Вопрос 14. Основные характеристики запоминающих устройств

В структурном отношении запоминающее устройство (ЗУ) – множество ячеек памяти. Ячейка памяти – это фиксированная совокупность элементов памяти или запоминающих элементов (ЗЭ), обращение к которым при записи и чтении информации производится одновременно. Запоминающий элемент является элементарным структурным компонентом памяти, находящимся на самом низком уровне, который может находиться в одном из двух состояний, кодируемых двоичной цифрой 0 или 1. В ячейке памяти хранится единица информации, называемая словом памяти. Разрядность слова памяти равна количеству ЗЭ, которые образуют ячейку памяти, и в общем случае не совпадает с разрядностью машинного слова процессора.

Запоминающие устройства имеют ряд показателей качества, характеризующих их информационные и временные свойства. Основными из этих характеристик являются:

· информационная емкость или просто емкость;

· метод доступа;

· быстродействие.

Емкость (объем) ЗУ определяется максимальным количеством информации, которое одновременно может в нем храниться, и выражается в количестве слов определенной разрядности – битов, байтов или n -разрядных слов. Так как эта емкость может быть достаточно велика, то обычно используют более крупные единицы, образованные присоединением приставок К (кило), М (мега), Г (гига) или Т (тера) к перечисленным выше единицам. При этом надо учитывать, что в системах передачи и обработки информации эти приставки равны:

1К = 2¹⁰ = 1024;

1М = 2²⁰ = 1 048 676;

1Г = 2³⁰ = 1 073 741 824;

1Т = 2⁴⁰ = 1 099 511 627 776.

Различают 4 основных метода доступа.

1. Последовательный доступ. ЗУ с последовательным доступом ориентированы на хранение информации в виде последовательности блоков данных, называемых записями. Для доступа к нужному элементу необходимо прочитать все предшествующие ему данные. Время доступа зависит от положения требуемой записи в последовательности записей на носителе информации и позиции элемента внутри данной записи. Примером может служить ЗУ на МЛ.

2. Прямой доступ. Каждая запись имеет уникальный адрес, отражающий ее физическое размещение на носителе информации. Обращение осуществляется как адресный доступ к началу записи, с последующим последовательным доступом к элементу данных внутри записи. Примером может служить ЗУ на МД.

3. Произвольный доступ. Каждая ячейка памяти имеет уникальный физический адрес. Обращение к любой ячейке занимает одно и то же время и может производиться в произвольно очередности.

4. Ассоциативный доступ. Этот вид доступа позволяет выполнять поиск ячеек, содержащих такую информацию, в которой значение отдельных битов совпадает с состоянием одноименных битов в заданном образце. Сравнение осуществляется параллельно для всех ячеек памяти, независимо от ее емкости. Примером может быть кэш-память.

Быстродействие памяти оценивается с помощью ряда временных характеристик, из которых основными являются 3 параметра: время обращения, время цикла обращения (период обращения) и скорость передачи.

1. Время обращения к ЗУ при записи и чтении определяется следующим образом

;

,

где

· – время доступа. Время доступа – временной интервал, определяемый от момента начала операции обращения (процессор выставил на адресной шине адрес требуемой ячейки памяти) до момента, когда становится возможным осуществление связи с адресуемой ячейкой памяти по шине данных. Как правило, время доступа при записи и чтении одинаково;

· – время записи. Время записи – интервал времени от момента подачи информационных сигналов и сигнала, управляющего записью информации, до момента изменения состояния ЗЭ, образующих адресуемую ячейку памяти. Минимальная величина этого интервала определяется физическими свойствами элементов памяти, так как момент изменения состояния ЗЭ фиксируется с учетом завершения всех переходных процессов в электронных схемах ЗУ;

· – время считывания. Время считывания – продолжительность самого физического процесса считывания информации, т.е. процесса обнаружения и фиксации состояния ЗЭ, образующих адресуемую ячейку памяти.

Практически для большинства ЗУ .

2. В некоторых типах ЗУ перед записью в заданную ячейку памяти необходимо стереть в ней ранее записанную информацию, а при считывании слова из заданной ячейки памяти информация разрушается и ее необходимо восстанавливать (регенерировать).

Время цикла обращения к памяти (или просто цикла памяти) определяется как минимальный интервал времени между двумя последовательными обращениями к ЗУ, т.е. цикл чтения и цикл записи определяются как время с момента выдачи процессором адреса требуемой ячейки памяти и сигнала на чтение или запись до момента, когда заканчиваются все действия, связанные с выполняемой операцией, и память готова реализовать следующую операцию:

,

где – время подготовки, расходуемое на приведение в исходное состояние ЗЭ;

,

где – время, затрачиваемое на регенерацию разрушенной при считывании информации;

.

