Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Запоминающие устройства ЭВМ

запоминающий программа устройство информация

Классификация ЗУ

Запоминающие устройства (ЗУ) предназначены для хранения информации, а именно - программ и данных.

ЗУ подразделяются на:

- сверхоперативные;

- оперативные;

- внешние.

Оперативной память - это основная память машины. В соответствии с принципом фон Неймана она предназначена для хранения программы (программ в многозадачном режиме), выполняемой ЭВМ в данный момент времени и необходимых для нее данных.

Назначение внешнего ЗУ - хранение массивов информации.

Сверхоперативное ЗУ (СОЗУ) обеспечивает увеличение быстродействия ЭВМ, благодаря использованию команд меньшей (сокращенной) длины и более быстрой элементной базы ее регистров.

Рисунок 1.1- Иерархическая структура ЗУ

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) чаще всего выполняются на барабанах, магнитных и оптических дисках, ленточных накопителях.

Первые два типа ВЗУ называют устройствами прямого доступа (циклического доступа). Магнитные и оптические поверхности этих устройств непрерывно вращаются, чем обеспечивается быстрый доступ к хранимой информации (время доступа этих устройств составляет от нескольких мс до десятка мс). Накопители на магнитных лентах (МЛ) называют устройствами последовательного доступа, из-за последовательного просмотра участков носителя информации (время доступа этих устройств составляет от нескольких секунд до нескольких минут).

Оперативная память делится на:

- оперативные ЗУ (ОЗУ) (Оперативные ЗУ с произвольной выборкой ЗУПВ);

- постоянные ЗУ (ПЗУ).

Назначение и функции оперативных ЗУ: запись и чтение информации.

Назначение и функции ПЗУ - только чтение информации.

Выполняются на ферритовых сердечниках, полупроводниковых микросхемах, магнитных доменах (тонких пленках) и др. Время обращения к памяти составляет от нескольких нс до нескольких мкс.

Сверхоперативная память выполняется на элементной базе процессора, входит в структуру процессора и позволяет значительно повысить его производительность.

Основные характеристики ЗУ

Основная характеристика ЗУ (любого типа) - емкость памяти. Определяет максимальное количество информации, которое может в ней храниться. Емкость может измеряться в битах, байтах или машинных словах. Наиболее распространенной единицей измерения является байт. При большом размере памяти ее емкость выражают в килобайтах (Кбайт) - 1024 байт, в мегобайтах (Мбайт) - миллион байт (точнее 1024*1024 байт), в гигобайтах (Гбайт) - миллиард байт.

Время обращения к памяти. Время обращения при чтении:

, где

t_д - время доступа (подготовительное время) - промежуток времени между началом операции обращения и моментом начала процесса чтения;

t_чт - продолжительность физического процесса считывания;

t_рег - время регенерации (восстановления), если в процессе чтения информации произошло ее разрушение.

Время обращения при записи:

, где

t_п - время подготовки, расходуемое на приведение запоминающих элементов в исходном состоянии, если это необходимо;

t_зп - время, необходимое для физического изменения состояния запоминающих элементов при записи информации.

Цикл памяти. Принимается равным минимальному допустимому интервалу между двумя обращениями в память:

.

Положим, что процессы чтения и записи имеют следующие временные диаграммы:

Рисунок 1.2 - Выбор значения цикла памяти t_ц

Структура ОЗУ с произвольной выборкой (ЗУПВ)

В оперативных ЗУ с произвольной выборкой (ЗУПВ) запись или чтение в/из памяти осуществляется по адресу, указанному регистром адреса (РА). Чтение или запись слова осуществляется за один цикл. Информация, необходимая для осуществления процесса записи - чтения поступает из процессора, а именно: адрес, данные и управляющие сигналы.

Адресная часть с процессора сначала поступает на регистр адреса (РА), а с него - на дешифратор адреса ДшА, который выбирает строку запоминающего массива (номер ячейки памяти). По сигналу запись (Зп) производится запись данных в заданную ячейку памяти.

Запоминающий массив содержит множество одинаковых запоминающих элементов В памяти статического типа в их качестве используются электронные триггеры, в динамической памяти - полевые транзисторы, работающие на принципе накопления заряда в области затвор-исток.

