Использование case средств при проектировании экономических информационных систем. Классификация ЗУ. 2 Виды зу по типу запоминающих элементов Полупроводниковые
 Скачать 0.51 Mb.
|
2.1. Виды ЗУ по типу запоминающих элементов 1. Полупроводниковые. Этот вид ЗУинтенсивно разрабатывался с момента их первого появления (примерно с 1965 г.). В настоящее время они применяются в большинстве цифровых систем хранения информации. Элементной базой для построения этого вида памяти являются полупроводниковые электронные устройства. Из них создаются различные ячейки памяти, например, триггеры, которые хранят один бит информации. В свою очередь ячейки памяти являются частью больших интегральных схем, которые уже позволяют хранить тысячи бит и из которых уже строятся ЗУ этого вида достаточно большого информационного объема. Также эти виду ЗУ обладают достаточно большим быстродействием, поэтому они используются в качестве основы для построения внутренней памяти ЭВМ, а именно для построения оперативной и постоянной памяти и кэш-памяти. Более подробно с этим видом ЗУ можно познакомиться в приложении 1. 2. Магнитные. Эти ЗУобразуют внешнюю память ЭВМ. Они обладают хорошей надежностью и могут хранить очень большие объемы информации, но их быстродействие по сравнению с полупроводниковыми ЗУ гораздо меньшее. В этих устройствах запись, хранение и считывание информации основано на использовании явления намагничивания того или иного материала и его свойства фиксировать два направления намагниченности, которым ставятся в соответствие двоичные цифры: 0 и 1. Магнитные ЗУ тоже делятся на два типа: дисковые и ленточные. К дисковым магнитным ЗУ относятся жёсткие магнитные диски (винчестеры),. гибкие магнитные диски (дискеты). К ленточным – накопители на бобинной ленте и кассеты с магнитными лентами (стримеры), которые имеют большую ёмкость и высокую скорость записи- считывания, но медленный доступ к произвольной точке ленты. Сейчас кассеты с магнитными лентами используются для долговременного хранения очень больших объемов информации. Помимо дисковых и ленточных запоминающих устройств к магнитным ЗУ относятся также ферритовые сердечники (использовалась с середины 1950-х и до середины 1970-х годов) и магнитные карты. 3. Криогенные. Криогенные элементы в вычислительной технике – это запоминающие и логические элементы, действие которых основано на явлении сверхпроводимости. Первые криогенные элементы – криотроны – были предложены в 1955 американским учёным Д. А. Баком. В 1960 были созданы криотроны на 5. Голографические. Эти запоминающие устройства предназначаются для хранения информации, ввод и вывод которой осуществляется оптическими методами, что позволяет, с одной стороны, записать большой объем информации на сравнительно малогабаритных элементах, с другой - обеспечить высокие скорости ввода и вывода. Повышенный интерес кголографическим ЗУ объясняется не только большой информационной емкостью голограмм, но и их большой помехоустойчивостью. В таком ЗУ имеется матрица голограмм, или запоминающая матрица. В каждом элементе матрицы записывается двумерная картина интерференции двух световых волн: опорной волны и волны, промодулированной информационным сигналом (предметная волна). Принципы голографии могут быть использованы для создания двух типов ЗУ. В одном производится последовательная запись запоминаемых данных (чисел или изображений) на одну и ту же голограмму, во втором информация записывается на голограмму сразу большими массивами. В основе действия голографического устройства с последовательной записью лежит возможность съемки на одну и ту же голограмму большого числа изображений, которые восстанавливаются независимо друг от друга если при их записи использовались опорные пучки, различающиеся между собой. Большие массивы информации записываются либо в виде изображения, либо в двоичном коде. В последнем случае массив представляет собой матрицу ярких точек, которые записываются на голограмму. При считывании информации восстановленное голографическое изображение проецируется на матрицу фотоприемников, и выборка нужного элемента осуществляется путем коммутации напряжений, питающих фотоприемники. При записи информации массивом емкость ЗУ существенно больше, чем при последовательной записи, и близка к пределу, определяемому разрешением голограммы. 