Представить краткий обзор запоминающих устройств и особенности их применения

Правильный, чашечка и венчик свободные

В этом семействе растения содержат млечный сок,

В данном семействе многие лекарственные растения

содержат эфирные масла:

-Papaveraceae

+Lamiaceae

-Polygonaceae

-Ranunculaceae

а стебли и листья покрыты жесткими волосками:

-Ranunculaceae

+Papaveraceae

-Apiaceae

-Brassicaceae

101. Листья имеют дуговое жилкование у семейства:

+лилейные

-лютиковые

-яснотковые

-норичниковые

102. Чашечка опадает в начале цветения у семейства:

-Solanaceae

+Papaveraceae

-Ranunculaceae

-Lamiaceae

103. По цветку определить семейство: обоеполый,

по 4, тычинок 6, пестик 1,соцветие: кисть, метелка.

-Asteraceae

-Solanaceae

+Brassicaceae

-Liliaceae

104. Спорыш (горец птичий) относится к семейству:

-крапивные

+гречишные

-лютиковые

-астровые

105. Сорусы имеются у семейства:

-гречишные

+папоротниковые

-яснотковые

-маковые

106. Плод сухой - коробочка характерен для семейства:

-хвощевые

-ландышевые

+маковые

-злаковые

107. Сложный зонтик характерен для семейства:

-Asteraceae

+Apiaceae

-Fabaceae

-Solanaceae

108. Корзинка характерна для семейства:

-бобовые

-мятликовые

-сельдерейные

+астровые

109. К семейству пасленовых относится:

-чистотел

-хвощ

-ромашка

+белена

110. Определите растения из семейства злаковые:

-ландыш, купена

-ромашка, ноготки

-мята, шалфей

+кукуруза, овес

111. Календула относится к семейству:

-Polygonaceae

+Asteraceae

-Lamiaceae

-Poaceae

112. Жизненная форма-кустарник у растения:

-кукуруза

-пастушья сумка

-горицвет

+смородина

Эталон ответов для раздела 2:

54. Б 55. В 56. Б 57. Б 58. В 59. В 60. Б 61. В 62. А 63. А 64. Г 65. Б 66. Б 67. Г 68. Б

69. Б 70. Г 71. Г 72. В 73. Б 74. Б 75. А 76. Г 77. Б 78. В 79. А 80. Б 81. Г 82. А 83. В

84. Б 85. Г 86. Б 87. Г 88. Г 89. Г 90. Б 91. А 92. Б 93. Б 94. А 95. Г 96. Б 97. Б 98. Г

99. Б 100. Б 101. А 102. Б 103. В 104. Б 105. Б 106. В 107. Б 108. Г 109. Г 110. Г 111. Б 112. Г

Разработать:

а) масочное диодное ПЗУ;

б) программируемое диодное ПЗУ.

Требования к обоим типам ПЗУ: емкость памяти - 64 бита; длина слова - 1 байт;

- оба типа ПЗУ должны содержать один и тот же фрагмент программы;

- заданный фрагмент программы должен размещаться в адресном пространстве ØØh–Ø7/hпри D-чётном,

и в адресном пространстве

08h-0Fh при D-нечётном.

Описать особенности функционирования разработанных ПЗУ.

(В данном задании символ D означает день рождения студента, а М – номер месяца рождения).

Таблица 2.1 – Фрагмент программы

Адрес	Содержимое фрагмента программы
ØØh (Ø8h) Ø1h (Ø9h) Ø2h (ØАh) Ø3h (ØВh) Ø4h (ØСh) Ø5h (ØDh) Ø6h (ØEh) Ø7h (ØFh)	5D+2M D+M 2D+4M D 4D+M M 2D+M 3D+2M

При выполнении задания рекомендуется использовать указанные в пособии литературные источники. Краткую информацию по изучаемой теме можно получить непосредственно в самом методическом пособии. Здесь же приведены примеры выполнения аналогичных заданий.

Типы и характеристика устройств памяти

Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации. Отдельные устройства, входящие в эту совокупность, называют запоминающими устройствами ЗУ.

