Домашний компьютер № 9 (123) 2006 - Домашний_компьютер 6 стр.

Еще раз поясню, что же такое стандарт: помимо того, что объект атомизирован, описан атрибутивной карточкой, еще существует некая небольшая программная обвязка, которая позволяет ему взаимодействовать с этими универсальными платформами более-менее стандартным образом. То есть если я делаю, скажем, какой-нибудь тест, то я обязан его сделать так, чтобы любая система могла этот тест подобрать, оценку после прохождения теста отправить в электронный журнал успеваемости, сохранить промежуточные результаты, для того чтобы учитель смог проверить каждый ответ. Минимальные условия этого интерфейса, этого модуля достаточно жестко стандартизированы. И модуль внутри себя может быть организован сколь угодно сложным образом (это может быть хоть целая игра), но на выходе нужно сделать так, чтобы любая оболочка восприняла его как своего.

Вот на такой атомизированный контент все рассчитано. И я считаю, что это единственный возможный путь развития. Сами посудите: обучающий видеоролик на час — это бессмыслица, этот контент не востребован; как правило, никто не учится по электронному учебнику целиком, гораздо чаще используют его отдельные фрагменты. Ну не то чтобы не востребован, понятно, что электронный продукт дешевле живого репетитора, поэтому и берут. А что из этого реально будет полезно — это еще большой вопрос. Современный же контент построен таким образом, чтобы в нем было легко ориентироваться. Это как поисковая машина в Интернете, вы же там спокойно находите информацию, которая вас интересует просто по набору ключевых слов? Причем можно искать как текстовым поиском, так и по картинке. Да хоть для той же картинки животных, где нет слова «крокодил» в названии, но при этом в атрибутивной карточке вручную прописаны ключевые слова: «крокодил», «антилопа», «охота»…

Это все на уровне организации контента. Но заметим, что это никак не говорит о его качестве, точно так же как оттого, что вилка утюга подходит к розетке, нельзя сказать, хороший утюг или плохой. Что касается контента, то тут ситуация такая, что контент в мире не атомизирован. Если курс математики, допустим, разбить на куски, то даже теореме Пифагора не все равно, когда ее проходят, после чего, в связи с чем. Реальный контент всегда очень связан друг с другом. Но компьютер принимает атомизированную модель не потому, что она лучше, а потому, что это единственная возможность для него работать эффективно. Потому что на противоположном полюсе находятся бесконечные лекции, которые имеют массу своих недостатков. Учителю, например, неудобно загружать на уроке большую лекцию, он хочет, чтобы у него была возможность набирать ее из фрагментов. Да и у ученика при самостоятельном изучении предмета возникают проблемы с усвоением материала. Когда учитель разговаривает с учеником, то он очень быстро и гибко может перестроить свою линию, глядя на реакцию ученика. А когда я записываю лекцию даже самого замечательного учителя и отдаю ее ста разным людям, то это становится бессмысленным. В этой ситуации гораздо удобнее разбить контент на куски и отслеживать действия пользователя. Ага, он прочел какой-то кусочек, ответил на какой-то тест (кстати, вопросы и тесты уже дают колоссальный прирост усвояемости материала). Итак, ответил на какой-то тест, ага, не понял, надо ему еще раз это повторить. В идеале начинают строиться ветки, индивидуальное обучение для каждого. И компьютер может делать это автоматически. Он способен по ответу на вопрос простраивать дальнейшее обучение. Но это уже выходит в область развития искусственного интеллекта и пока остается на уровне благих пожеланий, не более.

Имеется и масса других заблуждений по поводу контента. Например, один из «классических» мифов: хотите, чтобы ребенок учился сам, сделайте игрушку. Это пожелание утопическое. Игровой элемент — понятие очень растяжимое. Мы, конечно, пытаемся внедрять его в свои обучающие программы, но на самом деле очень сложно реально сделать так, чтобы он не отвлекал от обучения. Создание дизайна (в широком смысле слова) образовательного контента — навык сложный и он не приобретается на «лету», не ограничивается педагогическим опытом и не может быть тривиально перенесен из области издания бумажных учебников. Нужно учиться грамотно проектировать и уместно применять электронный контент, чтобы он был не просто данью моде, а действенным и эффективным средством современного обучения.

