Оперативні запамятовувальні пристрої (стр. 1 из 3)
Полтавський Військовий Інститут Зв’язку
Кафедра схемотехніки радіоелектронних систем
ОБЧИСЛЮВАЛЬНА ТЕХНІКА ТА МІКРОПРОЦЕСОРИ
напрям підготовки 0924 «Телекомунікації»
Оперативні запам’ятовувальні пристрої.
Полтава – 2006
Навчальна література.
1. Мікропроцесорна техніка: Підручник/ Ю.І. Якименко та інш. – К.: ІВЦ Політехніка; Кондор, 2004. с. 187-189, 217-235.
2. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехніка. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. с. 175-187, 221-245.
3. Мюллер, Скотт. Модернизация и ремонт ПК, 16-е изд. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. с. 487 – 558.
ВСТУП.
Запам'ятовуючі пристрої (ЗП) є важливою частиною мікропроцесорних систем (МПС). Вони призначені для запису, зберігання та читання, або тільки для зберігання та читання інформації поданої у вигляді двійкових кодових слів.
Розглянуті раніше регістри, побудовані на тригерах, використовуються для тимчасового зберігання та перетворення одного чи декількох кодових слів (наприклад, у надоперативній пам'яті мікропроцесора). Використання регістрів для зберігання великих масивів інформації виявилося занадто нераціональним через те, що при цьому ЗП стають громіздкими, а їх ціна надмірно збільшується. Це пояснює застосування у МПС запам'ятовуючих пристроїв, побудованих на інших принципах. Для зберігання великих обсягів інформації будують ЗП з використанням спеціальних мікросхем, у кожній з яких можуть знаходитись мільйони біт.
Дана лекція присвячена розгляду основних показників та класифікації ЗП, які застосовуються у МПС та вивченню принципів побудови та функціонування оперативних запам’ятовуючих пристроїв статичного та динамічного типів. Матеріал даного заняття важливий для розуміння принципів функціонування будь-якої МПС.
1. Класифікація запам’ятовувальних пристроїв.
У сучасній ПЕОМ машині пам'ять, поза всяких сумнівів, посідає друге за важливістю місце після процесору. Параметри оперативної пам'яті у значній мірі визначають ефективність виконання різноманітних задач. Підвищення технічних та експлуатаційних характеристик сучасних МПС (особливо їх можливостей що до розв'язання складних задач, які потребують обробки великих масивів інформації) перш за все пов'язано з підвищенням ємності та швидкодії ЗП. Адже не достатньо тільки мати потужну та швидкодіючу пам'ять; не менш важливим є створення "сприятливих умов" для максимального використання її потенційних можливостей.
Для пам’яті сучасних ПК характерний ієрархічний принцип побудови. Тобто, у складі підсистеми пам’яті повинні бути ЗП, яки виконують різні функції та побудовані на основі різних принципів, тому що вимоги до пристроїв пам’яті дуже суперечливі та не можуть бути виконані у єдиному пристрої.
За виконуваними функціямирозрізняють такі типи ЗП:
- оперативні запам'ятовуючі пристрої (ОЗП, RAM – RandomAccessMemory);
- постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗП, ROM – ReadOnlyMemory);
- зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ЗЗП) або накопичувачі інформації.
Оперативний запам'ятовуючий пристрій-- це пам'ять комп'ютера, призначена для зберігання даних, адрес та програм, які використовує комп'ютер в даний момент часу. У комп'ютері ОЗП використовують як для зберігання програм і даних користувача, так і для зберігання системних програм і даних, які забезпечують власне функціонування самої обчислювальної машини. Сукупність останніх отримала назву операційної системи.
Постійні запам'ятовуючі пристрої призначені для зберігання певної одноразово записаної до них інформації, яка має зберігатися навіть за умов знеструмлення комп'ютеру. Такою інформацією є базові системні дані і програми, потрібні для завантаження операційної системи та керування роботою зовнішніх пристроїв комп'ютеру. Таким чином, постійний запам'ятовуючий пристрій-- це пам'ять комп'ютера, призначена для зберігання службових програм і даних, які не можуть бути змінені у процесі його роботи.
Зовнішня пам'ятьможе розглядатися як архівна пам'ять, призначена для довготермінового зберігання великих масивів інформації.
Підсумовуючи вищесказане, взаємодію типів ЗП можна зобразити схемою, що подана на рис.1.
За способом доступом до інформаціїрозрізняють такі типи ЗП:
1. ЗП з довільним доступом до інформації;
2. ЗП з прямим доступом до інформації;
3. ЗП з послідовним доступом до інформації.
Довільний доступдо інформації передбачає можливість прямого безпосереднього звернення до будь-якої комірки пам'яті не залежно від місця її розташування у ЗП. Треба також зазначити, що при цьому час, потрібний для такого звернення теж не залежить від місця розташування відповідної комірки у масиві пам'яті.
