Elektronická paměť

Elektronická paměť je součástka, zařízení nebo materiál, který umožní uložit obsah informace (zápis do paměti), uchovat ji po požadovanou dobu a znovu ji získat pro další použití (čtení paměti).

Informace je obvykle vyjádřena jako číselná hodnota, nebo je nositelem informace modulovaný analogový signál. Pro své vlastnosti se používá binární (dvojková) číselná soustava, která má pouze dva stavy, které se snadno realizují v elektronických obvodech. Pro uchování informace tedy stačí signál (např. elektrické napětí), který má dva rozlišitelné (dostatečně různé) stavy a není třeba přesně znát velikost signálu.

Základní jednotkou ukládané informace je jeden bit (zkratka z binary digit), jedna dvojková číslice. Tato číslice může nabývat dvou hodnot, které nazýváme
 „logická nula“ a
 „logická jednička“.
Logická hodnota bitu může být reprezentována různými fyzikálními veličinami:
 přítomnost nebo velikost elektrického náboje
 stav elektrického obvodu, zejména polovodičového, např. v otevřeném tranzistoru
 směr nebo přítomnost magnetického toku (pro kódování informace do magnetického toku se častěji používají složitější modulace), např. v magnetické vrstvě na disku nebo pásce
 různá propustnost nebo odrazivost světla, např. v CD-ROMu nebo v děrném štítku.

Pro správnou funkci paměti je třeba řešit kromě vlastního principu uchování informace také lokalizaci uložených dat. Mluvíme o adrese paměťového místa, kde adresa je obvykle opět číselně vyjádřena.

Typy pamětí a jejich členění

Základní přehled 
Paměti lze dělit z několika hledisek:
 energetická závislost
 paměti vyžadující pro zachování informace přísun energie - zejména paměti typu RAM,
 paměti nevyžadující pro zachování informace přísun energie, např. HDD, FDD, optické disky nebo EEPROM,
 režim práce s informací
 paměti umožňující pouze čtení informace, např. paměti ROM, CD, DVD nebo BluRay,
 paměti umožňující opakované čtení informace ale pouze jedno zapsání informace, např. paměti PROM, CD-R, DVD+-R,
 paměti umožňující opakované čtení i záznam informace, např. paměti EPROM, HDD, FDD, CD-RW nebo DVD-RW
 fyzikálního principu
 retence náboje, zejména v polovodičové paměti založené na tranzistorech,
 změna orientace remanentní magnetické indukce, např. v HDD, FDD, ZIP a v JAZ,
 vychýlení laserového svazku, jako u CD, DVD nebo BluRay,
 rozklad materiálu - typicky optické disky umožňující jeden zápis, jako CD+-R a DVD+-R
 fázová transformace materiálu, jako v přepisovatelných optických discích typů CD-RW, DVD-RW, DVD-RAM, P-RAM/C-RAM/PC-RAM
 spintronika
 přítomnosti pohyblivých segmentů
 statická media - "polovodičové paměti"
 rotující media, např. HDD, FDD, optické disky,
 "provedení"
 autonomní paměť, zpravidla "polovodičové paměti",
 mechanika se vkládacím mediem, např. optické disky)
 odolnosti vůči:
 mechanickým šokům (vibrace)
 teplotě
 elektro-magnetickým polím
 energetickému záření
 praktických parametrů
 rychlost
 kapacita
 cena za bit
 spolehlivost
 doba opotřebení, počet cyklů R/W

Podle materiálu a fyzikálních principů 
 magnetická paměť – založené na magnetických vlastnostech materiálu, informaci uchovává směr magnetizace.
 polovodičová paměť – využívá vlastností polovodičových tranzistorů, buď se realizují klopnými obvody (technologie TTL), nebo obnovováním elektrického náboje (CMOS)
 optická paměť – využívá optických vlastností materiálu, např. odraz světla.
 magnetooptická paměť – využívá změny orientace remanentní magnetické indukce po ohřevu materiálu
 feritová paměť – jako nosič jednoho bitu je používáno feritové jádro o rozměru cca 0,8 mm, magnetická orientace se překlápí proudovým impulsem (zastaralé)
 paměť se zpožďovací linkou – využívá pomalejšího průchodu vlny speciálním prostředím

