20. Pamäti v spotrebnej technike
Základné parametre pamäte:
1. Kapacita pamäte – vyjadrená je celkovým počtom bytov alebo slov, ktoré môžu byť súčasne uložené v pamäti. Zvyčajne sa vyjadruje v kilobytoch (KB) alebo megabytoch (MB). Najmenšou počítačovou informáciou je 1 bit = jednotka 1 alebo 0. Základnou jednotkou počítačovej pamäti je bajt (byte, skratka B), čo je 8 jednotiek, núl alebo ich kombinácií, napr. 00101110. Ide o pamäťovú jednotku,ktorá je schopná uschovať jeden znak (napr. písmeno). Maximálny rozsah pamäti sa vyjadruje v počte bajtov, ktorý je vždy mocninou dvojky. Používajú sa jednotky kilobajt (kB), megabajt (MB) a gigabajt (GB). Platí:
1 kB = 1024 B = 210 B
1 MB = 1 048 576 B
1 GB = 1 073 741 824 B
2. Rýchlosť pamäte – je určená:
a) vybavovacím časom – časový interval, ktorý uplynie od okamihu, keď je vyslaná
požiadavka na prenos z pamäte, do okamihu, keď sa požadované údaje objavia na
výstupe pamäte.
b) cyklom pamäte – určený je minimálnym časovým intervalom medzi po sebe
nasledujúcimi príkazmi k činnosti.
3. Rýchlosť toku dát – počet bitov, ktoré sa dajú za 1s do pamäte zapísať, alebo z nej číta
4. Hustota záznamu – udáva počet bytov na jednotku dĺžky alebo plochy pamäťového prostriedku.
Delenie:
-
fyzikálny princíp záznamu
-
prístupu k uloženým údajom:
-
možnosti čítania a zápisu:
-
Z hľadiska čítania
-
Z hľadiska vzťahu pamäte k počítaču, príp. podľa umiestnenia
Magnetické pamäte – používajú sa v nich feromagnetické materiály. Záznam sa uskutočňuje
zmagnetizovaním pomocou magnetického poľa vyvolaného elektrickým prúdom. Záznam sa
zachováva aj po prerušení magnetického poľa. Používa sa feromagnetický materiál
s pravouhlou hysteréznou slučkou. To znamená, že na premagnetizovanie – zmenu stavu z 0
na 1 alebo naopak je potrebná veľká energia – plocha hysteréznej slučky. Preto si
zachovajú údaj aj po prerušení magnetického poľa – ostanú zmagnetizované. 1 bit (0 alebo 1) je zaznamenaný vo feritovom jadre, cez ktorý prechádzajú 3 vodiče:
adresový A,záznamový Z a čítací S.
a) Pri zázname údaja 1 do pamäte jeprúd vo vodiči A (adresa, čiže kam sa údaj zapisuje) a aj na vodiči Z (že sa zapisuje).
b) Pri čítaní je prúd na vodiči A (adresa - odkiaľ sa má čítať), ale má opačný smer ako pri zázname čísla 1. To spôsobí, že ak bolo jadro v stave 1, preklopí sa do 0 (výmaz údaja) a na čítacom vodiči S sa indukuje napätie – prečíta sa 1. Ak tam bola 0, nič sa neudeje – prečíta sa 0. To ale znamená, že údaje sa pri čítaní zničia a po čítaní musia byť znova zapísané – nevýhoda, spomaľuje to pamäť.
Polovodičové pamäte
Dôležitým parametrom polovodičových pamätí je (okrem vybavovacej doby a kapacity) cena prepočítaná na 1 bit (byte).
Bipolárne pamäte majú väčší príkon na bit a vyššiu cenu za bit.
Pamäte TTL majú vybavovaciu dobu kratšiu ako 100 ns, kapacitu 1024 bitov na jedno puzdro (jeden čip), príkon je asi 0,5 mW.bit-1.
Pamäte STTL sú obvody, ktoré pracujú bez nasýtenia. Sú teda rýchlejšie ako jednoduché technológie TTL.
Pamäte ECL majú rovnakú kapacitu na puzdro ako pamäte TTL, ale majú takmer polovičnú vybavovaciu dobu, ich príkon je asi 0,6 mW.bit-1 a sú výrobne zložitejšie.
Pamäte I2L majú v porovnaní s pamäťami TTL vyššiu hustotu bitov na jedno puzdro (až 1500), príkon v pokojovom stave je len 0,1 mW.bit-1 a vybavovacia doba je asi 50 ns. U týchto obvodov sa vo funkcii spínača
používajú tranzistory NPN s viacnásobnými kolektormi. Ich bázy sú vybavené samostatnými prúdovými zdrojmi.
Unipolárne pamäte majú podstatne menší príkon ako bipolárne pamäte, sú však zatiaľ pomalšie. Hustota informácie, vyjadrená počtom bitov na jednotku plochy čipu je pri unipolárnych pamätiach väčšia a technológia výroby je jednoduchšia.