2.2. Виды ЗУ по типу операций обращения и по способу организации доступа В зависимости от реализуемых в памяти операций обращения различают: ‒ память с произвольным обращением (возможны считывание и запись данных в память); ‒ память только для считывания информации («постоянная» или «односторонняя»). ЗУ первого типа используются в процессе работы процессора дляхранения выполняемых программ, исходных данных, промежуточных и ЗУ зависит от взаимного расположения участка и головок чтения/записи и во многом определяется скоростью вращения носителя. Последовательный доступ характерен для ЗУ, использующих в качестве носителя информации (запоминающей среды) магнитную ленту, например, для стримеров. В таких ЗУ для доступа к блоку данных необходимо переместить носитель так, чтобы участок, на котором располагается требуемый блок данных, оказался под блоком головок чтения/записи. Кроме того, при всех формах адресного доступа адресуемым элементом может быть не только байт или слово (как в оперативной памяти и кэш–памяти), но целый блок данных. Это обычно связано либо с конструктивными особенностями ЗУ, либо с большим временем доступа. При ассоциативном доступе место хранения информации при чтении и записи определяется не адресом, а значением некоторого ключа поиска. Каждое записанное и хранимое в ассоциативной памяти слово имеет поле ключа. Значение этого ключа сравнивается со значением ключа поиска при чтении данных из памяти. В случае совпадения сравниваемых значений информация считывается из памяти. Ассоциативная память эффективна для решения задач, связанных с поиском данных. Однако ее использование ограничено в силу сравнительно высокой ее сложности. Действительно, с аппаратной точки зрения сам поиск может быть организован по-разному: последовательно по разрядам ключевых полей или параллельно по всем ключам во всем массиве памяти. Второй способ, конечно, более быстрый, но требует соответствующей организации (ключевой части) памяти, которая должна иметь для этого в ключевой части каждого хранимого слова схемы сравнения. Именно поэтому такая память существенно более дорогая, чем оперативная, и используется в основном для решения задач, требующих быстрого поиска в небольших объемах информации. Одним из частых применений ассоциативной памяти является быстрое преобразование логических (линейных) адресов данных в физические (т.е. адреса ячеек памяти), выполняемое, например, так называемым буфером трансляции адресов. Другой близкой задачей является определение того, имеется ли требуемая информация в верхних уровнях ЗУ или необходима ее подкачка из более медленных ЗУ. Стековая память, так же как и ассоциативная, является безадресной. Стековую память можно рассматривать как совокупность ячеек, образующих одномерный массив, в котором соседние ячейки связаны друг с другом разрядными цепями передачи слов. Запись нового слова производится в верхнюю ячейку (ячейку 0), при этом все ранее записанные слова (включая слово, находившееся в ячейке 0), сдвигаются вниз, в Для обеспечения приспосабливаемости ЭВМ к конкретным потребностям пользователей применяют принцип блочного построения ОП. На основе блоков О3У различной емкости можно построить ОП любого объёма. ОП заданной емкости, составленная из нескольких блоков ОЗУ, называется многоблочной ОП. В функциональном отношении многоблочная ОП рассматривается как одно ОЗУ с емкостью, равной сумме емкостей блоков, и быстродействием, примерно равным быстродействию отдельного блока. Адрес ячеек такой ОП содержит адрес (номер) блока и адрес (номер) ячейки памяти в заданном блоке ОЗУ. Устройства, подключенные к ОП, обращаются к ней независимо друг от друга. ОП обслуживает запросы по приоритетному принципу. Устройствам присваиваются приоритет – самый низший – микропроцессору, более высший – внешним ЗУ. В текущий момент времени ОП обслуживает очередной запрос с наивысшим приоритетом, все остальные запросы ожидают момента окончания обслуживания. Такой принцип обслуживания связан с тем, что большое время ожидания для внешних ЗУ приводит к потере информации, поэтому они не могут долго ждать. ОП, ресурсы которой распределяются между несколькими потребителями, называют ОП с многоканальным доступом. Многоблочная ОП, в которой допускается совместное выполнение нескольких обращений к разным блокам ОЗУ называется ОП с расслоением обращений. В такой ОП блоки ОЗУ функционируют параллельно во времени, что возможно, если последующие обращения к ОП адресованы к блокам, не занятым обслуживанием предшествующих запросов. Степень расслоения обращений характеризуется коэффициентом расслоения, равным среднему числу обращений к ОП, которые могут быть приняты на обслуживание одновременно. Чем выше коэффициент расслоения, тем выше производительность. Оперативная память (RAM) бывает двух основных типов: ‒ статическая (SRAM–StaticRAM); ‒ динамическая (DRAM–DynamicRAM). Рассмотрим эти два типа ОП. (см. лекции). Обычные виды SRAM и DRAM называют также асинхронными, потому что обращения к ним могут выполняться в произвольные моменты времени. Существуют также синхронные виды памяти, получающие внешний синхросигнал, к импульсам которого жестко привязаны моменты подачи адресов и обмена данными. Конструктивно различают следующие виды ОЗУ: FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM – динамическая память с быстрым страничнымдоступом). Память со страничным доступом |
Джозефсона. Криогенные элементы просты по конструкции, малогабаритны (до 10
-6
мм
2
), быстродействующие (время переключения
10
-11
сек) и дёшевые. Ничтожные потери энергии (10
-18
дж) обусловливают целесообразность использования криогенных элементов в запоминающих устройствах очень большой ёмкости, особенно в ассоциативных, при очень малых габаритах и малом потреблении мощности.
