьому випадку для доступу до неї потрібні інтерфейсні адаптери і контроллери, за допомогою