Už pri opise logických členov vyrobených technológiou CMOS sme uviedli, že obvody CMOS sa javia ako najperspektívnejšie. Platí to aj o pamätiach CMOS. Výhodou je najmä veľmi malý príkon, v pokojovom stave. Majú však menšiu hustotu integrácie, vybavovaciu dobu kratšiu ako 150 ns.
Pamäťová bunka je základným prvkom pamäti. Má schopnosť zapamätať si binárny stav logickej premennej. Pamäť jako konštrukčný prvok má schopnosť zapamätať si určité množstvo logických hodnôt alebo informácií pre ďalšie spracovanie. Toto je podstatou variability a modifikovateľnosti logických systémov. Ich funkciu možno programovať zmenou obsahu použitých pamäťových prvkov. Podľa spôsobu činnosti možno polovodičové pamäte rozdeliť nasledovne:
Optické pamäte
Optické disky CD ROM, CD R, CD RW, DVD ROM, DVD R, DVD RW –princípom je snímanie reflexie laserového lúča od lesklého povrchu záznamového média elektrooptickým snímačom a jeho vychyľovanie, nerovnosťami povrchu resp. absorbovanie oblasťami so zmenenými optickými vlastnosťami (tzv. „pitmi“). Záznam sa robí buď lisovaním (ROM), alebo „napaľovaním“ informácie laserom a tým vytváraním oblastí so zmenenou odrazivosťou. Energeticky nezávislá pamäť.
CD-ROM:
-. CD mechaniky pracujú na princípoch optiky. Záznam je predstavovaný stopou dvoch stavov dátovej vrstvy
tvar špirály ktorá začína na záznamovej ploche pri strede disku a smeruje k okraju. Jedná sa o akýsi reťazec vrypov, teda miest zo zmenenými vlastnosťami aktívnej dátovej vrstvy, ktoré spätne pri čítaní dát v jednotke CD vykazujú odlišné vlastnosti odrazu než pôvodný materiál.
Metódy čítania súvisia s rýchlosťou čítania dát.
-
CLV (Constant linear velocity - konštantná obvodová rýchlosť, kde sú otáčky disku vyššie pri čítaní dát bližšie ku okraju disku ako pri
čítaní u vonkajšieho okraju. Tím je zaručená konštantná rýchlosť prenosu dát. -
CAV (Constant angular velocity - konštantná uhlová rýchlosť), kde sú otáčky disku konštantné a prenos dát sa zrýchľuje s posuvom čítacej hlavy smerom k vonkajšiemu okraju disku.
Základná rýchlosť prenosu je odvodzovaná od hodnoty 150 kB/s a jej násobkov. Rýchlosť CD-ROM sa potom udáva ako násobok tejto rýchlosti. Takže napríklad CD-ROM 40x ma prenosovú rýchlosť 6000 Kb/s (40 x 150 kB/s), zatiaľ čo 8x CD-ROM má prenosovú rýchlosť len 1200 kB/s (8 x 150 kB/s).
Disk CD-R (recordable):
-možňujú zápis do 650 MB dát. Štruktúra zápisu zodpovedá štruktúre uvedenej vyššie. Z
-zápis prevádzaný vysokovýkonným laserom (asi 780 nm), ktorý nenávratne spôsobí rozklad deštrukciu (dátovej) vrstvy z organickej farby.
Disk CD-RW (rewritable):
- umožňujú dáta zaznamenávať aj opakovane ako je tomu napr. u diskiet. Na týchto diskoch je aktívna vrstva v kryštalickom stave. Zápis sa prevádza laserovým lúčom o vlnovej dĺžke 650-780nm. Ten spôsobí ohriatie úseku aktívne vrstvy (Ag-In-Sb-Te) nad teplotu tavenia, ktorá okamžite prejde do tekutého stavu. Následným ochladením dôjde k fázovej premene látky z tekutého do amorfného stavu. Zápis je teda prezentovaný reťazcom amorfného a kryštalického stavu aktívnej dátovej vrstvy. Pri čítaní sa potom využíva toho, že amorfný stav vykazuje nižšiu reflekčnosť ako stav kryštalický. Ak je aktívna vrstva opäť zahriata nad kryštalizujúcu teplotu (200°C) po dostatočne dlhú dobu, dôjde opäť k fázovej premene a aktívna vrstva nadobudne opäť kryštalický stav (mazanie dát )..
Disky DVD (digital versatile disk):
-na jednostranné jednovrstvé DVD médium sa zmestí 4,7 GB dát
-na jednostranný dvojvrstvý disk 8,5 GB
Osciloskop
Osciloskop je elektronický merací prístroj určený na meranie časových priebehov veličín, ktoré sa dajú previesť na elektrické napätie, prípadne na meranie závislosti dvoch takýchto veličín. V technickej praxi je veľmi užitočný a všestranný.
