1. Архитектура оперативной памяти

С точки зрения поиска информации оперативная память бывает трех видов:

• адресная;

• ассоциативная;

• стековая.

Адресная память

Адресная ОП относится к памяти с непосредственным (произвольным) доступом. Характерной особенностью памяти данного вида является то, что в любой момент времени возможно обращение к любой ячейке памяти. С этой точки зрения адресная память является типовым запоминающим устройством и ее структура полностью совпадает с типовой структурой запоминающего устройства (см. рис.3.2.).

Ассоциативные запоминающие устройства

Ассоциативные ЗУ организованы таким образом, что обращение происходит по ассоциативно-параллельному принципу сразу ко всем ячейкам памяти. При этом все ячейки памяти организованы одинаково: несколько разрядов ячейки выделяется для хранения ассоциативного признака (АП). Типовая структура ассоциативного запоминающего устройства приведена на рис.3.4.

В регистр RGA поступает ассоциативный признак и хранится там до завершения цикла чтения. С выхода регистра он поступает на входы D2 компараторов и сравнивается с ассоциативными признаками, содержащимися в ячейках памяти ячейках памяти и поступающих на входы D1. В случае совпадения обоих признаков на соответствующем выходе компаратора появляется активный уровень сигнала равенства, который активирует буфер BD по входу трассировки T, и информация из данной ячейки памяти поступает в регистр временного хранения RG, а далее на шину данных.

При записи с помощью ассоциативного признака находится свободная ячейка памяти, которую записывается информация.

Данный принцип организации позволяет увеличить скорость обработки инфрормации, так как на ряду с поиском можно выполнять логические операции. Недостатком такого ЗУ является сложность организации. Чаще всего ассоциативная память применяется в сочетании с адресной.

Стековые запоминающие устройства

Стековые ЗУ предназначены для хранения адресов возврата при выполнении обмена по прерыванию и подпрограмм, передачи параметров в подпрограммы и временного хранения содержимого РОН в случаях нехватки их количества. При этом команды, оперирующие со стеком, не содержат поля адреса и являются безадресными (см. рис.1.3,г).

Формирование адреса операнда по умолчанию возможно лишь в случае, если к ячейкам некоторой области памяти разрешен только последовательный доступ. Такая область памяти называется стеком (Stack). Стек работает по принципу LIFO (Last Input – First Output – последний вошел – первый вышел). Адрес очередного элемента стека может формироваться путем декрементирования или инкрементирования текущего адреса. Очевидно, что для хранения этого адреса необходим специальный узел (регистр), называемый указателем стека SP (Stack Pointer).

Ячейка памяти, адресуемая указателем стека, называется верхушкой стека TOS (Top of Stack). Перед записью информации в стек указатель стека автоматически декрементируется, выбирая очередную свободную ячейку. В результате этого стек расширяется в сторону меньших адресов. При чтении информации из стека указатель стека автоматически инкрементируется после выполнения операции чтения, обращаясь к очередной ячейке, из которой еще не было чтения. Таким образом, указатель стека всегда указывает на последнюю занятую ячейку стека.

Практически всегда стек организуется в общей памяти, причем его текущее положение определяется только начальной загрузкой указателя стека. Ячейка, соответствующая начальному значению SP, называется дном стека BOS (Bottom of Stack). Такой стек называется программным и его структура представлена на рис.3.5,а.

Основным достоинством организации стека в общей памяти является возможность свободного перемещения программы по всему объему адресного пространства без его разделения для специального режима доступа, что необходимо для эффективного использования памяти в сложных системах.

Кроме того, размер стека легко увеличить в случае его переполнения, а при необходимости осуществить доступ к ячейкам стека как к памяти с произвольным доступом (адресной). Однако, для реализации указанных возможностей необходимо предусмотреть это при разработке программного обеспечения ВС.

Для повышения быстродействия системы применяют аппаратный стек (рис.3.5,б). При этом необходимы специализированные микросхемы накопителя, ячейки которого связаны между собой разрядными связями. С помощью разрядных связей осуществляется запись и чтение информации из соседних ячеек. Аппаратный стек не требует адресного регистра и лишь иногда снабжается счетчиком заполненных ячеек. Для реализации аппаратного стекового ЗУ в состав системы кроме сигналов шины управления MEMR и MEMW необходимо включить сигнал STACK слова состояния процессора, которое передается в одном из тактов цикла шины.

К недостаткам аппаратного стека отностится сложность конроля за переполнением накопителя и возможностью наращивания его объема.