4. Оптоэлектронные.
Этот вид ЗУ представлен различными оптическими дисками. Он также как и магнитные ЗУ образует внешнюю память ЭВМ. Впервые эти ЗУ появились в 1982 году благодаря фирмам Philips и Sony и получили название «оптические компакт-диски». Они называются оптическими, потому что считывание информации и записи на такие диски основано на изменении свойств материала, из которого изготавливают диски, под действием лазерного излучения. Основными достоинствами этого вида ЗУ являются сменяемость и компактность носителей; большая информационная емкость; высокая надежность и долговечность дисков; меньшая (по сравнению с магнитными дисками) чувствительность к загрязнениям и вибрациям; нечувствительность к электромагнитным полям, что свойственно магнитным ЗУ. Оптические запоминающие устройства выпускаются в нескольких модификациях:
Классические компакт-диски:
‒ CD-ROM
—
CompactDiskReadOnlyMemory, неперезаписываемые лазерно-оптические диски или компакт-диски ПЗУ;
‒ CD-R — CompactDiskRecordable, компакт-диски с однократной записью (ихиногданазываюттакже CD-
WORM — CD Write Once, Read Many и CD-WO - CD
Write Once);
‒ CD-RW
—
CD
Rewritable, компакт-диски перезаписываемые, с многократной записью.
Цифровые универсальные диски:
‒ DVD-ROM
—
DigitalVersatileDiskReadOnlyMemory, неперезаписываемые цифровые универсальные диски;
‒ DVD-R — DVD Recordable, цифровые универсальные диски с однократной записью;
‒ DVD-RW
-
DVDRewritableилиDVD-RAM
-
DVDReadAccessMemory,цифровые перезаписываемые универсальные диски.
ЗУ
по способу организации доступа разделяют на адресные и ассоциативные.
При адресном доступе для записи или чтения место расположения информации в ЗУ определяется ее адресом. Логически адрес может иметь различную структуру. Например, в оперативных ЗУ адрес представляет собой двоичный код, одна часть разрядов которого указывают строку матрицы элементов памяти, а другая – столбец этой матрицы. На пересечении заданных строки и столбца находится искомая информация
(см. приложение). В ЗУ на магнитных дисках адрес может представлять собой либо комбинацию номеров цилиндра, головки и сектора, либо логический номер сектора. В любом случае, заданный адрес отрабатывается схемами доступа ЗУ (дешифратором, блоком позиционирования головок и т.п.) таким образом, что в операции участвует соответствующая адресу область матрицы элементов памяти, запоминающей среды или носителя информации.
При этом, в зависимости от того, как именно срабатывает механизм доступа, различают следующие виды адресного доступа:
- произвольный;
- прямой (циклический);
- последовательный.
В ЗУ с произвольным доступом время доступа не зависит от места расположения участка памяти. Термин «память с произвольным
доступом» (randomaccessmemory – RAM) применяют к ЗУ, в которых выбор места хранения информации производится непосредственным подключением входов и выходов элементов к входным и выходным шинам
ЗУ. Это наиболее быстрый вид адресного доступа, применяемый в оперативных ЗУ и кэш-памяти.
При прямом (циклическом) доступе непосредственной коммутации связей оказывается недостаточно. В таких ЗУ обычно происходит еще и перемещение данных относительно механизма чтения/записи, механизма чтения/записи относительно данных или и то и другое. Физически это может быть как механическое перемещение, например, в жестких дисках, перемещение областей намагниченности, как в ЗУ на магнитных доменах, перенос зарядов и др.
Термины “циклический” и “прямой” доступ близки по содержанию, хотя “прямой доступ” – имеет более широкий смысл. Время доступа втаких
В ряде устройств рассматриваемого типа предусматривается также операция простого считывания слова из нулевой ячейки (без его удаления и сдвига слова в памяти).
Обычно стековую память организуют, используя адресную память. В этом случае счетчик стека, как правило, отсутствует, так как количество слов в памяти можно выявить по указателю стека. Широкое применение стековая память находит при обработке вложенных структур данных, при выполнении безадресных команд и прерываний.
2.3. Виды ЗУ по функциональному назначению
Согласно принципу иерархичности запоминающих устройств фон
Неймана память ЭВМ делится на несколько уровней с целью достижения компромисса между стоимостью компьютера и его быстродействием.