Рубрика: СКОБЯНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

На твердую память Автор: Юрий Ревич.

Флэш-память — из тех самых инноваций, что вписались в нашу действительность легко и непринужденно, и при этом совершенно незаметно. Мобильная связь, КПК, MP3-плееры, цифровые камеры — каждый имел счастье почувствовать на собственной шкуре, как все это возникало, развивалось и входило в повседневную жизнь. Но ничего бы из этого не было, если бы не развитие технологий энергонезависимой памяти, рынок которой в настоящее время растет примерно на 30% в год.

Термин «флэш-память» (flash memory) придумал в июне 1984-го некто Шойи Аризуми (Shoji Ariizumi), сотрудник корпорации Toshiba, уже после того, как его руководитель доктор Фуджио Масуока (Fujio Masuoka) послал сообщение на конференцию разработчиков электронных приборов IEDM в Сан-Франциско о новом, изобретенном им типе энергонезависимой памяти. Причем в сообщении Масуоки содержалось описание сразу обеих современных архитектур этой памяти — как NOR, так и NAND. Так гласит официальная история, однако на рынок флэш-память вывела не Toshiba, а Intel, и только спустя четыре года, в 1988 году (слишком велики оказались трудности внедрения в производство). Однако первые микросхемы энергонезависимой памяти появились значительно раньше — еще в 1971 году. Чем же занимались инженеры в течение столь долгого времени?

Первые постоянные запоминающие устройства (ROM 7 ) не позволяли изменять однажды записанную информацию. В 1956 году сотрудник корпорации American Bosch Arma Йен Чоу (Wen Chow) получил патент на устройство, известное теперь как однократно программируемое ROM (OTPROM). В этом патенте, между прочим, впервые был употреблен термин «прожиг» (burn) — микромодуль состоял из матрицы с плавкими перемычками, которые при программировании пережигались подачей на них высокого напряжения. Любопытно, что этот способ дожил до наших дней — в мире не меньше четверти микроконтроллеров (специализированных микропроцессоров), особенно из тех, что попроще, до сих пор выпускаются именно с такой однократно программируемой встроенной памятью — ввиду крайней ее дешевизны. В самом деле, если программный код какой-нибудь игрушки отработан на опытных образцах, зачем его, однажды записанный, потом менять, и кто этим будет заниматься? Лишь в последние годы «прожигаемая» память стала постепенно вытесняться более удобной флэш-памятью — когда последняя подешевела настолько, что смысл в использовании OTPRAM почти пропал.

В 1967 году в незабвенной Bell Labs был построен первый образец EPROM — энергонезависимой памяти, которую можно было неоднократно перепрограммировать (стирая информацию рентгеном). В 1971 году (одновременно с изобретением первого микропроцессора) Intel разработала первый коммерческий образец EPROM (чип 1701 и его слегка усовершенствованный вариант 1702), который стирался ультрафиолетом через специальное окошко и потому получил название UV-EPROM.

Кристалл типичной UV-EPROM начала 1980-х емкостью 32—64 Кбайта

Такие типы энергонезависимой памяти (в нашей стране — УФППЗУ) выпускались еще примерно лет двадцать пять, вплоть до середины 90-х. Обращаться с ними было не слишком удобно — специальное стирание занимало много времени (и не дай бог недодержать кристалл под лампой!), зато память могла постепенно деградировать на обычном свету, отчего в процессе эксплуатации окошко заклеивали.

В 1974 году в Intel под непосредственным руководством Джорджа Перлегоса (George Perlegos), будущего основателя компании Atmel, была разработана микросхема EEPROM 2816 — электрически перепрограммируемое ПЗУ. Это и был прообраз сегодняшней флэш-памяти. Основой и EPROM, и EEPROM стал транзистор с плавающим затвором, изобретенный в той же Intel Доном Фрохманом (Don Frohman). И в последующем, несмотря на смены технологических эпох, принцип устройства ячейки энергонезависимой памяти остался неизменным — какой бы способ стирания и записи информации в ней не использовался.

