Püsimälu

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

Püsimälu ehk ROM (ingl. read only memory) on arvutimälu liik, mis on tavaliselt ainult loetav või on info lugemine talletamisest oluliselt kiirem. Püsimälu on kasutusel arvutites ja teistes elektroonikaseadmetes (näiteks elektroonilised mänguasjad). Erinevalt muutmälust ei ole ROM haihtuv, vaid sinna salvestatud info säilib ka toite kadumisel. See võimaldab kasutada ROM-i sellise tarkvara talletamiseks, mida arvuti sisselülitamise järel esimesena kasutab – näiteks BIOS või püsivara, mis on riistvara konfiguratsioon. Püsimällu 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 salastatud info avamise võtmed on talletatud püsimälusse, mida saab muuta või välja vahetada ainult füüsiliselt. Püsimälu on muutmälust aeglasem, mistõttu võidakse see BIOS-i käivitamisel kopeerida operatiivmällu (RAM), see protsess kannab nimetust ROM shadowing.

Näide püsimälust, millele on talletatud BIOS

Püsimälutüübid[muuda | muuda lähteteksti]

Püsimälu arenes koos arvutitega ja seetõttu kujunes välja mitu püsimälutüüpi. Kõigile tüüpidele on omane talletatud info mittehaihtumine ning uue info kirjutamine ei ole võimalik või on lugemisest aeglasem. Kõikide mälude puhul on kasutusel kahendsüsteem ja ühes mälupesas talletatakse üks bitt infot .

ROM (read-only memory ehk ainult loetav mälu) – ei ole tänapäevastes arvutites 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 UV-kiirguse abil. 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. On kaks tüüpi, ühe puhul võimalik infot muuta ühe biti kaupa (EAPROM) ja teisel tehakse seda plokkide kaupa (välkmälu). Tähis 28xxxx või 29xxxx.

Eri tüüpi püsimälude ehitus[muuda | muuda lähteteksti]

Mask ROM[muuda | muuda lähteteksti]

Mask ROM – info on kodeeritud valmistaja poolt ja hiljem ei saa seda muuta. Mitmete puuduste tõttu seda tüüpi enam ei kasutata. Uue mask ROM-i valmistamisel kulub tarkvara loomisest lõpliku püsimälu saamiseni palju aega ja see on soodne ainult suure arvu kiipide tootmisel. Kuna info on mikrokiipi füüsiliselt kodeeritud, peab see olema staatiline (mitte muutuv), sest muutuste 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 bitt. Kiibi võrgustik koosneb word-liinidest (ingl. aadressi input) ja bit-liinidest (ingl. data output), mis on omavahel valikuliselt ühendatud MOSFET transistorlülititega. Sõltuvalt sellest, kas liinid on ristumiskohal ühendatud või mitte, 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 valmistatud 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 | muuda lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis PROM.

PROM (Programmable ROM) – 1956. aastal väljatöötatud lahendus võimaldab kiipi üks kord programmeerida, see muutis püsimälude kasutamise tarkvara väljatöötamisel palju odavamaks. 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 kõrget pinget kasutades 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 info ainult üks kord talletada.

Kustutatav programmeeritav püsimälu[muuda | muuda 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 elektrone, 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 | muuda lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis EEPROM.

EEPROM (Electronically Erasable PROM) – välja töötatud 1983. aastal, ehituselt sarnane EPROM-iga, 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-ilt 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 töötas Toshiba 1980. aastate keskel välja Flash EPROM- ehk välkmälu, kus infot kirjutatakse ja kustutatakse paljudest mälupesadest koosnevate plokkide 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-iga 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 plokis 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 | muuda lähteteksti]

Kuna püsimälusse uue info kirjutamine või olemasoleva muutmine on aeglane ja komplitseeritud, on see muutnud vähekasutatavaks ja seda spetsiifilistes rakendustes. Tänapäeval on laialdaselt kasutusel välkmälu, mis on püsimäluga seotud vaid tinglikult ja ajaloolistel põhjustel. Välkmälu on kasutusel 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 eeliseks, et sinna salvestatud infot ei saa muuta ega kustutada.

Püsimälu olulisus infosalvestina on aegade jooksul vähenenud (kui mitte arvestada välkmälu), siiani on püsimälu kasutusel elektriliste seadmete käivitamiseks vajamineva info talletamiseks. Selleks võib olla BIOS või riistvarale olulisi draivereid sisaldav püsivara. Püsivara (ingl. 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 püsivara uuendamise vajadus. Näiteks võivad tootjad välja töötada 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 laaditakse arvuti käivitamisel püsimällu talletatud info muutmällu, et see oleks kiiremini ligipääsetav. Sellist protsessi kutsutakse ROM shadowing-iks.

Püsimälu kasutamine on olnud laialt levinud mängukonsoolides mängude talletamiseks[5]. Püsimälu kaitseks on mikrokiibid suletud plastkarpi – mängukassetti. Püsimällu 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. Püsimällu 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 tõmmisefaile (ROM image). Tõmmisefail 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 püsimällu. Kuna püsimälu on mittehaihtuv, ei kao mänguasja funktsioon ka patareide tühjenemisel. Samuti on suures koguses valmistatud ühesugused mask ROM elemendid kõige odavam salvesti.

Püsimälude arenguvisioonid[muuda | muuda lähteteksti]

CBRAM[muuda | muuda lähteteksti]

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

RRAM[muuda | muuda lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis RRAM.

Resistive random-access memory (RRAM) on uut tüüpi püsimälu, mida töötavad välja paljud ettevõtted. Tehnoloogial on sarnasusi CBRAM-iga ja faasimuutmälu tehnoloogiaga. RRAM-mälude kohta on avaldatud vastuolulisi andmeid. RRAM põhineb erinevatel dielektrilistel materjalidel, mis tekitavad ülemineku metallihapetest „chalcogenideni“. Juba 1967. aastal pakuti ränidihapendi kasutamist[7].

N-RAM[muuda | muuda lähteteksti]

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

Vaata ka[muuda | muuda lähteteksti]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

Välislingid[muuda | muuda lähteteksti]