Režim činnosti polovodičových pamětí 
 dynamické – informace se musí periodicky obnovovat cyklem čtení, náročnější na řídící logiku
 statické – informace zůstává uchována i bez obnovování, mají vyšší cenu za bit

Podle závislosti na napájení 
 napěťově závislé (volatilní) – pro uchování a přístup k informacím potřebuje paměť napájecí napětí, při odpojení se informace ztrácí
 napěťově nezávislé (nevolatilní) – potřebuje napájení pro činnost (čtení, zápis), ale při odpojení napájení se informace uchová

Podle přístupu 
 RAM (Random Access Memory) – s libovolným přístupem, doba přístupu k obsahu není závislá na umístění (adrese). Počítačové disky jsou považovány za paměti typu RAM, i když to není přesné.
 sekvenční – doba přístupu k obsahu je závislá na umístění, například páska
 asociativní – adresovaná obsahem, adresou je klíčová hodnota ukládaná s informací
 sériový – například fronta FIFO (to sem asi nepatří)

Podle schopnosti zápisu 
 RWM (Read Write Memory) – Paměť pro zápis i čtení (Termín RAM obvykle označuje tento typ paměti - název RWM se neuchytil).
 ROM (Read Only Memory) – Paměť pouze pro čtení. Informace je do paměti uložena jednorázově při výrobním procesu.
 PROM (Programmable Read Only Memory) – Paměť se vyrobí bez informace a pomocí speciálního zařízení (programátor) si ji naprogramuje uživatel.
 EPROM (Eraseable Programmable Read Only Memory) – Paměť je možné vymazat speciálním způsobem (např. ultrafialovým zářením) a znovu přeprogramovat.
 WMM (Write Mostly Memory), někdy uváděna jako WOM (Write Only Memory) – Při provozu je používána jen pro zápis, informace je čtena jednorázově na konci provozního cyklu. Mívá speciální využití (černá skříňka).
 WOM (Write Only Memory) – Nerealizované nesmyslné zařízení, jež se stalo součástí inženýrského folklóru.
 EEPROM (E2PROM) (Electric Erasable PROM) – Obdoba EPROM, mazání však probíhá pomocí elektrického „impulsu,“ maže se buňka po buňce. Počet zápisů je omezen – cca 1000 přepisů.
 Flash EPROM (Paměť EPROM s rychlým mazáním) – Obdoba EEPROM, mazání však probíhá po blocích buněk. Lze ji smazat pouze celou (1ms) nebo po částech – ne po jednotlivých buňkách. Počet zápisů je přibližně 100 000.

Všechny paměti xROM jsou statické a Non-Volatile – jednou zapsaná informace zůstává trvale uložena. Volatilita je schopnost paměťové buňky udržet si informaci i bez napájení.

