Модуль 3. 1. Память эвм, ее характеристики. Структура памяти. Постоянные запоминающие устройства (программируемые маской, перепрограммируемые eprom, eeprom). Оперативные запоминающие устройства статического и динамического типов. Стек. Виртуальная память

• Название: 1. Память эвм, ее характеристики. Структура памяти. Постоянные запоминающие устройства (программируемые маской, перепрограммируемые eprom, eeprom). Оперативные запоминающие устройства статического и динамического типов. Стек. Виртуальная память
• Анкор: Модуль 3.docx
• Дата: 20.03.2019
• Размер: 2.32 Mb.
• Имя файла: Модуль 3.docx
• Тип: Документы; #26201
• страница: 1 из 12

Раздел 3. лист /

1.Память ЭВМ, ее характеристики. Структура памяти. Постоянные запоминающие устройства (программируемые маской, перепрограммируемые EPROM, EEPROM). Оперативные запоминающие устройства статического и динамического типов. Стек. Виртуальная память.
Память ЭВМ – совокупность всех ЗУ, входящих в состав ЭВМ.

Для функционирования систем обработки информации необходимы ЗУ, которые обеспечивают хранение программ, исходных данных, результатов обработки, обмен цифровой информацией между отдельными частями системы.

Хар-ки:

Информационная емкость – максимально возможный объем хранимой информации. Выражается в битах / байтах. Бит хранится запоминающим элементом (ЗЭ), а слово - запоминающей ячейкой – группой ЗЭ, к которым возможно лишь одновременное обращение.

Организация ЗУ определяет, сколько слов и какой разрядности хранит ЗУ. ЗУ одинаковой емкости м им разную организацию. 64 8-разрядных и 128 4-разрядных слова – емкость 512 бит.

Быстродействие (производительность)ЗУ оценивают временем считывания, записи и длительностью циклов чтения/записи.

Время считывания – интервал между моментами появления сигнала чтения и слова на выходе ЗУ.

Время записи – интервал после появления сигнала записи, достаточный для установления запоминающей ячейки в состояние, задаваемое входным словом.

Минимально допустимый интервал между последовательными чтениями или записями образует соответствующий цикл.

Энергонезависимость – сохр данных после отключ питания.

Очередность поступления сигналов. А, CS, R/WR, по заднему фронту R/WRсчитывание / запись данных.

Классификация полупроводниковых ЗУ по способу доступа к данным

Адресные ЗУ

Чтобы обратиться к ячейке, необходимо указать адрес этой ячейки.

RAM (Random Access Memory) – хранятся коды программы, либо данные программы, которые могут быть изменены в любой момент времени. Применение – временное хранение цифровой информации, всевозможных массивов кодов, таблиц данных, одиночных чисел и т.д.

Энергозависима.

СтатическиеЗУ	ДинамическиеЗУ
кэш-памяти	ОЗУ
быстродействие выше	быстродействие ниже
плотность ниже	плотность выше
информационная емкость меньше	информационная емкость больше
цена выше	цена ниже
статический триггер (6 биполярных Т)	Т и С, бит – наличие (или отсутствие) заряда на С
хранит информацию, пока есть питание, «+» низкая потребляемая Р, через ячейки ток идет только в момент обращения к ним	нуждается в частом обновлении содержимого (этим занимается контроллер памяти) иначе С разряжается, и информация в памяти теряется
4Т – ЗЭ, а 2Т – для выборки ЗЭ и чт/зп; Т1, Т2 и Т3, Т4 работают противофазно: 1 открыт, 2 - закрыт. Если Т1 открыт, то высокий потенциал от + Uccчерез Т1 подается на затворы Т3 и Т4. При этом Т3 запирается, а Т4 - открывается. Низкий потенциал корпуса через открытый Т4 подается на затворы Т1 и Т2 и поддерживает открытое состояние Т1 и закрытое Т2. Если открыт Т1, то ЗЭ хранит лог. 1, если открыт Т3 - лог. О. Т5 и Т6 действуют как переключатели, затворами подключены к линии выборки, открываются при подаче в нее высокого потенциала. При открытии Т5 и Т6 потенциалы с 4Т поступают на разрядные шины ШРl и ШРО.	для записи/считывания информации в эту ячейку включается транзистор Т и на ЛЗС подается соответствующее U. В результате на С образуется определенный q; после выключения Т конденсатор начинает разряжаться (из-за его собственного сопротивления утечки и после выключения Т продолжает слабо проводить ток); соединенный с ЛЗС усилитель считывания определяет, превышает ли q пороговое значение – да, то он подает на линию бита U, соответствующее 1, нет, то он снижает напряжение до 0, обеспечивая тем самым отсутствие заряда на C.

