Püsimälu

Allikas: Vikipeedia
Disambig gray.svg  See artikkel räägib infotehnoloogia mõistest; psühholoogia mõiste kohta vaata artiklit Pikaajaline mälu


Püsimälu ehk ROM (read only memory) on arvutimälu liik, mis on tavaliselt ainult loetav või lugemine on oluliselt kiirem kui info talletamine. Püsimälu on kasutusel nii arvutites kui ka teistes elektroonikaseadmetes (näiteks elektroonilised mänguasjad). Vastupidiselt operatiivmälule ehk muutmälule ei ole ROM haihtuv mälu, mis tähendab, et info säilib ka siis, kui puudub elektritoide. See võimaldab kasutada ROM-i tarkvara talletamiseks, mida arvuti esimesena kasutab – näiteks BIOS või püsivara, mis on riistvara konfiguratsioon. Püsimälusse (ROM) kirjutatud info on turvaliselt paigutatud, sest tingituna info kustutamise ja kirjutamise keerukusest on see ka suurema tõenäosusega kaitstud kurivara ehk arvutit kahjustavate programmide eest. Seetõttu on püsimälu kasutusel ka turvasüsteemides, kus võtmed salastatud info avamiseks on talletatud püsimälule, mida saab ainult füüsiliselt muuta ja välja vahetada. Kuna püsimälu on aeglasem kui muutmälu, laetakse see BIOS käivitamisel operatiivmälusse (RAM). Selline protsess kannab nime ROM shadowing.

Näide püsimälust, millele on talletatud BIOS

Püsimälu tüübid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Arvutite arenguga käsikäes on arenenud ka püsimälu ja seetõttu on välja kujunenud mitu püsimälu tüüpi. Kõigile tüüpidele on omane talletatud info mitte haihtumine ning uue info kirjutamine ei ole võimalik või on aeglasem kui teabe lugemine. Kõikide mälude puhul on kasutusel kahendsüsteem ja mälupesade väärtus saab olla 1 või 0, kusjuures iga mälupesa vastab ühele bitile.

ROM (read-only memory ehk ainult loetav mälu) – ei ole tänapäeval arvutite juures enam kasutusel.

PROM (Programmable ROM ehk programmeeritav püsimälu) – võimalik programmeerida ühe korra. Tähis on 27xxxx.

EPROM (Erasable PROM ehk kustutatav programmeeritav püsimälu) – juba programmeeritud kiibil on võimalik infot kustutada, kasutades selleks UV-kiirgust. Iseloomulik on kiibil olev aken, mille kaudu teostatakse kustutamine. Tähis on 27xxxx.

EEPROM või FlashROM – (Electronically Erasable PROM ehk elektrooniliselt kustutatav programmeeritav püsimälu) – infot on võimalik kirjutada ja kustutada süsteemist eraldamata, kasutades selleks süsteemi enda elektritoidet. Olemas kaks tüüpi, ühe puhul võimalik infot muuta ühe biti kaupa (EAPROM) ja teisel tehakse seda blokkide kaupa (välkmälu). Tähis 28xxxx või 29xxxx.

Erinevate püsimälu tüüpide ehitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mask ROM[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mask ROM – info on kodeeritud valmistaja poolt ja hiljem seda enam muuta võimalik ei ole. Sellel tüübil on mitmeid puudusi, mistõttu tänaseks seda tüüpi enam ei kasutata. Uue mask ROMi valmistamisel kulub pikk aeg tarkvara loomisest lõpliku püsimälu saamiseni ja ainult suure arvu kiipide vajadusel on see soodne. Kuna info on füüsiliselt mikrokiipi kodeeritud, siis peab see olema staatiline (mitte muutuv), sest muudatuste tegemiseks on tarvis toota uus kiip, mis on kallis ja pikaajaline protsess.

Mask ROM-i elektriskeem on veergudest ja ridadest koosnev mikrokiip, kus iga veeru ja rea ristumiskohale vastab 1 bit. Kiibi võrgustik koosneb word-liinidest (inglise aadressi input) ja bit-liinidest (inglise data output), mis on omavahel valikuliselt ühendatud MOSFET transistorlülititega. Sõltuvalt sellest, kas word- ja bit-liinid on ristumiskohal ühendatud või ei ole, on nende väärtus vastavalt 1 või 0. Ühendus sõltub sellest, kas MOSFET transistori juhtpais ühendatakse word-liiniga või mitte, seega pole see hiljem ümberprogrammeeritav. Analoogiana võib tuua CD-ROM-i, mis on samuti tehases valistatud ning kasutajal puudub võimalus CD-ROM-il olevat infot muuta.