Рис. 1. Ієрархічний принцип побудови пам’яті ЕОМ.
Прямий доступдо інформації передбачає можливість також прямого безпосереднього звернення до будь-якої масиву (кластера) пам'яті не залежно від місця її розташування у ЗП.
Але ж час, потрібний для такого звернення залежить від місця розташування відповідного кластера у масиві пам'яті.
Послідовний доступпередбачає можливість звернення до комірок пам'яті тільки у порядку черги, тобто для запису чи читання будь-якої комірки треба перш за все "перегорнути" усі попередні комірки.Таку систему звернення можна порівняти із способом отримання доступу до певного запису на магнітофонній касеті. Перш ніж отримати його, треба перемотати касету до потрібного місця. Звичайно у цьому випадку неминучі великі витрати часу, тому такий метод доцільно застосовувати лише для архівних пристроїв зберігання даних на магнітній стрічці, які отримали назву стримерів.
За типом носіїв інформації розрізняють: напівпровідникові, магнітні та оптичні ЗП.
Напівпровідникові ЗП, побудовані з використанням біполярних та МОН (Метал-Окис-Напівпровідник) - транзисторів, використовують для реалізації швидкодіючої оперативної пам'яті, до якої висуваються досить високі вимоги. Ці пристрої використовують властивість деяких електронних пристроїв необмежений час знаходитись у одному з двох стійких станів ("0" або "1") або зберігати певний електричний заряд, як ознаку запису у ЗП одного біту інформації. Постійні ЗП також напівпровідникові.
Магнітні ЗП використовують властивість тонких плівок, виготовлених з феросплаву на основі оксиду хрому, або кобальту (раніше використовувався оксид заліза) довгий час зберігати остаточну намагніченість після впливу на них магнітним полем. Невелика область магнітної поверхні (домен) під впливом магнітного поля впорядковує свої елементарні вектори намагнічування, що розглядається як запис одного біту інформації. До таких пристроїв найбільш важливою є велика інформаційна ємність та низька вартість зберігання одиниці інформації. Найбільшого розповсюдження набули накопичувачі на магнітних дисках (гнучких та жорстких) та магнітних стрічках.
Оптичні ЗП, або пристрої пам'яті на лазерних дисках використовують властивість фоточутливого шару, нанесеного на пластикову поверхню диску, змінювати колір або форму під впливом сильно сфокусованого лазерного променя. Наявність у цьому шарі, захищеному зверху шаром лаку, мікрозаглиблення або мікрокрапки іншого кольору після її експозиції променем лазеру, сприймається як запис одного біту інформації. У порівнянні з магнітними носіями інформації, лазерні диски є більш надійними і можуть зберігатися набагато довше.
Класифікація ЗП за способом доступу до інформації та типом носія зображена на рис.2.
Рис. 2. Класифікація пристроїв пам’яті за способом доступа до інформації та типом носія .
Основними показниками ЗП є:
1. Обсяг пам'яті пристрою, який характеризує його здатність зберігати велику кількість програм і даних.
2. Розрядність пам'яті, яка визначає діапазон чисел, розміщених у комірках. Найбільш розповсюджена на даний момент розрядність -- 64 та 128. Цей показник тісно пов'язаний з розрядністю шини даних процесору, адже саме по цій шині інформація з пам'яті надходитиме до нього на обробку.
3. Швидкодія пам'яті, яка характеризує витрати часу на занесення даних до неї (запис) та на отримання їх назад (читання). Діапазон цього показника досить широкий: від кількох мілісекунд для накопичувачів на жорстких дисках і до наносекунд для сучасних ОЗП.
4. Енергоспоживання та геометричні розміривизначають ефективність використання того чи іншого типу пам'яті у конкретному обчислювальному пристрої. Особливо гостро стоїть проблема зниження розмірів та споживаної електроенергії для портативних переносних комп'ютерів, які мають працювати у автономному режимі 4-5 годин.
Поняття про адресну організацію ЗП
Запам’ятовувальні пристрої з довільним зверненням найчастіше мають адресну організацію. Масив ЗП складається з комірок, кожна з яких зображує групу запам’ятовувальних елементів, які призначена для зберігання двійкового слова визначеної розрядності (наприклад, байт). Кожній комірці масиву пам’яті присвоєна адреса, яким є її двійковий порядковий номер (звичайно, починаючи з 0). Найбільш загальна структурна схема адресного ЗП зображена на рис. 3.
Рис. 3. Структурна схема адресного запам’ятовувального пристрою типу 2D.
Дана схема належить до так званої структури 2D. Основний недолік такої структури -- надмірне ускладнення дешифратора адреси при великої кількості адресованих комірок пам’яті. Спростити дешифратори адреси можна, використовуючи структуру 3D, яка зображена на рис.4.