3. Скорость передачи – это скорость, с которой данные могут передаваться в память или из нее. Для памяти с произвольным доступом она равна . Для других видов памяти скорость передачи определяется соотношением:

,

где – среднее время считывания или записи битов, – среднее время обращения, – скорость пересылки в битах в секунду.

Другими важными характеристиками ЗУ являются:

· потребляемая мощность;

· стоимость 1 бита;

· надежность.

Вопрос 15. Классификация устройств памяти

1. По месту расположения (способу обращения процессора) ЗУ разделяются на

· процессорные;

· внутренние;

· внешние.

Наиболее скоростные виды памяти – регистры и кэш-память первого уровня – входят в состав процессора. К внутренней памяти относят основную память, а также кэш-память второго и последующих уровней. Медленные ЗУ большой емкости – магнитные и оптические диски, магнитные ленты – называют внешней памятью, поскольку к микропроцессорной системе они подключаются аналогично устройствам ввода/вывода и доступ к ним процессора осуществляется через основную память.

2. По физическим принципам работы выделяют 3 типа ЗУ

· полупроводниковая память.

Полупроводниковая память разделяется на 2 типа:

динамическая память, в которой используются запоминающие элементы с накоплением электрических зарядов. Данные хранятся в виде зарядов конденсаторов, образуемых элементами МОП-структур. Динамические ЗУ характеризуются наибольшей информационной емкостью и невысокой стоимостью, поэтому именно они используются как основная память микпроцессорных систем. Динамические ЗУ подразделяются на 3 типа: стандартные, квазистатические и повышенного быстродействия (например, FPM, EDORAM, SDRAM, DDR);

статическая память, в которой используются запоминающие элементы на основе активных приборов – триггеры. Статические ЗУ разделяются на асинхронные, тактируемые и синхронные (конвейерные). В асинхронных ЗУ сигналы управления могут задаваться как импульсами, так и уровнями. В тактируемых ЗУ некоторые сигналы обязательно должны быть импульсными. Например, сигнал разрешения работы в каждом цикле обращения к памяти должен переходить из пассивного состояния в активное, т.е. должен формироваться фронт этого сигнала в каждом цикле. В синхронных (конвейерных) ЗУ организован конвейрный тракт передачи данных, синхронизируемый от тактовой частоты процессора, что дает повышение темпа передачи данных. Статические ЗУ в несколько раз дороже динамических и приблизительно во столько же раз меньше по информационной емкости. Их достоинством является высокое быстродействие, а типичной областью использования – схемы кэщ-памяти.

· память с магнитными носителями информации – ЗУ на магнитных дисках или лентах, ЗУ на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД).

· оптические ЗУ (оптические диски).

3. В зависимости от методов размещения и поиска информации (способа доступа к данным) память разделяют на 2 класса

· адресная;

· безадресная.

Адресная память. Размещение и поиск информации основан на использовании адреса. Адрес – номер ячейки памяти.

По способу доступа к ячейкам памяти адресная память подразделяется на 2 типа:

· ЗУ с произвольным (непосредственным) доступом (выборкой);

· ЗУ с последовательным доступом (выборкой).

Безадресная память. Размещение и поиск информации производится не по адресу, а по некоторому признаку, содержащемуся в самой информации, либо на основе положение слова в запоминающем массиве относительно других хранящихся там слов.

По способу доступа к ячейкам памяти безадресная память подразделяется на 2 типа:

· ассоциативная;

· стековая.

4. По характеру работы с памятью ЗУ разделяются на

· ЗУ, допускающие многократную запись и считывание (например, ОЗУ). ОЗУ хранят данные, участвующие в обмене при исполнении текущее программы, которые могут быть изменены в произвольный момент времени;

· ЗУ, допускающие только считывание после однократной записи (например, ПЗУ). В ПЗУ содержимое либо вообще не изменяется, либо изменяется редко и в специальном режиме. Для рабочего режима это память только для чтения.

5. По характеру хранения (в зависимости от источника питания) выделяют 2 типа ЗУ

· энергозависимая память. Содержимое элементов памяти теряется при выключении источника питания – ОЗУ, ЗУ на ПЗС;

· энергонезависимая память. Элементы памяти сохраняют содержимое независимо от состояния источника питания – магнитные и оптические ЗУ, ПЗУ.

Дата добавления: 2014-01-13