Основными операциями в памяти в общем случае являются занесение информации в память - запись, и выборка информации из памяти - считывание. Эти операции называются обращением к памяти, при котором производится считывание или запись байта, машинного слова или блока данных.

Важнейшими характеристиками отдельных устройств памяти являются ёмкость памяти и её быстродействие. Емкость памяти определяется количеством данных, которые могут в ней храниться. Емкость измеряется в битах и в машинных словах (полуслово - один байт, слово - два байта, двойное, четверное слово и так далее). При этом ёмкость памяти выражают через число К=2¹⁰ =1024 (килобит, килобайт). 1024 Кбайта=1Мбайт; 1024 Мбайт = 1 Гбайт.

Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции обращения, т.е. временем, затрачиваемым на поиск единицы информации в памяти и её считывание – t _{обр. счит.} или временем на поиск места в памяти для хранения данной единицы информации и на её запись в память - t _{обр. зап.}

В некоторых устройствах памяти считывание информации вызывает её разрушение. В таком случае цикл обращения должен содержать операцию восстановления считанной информации на прежнем месте в памяти.

Продолжительность цикла обращения к памяти измеряется величиной

По принципу действия устройства памяти подразделяются на оптические, полупроводниковые, магнитные с неподвижными и движущимися носителями.

Различают память с произвольным обращением (возможны считывание и запись данных) и память только для считывания информации (постоянную).

По способу организации доступа различают устройства памяти с произвольным, прямым (циклическим) и последовательным доступом.

В памяти с произвольным (непосредственным) доступом время доступа не зависит от места расположения элемента памяти. Цикл обращения в таких системах обычно составляет от сотен до единиц нс. Число разрядов, считываемых или записываемых в памяти с непосредственным доступом параллельно во времени за одну операцию обращения, называется шириной выборки.

В устройствах памяти с прямым доступом - накопителях на гибком (НГМД) и на жестком магнитном диске (НМД) используются компакт-диски. Благодаря непрерывному вращению носителя информации возможность обращения к некоторому участку носителя для считывания или записи циклически повторяется. Время доступа - от долей секунды до миллисекунд.

В памяти с последовательным доступом производится последовательный просмотр участков носителя информации, пока нужный участок не займёт некоторое нужное положение. Поэтому время доступа носителя самое большое.

2 Запоминающие устройства с произвольным и последовательным доступом

2.1 Принцип построения запоминающих устройств с произвольным доступом

Быстродействующая – основная память ЭВМ, как оперативная - ОЗУ, так и постоянная - ПЗУ организована в виде слов фиксированной длины и представлена на рисунке 2.1.

Р.2.2 Блок-схема оперативной памяти

Эта память делится на N слов, N - обычно некоторая степень 2, а каждому слову присваивается адрес в памяти. Каждое слово содержит одинаковое число битов, называемое длиной слова. Адрес памяти - последовательно возрастающие числа, начиная с 0 и заканчивая наибольшим адресом. По этим адресам ЭВМ считывает слово из любой ячейки памяти (ПЗУ) или считывает и записывает слово в любую ячейку памяти (ОЗУ).

На рис. 2.2 изображена блок-схема оперативной памяти. При записи ЭВМ помещает адрес ячейки, в которую должны быть записаны данные, в регистр адреса. Этот регистр состоит из п триггеров, поэтому адресуемая область составляет 2ⁿ ячеек памяти. Данные, подлежащие записи в память, помещаются в буферный регистр данных, разрядность которого соответствует разрядности памяти.

Для осуществления записи память получает команду «Писать» в виде сигнала 1 на линию ЗАПИСЬ. После этого память запоминает содержимое буферного регистра данных в ячейке, адрес которой указан в регистре адреса. Чтобы считать слово, адрес ячейки помещают в регистр адреса. Затем на линию «Чтение» подаётся команда «Читать» в виде сигнала «1». Память передаёт содержимое этой ячейки в буферный регистр данных.