Podle určení 
Podle toho, jestli je součástí přístroje anebo se k němu připojuje - kabelem, konektorem:
 Vnitřní paměť (primární)
 Akumulátor
 registr v procesoru o velikosti délky slova CPU (8, 16, 32, 64 bitů)
 může být rychlejší než ostatní registry (kratší kód instrukcí)
 s akumulátorem pracuje většina instrukcí (aritmetické a logické operace)
 Registry procesoru
 několik (až desítky) registrů
 součást procesoru
 ukládání operandů a výsledků aritmetických a logických operací
 nejrychlejší paměť připojená k procesoru (stejně rychlá, jako procesor)
 Cache
 pro urychlení komunikace s pamětí
 rychlá statická paměť
 u novějších procesorů velikost stovky kB až MB
 více úrovní, přičemž číslo určuje vzdálenost od procesoru
 L1 – typicky přímo na procesoru
 L2 – například na destičce s procesorem (tzv. boxované procesory)
 L3 – na základní desce
 write through – data se zapisují ihned (čeká se na dokončení zápisu)
 write back – data se zapisují později (na dokončení zápisu se nečeká)
 Operační paměť RAM
 pomalejší než procesor, rychlejší než vnější paměti
 velikost desítky až stovky MB (až GB)
 ve von Neumannově architektuře počítače použita pro program i pro data
 typicky dynamická paměť
 Vnější paměť
 Sekundární paměti
 Pevný disk
 je na nich systém souborů (struktura adresářů)
 obsahuje obvykle statickou nebo dynamickou cache pro urychlení čtení/zápisu
 Terciární paměti
 zařízení k zálohování dat
 CD a DVD, Optické disky, …

Podle provedení 
Podle tvaru může být:
 pásková paměť
 disková paměť
 disketa
 pevný disk
 CD-ROM, DVD
 polovodičová součástka
 flash paměť,
 SIMM, DIMM.

Rychlost a cena za bit 
Zpravidla rychlost a cena jdou spolu - čím větší je rychlost, tím dražší je také na objem paměti:
 Paměti s nejrychlejším přístupem jsou polovodičové paměti, které jsou součástí procesorů, nebo používané pro cache procesorů. Obvykle mají menší kapacitu než operační paměť. Mají nejvyšší cenu za bit.
 Operační paměti jsou kompromisem mezi rychlostí, cenou a kapacitou. Dnes se používají výhradně polovodičové paměti. V minulosti se používaly i feromagnetické paměti a bubnové magnetické paměti.
 Pro vnější paměti se používají pomalé, ale laciné paměti, u kterých je možné dosahovat velké kapacity za přijatelnou cenu. Rozdíly mezi paměťovými periferiemi spočívají v technologii a v ceně za bit jsou také velmi rozdílné. Používají se media od pomalé diskety s malou kapacitou až po rychlé SCSI pevné disky a disková pole s obrovským paměťovým prostorem. Tato datová média jsou obvykle s magnetickým nebo optickým záznamem informace. Asi od r. 2006, kdy výrazně klesá cena se začínají prosazovat i polovodičové paměti, např. flash paměť s rozhraním ATA ADM.

Pokud se rychlejší typ paměti (často navíc objemově úspornější) podaří pokrokem technologie zlevnit, nahrazují ty pomalejší (často se zaostávající, menší kapacitou), např. pevné disky a flash paměti nahrazují optické disky velikosti CD a DVD, které dříve nahradily diskety, které se rovněž vyvíjely od velkých s menší kapacitou k objemově menším s větší kapacitou atd. Dlouho očekávané nahrazení pevných disků polovodičovými pamětmi zatím nenastalo, protože HDD se rovněž vyvíjejí a při stále menším objemu rovněž úspěšně zvyšují kapacitu.

Vnitřní paměť 
Vnitřní paměť je označení pro elektronickou paměť, ke které má procesor přímý přístup. Vnitřní paměť je zpravidla volatilní (nestálá) a po vypnutí počítače se její obsah ztrácí. Vnitřní pamětí se v architektuře počítače označuje paměť určená pro uložení strojového kódu běžících procesů a pro data těmito procesy právě zpracovávaná. Srovnej s vnější paměť.

O správu obsahu vnitřní paměti, alokace paměti pro jednotlivé procesy se zpravidla stará operační systém, pro přístup do ostatních pamětí (video paměť, konfigurační registry apod.) jsou zpravidla použity ovladače zařízení.

Související články 
 Počítačová paměť
 ROM
 RAM
 RWM
 PROM
 EPROM
 EEPROM
 FLASH
 Paměť se zpožďovací linkou

Externí odkazy 
 

Hardware
Počítačová paměť