15. ОЗУ

Большенство ОЗУ энергозависимы.

большая емкость.

Низкое энергопотребление.

Более высокое быстродействие.

Не высокая себестоимость хранения ед инф-ии.

Делятся на 2 подгруппы:

- динамическая DRAM

- статическая SRAM

В SRAM зап-й эл-т может хранить записанную инф-ю неограниченно долго при наличии напряжения. Роль зап-го эл-та в SRAM исп-ет триггер состоящий из 4-6 транзисторов с 2 устойчивыми состояниями.

Схема с 4-я тран-и имеет большую емкость и меньшуб стоимость, но у нее большой ток утечки, а триггер чувствителен к воздействию внешних источников излучения.

Наличие 2-х доп-х тран-в позволяет компенсировать недостатки и увеличить быстродействие памяти.

Зап-й элемент DRAM способен хранить инф-ю только в течении короткого промежутка времени после тоторого инф-ю нужно востанавливать иначе она будет потеряна.

Сам зап-й эл-т состоит из 1-го конденсатора и запирающего транзистора. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе интерпритируется как 0 или 1.

среднее время утечки заряда составляет сотни или десятки милисекунд. Поэтому заряд необходимо востановить в течении данного отрезка времени. Периодическое востановление заряда зап-го эл-та называется регенерацией и осущ-ся каждые 2-8 мс.

3 метода регенерации:

1) Одним сигналом RAS

2) Одним сигналом CAS предворяющим сигнал RAS

3) Автоматическая регенирация SR

Классификация

Статические ОЗУ

1) Асинхронные

- низко, средне, высокоскоросные

2) Синхронные

- с чередованием адресов/ с конвееризацией/ DDR/ двухпортовые

3) Спец приминения

- многопортовые/ кэш-памяти/ тэговые ЗУ/ FIFO

4) Энергозависимые

- BBSRAM/ NVRAM

Системные динамические ОЗУ

1) Асинхронные

- FPM/ EDO/ BEDO/ EDRAM

2) Синхронные

- SDRAM/DDR/ ESDRAM/CDRAM/ SLDRAM/ SDRAM/DRDRAM

Динамическое ОЗУ для видеоадаптеров

1) Однопортовые

- SGRAM/ MDRAM

2) Двупортовые

- VRAM/ WRAm

3) Специализированные

- 3D RAM

16 .ПЗУ

Основное свойство - хранят данные даже при отсутствии напряжения.

Микросхемы

ПЗУ также построены по принципу матричной структуры накопителя, где в узлах расположены перемычки в виде проводников, полупроводниковых диодов или транзисторов, одним концом подключенные к адресной линии, а другим

— к разрядной линии считывания. В такой матрице наличие перемычки может

означать 1, а ее отсутствие — 0. В некоторых типах ПЗУ элемент, расположенный

на перемычке, исполняет роль конденсатора. Тогда заряженное состояние конденсатора означает. 1, а разряженное — 0.

Основным режимом работы ПЗУ является считывание информации. Запись в ПЗУ по сравнению с чтением обычно сложнее и связана с большими затратами времени и энергии. Занесение информации в ПЗУ называют программированием или «прошивкой».

Современные ПЗУ реализуются в виде полупроводниковых микросхем, которые по возможностям и способу программирования разделяют на:

• программируемые при изготовлении;

• однократно программируемые после изготовления;

• многократно программируемые.

ПЗУ, программируемые при изготовлении

Эту группу образуют так называемые масочные устройства и именно к ним принято

применять аббревиатуру ПЗУ.

Занесение информации в масочные ПЗУ составляет часть производственного процесса и заключается в подключении или не-подключении запоминающего элемента

к разрядной линии считывания. В зависимости от этого из ЗЭ будет всегда извлекаться 1 или 0. В роли перемычки выступает транзистор, расположенный на пересечении адресной и разрядной линий. Какие именно ЗЭ должны быть подключены

к выходной линии, определяет маска, «закрывающая» определенные участки

кристалла.