-
analógové (klasické)
-
pamäťové (analógové)
-
vzorkovacie (analógové)
-
digitálne (plnia funkcie pamäťových/vzorkovacích)
Osciloskop musí zabezpečiť:
-
zobrazenie priebehu (blok obrazovky)
-
úpravu (prispôsobenie) vstupného signálu (vstupné obvody)
-
voľbu rýchlosti vychyľovania, časovú lupu (blok časovej základne)
-
stabilitu obrazu (blok synchronizácie)
-
zobrazenie viac priebehov súčasne (elektronický prepínač)
Blok obrazovky
Časti obrazovky:
-
Hrdlo obrazovky
-
Zdroj elektrónov
-
Vákuová banka
-
Elektrónové delo
-
Vychylovací systém
-
Tienidlo - luminofor
Zosilňovače v bloku obrazovky prispôsobujú signály na úrovne požadované obrazovkou. Horizontálny zosilovač zároveň umožňuje nastavenie posunutia obrazu vo zvislom smere. Oneskorovacia linka umožňuje posunutie signálu, napríklad pre zobrazenie ostrých hrán signálu v okamihu synchronizácie.
Súčasťou bloku obrazovky je aj zdroj vysokého napätia, ktoré je potrebné pre funkciu vákuovej obrazovky (CRT)
Obrazovka vo svojej podstate zobrazuje jeden bod, ktorý je vychyľovaný rôzne v oboch smeroch, vďaka zotrvačnosti luminoformu to pozorovateľ vníma ako súvislý obraz.
Vstupné obvody (vertical inputs)
Prepínač väzby vstupov (A/D coupling) pomocou pripojenia kondenzátora (v režime AC) umožňuje oddeliť od vstupného signálu striedavú zložku. Spôsobí to však určitú zmenu frekvenčnejcharakteristiky vstupného obvodu, čo znižuje presnosť merania. V režime DC sa prenáša aj jednosmerná zložka signálu.
Prepínač rozsahov (delič) pomocou delenia vstupného napätia umožňuje nastaviť, aké napätie zodpovedá jednému dieliku obrazovky (v jednotkách V/div - voltov na dielik). Toto delenie sa obvykle vykonáva otočným prepínačom, ktorý je kombinovaný s potenciometrom (pre jemné spojité nastavenie, s aretáciou v nulovej polohe). Zosilňovač následne signál zosilňuje a zároveň zabezpečuje dostatočný vstupný odpor (bežne 1 MΩ).
Vertikálny posun signálu sa vykonáva potenciometrom pre každý kanál osobitne (ide o primiešavanie vhodnej jednosmernej zložky).
Časová základňa (time base)
Blok časovej základne zabezpečuje generovanie píllolvitého napätia pre vychyľovanie zobrazovacieho bodu v horizontálnom smere (narastanie napätia spôsobuje pohyb zľava doprava, náhly pokles pílovitého napätia "presunie" zobrazovací bod späť na ľavý okraj obrazovky).
Rýchlosť pohybu bodu sa nastavuje otočným prepínačom (ciachovaným v jednotkách sec/div - sekúnd na dielik obrazovky). Časová základňa zabezpečuje aj časovú lupu, teda roztiahnutie obrazu vo vodorovnom smere)
Blok synchronizácie
Tento blok zabezpečuje spúšťanie časovej základne.
Režimy synchronizácie časovej základne:
-
AUTO (časová základňa beží svojou rýchlosťou) - nutné pri meraní jednosmerného napätia
-
NORM (pri synchronizačnom impulze sa generuje 1 píla)
Synchronizácia môže byť:
-
interná - synchronizuje sa priamo meraným (zobrazovaným) signálom z kanálu I, II alebo ich súčtu (I + II; neodporúča sa používať - ovplyvňuje fázové pomery)
-
externá - synchronizačné impulzy sa privádzajú zo samostatného vstupného konektora (nezávisle na vstupnom signále)
Elektronický prepínač
Elektronický prepínač signálu z viacerých kanálov slúži na súčasné zobrazenie viacerých signálov na obrazovke. Môže pracovať v nasledovných režimoch (platí pre typický dvojkanálový osciloskop):
Režim CHOP
-
I - zobrazený je signál len z kanálu I
-
II - len kanál II
-
ALT (alternácia) - jeden celý beh časovej základne (pohyb lúča cez celú obrazovku zľava doprava) sa zobrazuje jeden kanál, druhý beh druhý kanál. Režim je vhodný pre signály vysokej frekvencie.
-
CHOP (sekanie) - určitý krátky úsek z obrazu sa kreslí jeden signál, potom druhý a tak dookola (pozri obrázok). Režim je vhodný pri signáloch s nízkou frekvenciou.
-
SUM (sumácia) - zobrazuje sa jedna stopa, a to súčet signálov oboch kanálov.