Совокупность определённым образом соединённых элементов памяти ЭП образует запоминающую матрицу или запоминающий массив, где каждый ЭП хранит бит информации. Запоминающий массив имеет систему адресных и разрядных линий (проводников). Адресные линии используются для выделения по адресу совокупности запоминающих элементов, которым устанавливается режим считывания или записи. Выделение отдельных разрядов осуществляется разрядными линиями, по которым передаётся записываемая в ЭП или считываемая с него информация.

Адресные и разрядные линии носят общее название линий выборки. В зависимости от числа таких линий, соединённых с одним ЭП, различают ЗУ типа 2D с одномерной (линейной) адресацией, но двумерной выборкой, ЗУ типа 3D с двумерной адресацией, но трёхмерной выборкой. (D - первая буква английского слова - размерность). Имеется ряд модификаций, например, 2,5 D.

2.2 Организация памяти с линейной адресацией

Рассматриваемые модели памяти будут в некоторой мере идеализированы. В любой памяти обязательно должна быть базовая ячейка памяти. Выберем её в соответствии с рис.2.3. Тогда при подаче сигналов "Выборка (S) =1" и "Запись (W) =1" бит входных данных записывается в триггер Т, являющийся элементом базовой ячейки памяти. Считывание информации осуществляется с выходного элемента О (Оut) при подаче сигналов "Выборка (S) =1" и "Чтение (R) =1".

На рис.2.3 вход, указанный пунктиром, в данном разделе не учитывать. Поэтому изобразим базовую ячейку в виде, представленном на рис.2.4.

На основании такой базовой ячейки памяти организуем память с линейной выборкой. На рис.2.5 изображена четырёхадресная память с трёхразрядным словом.

В любой заданный момент времени регистр адреса выбирает ячейку памяти. Если на линию «Чтение» подаётся единичный потенциал, то содержимое трёх ячеек выбранного слова считывается с выходной линии Оut –О₁, О₂, О₃. О₄. Если на линию «Запись» подаётся единичный потенциал, то в память будут записаны данные значения с линий I₁, I₂, I₃.

Конъюнкторы (рис.2.3), подключённые к линиям «ВЫХОД» ячеек памяти, должны обладать способностью сохранять на выходе высокий потенциал, когда несколько выходных линий схем «И» соединены вместе. Тогда, если хотя бы на одном выходе имеется единичный потенциал, на линии будет «1», в противном случае - «0».

Такое соединение называют монтажным «ИЛИ». Такая память будет хранить данные в течение любого периода времени (при наличии напряжения питания) и может выполнять операции со скоростью, какую допускают логика и триггеры. Проблема заключается в сложности памяти. Базовая ячейка сложна, а при большой ёмкости памяти требуется большой дешифратор.

В регистр адреса записывается в двоичном коде номер ячейки, к которой необходимо обратиться. Для каждого кода, поступающего в регистр, будет выбрана выходная линия дешифратора с единичным потенциалом. На остальных линиях дешифратора будет «0», и не будут выбираться конъюнкторы (схемы «И»), находящиеся на входах и выходах триггеров (см. рис. 2.3) в этих горизонтальных рядах (строках).

Каждая строка из трёх ячеек памяти составляет трёхразрядное слово.

2.3 Организация памяти с двумерной адресацией

В качестве базовой выберем ячейку памяти (рис.2.3), к которой добавлен ещё один вход «Выборка 2» (показан пунктиром). Теперь для выбора триггера на оба входа «Выборка» и «Выборка 2» должны быть поданы «1». Для упрощения структуры дешифратора он разбивается на две части - дешифратор X и дешифратор У. Тогда общее количество элементов в обоих дешифраторах будет во много раз меньше, чем для единого дешифратора при линейной адресации. Структурная схема ОЗУ с двумерной адресацией изображена на рис.2.б.

Дешифратор X иногда называют дешифратором строки, дешифратор Y-столбца.

Модернизированная базовая ячейка будет иметь вид, представленный на рис.2.7.

