Борис Крук - ...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

Для запоминания буквы М горизонтальный провод должен быть соединен диодами со второй, третьей и четвертой вертикальными шинами (так как код буквы М — 00111). Если теперь положительный полюс батареи отключить от первой горизонтальной шины и подключить ко второй горизонтальной шине, то будут светиться лампочки во втором, третьем и четвертом разрядах.

Аналогичным образом запоминаются остальные буквы слова ОМЕГА.

Следует иметь в виду, что после того, как диоды будут припаяны к соответствующим шинам, информация в электронную память будет записана "навечно". Разумеется, если только не выйдут из строя сами диоды или батареи. Записанную в память информацию можно многократно "читать" на лампочках, подключая поочередно к каждой горизонтальной шине положительный полюс батареи.

Наверное, все видели электронные лампы и представляют себе их размеры. Если выполнить электронную память на ламповых диодах для хранения в ней хотя бы десятка слов, то ее размеры будут сравнимы с размерами телевизора. Ясно, что для запоминания всех слов из упомянутых 30 томов А. Дюма пришлось бы строить память с пятиэтажный дом. Заметим, что в первой в мире электронно-вычислительной машине ЭНИАК, разработанной учеными из Пенсильванского университета Джоном Мокли и Дж. Преспером Эккертом и вступившей в строй в 1946 г., было использовано 18 000 электронных ламп!

Конечно, сейчас никто не будет строить устройства памяти на ламповых диодах. И даже на диодах из полупроводников.

Развитие микроэлектроники привело к появлению больших интегральных схем (БИС), у которых на поверхности полупроводникового кристалла площадью всего в несколько десятков квадратных миллиметров создают сотни тысяч микроскопических областей, обладающих свойствами диодов и соединенных между собой необходимым образом.

Современное устройство памяти выполняется в виде стандартных микросхем БИС. Однако принцип его работы точно такой же, как у описанного выше устройства на лампах Флеминга.

Также имеются набор горизонтальных (адресных) проводов (шин) и набор вертикальных (разрядных) проводов. Число разрядных проводов чаще всего равно 8 или 16. Число адресных проводов обычно составляет несколько тысяч (а иногда десятки и сотни тысяч).

Как и прежде, наличие 1 в разрядах двоичных кодовых слов определяется диодами, подсоединенными между горизонтальными и вертикальными проводами. Для индикации записанной информации к разрядным (вертикальным) шинам можно подключить так называемые светодиоды (под действием протекающего тока они излучают свет) или другие, специально выпускаемые промышленностью, индикаторы. Наконец, можно вывести двоичный код на экран дисплея.

Для прочтения информации, хранящейся в памяти, следует, как и раньше, подать положительное напряжение на один из адресных (горизонтальных) проводов.

Как же "записывается" информация в микросхему? В процессе изготовления микросхемы с помощью специальных масок учитывают распределение горизонтальных и вертикальных проводов, а также наличие или отсутствие диодов, включенных между этими проводами. Таким образом, память на БИС выпускается с уже записанной в ней информацией.

А что делать, если пользователь хочет сам записать в память какую-то информацию? Такая возможность существует. Промышленностью выпускается память на БИС, в которой ничего не записано. В ней диоды расположены во всех без исключения точках пересечения вертикальных и горизонтальных проводов. Но последовательно с каждым диодом включен плавкий предохранитель. Если создать сравнительно большую разность напряжений между теми вертикальным и горизонтальным проводами, где не должно быть диода, то плавкий предохранитель перегорит и диод окажется отключенным. Отключая таким путем те или иные диоды, осуществляют запись 0 в требуемые разряды. Диоды, оставшиеся подключенными, соответствуют 1.

До сих пор речь шла об устройствах памяти, куда запись двоичной информации может производиться однократно. Они получили название постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). Выпускаются ПЗУ в виде стандартных микросхем. Вообразите себе их размеры: в спичечном коробке помещается несколько микросхем. Объем памяти — это количество 0 и 1, которые могут быть записаны в память. Мы уже упоминали ранее о том, что двоичная цифра (0 и 1) получила название "бит". Поэтому объем памяти измеряется обычно в битах. Например, объем памяти, сконструированной нами на ламповых диодах, равен 25 битам. Объем памяти современной микросхемы ПЗУ может колебаться от сотен до сотен тысяч бит. По данным одного из проспектов американской выставки в Москве фирмой IBM сконструировано ПЗУ с объемом памяти в 1 млн бит, а фирма "Intel corporation" разработала интегральную микросхему, в которой на кристаллике со стороной менее 38 мм можно хранить свыше 30 млрд (3∙10 10) бит информации. Для сравнения укажем, что если перевести в двоичный код текст всех 30 томов произведений А. Дюма, то объем их информации составит всего 3∙10 8бит. Представляете, в "электронном шкафчике" размерами меньше спичечного коробка… 3 000 подобных томов! Хорош "бабушкин комод".

Читатель, вероятно, обратил внимание на то, что для считывания из ПЗУ записанной в строке информации необходимо выбирать один среди сотен тысяч горизонтальных адресных проводов. Не может же микросхема содержать столько выводов!

Вновь на помощь нам приходят "магические" цифры 0 и 1. Если представить все номера горизонтальных шин двоичными кодами, то для записи десятичных чисел, например, от 0 до 10 000 потребуется всего 14 бит (поскольку 2 13= 9192, а 2 14= 18384).

Так, 1024-я горизонтальная шина будет иметь двоичный код 00010000000000, а 500-я — код 01001111101100. Двоичный код номера горизонтальной шины называется адресом.

Проблема выбора требуемой строки решается в устройстве, называемом дешифратором. Он имеет очень много (в нашем примере 10 000) выходов и мало (в нашем примере 14) входов.

Дешифратор подключает положительное напряжение от батареи к тому из своих выходов, двоичный код (адрес) которого установлен на его входах. Изготовление таких дешифраторов не вызывает особых трудностей: они "встраиваются" прямо в микросхему ПЗУ. Таким образом, микросхема ПЗУ даже с очень большим (до миллиона бит) объемом памяти будет иметь не более двух десятков выводов, соединенных с разрядными шинами, и несколько выводов для подачи в ПЗУ различных управляющих сигналов (например, сигнала, разрешающего считывание). Современные микросхемы выпускаются в корпусах, содержащих до 40 выводов (поэтому их иногда называют "сороконожками").