Статические:

Асинхронные – сигналы управления могут задаваться как импульсами, так и уровнями. CS может оставаться неизменным на протяжении многих циклов обращения к памяти.

Тактируемые (синхронные) – в каждом цикле обращения должен формироваться фронт CS.

Конвейерные – такт передачи данных реализован по конвейерному принципу. Конвейер работает с тактовой частотой процессора.
ROM (Read Only Меmоrу) – содержимое не изменяется. Процессор может лишь прочитать данные или очередные команды программы. Информация в микросхему ЗУ заносится в процессе ее производства,или пользователем в спец режиме программирования. ROM(M) программируется при изготовлении с помощью масок.

В качестве ЗЭ могут выступать диоды, биполярные транзисторы, МОП-транзисторы.

Строки – линии выборки слов, столбцы – линии считывания. В строку подается напряжение. Диод есть – 1, диода нет – 0. (вертикальная линия через R связана с корпусом).

Линии выборки – выходы дешифратора адреса.

При производстве все технологические операции, кроме напыления подзатворногo окисла, будут одинаковыми, требуются только различные шаблоны – маски, через которые осуществляется процесс напыления – удешевление производства.

«+» Компактность ЗУ, высокий уровень интеграции.

Область применения – хранение кодов букв русского и латинского алфавитов, таблиц типовых функций (синуса, квадратичной функции).

РROM – для записи информации в ЗЭ подаются специальные электрические сигналы. В ЗУ типа PROM данные могут быть занесены один раз путем прожигания плавких перемычек или, наоборот, за счет создания перемычек путем электрического пробоя.

Программируют

1. 
   устранением или созданием спец перемычек (нихромовых или поликремниевых).
   
2. 
   устранением плавких перемычек, путем расплавления импульсами тока достаточно большой амплитуды и длительности. В исх-м состоянии ЗЭ хранит 1.
   
3. 
   устранением перемычек в виде пары встречно включенных диодов, пробиваемых при программировании. В исходном состоянии ЗЭ хранят лог. 0. При програм-и на ЗЭ подается напряжение, пробивающее встречный диод или диэлектрическую перемычку.
   

EPROM стирание выполняется путем засвечивания кристалла через прозрачное окно мощным ультрафиолетовым излучением  0,4мкм.

ЗЭ – ЛИЗМОП (Лавинная Инжекция Заряда)

В область затвора можно вводить заряд. Область введения – окруженная со всех сторон диэлектриком проводящая область – плавающий затвор. При подаче на управляющий затвор, исток и сток импульса положительного напряжения в обратно смещенных p-n-переходах возникает лавинный электрический пробой. Часть электронов, имеющих энергию, достаточную для преодоления диэлектрической области, проникает в плавающий затвор. Снятие высокого программирующего напряжения восстанавливает обычное состояние областей транзистора и запирает электроны в плавающем затворе. При отсутствии на плавающем затворе заряда транзистор работает в обычном ключевом режиме. В исходном состоянии ЗЭ хранят 1, при программировании в них записываются О.

Воздействие лучей приводит к постепенному изменению свойств полупроводниковых материалов, поэтому число циклов перепрограммирования ограничено до 10...100. Программирование с помощью программаторов.

EEPROM – стирание осуществляется подачей спец электрических импульсов.

Длительность электрич стирания меньше, поэтому циклов перепрограммирования м.б. больше – 10⁴ ... 10⁶.

ЗЭ – МНОП-транзисторы.

МНОП-транзисторы. На поверхности кристалла расположен тонкий слой SiO₂, далее более толстый слой нитрида кремния Si₃N₄ и затем затвор.