Пусть массив элементов памяти ЭП - 16 однобитовых слов (см. рис.2.8.). Тогда адресация должна осуществляться с помощью четырёхразрядного регистра, принимающего 16 состояний. После разбивки регистра на две части регистр X и регистр У будут иметь по 2 разряда, а дешифраторы (ВС) X и У будут дешифровать по 4 состояния каждого регистра.

Все выходы XV ячеек должны быть присоединены к шине «ЗАПИСЬ». Все входы I ячеек должны быть присоединены к шине «Вход» (шина показана пунктиром).

Пусть в регистре адреса записан адрес 0111.

Это означает, что код 01 записан в регистре X, а код 11 - в регистре У. Это приводит к выбору второй строки в DС «X» и крайнего правого столбца в DС «У». В результате только у ячейки (триггера) на пересечении второй строки и крайнего правого столбца будут активизированы обе её линии «ВЫБОРКА» и логика «И» (см. рис 2.3). В результате только эта ячейка будет выбрана, и только в этот триггер можно произвести запись или осуществить считывание из него.

2.4 Статическая оперативная память на биполярных и МОП-транзисторах

Имеется несколько основных видов памяти, выполняемых на интегральных схемах:

- биполярные запоминающие устройства (ЗУ). Это быстродействующие, но довольно дорогие ЗУ с триггерами, изготовленными с использованием стандартных транзисторов с р-п переходами;

- статические ЗУ на МОП-транзисторах. В триггерных схемах этих устройств используются полевые МОП-транзисторы. Они имеют меньшее быстродействие, чем биполярные, но дешевле, расходуют меньше энергии и обладают высокой плотностью упаковки;

- ЗУ на комплиментарных МОП-транзисторах (КМОП). В КМОП-транзисторах используются р- и n-канальные транзисторы на одной и той же подложке. Поэтому технология изготовления усложняется. Быстродействие их выше, чем у р- или n -канальных МОП-транзисторов, но и стоимость выше;

- ЗУ на сапфиро-силиконовых элементах. Эти ЗУ подобны КМОП, выполнены на изолирующей подложке из сапфира. Это уменьшает ёмкость устройств (плотность упаковки) и увеличивает быстродействие. Эта память - самая дорогая;

- ЗУ на интегральной инжекционной логике (И²Л). На схемах И²Л отсутствуют резисторы нагрузки источника тока, имеющиеся в схемах ТТЛ-типа. Это сокращает расходы электроэнергии и увеличивает плотность упаковки по сравнению с биполярными ЗУ. В них сочетается быстродействие биполярных ЗУ с плотностью упаковки ЗУ на МОП- транзисторах. Это - ЗУ средней стоимости.

2.5 Динамические запоминающие устройства;

В качестве основы для динамической системы памяти обычно используются МОП - ячейки. В динамических ЗУ двоичные коды хранятся на «запоминающих емкостях», в качестве которых используются межэлектродные ёмкости МОП-транзисторов. Отсутствие так называемого объемного заряда на запоминающей ёмкости означает состояние «0», а наличие - «1». В таком случае считываемая информация состоит в определении, заряжены или нет "запоминающие ёмкости".

Запоминающая ёмкость может неопределённо долго сохранять состояние «0» (заряд отсутствует). Состояние «1» хранится ограниченное время из-за утечки заряда.

Поэтому в рассматриваемых ЗУ необходимо периодически, через каждые (8 - 64) миллисекунд, производить восстановление хранимой информации. Операция динамического восстановления информации называется регенерацией или рефрешем.

Запоминающей ёмкостью является межэлектродная ёмкость с затвора МОП - транзистора.

На рис 2.13 изображена простейшая запоминающая ячейка с одним переключающим МОП - транзистором и конденсатором С, выполняющим функцию запоминающего элемента.

Линия «Выборка строки» выполняет те же функции, что и в других ЗУ -выбор ячейки производится подачей на эту линию высокого потенциала. Линия данных используется для считывания из ячейки. Ячейки компонуются в двумерный массив с усилителями считывания, подключёнными к каждой линии данных.

