Что такое ПЗУ Для чего оно нужно, какие виды бывают

Продолжаем рассказывать о ключевых элементах устройства компьютера. Эта статья посвящена памяти ROM (ПЗУ) и ее роли в вычислительной технике. ПЗУ играет важную роль в процессе загрузки компьютера. Когда компьютер включается, процессор обращается к ПЗУ, чтобы получить начальную программу, которая запускает загрузку операционной системы с жесткого диска в оперативную память. Этот процесс, часто называемый процессом загрузки, опирается на код, хранящийся в ПЗУ.

В небольших или встроенных компьютерных системах, например, в бытовой технике, мобильных устройствах или другом специализированном оборудовании, в ПЗУ могут храниться целые приложения или операционные системы, которые просты и не требуют обновлений. Это особенно полезно в устройствах, где стабильность и надежность важнее гибкости.

Что такое ПЗУ

ПЗУ – это «постоянное запоминающее устройство» (англ. ROM, Read-Only Memory), тип энергонезависимой памяти, используемой в компьютерах и других электронных устройствах. В отличие от RAM (Random Access Memory), которая используется для временного хранения данных, меняющихся в процессе работы, ROM сохраняет данные даже при выключении устройства.

Роль ПЗУ в работе компьютера чрезвычайно важна, потому что оно влияет на все процессы: от запуска системы до управления оборудованием, безопасности и общей целостности системы. Оно гарантирует, что важные инструкции будут постоянно готовы, обеспечивая стабильную и надежную работу с момента включения устройства.

С годами технология, лежащая в основе ПЗУ, развивалась, и были разработаны различные формы, включая PROM (программируемое ПЗУ), EPROM (стираемое программируемое ПЗУ) и EEPROM (электрически стираемое программируемое ПЗУ), каждая из которых допускает различные уровни перепрограммируемости.

Назначение постоянной памяти

Хранение микропрограммы

В ПЗУ обычно хранится микропрограмма или загрузчик, необходимый для начальной загрузки системы и выполнения основных операций. Эта микропрограмма, часто называемая BIOS (Basic Input/Output System) в ПК, инициализирует и тестирует оборудование при запуске перед загрузкой операционной системы из другого источника.

Постоянное хранилище

Поскольку ПЗУ нельзя легко переписать, оно используется для хранения редко изменяемого программного обеспечения, например, системных микропрограмм и данных приложений, которые должны оставаться неизменными.

Безопасность и стабильность

Поскольку ПЗУ доступно только для чтения, хранящиеся на нем данные не могут быть изменены случайно или с помощью вредоносного ПО, что делает его безопасным и стабильным местом для хранения критически важного кода и данных.

Виды ПЗУ и как они работают

ПЗУ работает как постоянное хранилище данных, которые должны надежно сохраняться даже при отключении питания устройства. Технология их работы различается от типов памяти. Каждый из них предназначен для определенных приложений, в зависимости от необходимости стабильности и гибкости хранения данных. Классическое ПЗУ используется там, где данные никогда не должны меняться, а такие типы, как EEPROM, выбираются там, где обновление данных может быть необходимым, но относительно редким.

Базовое (масочное) ПЗУ

Классическая форма ПЗУ изготавливается с постоянно встроенными в нее данными. Данные записываются во время изготовления чипа с помощью процесса, который физически кодирует данные на кремнии. Термин «масочная» происходит от использования фотомаски в процессе производства, которая устанавливает данные как постоянную часть полупроводникового чипа. Обычно для этого используются маски, которые определяют, должен ли каждый бит в памяти быть 0 или 1. Из-за используемого процесса производства этот тип ПЗУ не может быть изменен после его создания.

Программируемое ПЗУ (PROM)

PROM представляет собой чистый чип памяти, и данные в него могут быть записаны один раз. Данные записываются с помощью специального устройства, называемого программатором PROM или устройством записи PROM. Запись в PROM включает в себя посылку высоковольтного электрического заряда в определенные места на чипе, который сжигает предохранитель или постоянно изменяет состояние транзистора, тем самым сохраняя данные. После программирования данные в PROM не могут быть изменены.

Стираемое программируемое ПЗУ (EPROM)

EPROM можно стирать и перепрограммировать, потому что в нем используется другая технология. Данные в EPROM хранятся в транзисторах с плавающим затвором. Когда EPROM программируются, электрический заряд задерживается в плавающем затворе, что изменяет поведение транзистора, заставляя его отображать 1 или 0. EPROM можно стереть, подвергнув их воздействию сильного ультрафиолетового света. Под действием ультрафиолетового света заряд рассеивается, возвращая микросхему в исходное, незапрограммированное состояние.

Электрически стираемое программируемое ПЗУ (EEPROM)

EEPROM использует возможности перепрограммирования EPROM и делает их более простыми и практичными. EEPROM можно стирать и перепрограммировать в схеме с помощью электрических зарядов. В отличие от EPROM, ее не нужно вынимать из компьютера или подвергать воздействию ультрафиолетовых лучей. Вместо этого вы можете сбросить ее содержимое с помощью прямого приложения электрического заряда, что делает ее универсальной для приложений, где данные нужно обновлять время от времени, например, в настройках конфигурации.

Характеристики ПЗУ

ПЗУ имеют несколько отличительных характеристик, которые определяют их функциональность и применение в электронных системах.