При создании электрического поля достаточно высокой напряженности носители заряда м. проходить через тонкую пленку оксида толщиной не более 5 нм и скапливаться на границе раздела слоев. После снятия электрического поля заряд остается захваченным приграничным слоем нитрида кремния и уже не рассасывается. Этот заряд и явл. носителем инф-ции. В зависимости от направленности электрического поля м. создавать заряд любого знака. Рабочие напряжения на затворе транзистора не в состоянии его открыть. Чтобы стереть запис-ю инф-ю, подается напряжение, создающее электр. поле противоположной направл-ти, и носители заряда ч/з слой SiO₂ возвращаются в п/п.

FLASH. Подобна EEPROM, но их отличие - в скорости стирания информации. Информация может быть стерта подачей одного сигнала, т.е. мгновенно (flash - вспышка), либо вся, либо по блочно – размеры от 256 байт до 128 кбайт.

«–» При замене одного слова необходимо перезаписывать всю инф-цию.

Флэш-память с адресным доступом. Хранение редко изменяемых данных. Запись и стирание осуществляет процессор выч устр-ва в обычном рабочем режиме. Для этого Флэш-память имеет дополнительное управление словами-командами, записываемыми процессором в специальный регистр микросхемы. При подаче специального напряжения программирования схема обеспечивает запись и стирание информации. Перед программированием процессор считывает из микросхемы код - идентификатор, содержащий код фирмы-изготовителя и микросхемы для согласования алгоритмов стирания и записи, автоматически. Стираются все байты памяти или выбранного блока, после чего все они проверяются, выполняется повторное стирание и проверка.

Программирование памяти ведется байт за байтом, записанная информация проверяется. Процессор считывает из ЗУ записанный байт и сравнивает его с исходным.

Один из блоков предназначен для хранения ПО BIOS и аппаратно защищен от случайного стирания. В ЗУ есть также блоки параметров и главные блоки, не защищенные от случайного стирания. Главные блоки хранят основные управляющие программы, а блоки параметров - относительно часто меняемые параметры системы.

Файловая Флэш-память применяется для замены твердых дисков. Сокращает потребляемую мощность, повышает надежность ЗУ, уменьшает их размеры и вес, повышает быстродействие при чтении данных. Программа может читаться процессором непосредственно из файловой Флэш-памяти, туда же записываются и результаты. На основе файловой Флэш-памяти создаются компактные съемные внешние ЗУ.

ЗУ с последовательным доступом. Используются, где данные могут быть выстроены в очередь. FIFO, LIFO.

В FIFO запись в пустой буфер сразу же доступна для чт, т.е. поступает в конец цепочки.

В файловых ЗУ данные поступают в начало цепочки и появляются на выходе после некоторого числа обращений, равного числу элементов в цепочке. Записываемые данные объединяются в блоки, обрамляемые специальными символами конца и начала (файлы).Прием данных из файлового ЗУ начинается после обнаружения приемником символа начала блока.

В циклических ЗУ слова доступны одно за другим с постоянным периодом, определяемым емкостью памяти – видеопамять – хранение данных о цвете и яркости каждой точки.

Считывание в обратном порядке свойственно стековымЗУ, для которых реализуется принцип LIFO. Для обращения к содержимому стека используется регистр SP – указатель стека (Stack Pointer). Этот регистр содержит адрес вершины стека. Существует два варианта организации:

1) стек состоит из группы ячеек обособленных от основной памяти; «–» ограниченное количество ячеек;

2) под стек выделяется часть области памяти данных, задается программистом; «–» при нарушении заданных границ происходит обращения к ячейкам, содержащим другие данные.

При инициализации в SP записывается адрес младшей ячейки стека -1, если стек растет вверх. Старший адрес +1, если стек растёт вниз.

При записи данных: изменение содержимого указателя стека на 1, а затем запись в ячейку на которую указывает указатель стека. При считывании наоборот сначала данные извлекаются, затем происходит изменение содержимого указателя стека.

Основное предназначение стека сохранение адреса возврата при вызове подпрограммы. Размер стека ограничивается лишь наличием данных в ОЗУ, поэтому необходимо следить за тем, чтобы стек не попал в область данных. В счетчике команды, которая должна будет выполниться.