Tehase poolt tehtud ROM mikrokiibis sõltub mälupesa väärtus sellest kas rea ehk word-liini ja juhtpaisu (MOSFET) vahele on tekitatud ühendus. PROMi puhul on pilt sarnane kuna programmeerimisel põletatakse väärtuse "0" saamiseks mälupesades see ühendus läbi.

Programmeeritav püsimälu[muuda | redigeeri lähteteksti]

PROM (Programmable ROM) – 1956. aastal väljatöötatud lahendus võimaldab kiipi üks kord programmeerida. PROM muutis palju odavamaks püsimälude kasutamise tarkvara väljatöötamisel. Tehase poolt valmistatud uutel kiipidel on kõik mälupesad väärtusega 1 ja PROM kasutajal on võimalik seda ise vastavalt vajadusele programmeerida. Selleks kasutatakse spetsiaalset tööriista – PROM programmeerijat, mis kasutades kõrget pinget põletab läbi word- ja bit-liine ühendava transistori kaitsme kasutaja soovitud positsioonidel, andes mälupesa väärtuseks 0[1]. PROM-i puhul on uute kiipide valmistamise kiirem ja odavam, sest kasutaja saab tellida suure koguse „tühjasid" PROM kiipe ning neile vastavalt soovile infot kodeerida. PROM-i analoog on CD-R või DVD-R, millele kasutajal on võimalik üks kord info talletada, aga hiljem seda muuta pole enam võimalik.

Kustutatav programmeeritav püsimälu[muuda | redigeeri lähteteksti]

1 KB suurune Inteli EPROM, millel on selgelt näha EPROM-ile iseloomulikku akent ja seal sees olev mikrokiip

EPROM (Erasable PROM) – kustutatav programmeeritav ROM. Leiutati 1971 aastal ja programmeeritud kiipe on võimalik kustutada kasutades selleks kindla sagedusega UV-kiirgust. See vähendas püsimälu kasutamise hinda veelgi, sest ühte kiipi sai nüüd palju kordi kasutada (umbes 1000 tsüklit, enne kui UV-kiirgus EPROM-i ära kulutab). EPROM vooluring koosneb samuti veergudest ja ridadest, aga ühes mälupesas on kaks transistorit: juhtpais (control gate = MOSFET) ja ujuvpais (Floating Gate MOSFET)[2], mille vahel on õhuke elektrit mittejutiv oksiidikiht. Ujuvpais on ühenduses reaga (word-liin) ainult läbi juhtpaisu ja kui see ühendus laseb voolu läbi on mälupesa väärtus 1. Programmeerimiseks kasutatakse Fowler-Nordheimi tunneliefekti ja selleks tuleb mikrokiip süsteemist eemaldada. Mälupesale rakendatakse vastavat word-liini pidi pinge 25V ja bit-liini pidi 5V, mille tulemusena ergastatud elektronid liiguvad läbi oksiidikihi ja jäävad sinna lõksu, andes ujuvpaisule negatiivse laengu.[3] Laetud elektronid käituvad kui barjäär juht- ja ujuvpaisu vahel. Mälupesa sensor mõõdab läbivat laengut ja kui see on suurem kui 50% algsest siis on väärtus 1 ning vähema puhul 0. Värskel EPROM-il on kõik ühendused lahti ja seega mälupesade väärtused 1.

Info talletamine kasutades ujuvpaisu negatiivset laadimist EPROM-i näitel. Mälupesa programmeerimisel tekitatakse ujuvpaisule negatiivne laeng, mis takistab word- ja bit-liini omavahelist ühendust. Kui vähem kui 50% algsest laengust juhtpaisule jõuab on mälupesa väärtus 0.