В 1974 году в Intel под непосредственным руководством Джорджа Перлегоса (George Perlegos), будущего основателя компании Atmel, была разработана микросхема EEPROM 2816 — электрически перепрограммируемое ПЗУ. Это и был прообраз сегодняшней флэш-памяти. Основой и EPROM, и EEPROM стал транзистор с плавающим затвором, изобретенный в той же Intel Доном Фрохманом (Don Frohman). И в последующем, несмотря на смены технологических эпох, принцип устройства ячейки энергонезависимой памяти остался неизменным — какой бы способ стирания и записи информации в ней не использовался.

RAM(random access memory) — память с произвольным доступом. В чистом виде, без приставок, сокращение RAM часто применяется для обозначения основной памяти ПК. Это любая память, содержимое которой уничтожается при выключении питания. Русское наименование «Оперативное Запоминающее Устройство» (ОЗУ) следует признать более соответствующим по смыслу, так как понятию «с произвольным доступом» соответствуют и многие типы EPROM.

DRAM(dynamic ram) — динамическая ram. Это электронная память, которая требует постоянного восстановления (регенерации) своего содержимого даже при включенном питании. Русский эквивалент этого названия — динамическое ОЗУ или ЗУПВ — «Запоминающее Устройство с Произвольной Выборкой». Хотя последнее есть фактически перевод более общего термина RAM, но применяется обычно к динамической ее разновидности

SRAM(static ram) — статическая ram, статическое ОЗУ. Энергозависимая память, построенная на триггерах и потому, в отличие от DRAM, регенерации не требующая. Намного более дорогая и менее емкая в расчете на микросхему.

SDRAM(synchronous dram) — синхронная dram. Отличается наличием специального логического блока и двухбанковой структуры. Все операции записи/чтения синхронизированы с основным тактовым сигналом. Практически вся оперативная память в современных ПК относится именно к этой разновидности.

RDRAM(rambus direct ram) — разновидность dram компании rambus.

VRAM(video ram) — видеоram или «видеопамять»; специально разработанная для использования в видеоадаптерах разновидность DRAM с двухпортовой организацией (то есть с возможностью обращения от двух разных устройств одновременно).

WRAM(windows ram) — не поверите, но есть и такая! На самом деле это просто торговая марка одной из разновидностей VRAM, якобы оптимизированная для работы под Windows.

NRAM(nano ram) — экспериментальный тип энергонезависимой памяти на основе углеродных нанотрубок.

FRAM, FeRAM (ferroelectric ram) — экспериментальная энергонезависимая память на основе ферроэлектрического принципа хранения информации.

MRAM(magnetic ram) — экспериментальная разновидность скоростной энергонезависимой памяти на основе магниторезистивного эффекта.

NVRAM(nonvolatile ram) — буквально «безвольтовая», то есть энергонезависимая RAM. В принципе охватывает все разновидности EPROM и EEPROM (в том числе и Flash). NVRAM— более корректный термин, чем все остальные, так как «памятью только для чтения» ни одна из современных разновидностей ROM, строго говоря, не является. Иногда NVRAM употребляют для обозначения специальной разновидности SRAM со встроенной прямо в микросхему литиевой батарейкой (до последнего времени такие выпускались фирмой Dallas Semiconductor, ныне — подразделением Maxim).

ROM(read-only memory) — память только для чтения. Русское название — «Постоянное Запоминающее Устройство» (ПЗУ) — более соответствует смыслу, так как термин относится ко всем видам энергонезависимой памяти, а не только к тем, что «для чтения» (и к перезаписываемым тоже — CD-ROM или EEPROM). В чистом виде сокращение ROM употребляется редко.

PROM(programmable rom) — программируемое ПЗУ (ППЗУ), обычно относят к OTPROM (One Time Programmable ROM) — «Однократно Программируемое ПЗУ». К PROM также относят и «Масочное ПЗУ» — вариант OTPROM, который программируется не самим пользователем, а на фабрике в процессе изготовления.

EPROM(erasable programmable rom) — стираемая/программируемая rom. По-русски иногда называют ПППЗУ («Перепрограммируемое ПЗУ»). Иногда употребляется как синоним UV-EPROM.

EEPROM(electrically erasable programmable rom) — электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ, ЭСППЗУ.

UV-EPROM (ultra-violet eprom) — ультрафиолетовая eprom, УФППЗУ. Исторически первая коммерческая разновидность EPROM, операция стирания в которой производится ультрафиолетом через специальное окошко.