Однократно программируемые ПЗУ

Создание масок для ROM оправдано при производстве большого числа копий. Если требуется относительно небольшое количество микросхем с данной информацией, разумной альтернативой являются однократно программируемые ПЗУ.

Информация на может быть записана только однократно.

В исходной микросхеме во всех узлах адресные линии соединены с разрядными. Занесение информации в PROM производится электрически, путем пережигания отдельных перемычек, и может быть выполнено поставщиком или потребителем спустя какое-то время после изготовления микросхемы. Многократно программируемые ПЗУ

Процедура программирования таких ПЗУ обычно предполагает два этапа: сначала

производится стирание содержимого всех или части ячеек, а затем производится

запись новой информации.

В этом классе постоянных запоминающих устройств выделяют несколько групп:

• EPROM (Erasable Programmable ROM - стираемые программируемые ПЗУ);

• EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM - электрически стираемые программируемые ПЗУ);

• флэш-память.

Микросхемы EPROM. В EPROM запись информации производится электрическими

сигналами, так же как в PROM, однако перед операцией записи содержимое

всех ячеек должно быть приведено к одинаковому состоянию (стерто) путем воздействия на микросхему ультрафиолетовым облучением1. Кристалл заключен в керамический корпус, имеющий небольшое кварцевое окно, через которое и производится

облучение. Чтобы предотвратить случайное стирание информации, после

облучения кварцевое окно заклеивают непрозрачной пленкой. Процесс стирания

может выполняться многократно. Каждое стирание занимает порядка 20 мин.

17.Стековая память

Стековая память обеспечивает такой режим работы, когда информация записывается

и считывается по принципу «последним записан — первым считан)

Память с подобной организацией широко применяется для запоминания

и восстановления содержимого регистров процессора (контекста) при обработке

подпрограмм и прерываний. Когда слово А заносится в стек, оно располагается в первой свободной ячейке. Каждое следующее записываемое слово перемещает все содержимое стека на одну ячейку вверх и занимает освободившуюся ячейку. Запись очередного кода, после Н, приводит к переполнению стека и потере кода А. Считывание кодов из стека осуществляется в обратном порядке, то есть начиная с кода Н, который был записан

последним. Наиболее распространенным в настоящее время является внешний или аппаратно-программный стек, в котором для хранения информации отводится область ОП. Обычно для этих целей отводится участок памяти с наибольшими адресами, а стек расширяется в сторону уменьшения адресов. Поскольку программа обычно загружается, начиная с меньших адресов, такой прием во многих случаях позволяет

избежать перекрытия областей программы и стека. Адресация стека обеспечивается

специальным регистром — указателем стека (SP — stack pointer), в который

предварительно помещается наибольший адрес области основной памяти, отведенной под стек При занесении в стек очередного слова сначала производится уменьшение на единицу содержимого указателя стека (УС), которое затем используется как адрес

ячейки, куда и производится запись, то есть указатель стека хранит адрес той ячейки, к которой было произведено последнее обращение. Это можно описать в виде: УС:= УС - 1; ОП[(УС)]:=ШД. При считывании слова из стека в качестве адреса этого слова берется текущее содержимое указателя стека, а после того как слово извлечено, содержимое УСувеличивается на единицу. Таким образом, при извлечении слова из стека реализуются следующие операции: Ш Д:= ОП[(УС)]; УС := УС +1.

18.Ассоциативная память

Зачастую значительно удобнее искать информацию

не по адресу, а опираясь на какой-нибудь характерный признак, содержащийся в самой информации. Такой принцип лежит в основе ЗУ, известного как ассоциативное

запоминающее устройство (АЗУ).

Ассоциативное ЗУ - это устройство, способное хранить информацию, сравнивать ее с некоторым заданным образцом и указывать на их соответствие или несоответствие

друг другу. Признак, по которому производится поиск информации, - ассоциативный признак, а кодовую комбинацию, выступающую в роли образца для поиска, - признаком поиска. Ассоциативный признак может быть частью

искомой информации или дополнительно придаваться ей. В последнем случае

его принято называть тегом или ярлыком.