При выборе ПЗУ (памяти только для чтения) для конкретного приложения следует учитывать несколько характеристик, чтобы убедиться, что выбранный тип ПЗУ отвечает специфическим потребностям устройства или системы.

Тип памяти

Масочное ПЗУ. Лучше всего подходит для крупносерийного производства, где данные не будут меняться.

PROM (программируемое ПЗУ). Подходит для малосерийного производства или начальных этапов разработки, когда данные необходимо запрограммировать один раз.

EPROM (стираемое программируемое ПЗУ). Используется для разработки и тестирования, когда данные необходимо стирать и перепрограммировать с помощью ультрафиолетового света.

EEPROM (электрически стираемое программируемое ПЗУ). Идеально подходит для приложений, где требуется частое обновление данных; стирается и перезаписывается с помощью электричества.

Емкость

Объем данных, которые должно хранить ПЗУ, определяет необходимый объем памяти. Оцените потребности приложения в памяти с учетом будущих обновлений или расширений.

Долговечность и надежность

ПЗУ должно быть устойчивым к физическим воздействиям и условиям окружающей среды, таким как перепады температуры, влажность и механические воздействия. Надежность имеет решающее значение для приложений, содержащих критически важные данные, такие как процессы загрузки или системные прошивки.

Время доступа (задержка)

Это время, которое проходит с момента начала операции чтения до получения данных. Более быстрое время доступа необходимо для приложений, требующих быстрой загрузки или извлечения данных.

Потребление энергии

Важно для устройств, работающих от батарей, где энергоэффективность имеет решающее значение. EEPROM и другие новые типы ПЗУ могут предложить лучшее управление питанием по сравнению со старыми типами ПЗУ.

Программируемость и стираемость

В зависимости от того, как часто необходимо обновлять или изменять данные в ПЗУ, выбор более гибкого типа памяти, например EEPROM, может оказаться более выгодным по сравнению с одноразовыми программируемыми решениями.

Стоимость

Бюджет, доступный для компонента памяти, может повлиять на выбор типа ПЗУ. Маскированные ПЗУ обычно дешевле при больших объемах, в то время как EEPROM дороже, но обеспечивает большую гибкость.

Число циклов

Некоторые типы ПЗУ, например EEPROM, имеют ограниченное количество циклов записи-стирания. Это следует учитывать, если память необходимо часто перезаписывать в течение всего срока службы изделия.

Безопасность данных

В приложениях, где важна безопасность, выбор ПЗУ, которое по своей сути предназначено только для чтения и не может быть легко изменено (например, ПЗУ с маской), может предотвратить несанкционированное вмешательство в программное обеспечение.

Выбор правильного типа ПЗУ предполагает баланс между этими характеристиками в зависимости от конкретных требований и ограничений приложения. Часто это компромисс между стоимостью, производительностью и гибкостью.

В чем отличие ОЗУ и ПЗУ

Различия между ОЗУ и ПЗУ связаны с тем, что они играют разные роли в вычислительных средах: ОЗУ обеспечивает динамическую память с быстрым доступом для активной обработки данных, а ПЗУ – стабильное и долговременное хранение критически важных системных данных.

Волатильность

ОЗУ. Волатильна (теряет данные при выключении питания).

ПЗУ. Энергонезависима (сохраняет данные даже при выключении питания).

Функциональность

ОЗУ. Используется для временного хранения данных; в ней хранятся данные и программы, необходимые процессору при выполнении задач.

ПЗУ. Используется для постоянного хранения данных; обычно хранит прошивку или программное обеспечение, которое редко меняется.

Перезаписываемость

ОЗУ. Возможность чтения и записи; данные могут быть записаны в оперативную память и считаны из нее несколько раз.

ПЗУ. В основном только для чтения; традиционно данные записываются в процессе производства и не могут быть изменены впоследствии (хотя некоторые современные типы, например EEPROM, могут быть перезаписаны).

Скорость

ОЗУ. Как правило, быстрее, чем ПЗУ, предназначена для быстрого получения и обработки данных.

ПЗУ. Медленнее по сравнению с ОЗУ, оптимизирована для стабильного и надежного получения данных.

Использование

ОЗУ. Является основной памятью компьютера, непосредственно доступной центральному процессору для выполнения программ.

ПЗУ. Хранит критически важные программы, необходимые для загрузки компьютера и инициализации оборудования.

Емкость

ОЗУ. Обычно имеет большую емкость по сравнению с ПЗУ в современных компьютерах, что позволяет обрабатывать несколько программ одновременно.

ПЗУ. Меньше по объему, так как содержит только основные программы и данные, необходимые для работы системы.

Стоимость

ОЗУ. Более дорогая в расчете на единицу хранения из-за своей сложности и скорости.

ПЗУ. Менее дорогостоящая, особенно при больших объемах производства.

Форм-фактор

ОЗУ. Существует в виде съемного или встроенного модуля в цифровых устройствах.

ПЗУ. Обычно интегрирована в микроконтроллер или специальный раздел материнской платы устройства.

Читайте также:

Как выбрать видеокарту для гейминга, майнинга и монтажа

Тактовая частота процессора: что это, на что влияет, как узнать

Как узнать температуру процессора

Материнская плата: что это, характеристики, из чего состоит, как работает

Устройство компьютера: из чего состоит ПК

CPU Fan Error: что это, как исправить ошибку

DisplayPort или HDMI: что лучше и в чем разница