ЗУ с ассоциативным доступом. Поиск информации осуществляется по признаку – «ассоциации». КЭШ-память. Хранимые в памяти слова одновременно проверяются на соответствие признаку, например, на совпадение определенных полей слов - теговс признаком, задаваемым входным словом (теговым адресом).На выход выдаются слова, удовлетворяющие признаку.

Виртуальная память это временное хранилище, используемое компьютером для выполнения программ, превышающих размер доступной оперативной памяти. Например, программы могут использовать до 4 Гбайт виртуальной памяти на жестком диске, в то время как оперативная память компьютера составляет всего 32 Мбайт. Данные программы, для которых нет свободного места в оперативной памяти, сохраняются в файлах подкачки.

Полупостоянная памятьиспользуется для хранения информации о конфигурации компьютера. Сохранность данных CMOS-памяти при отключении питания компьютера обеспечивается маломощной внутренней батарейкой или аккумулятором.

Буферная памятьразличных адаптеров и контроллеров – разделяется между процессором (точнее, абонентами системной шины) и контроллерами устройств. FIFO-буферы СОМ-портов, и несколькомегабайтные кэш-буферы высокопроизводительных устройств хранения, видеопамять.

Структура адресный ЗУ

2D

Матрица ЗЭ – обеспечивает хранение данных, размерность М = k^xm, где М – информационная емкость памяти в битах; k – число хранимых слов; m – их разрядность.

Схема выборки – обеспечивает запись или считывание информации в выбранной ячейке памяти. Состоит из дешифратора адресного кода DС и усилителей записи/считывания.

Строка – ячейка памяти, хранит 1 слово данных, номера строк – адреса ячеек. Адрес поступает на все микросхемы, но воспринимается только той, на которую пришел CS.

Дешифратор активизирует одну линию, разрешая доступ ко всем элементам выбранной строки.

Столбцы – разряды ячеек, внутренние линии данных.

Чтение – состояния ЗЭ строки транслируются по линиям данных, усиливаются и выдаются на внешнюю ШД.

Запись – усилители устанавливают на линиях уровни напряжения в соответствии с записываемыми данными, и ЗЭ переходят в соответствующие состояния «нуля» или «единицы».

Использ только в ЗУ малой информационной емкости. С ростом емкости возрастает сложность дешифратора.

2DM

Для ЗУ большей информационной емкости. Выход дешифратора DC_x выбирает целую строку матрицы ЗЭ. Длина строки превышает разрядность хранимых слов. Число строк и выходов дешифратора меньше количества хранимых слов. Для выбора строки служат разряды А_n-1…A_k, разряды адреса А_k-1…A₀ используются для выбора необходимого слова в строке. Это выполняется с помощью мультиплексоров, на адресные входы которых подаются коды А_k-1…A₀. Длина строки m2^k, где m – разрядность хранимых слов. Каждый отрезок строки длиной 2^k хранит все одноименные (нулевые, первые...m-е) разряды всех 2^k слов строки. Из каждого такого отрезка MUX выбирает один бит. Количество MUX соответствует количеству разрядов в слове. По разрешению сигнала CS, поступающего на входы ОЕ управляемыхбуферов с тремя состояниями, выходное слово передается на внешнюю шину

Структура 2DMиспользуется для ROM, RАМ – вместо мультиплексоров используются управляемые буферы данных, выполняющие не только функции мультиплексирования и выдачи данных в шину D0, но и функции приема данных по шине DIи формирования сигналов записи для соответствующих ЗЭ.

3D

Код адреса i-той ячейки памяти разделяется на старшую и младшую части (i' и i"), каждая из которых поступает на свой DC. Выбирается ЗЭ, находящийся на пересечении двух адресных линий. DC управляются сигналами "Чтение" и "Запись" и в зависимости от них выдают сигналы выборки для считывания или записи. При считывании сигнал о состоянии выбранного ЗЭ-та поступает по j-й линии считывания в усилитель (УсСч). При записи в ЗЭ-т будут занесены 0 и 1 в зав-ти от сигнала записи в j-й разряд, поступающего по j-й линии от УсЗап (усилитель записи) (третья координата ЗЭ при записи).

Запоминающие устройства типа 3D более экономичны, чем ЗУ 2D. Структура типа 3D позволяет строить ЗУ большего объема, чем структура 2D.