Когда линия «Выборка» приводит строку в разрешённое состояние, все транзисторы в этой строке переходят в проводящее состояние. Открытые транзисторы переносят любой заряд с конденсатора С на линию данных, производя считывание с разрушением. Усилитель столбца усиливает зафиксированный уровень до логической «1» (или выдаёт «0», если нет заряда).

Для записи информации в ячейку на линию данных подаётся высокое (1) или низкое (0) напряжение, а затем повышается напряжение на линии "Выборка строки". При этом конденсатор (межэлектродная емкость) получает единичный или нулевой заряд.

Несмотря на необходимость регенерации, эти схемы очень широко используются в устройствах памяти благодаря простоте, дешевизне, высокой плотности упаковки.

2.6 Постоянные запоминающие устройства

Постоянное запоминающее устройство - очень важная составная часть любой микропроцессорной системы. ПЗУ в рабочем режиме допускает только считывание хранимой информации. По сравнению с ЗУ с произвольным обращением, конструкция ПЗУ значительно проще, быстродействие и надёжность, выше, а стоимость ниже.

ПЗУ широко используются для хранения неизменяемой (или редко изменяемой) информации - системного программного обеспечения (ВIOS), таблиц - например знакогенераторов графических адаптеров, программ, предназначенных для решения определённого набора задач, для которых имеется отработанные алгоритмы. Примерами могут служить бортовые ЭВМ самолётов, ракет и космических кораблей, а также вычислительные комплексы, управляющие технологическими процессами.

В зависимости от типа запоминающих элементов различают резисторные, ёмкостные, индуктивные, полупроводниковые и другие ПЗУ. Наиболее распространенным типом являются полупроводниковые интегральные ПЗУ.

Полупроводниковые ПЗУ являются энергонезависимыми и имеют большую ёмкость на одном кристалле.

Запоминающий массив образуется системой взаимно перпендикулярных линий, в пересечении которых устанавливаются запоминающие элементы (ЗЭ). По типу ЗЭ, устанавливающих или разрывающих связь (контакт) между горизонтальными и вертикальными линиями, различают диодные, биполярные и МОП-схемы ПЗУ.

Существуют четыре типа ПЗУ различного назначения.

Постоянные запоминающие устройства с масочным программированием - это устройства, в которых информация записана раз и навсегда в процессе изготовления полупроводниковых БИС. Запись производится путём металлизации промежутков, позволяющих соединить через диоды (или через МОП-транзисторы) соответствующие линии строк и столбцов (рис.2.1). Это делается с помощью маскирующих фотошаблонов. Они задают участки металлизации, которые требуются для кодирования той или иной информации. Этим способом изготавливают ПЗУ для микропрограмм, для преобразования двоичного кода в коды символов (русских, украинских и латинских букв, цифр).

Масочное диодное ПЗУ, изображенное на рисунке 2.14, содержит фрагмент программы ёмкостью четыре байта, который расположен в адресном пространстве ØØh –Ø3h. Схема состоит из дешифратора, имеющего адресные входы и прямые выходы, а также систему адресных и разрядных линий.

Количество n адресных входов дешифратора определяется размерами адресного пространства и определяет число выходов дешифратора, равное 2ⁿ. Так, например, для адресации ячеек памяти, расположенных в адресном пространстве ØØh÷Ø7h, достаточно трёх адресных входов АØ - А2. При выходе за это пространство количество адресных входов увеличивается.

В зависимости от кода, поданного на адресные входы, на одной из адресных линий появляется единичный (высокий) потенциал. На всех остальных линиях в этот момент будет низкий потенциал. Этот высокий потенциал через открытые диоды по цепи анод - катод и участки металлизации поступает на разрядные линии и далее - на усилители считывания.

Таким образом, формируется соответствующий код команды или символа.

В задании 2 фрагмент программы задан в десятичной системе счисления. Для реализации ПЗУ его необходимо преобразовать в двоичную систему счисления, а затем записать в шестнадцатеричной системе счисления.