Flash memory — первоначально термин придуман для обозначения прогрессивной разновидности EEPROM, в которой чтение/запись для ускорения процесса производятся сразу целыми блоками. Позднее (когда медленная EEPROM исчезла из обращения) стал фактическим синонимом EEPROM и теперь обозначает ее любые разновидности.

Чтобы лучше понять принцип работы EEPROM, начнем с самого простого — ячейки обычной DRAM. Как вы можете убедиться, взглянув на рис. 2,

— схема состоит из одного транзистора и одного конденсатора, занимающего места раза в четыре больше транзистора (в основном вглубь кристалла). Потому ячейки DRAM довольно просто сделать очень малых размеров, а следовательно, «упаковать» их большее количество на один кристалл, не теряя в быстродействии. Отсюда и распространенность DRAM в качестве компьютерных ОЗУ — при всем кажущемся неудобстве процессов, связанных с непрерывной регенерацией содержимого.

А как происходит чтение данных с такой ячейки? Для этого подается высокий уровень напряжения на линию строк (рис. 2), транзистор открывается, и заряд, хранящийся на конденсаторе данной ячейки, поступает на вход усилителя, установленного на выходе столбца. Отсутствие заряда на обкладках соответствует логическому нулю на выходе, а его наличие — логической единице. Обратите внимание, что подача высокого уровня напряжения на линию строк откроет все транзисторы выбранной строки, и данные окажутся на выходе усилителей по всем столбцам сразу. Естественно, при этом все подключенные конденсаторы почти немедленно разрядятся (если они были заряжены), отчего процедура чтения из памяти обязана заканчиваться регенерацией данных — так и происходит, причем автоматически. На практике в первых IBM PC регенерация и заключалась в осуществлении «фиктивной» операции чтения данных.

Я так подробно остановился на принципах работы ячейки DRAM потому, что любая современная память всегда хранит информацию в виде зарядов. И знание принципа работы самого простого элемента памяти нам поможет теперь понять, что же пришлось изменить в этой конструкции для обеспечения хранения заряда достаточно длительный срок.

Вы можете спросить — а с чего, собственно, столь быстро утекают заряды в ячейке DRAM? Неужели нельзя обкладки конденсатора изолировать получше? Изолировать-то можно, однако это делу не поможет — быстрая утечка зарядов обусловлена наличием транзистора, который состоит вовсе не из изолятора, а из хоть и полу-, но проводника, потому даже в запертом виде имеет мизерные, но конечные токи утечки. В паре с неизбежно маленькой емкостью самого конденсатора это и приводит к очень быстрому разряду (и токи утечки, и емкости измеряются в единицах с приставкой «пико»). В идеале следовало бы конденсатор изолировать полностью, но как тогда его перезаряжать при записи информации?

Замечательное изобретение сотрудника Intel Дона Фрохмана как раз и состояло в том, что он придумал, как это сделать. Но сначала давайте посмотрим, как работает сконструированный им полевой транзистор с плавающим затвором при чтении информации.

На рис. 3

представлено устройство элементарной ячейки, лежащей в основе всех современных типов флэш-памяти. Если исключить из нее «плавающий затвор», мы получим самый обычный полевой транзистор — такой же, как тот, что входит в ячейку DRAM. Если подать на управляющий затвор такого транзистора положительное напряжение, он откроется, и через него потечет ток (состояние «логическая единица»).

На рис. 4

и изображен именно такой случай, когда плавающий затвор не оказывает никакого влияния на работу ячейки, — такое состояние характерно для «чистой» флэш-памяти, в которую еще ни разу ничего не записывали.

Если же мы каким-то образом ухитримся разместить на плавающем затворе некоторое количество зарядов — свободных электронов (на рис. 3 они показаны в виде красненьких кружочков), — то они будут экранировать действие управляющего электрода, и такой транзистор вообще перестанет проводить ток. Это состояние — «логический ноль» 8 . Поскольку затвор «плавает» в толще изолятора (двуокиси кремния, SiO2), то сообщенные ему однажды заряды в покое никуда деться не могут. И записанная таким образом информация может храниться десятилетиями (производители обычно давали гарантию 10 лет, но на практике это время значительно больше).