Виды памяти. Модуль 4. Цифровые запоминающие устройства

ТЕМА 14. Основные сведения. Основные структуры ЗУ

Модуль 4. Цифровые запоминающие устройства. Устройства сопряжения аналоговых и цифровых схем.

Память компьютера – совокупность устройств для хранения информации. Вся память компьютера делиться на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя делиться на оперативную, постоянную и кэш – память, а внешняя на жёсткие диски, гибкие диски, cd и dvd диски и магнитные ленты.

Основная память предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с другими блоками компьютера. Делится на постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

1. ПЗУ (ROM) служит для хранения неизменяемой программной и справочной информации. Постоянная память хранит в себе системные файлы, которые необходимы для загрузки операционной системы, проверки устройств компьютера, а так же файлы BIOS. Такая память называется ROM – (read only memory), Просмотр этой памяти невозможен так как эта память постоянная. Бывает два вида: однократно программируемые и многократно программирумая.

2. ОЗУ (Оперативная память) - это обязательная составная часть компьютера, предназначенная для хранения переменной информации и допускающая изменение своего содер­жимого в ходе выполнения процессором операций по обработке информации. Вся информация, вводимая в ЭВМ и возника­ющая в ходе ее работы, хранится в этой памяти. ОП представляет собой совокупность ячеек, разделенных на раз­ряды для хранения в каждом бите инфор­мации. В любую ячейку памяти может быть записан некоторый набор нулей и единиц, образующий машинное слово - фиксированную, упорядоченную последо­вательность битов, рассматриваемую ап­паратной частью компьютера как единое целое. Машинное слово может быть раз­личной длины в зависимости от типа ЭВМ и определяет наиболь­шее число, которое может удерживаться в ячейке памяти. При байтовой архитектуре минимальной единицей измерения ин­формации является байт, а машинное сло­во (команда процессора) может равняться 2, 4 или 8 байтам. Следовательно, можно говорить об объеме памяти компьютера, измерять его в кило­байтах, мегабайтах, гигабайтах в соответ­ствии с количеством байтовых ячеек как дискретных структурных единиц памяти.

Помимо дискретности структуры свойством оперативной памяти является ее адресуемость. Все ячейки памяти про­нумерованы, номер ячейки - это ее адрес. Он позволяет отличать ячейки друг от дру­га, обращаться к любой ячейке, чтобы за­писать в нее новую информацию вместо старой или воспользоваться уже храня­щейся в ячейке, для выпол­нения каких-то действий с ней. При таком считывании хранящееся в ячейке слово не изменяется. В оперативной памяти в виде последовательности машинных слов хранятся как данные, так и программы. Поскольку в любой момент времени доступ может осу­ществляться к произвольно выбранной ячейке, то этот вид памяти также называют памятью с произвольной выборкой - RAM (Random Access Memory).

Из микросхем памяти (RAM - Random Access Memory, память с произвольным доступом) используется два основных типа: статическая (SRAM - Static RAM) и динамическая (DRAM - Dynamic RAM).

В статической памяти элементы (ячейки) построены на различных вариантах триггеров - схем с двумя устойчивыми состояниями. После записи бита в такую ячейку она может пребывать в этом состоянии сколь угодно долго - необходимо только наличие питания. При обращении к микросхеме статической памяти на нее подается полный адрес, который при помощи внутреннего дешифратора преобразуется в сигналы выборки конкретных ячеек. Ячейки статической памяти имеют малое время срабатывания (единицы-десятки наносекунд), однако микросхемы на их основе имеют низкую удельную плотность данных (порядка единиц Мбит на корпус) и высокое энергопотребление. Поэтому статическая память используется в основном в качестве буферной (кэш -память).

В динамической памяти ячейки построены на основе областей с накоплением зарядов, занимающих гораздо меньшую площадь, нежели триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении. При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, который сохраняется в течение нескольких миллисекунд; для постоянного сохранения заряда ячейки необходимо регенерировать - перезаписывать содержимое для восстановления зарядов. Ячейки микросхем динамической памяти организованы в виде прямоугольной (обычно - квадратной) матрицы; при обращении к микросхеме на ее входы вначале подается адрес строки матрицы, сопровождаемый сигналом RAS (Row Address Strobe - строб адреса строки), затем, через некоторое время - адрес столбца, сопровождаемый сигналом CAS (Column Address Strobe - строб адреса столбца). При каждом обращении к ячейке регенерируют все ячейки выбранной строки, поэтому для полной регенерации матрицы достаточно перебрать адреса строк. Ячейки динамической памяти имеют большее время срабатывания (десятки-сотни наносекунд), но большую удельную плотность (порядка десятков Мбит на корпус) и меньшее энергопотребление. Динамическая память используется в качестве основной.

Обычные виды SRAM и DRAM называют также асинхронными - потому, что установка адреса, подача управляющих сигналов и чтение-запись данных могут выполняться в произвольные моменты времени - необходимо только соблюдение временных соотношений между этими сигналами. В эти временные соотношения включены так называемые охранные интервалы, необходимые для стабилизации сигналов, которые не позволяют достичь теоретически возможного быстродействия памяти. Существуют также синхронные виды памяти, получающие внешний синхросигнал, к импульсам которого жестко привязаны моменты подачи адресов и обмена данными; помимо экономии времени на охранных интервалах, они позволяют более полно использовать внутреннюю конвейеризацию и блочный доступ.

FРM DRAM (Fast Рage Mode DRAM - динамическая память с быстрым страничным доступом) активно используется в последние несколько лет. Память со страничным доступом отличается от обычной динамической памяти тем, что после выбора строки матрицы и удержанием RAS допускает многократную установку адреса столбца, а также быструю регенерацию по схеме «CAS прежде RAS». Первое позволяет ускорить блочные передачи, когда весь блок данных или его часть находятся внутри одной строки матрицы, называемой в этой системе страницей, а второе - снизить накладные расходы на регенерацию памяти.

EDO (Extended Data Out - расширенное время удержания данных на выходе) фактически представляют собой обычные микросхемы FPM, 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 % по сравнению с 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 не одиночными, а пакетными циклами чтения/записи. Современные 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 (FРM/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.

РВ SRAM (Pipelined Burst SRAM - статическая память с блочным конвейерным доступом) - разновидность синхронных SRAM с внутренней конвейеризацией, за счет которой примерно вдвое повышается скорость обмена блоками данных.

Алгоритм работы оперативной памяти:

1. Включение компьютера загрузка файлов BIOS.

2. Загрузка файлов системы

3. Обработка программ, которые открывает пользователь

После выключения компьютера оперативная очищается. Является связкой между винчестером и процессором.

Дата добавления: 2014-01-07