Структура микросхем динамической памяти (DRAM) в целом близка к структуре статической памяти. Для уменьшения количества выводов (а следовательно, габаритов и стоимости), в микросхемах динамической памяти (DRAM) используется мультиплексированная ША. Полное количество разрядов ША, подаваемое на микросхему DRAM делится на две части - адрес строки и адрес столбца. При адресации ячеек DRAM эти части адреса, последовательно во времени, подаются на адресные входы микросхемы в сопровождении соответственно стробов адреса строки (RAS) и столбца (CAS).

Разделение полного адреса запоминающего элемента и последовательную выдачу его на микросхему осуществляет мультиплексор, являющийся частью контроллера динамической памяти.

Матрица элементов памяти (МЭП) микросхемы DRAM разбита на строки, количество которых равно 2ⁿ, где n - количество разрядов адреса строки или столбца. При вводе адреса строки выбранная строка МЭП считывается в регистр-защелку статического типа, входящего в состав микросхемы DRAM. При считывании строки ее содержимое разрушается, но копия содержимого строки оказывается записанной в регистр - защелку.

Подача адреса столбца в сопровождении строба CAS выбирает в регистре - защелке, в зависимости от организации микросхемы DRAM, бит, тетраду, байт и т.д. При появлении сигнала чтения выбранная информация выдается на ШД после чего записывается на прежнее место в строку МЭП.

При записи информация, поступившая на микросхему DRAM с ШД, записывается сначала в соответствующие разряды регистра - защелки, после чего его содержимое переписывается в прежнюю строку микросхемы DRAM.

ОЗУ магазинного типа (стековая память)

Магазинная (стековая) память организуется по принципу «последний пришел, первый вышел» (LIFO), или «первый пришел, первый вышел» (FIFO). Такая организация памяти является фактически безадресной. Однако регистр адреса в такой памяти имеется и называется указателем стека (УС) (SP-Steak Pointer).

В первом типе памяти новое слово заносится в верхнюю ячейку, ранее занесенные данные проталкиваются вниз. При считывании наоборот, последнее слово выталкивается вверх первым.

В случае организации типа FIFO новое слово заносится в верхнюю ячейку, ранее записанные слова выталкиваются вниз.

Перед началом работы в указатель стека занося начальный адрес. Дальнейшая адресация осуществляется автоматически при выполнении операции записи - чтения путем увеличения - уменьшения адреса на единицу. Физический процесс записи и считывания данных происходит точно так же, как в обычной памяти с произвольным обращением.

Если число слов, записанных в стек и считанных из стека равно, то стек приходит в исходное состояние.

Ассоциативные ЗУ

Выборка информации в ассоциативных ЗУ (АЗУ) осуществляется по содержанию. Пусть, например, в АЗУ хранятся данные на студентов: год рождения, место работы, стаж работы, № группы и т.д., при этом необходимо выбрать фамилии всех студентов 1980 года рождения и работающих. Эта информация является ключом для поиска. Ассоциативная память позволяет выбрать эту информацию за один или несколько циклов памяти. Обычные (программные) средства поиска и сортировки будут работать очень долго.

Каждая ячейка такого АЗУ должна содержать (см. рисунок 1.6.1) регистр для хранения слова данных (как в обычных ОЗУ) и специальные комбинационные логические схемы для сравнения текущего содержимого регистра с ключевым словом, поступающим одновременно на вход всех ячеек. При поиске формируется сигнал чтения из всех ячеек АЗУ. Импульс опроса появится на выходе ячейки, в которой содержимое совпадает с ключом.

Перед началом работы информация заносится в регистр, называемый компарандом (операнд в операции сравнения). Каждая ячейка связана с процессором через регистр признаков (Рг. Пр) с помощью разряда Тj. Регистр признака называют памятью отклика. Регистр маски маскирует те разряды компаранда, которые не должны участвовать в операции сравнения.

Перед началом работы все разряды Рг. Пр устанавливаются в состояние «Лог. 0». По команде процессора «Сравнить» любая ячейка, содержащая слово, которое совпадает с компарандом, формирует сигнал, устанавливающий соответствующий разряд в Рг. Пр в состояние «Лог. 1». Эта информация является адресной для линейной выборки.

Размещено на Allbest.ru