РИСУНОК

Один из вариантов построения ассоциативной памяти показан на рис. 5.19. АЗУ включает в себя:

• запоминающий массив для хранения N m-разрядных слов, в каждом из которых

несколько младших разрядов занимает служебная информация;

• регистр ассоциативного признака, куда помещается код искомой информации (признак поиска). Разрядность регистра k обычно меньше длины слова т;

схемы совпадения, используемые для параллельного сравнения каждого бита всех хранимых слов с соответствующим битом признака поиска и выработки сигналов совпадения;

• регистр совпадений, где каждой ячейке запоминающего массива соответствует один разряд, в который заносится единица, если все разряды соответствующей ячейки совпали с одноименными разрядами признака поиска;

• регистр маски, позволяющий запретить сравнение определенных битов;

• комбинационную схему, которая на основании анализа содержимого регистра совпадений формирует сигналы, характеризующие результаты поиска информации.

При обращении к АЗУ сначала в регистре маски обнуляются разряды, которые не должны учитываться при поиске информации. Все разряды регистра совпадений

устанавливаются в единичное состояние. После этого в регистр ассоциативного

признака заносится код искомой информации (признак поиска) и начинается ее поиск, в процессе которого схемы совпадения одновременно сравнивают первый бит всех ячеек запоминающего массива с первым битом признака поиска. Те схемы, которые зафиксировали несовпадение, формируют сигнал, переводящий

соответствующий бит регистра совпадений в нулевое состояние. Так же происходит

процесс поиска и для остальных незамаскированных битов признака поиска. В итоге единицы сохраняются лишь в тех разрядах регистра совпадений, которые соответствуют ячейкам, где находится искомая информация. Конфигурация единиц в регистре совпадений используется в качестве адресов, по которым производится считывание из запоминающего массива. Главное преимущество ассоциативных ЗУ определяется тем, что время поиска информации зависит только от числа разрядов в признаке поиска и скорости опроса

разрядов и не зависит от числа ячеек в запоминающем массиве. Общность идеи ассоциативного поиска информации отнюдь не исключает разнообразия

архитектур АЗУ. Конкретная архитектура определяется сочетанием четырех факторов: вида поиска информации; техники сравнения признаков; способа

считывания информации при множественных совпадениях и способа записи информации.

19. Кэш-память

В общем виде использование кэш-памяти поясним следующим образом. Когда ЦП пытается прочитать слово из основной памяти, сначала осуществляется поиск копии этого слова в кэше. Если такая копия существует, обращение к ОП не производится, а в ЦП передается слово, извлеченное из кэш-памяти. Данную ситуацию принято называть успешным обращением или попаданием (hit). При отсутствии

слова в кэше, то есть при неуспешном обращении — промахе (miss),— требуемое слово передается в ЦП из основной памяти, но одновременно из ОП в кэш-память пересылается, блок данных, содержащий это слово. ОП состоит из 2^n адресуемых слов, где каждое слово имеет уникальный n-разрядный адрес.

При взаимодействии с кэшем эта память рассматривается как М блоков фиксированной длины по К слов в каждом (М = 2^n/K). Кэш-память состоит из С блоков аналогичного размера'(блоки в кэш-памяти принято называть строками), причем их число значительно меньше числа блоков в основной памяти (С « М). При считывании слова из какого-либо блока ОП этот блок копируется в одну из строк кэша. Поскольку число блоков ОП больше числа строк, отдельная строка не может

быть выделена постоянно одному и тому же блоку ОП. По этой причине каждой строке кэш-памяти соответствует тег (признак), содержащий сведения о том, копия какого блока ОП в данный момент хранится в данной строке. В качестве тега обычно используется часть адреса ОП. На эффективность применения кэш-памяти в иерархической системе памяти влияет целый ряд моментов. К наиболее существенным из них можно отнести:

емкость кэш-памяти;

• размер строки;

• способ отображения основной памяти на кэш-память;

• алгоритм замещения информации в заполненной кэш-памяти;

• алгоритм согласования содержимого основной и кэш-памяти;

• число уровней кэш-памяти.