Programmeeritud info kustutamiseks kasutades tööriista, mis kiirgab kindla sagedusega UV-valgust (standardiks 253,7 nm) läbi EPROM-il asuva akna, mis on tavalislt valmistatud kvartsist ja protsess võtab tavaliselt aega umbes 10 minutit. Seega on võimalk näha EPROM-i infot talletavat mikrokiipi. UV-kiirgus ergastab [elektron]e, et need saaksid läbi oksiidikihi tagasi liikuda ja ujuvpaisu negatiivne laeng kaob.Pikaajaline valgustamine võib EPROM-i nn ülekustutada, mis seisneb ujuvpaisu liigses laadimises ning ujuvpais pole võimeline enam elektrone hoidma.

Elektrooniliselt kustutatav programmeeritav püsimälu[muuda | redigeeri lähteteksti]

EEPROM (Electronically Erasable PROM) – Välja töötatud 1983 aasta, ehituselt sarnane EPROM-ile, aga kodeeritud infot on võimalik kustutada elektri vahendusel. EEPROM-il olevat infot on võimalik muuta ilma spetsiaalsete tööriistadeta ning selle tegemiseks pole tarvis mälu süsteemist eemaldada. Kui EPROM-il kustutati kogu mikrokiibi info korraga, siis EEPROM-il saab kustutada ja muuta infot ühe biti haaval – EAROM (Elecrically alterable ROM). Bit haaval muutuste tegemine on aeglane ja seega töötati 1980ndate keskel Toshiba poolt välja Flash EPROM ehk välkmälu, kus infot kirjutatakse ja kustutatakse paljudest mälupesadest koosnevate blokkide kaupa. Nimi Flash tuleneb kujutluspildist, et EEPROM mälu kustutamine toimub nagu fotoaparaadi välk. Välkmälu on kõige laialdasemalt kasutuselolev püsimälu ja võrreldes EPROM-ga on mälupesade vastupidavus oluliselt suurenenud, võimaldades kuni 100 000 kirjutamistsüklit.

EEPROM-il on erinevalt EPROM-ile lisaks üks selekteeriv transistor ja ühele mälupesale vastavad kaks rida (word- ja word´-liin). Word’-liin on kasutusel, et valida pingestatud veerust soovitud mälupesa, aktiveerides selekteeriva transistori[4]. Valitud pesas toimub seejärel EPROM-ile sarnane ujuvpaisuga transistorile tekitatud negatiivse laengu kustutamine, mis muudab mälupea väärtuse 0-lt tagasi 1-le. Selline süsteem võimaldabki EAPROM-i puhul biti kaupa kustutamist. Välkmälu puhul puudub selekteeriv transistor ja kustutamine toimub paljudele mälupesadele ühes blokis korraga.

EAPROM-i puhul on võimalik kustutada infot ühe biti haaval. Selleks on EPROM-il kasutavale süsteemile lisatud juurde selekteeriv transistor, mis aktiveerib mälupesa olles pingestatud word'-liini poolt. See annab võimaluse nii kirjutada kui ka kustudada infot bit haaval. Mälupesale väärtuse (1 või 0) andmiseks kasutatakse ujuvpaisu negatiivset laadimist.

Püsimälu kasutamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kuna püsimälu omadus, et uue info kirjutamine või vana muutmine on aeglane ja komplitseeritud, on ta muutnud vähe kasutatavaks ja seda spetsiifilistes rakendustes. Püsimäluga veel vaid tinglikult ja ajaloolistel põhjustel seotud välkmälu on praegusel hetkel väga laialdaselt kasutusel. Välkmälu on rakendatud arvutites, mobiiltelefonides, MP3-mängijates, mälukaartides, kiipkaartides jne. Traditsiooniline püsimälu on kasutusel arvutites käivitamiseks olulise info nagu näiteks BIOS-i salvestamiseks, füüsilistes krüpteerimisvõtmetes ja elektrilistes mänguasjades. Turvalisuse tagamisel on püsimälu suureks eeliseks, et sinna paigaldatud infot ei saa muuta ega kustutada.

