42

1. Организация памяти вс

   1. Иерархическая структура памяти

Согласно пятого принципа фон Неймана память ВС должна состоять из запоминающих устройств разного типа.

Память может быть классифицирована по следующим признакам:

1. По времени хранения данных. Различают сверхоперативную память (СОП), оперативную память (ОП) и неоперативную (долговременную).

2. По расположению относительно ядра ЭВМ. В соответствии с данным принципом классификации можно выделить внутреннюю (системную) и внешнюю память.

3. По способу доступа к информации. Память бывает с непосредственным, прямым и последовательным доступом. Для памяти с непосредственным доступом время поиска требующейся информации не зависит от места ее расположения. У памяти с прямым доступом время поиска информации зависит от ее положения. Для памяти с последовательным доступом время поиска информации может быть существенно, так как поиск производится посредством последовательного перебора всех элементов данных. Иерархия запоминающих устройств представлена на рис.3.1.

4. По зависимости времени хранения информации от наличия питания системы. Различают оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) и перепрограммируемые запоминающие устройства (ППЗУ).

В общем случае все запоминающие устройства имеют две основные характеристики.

1. Емкость (объем)

Единицами измерения емкости памяти служат байты.

1байт =8 бит

1 024 байт = 1 Кбайт (Как правило, при упоминании в тексте или на схемах слово «байт» не пишется)

1024 Кбайт =1Мбайт

1024 Мбайт = 1 Гбайт

1024 Гбайт = 1 Тбайт

и так далее.

2. Быстродействие. Характеризуется временем обращения (доступа) к информации.

Различают время доступа в режиме записи

, (3.1)

где - время доступа к информации, - время обращения к ячейке памяти, и время доступа в режиме считывания

. (3.2)

Часто . В общем случае

. (3.3)

2. Организация внутренней памяти вс

Память микроЭВМ предназначена для хранения кодов команд и данных. С технической точки зрения эти функции реализуются устройствами, называемыми запоминающими устройствами (ЗУ). Структура типового ЗУ приведена на рис.3.2.

О сновной частью ЗУ является накопитель, представляющий собой набор ячеек памяти, каждая из которых обеспечивает хранение одного двоичного числа. Доступ к конкретной ячейке осуществляется по ее адресу. Для преобразования двоичного кода адреса, поступающего по шине адреса, в сигналы выбора ячеек служит дешифратор DC. При n-разрядном коде адреса возможно обращение к 2ⁿ ячейкам.

Тип обращения к ЗУ – на запись или на чтение данных – определяется управляющими сигналами MEMW или MEMR соответственно. При этом сигнал MEMW поступает на вход управления записью CW накопителя и разрешает запись в выбранную ячейку информации, поступающей через двунаправленный буфер BD с шины данных. Сигнал MEMR поступает на вход управления направлением передачи CT буфера BD. При пассивном значении сигнала MEMR буфер BD включен на запись, то есть в направлении от шины данных к накопителю. Активный уровень MEMR переключает его в направлении от накопителя к шине данных, благодаря чему содержимое выбранной ячейки поступает через BD на шину данных.

Рассмотренная структура является общей для всех типов ЗУ. Тип ЗУ определяется характером ячеек накопителя. Схема классификации ЗУ приведена на рис.3.3.

Все ЗУ по способу записи информации делятся на постоянные, перепрограммируемые и оперативные.

Постоянные ЗУ (ПЗУ) предназначены для однократного занесения информации и многократного считывания ее в процессе эксплуатации (ROM – Read Only Memory). Характерным для ПЗУ является сохранность информации даже при отсутствии питающего напряжения в течение неограниченного времени. Двоичная информация хранится в ПЗУ в виде электрических связей: например, наличие связи - это логический «0», а отсутствие – логическая «1» (или наоборот). По способу записи информации ПЗУ делятся на масочные и программируемые.

В масочные ПЗУ информация заносится в процессе их производства с помощью маски, по которой напыляются связи. Для изготовления такого ПЗУ пользователь отправляет на завод-изготовитель карту заказа, в которой указываются адреса и расположенные по ним числа. По этой карте изготавливается соответствующая маска и т.д. Поскольку изготовление заказной маски достаточно дорого, то масочные ПЗУ целесообразно использовать только для изделий серийного производства.

В программируемые ПЗУ информация заносится пользователем путем их программирования перед началом эксплуатации. При изготовлении таких ПЗУ все возможные информационные связи выполняются в виде тонких перемычек, что соответствует записи во все ячейки одних и тех же чисел, например, нулей. При пропускании достаточно большого тока по такой перемычке она пережигается, что соответствует записи в соответствующий бит единичного значения. Таким образом, программирование ЗУ сводится к пережиганию перемычек в разрядах, в которых должны быть расположены логические «1». Программирование осуществляется с помощью специальных приборов-программаторов, обеспечивающих требуемый режим: амплитуду, длительность и скважность импульсов тока. Программируемые ПЗУ целесообразно использовать для изделий мелкосерийного и единичного производства.

Э нергонезависимые или перепрограммируемые ЗУ (ППЗУ) также предназначены только для считывания информации в процессе эксплуатации (PROM – Programmable Read Only Memory) и хранят информацию при отсутствии питающего напряжения. Однако, они допускают многократное перепрограммирование, то есть изменение занесенной в них информации. Характерным для ППЗУ является необходимость стирания старой информации перед занесением новой. По способу стирания различают ППЗУ с электрическим или ультрафиолетовым стиранием. Для последних характерным конструктивным признаком является наличие окна на корпусе микросхемы, через которое виден кристалл. Программирование ППЗУ также осуществляется с помощью специальных программаторов.

Оперативные ЗУ (ОЗУ) или память с произвольным доступом (RAM – Random Access Memory) обеспечивают оперативную запись или считывание информации с ничтожно малым временем обращения. Характерным для них является полное пропадание информации даже при кратковременном отключении питающего напряжения. По способу хранения информации ОЗУ делятся на статические и динамические. В статических ОЗУ каждый бит информации хранится в отдельном триггере, а в динамических ОЗУ – на паразитном конденсаторе. Поскольку время хранения заряда на конденсаторе невелико, то его необходимо периодически подзаряжать. Поэтому динамические ОЗУ всегда имеют циклы регенерации информации, которые выполняются автоматически за счет схемотехнических решений и незаметны для пользователя. Динамические ОЗУ имеют очень широкое применение, так как плотность размещения информации на кристалле у них значительно выше, а потребляемая мощность – ниже, чем у статических ОЗУ.

Таким образом, внутренняя память реальной МПС может быть реализована на ЗУ различных типов. При этом, как правило, для хранения программ и констант используются ПЗУ или ППЗУ, а для хранения данных и размещения стека – ОЗУ.