В настоящее время большая часть ПЗУ изготавливается с использованием МОП-технологии. Если затвор МОП-транзистора подсоединён к выбранной строке, то транзистор открывается и шунтирует напряжение уровня «1» на «землю». Поэтому на соответствующей разрядной линии формируется сигнал «0». Если затвор МОП-транзистора к выбранной строке не подсоединён, то транзистор не открывается, и на выходе данного разряда ПЗУ сигнал имеет значение, равное «1».

Кроме масочных ПЗУ используются также ПЗУ, программируемые пользователем (ППЗУ). Они отличаются тем, что при их изготовлении все диоды соединяются с соответствующими столбцами с помощью плавких перемычек, как показано на рис. 2,11.

Программирование такого ППЗУ заключается в том, что на него последовательно подаются адреса слов, а импульсами тока разрушаются перемычки в тех местах, где они не нужны.

В результате получается структура памяти, изображённая на рисунке 2.16. Здесь ППЗУ содержит фрагмент памяти, который располагается в адресном пространстве ØСh÷ØFh и который состоит из четырёх байтов.

Дешифратор с инверсными выходами подаёт сигнал «0» на выбранную строку. На тех выходных вертикальных линиях, на которых сохранены диодные связи с выбранной горизонтальной линией, формируются сигналы логического «0», на остальных - логической «1».

При проектировании ППЗУ можно руководствоваться теми же рекомендациями, что и в предыдущем случае.

Третьим типом ПЗУ являются перепрограммируемые ПЗУ (РППЗУ). Они позволяют производить запись и стирание информации. Организация РППЗУ отличается от организаций ППЗУ тем, что между линиями строк и столбцов установлены не диоды с плавными перемычками, а специальные МОП-транзисторы с изолированным затвором. После изготовления все МОП-транзисторы обладают очень большим сопротивлением (т.е. закрыты). Подачей импульса большой амплитуды МОП-транзистор переводится в проводящее состояние, которое он может сохранять более 10 лет.

Для возвращения МОП-транзисторов в исходное (закрытое) состояние их надо подвергнуть длительному воздействию ультрафиолетовых лучей. Групповое облучение всех МОП-транзисторов производится на специальных установках в течение 10-30 мин. через прозрачное окно в корпусе микросхемы. После этого схема РППЗУ оказывается в исходном состоянии, и её можно снова программировать.

Широкое распространение получил четвёртый тип ПЗУ - электрически изменяемое постоянное запоминающее устройство (ЭИПЗУ). В таких схемах после программирования можно вернуть в исходное состояние электрическим сигналом любой отдельно взятый МОП-транзистор. ЭИПЗУ энергонезависимы, однако они не обеспечивают долговременного хранения информации. Кроме того, они имеют наибольшую стоимость и наименьшую плотность размещения информации. Для стирания, записи и чтения данных в них требуется разное напряжение.

В последние годы появился новый тип электрически изменяемого ПЗУ -ФЛЕШ-память. Ячейка такой памяти содержит, подобно ячейке EEPRОМ, транзистор, управляемый "захваченным" зарядом.

Однако технологии флеш-памяти и EEPRОМ, несмотря на большое сходство, существенно различаются. Память EEPRОМ М позволяет считывать и записывать содержимое одной ячейки. Флеш-память дает возможность считывать ячейки по одной, а записывать только блоками. Перед записью исходное содержимое блока ячеек стирается. Флеш-память имеет большую плотность ячеек, а, следовательно, большую емкость и меньшую стоимость в пересчете на бит. Для нее достаточно напряжения питания одного уровня,,и к тому же она более экономична.

Благодаря своей экономичности флэш-память удобна для использования в портативных системах, работающих на батареях. Она применяется в портативных компьютерах, сотовых телефонах, цифровых видеокамерах и плеерах.

В случае применения в портативных компьютерах и сотовых телефонах флеш-память содержит программное обеспечение, заменяя собой дисковые устройства. В цифровых камерах она используется для хранения изображений, а в плеерах - для хранения звука.

Флеш-память используется в виде больших модулей, состоящих из множества микросхем. Существуют две популярные разновидности таких модулей: флеш-карты и более крупные модули - флеш-диски.

Дата добавления: 2015-04-25