Выделение этих уровней памяти в ЭВМ происходило по функциональному назначению запоминающих устройств в компьютере. Итак, рассмотрим все эти уровни.
2.3.1 Оперативные ЗУ и оперативная память
Оперативные запоминающие устройства используются для построения оперативной памяти (ОП) ЭВМ.
В этой части памяти в процессе работы ЭВМ хранится операционная система, текущая исполняемая прикладная программа и драйверы
(программы, предназначенные для управления работой периферийных
(внешних) устройств). Часть оперативной памяти отводится для формирования изображения, выводимого на экран, и для других задач.
Таким образом, в оперативной памяти находится все данные, с которыми микропроцессор непосредственно взаимодействует. Оперативная память сохраняет данные лишь в течение времени работы ЭВМ и при выключении компьютера все данные теряются.
ОП является памятью с произвольным обращением, то есть типа RAM.
Это означает, что в любой момент времени можно обратиться к любой из ее ячеек. В ОЗУ обычно под адресом понимают номер ячейки (см. лекции).
Оперативная память — совокупность ОЗУ, объединенных в одну систему, управляемую процессором.
EDO (Entended Data Out– расширенное время удержания данных на выходе) фактически представляют собой обычные микросхемы FРМ, на выходе которых установлены регистры защелки данных. При страничном обмене такие микросхемы работают в режиме простого конвейера: удерживают на выходах данных содержимое последней выбранной ячейки, в то время как на их входы уже подается адрес следующей выбираемой ячейки. Это позволяет примерно на 15%посравнениюс FPM ускорить процесс считывания последовательных массивов данных. При случайной адресации такая память ничем не отличается от обычной.
BEDO (Burst EDO – EDO с блочным доступом) — память на основе
EDO, работающая неодиночными, а пакетными циклами чтения/записи.
Процессоры, благодаря внутреннему и внешнему кэшированию команд и данных, обмениваются с основной памятью преимущественно блоками слов максимальной ширины. В случае памяти BEDO отпадает необходимость постоянной подачи последовательных адресов на входы микросхем с соблюдением необходимых временных задержек достаточно стробировать переход к очередному слову отдельным сигналом.
SDRAM (Synchronous DRAM – синхронная динамическая память) - память с синхронным доступом, работающая быстрее обычной асинхронной
(EPM/EDO/BEDO). Помимо синхронного метода доступа, SDRAM использует внутреннее разделение массива памяти на два независимых банка, что позволяет совмещать выборку из одного банка с установкой адреса в другом банке. SDRAM также поддерживает блочный обмен.
Основная выгода от использования SDRAM состоит в поддержке последовательного доступа в синхронном режиме, где не требуется дополнительных тактов ожидания. При случайном доступе SDRAM работает практически с той же скоростью, что и FPM/EDO.
PB SRAM (PipelinedBurst SRAM статическая память с блочным конвейерным, доступом) разновидность синхронных SRAM с внутренней конвейеризацией, за счет которой примерно вдвое повышается скорость обмена потоками данных.
SIMM (Single Inline Memory Module — модуль памяти с одним рядом контактов) модуль памяти, вставляемый в зажимающий разъем; применяется во всех современных платах, а также во многих адаптерах, принтерах и прочих устройствах. SIMM имеет контакты с двух сторон
DIMM (Dual Inline Memory Module — модуль памяти с двумя рядами контактов) — модуль памяти, похожий на SIMM, но с раздельными контактами (обычно 2х84), за счет чего увеличивается разрядность или число банков памяти в модуле.
На SIMM в настоящее время устанавливаются преимущественно микросхемы FPM/EDO/BEDO, а на DIMM — EDO/BEDO/SDRAM.
СELP (CardEgdeLowProfile — невысокая карта с ножевым разъемом на краю) — модуль внешней кэш-памяти, собранный на микросхемах
SRAM (асинхронный) или РВ SRAM (синхронный). По внешнему виду похож на 72-контактный SIMM, имеет емкость 256 или 512 кб. Другое название — COAST (Cache On A Stick буквально "кэш на палочке").
Модули динамической памяти, помимо памяти для данных, могут иметь дополнительную память для хранения битов четности (Parity) для байтов данных — такие SIMM иногда называют 9- и 36-разрядными модулями (по одному биту четности на байт данных). Биты четности служат для контроля правильности считывания данных из модуля, позволяя обнаружить часть ошибок (но не все ошибки). Модули с четностью имеет смысл применять лишь там, где нужна очень высокая надежность — для обычных применений подходят и тщательно проверенные модули без четности, при условии, что системная плата поддерживает такие типы модулей.