Püsimälu olulisus info salvestina on aegade jooksul vähenenud (kui mitte arvestada välkmälu). Siiani on püsimälu kasutusel elektriliste seadmete käivitamiseks vajamineva info talletamiseks. Selleks võib olla BIOS aga ka püsivara, mis sisaldab endast mingile riistvarale olulisi draivereid. Püsivara (inglise firmware) vajavaid seadmeteks võivad olla näiteks DVD-ajamid, kõvakettad, graafikakaardid, kuvarid, muusikakeskused, köögimasinad jne. Siiski on ka selles rakenduses püsimälu välja vahetumas välkmäluga, seda põhjustab vajadus ka püsivara vahel uuendada. Näiteks suudavad tootjad väljatöötada püsivara draiverid, mis muudavad DVD-ajami töö optimaalsemaks või võimaldab muusikakeskuse püsivara uuendamine esitada mõnda uut helivormingut. Ka on vähendanud püsimälu salvestusvahendina kasutamist muutmälu praeguseks välja kujunenud suurem lugemiskiirus. Tihti laetakse arvuti käivitamisel püsimälule talletatud info muutmälusse, et see oleks kiiremini ligipääsetav. Sellist protsessi kutsutakse ROM shadowing-iks.

Püsimälu kasutamine on olnud laialt levinud mängukonsoolides mängude talletamiks[5]. Püsimälu kaitseks on mikrokiibid suletud plastikkarpi – mängukassetti. Püsimälusse salvestatud info on füüsiliste mõjutuste suhtes vastupidav ja võimaldab pidevat ühilduvate seadmete vahelist liigutamist. Püsimälu oli põhiliseks info talletamise vahendiks vanemates mängukonsoolides, tänapäeval on enam levinud optilised andmekandjad nagu CD, DVD ja Blueray, kuna viimased on suure mahuga ning kergelt ja odavalt paljundatavad. Püsimälusse talletatud mängud on muutumatud ja et säiliks mängus saavutatud edasiminek on tarvis lisasüsteeme nagu välkmälul põhinevad kaardid. Mängukassettidelt on võimalik infot lugeda spetsiifilise tarkvara abil, mis võimaldab luua püsimälu kujutisfaile (ROM image). Kujutisfail on palju piraatluses kasutatav vorm.

Laialdaselt on kasutusel püsimälu ka elektroonilistes mänguasjades. Mänguasjale, mis sooritab mingeid kindlaid liigutusi, vilgutab tulukesi või esitab helisid ning need ei pea olema muudetavad, on kõige ratsionaalsem vajalik info salvestada just püsimälusse. Kuna püsimälu on mitte haihtuv ei kao mänguasja funktsioon patareide tühjenemisel. Samuti on suures koguses valmistatud ühesugused mask ROM elemendid kõige odavam salvesti.

Püsimälude arenguvisioonid[muuda | redigeeri lähteteksti]

CBRAM[muuda | redigeeri lähteteksti]

Programmeeritav Metalliseeritud aku (PMC või Conductive-Bridging RAM) on uus arvuti püsimälu, mis on arendamisel Arizona State Universitys ja selle partneri, Aksoni Technologies poolt. CBRAM töötatakse välja, et vahetada välja laialt kasutusel olevad välkmälud (flash-mälu). CBRAM pakub andmete pikemat eluiga, kastuab vähem energiat ja on suurema mälu tihedusega. Firma Infineon Technologies poolt litsentsitud tehnoloogia aastal 2004 viitab sellele kui „conductive-bridging RAM“. NECil on oma variant nimega "Nanobridge" ja Sony kutsub oma versiooni "elektrolüütiliseks mäluks" ehk inglise keeles “electrolytic memory“[6].

RRAM[muuda | redigeeri lähteteksti]

Resistive random-access memory (RRAM) on uut tüüpi püsimälu, mida arendatakse paljude ettevõtete poolt. Tehnoloogial on mõningaid sarnasusi CBRAMiga ja faasimuutmälu tehnoloogiaga. RRAM mälude kohta on avaldatud erinevaid andmeid. RRAM põhineb erinevatel [Dielektrik|dielektrilistel materjalidel]], mis tekitavad ülemineku metallihapetest „chalcogenideni“. Juba 1967 aastal pakuti ränidihapendi kasutamist[7].

N-RAM[muuda | redigeeri lähteteksti]

Nano-RAM on firma Nantero poolt patenteeritud arvuti mälutehnoloogia. See on teatud tüüpi püsimälu omadustega muutmälu. Muutmälu põhineb mehhaanilise positsiooni süsinikust nanotorude paigutamisel kiibi sarnasesse substraati. Teoreetiliselt on väikeste nanotorudega võimalik saavutada väga kõrge tihedusega mälusid.[8]

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]