Физическая и логическая организация системной памяти

1.2. Види запам’ятовуючих пристроїв ЕОМ ІV покоління.

Запам’ятовуючим пристроєм називаються технічні засоби, призначені для запису, зберігання і видачі інформації в двійковому коді. Основними параметрами запам’ятовуючих пристроїв є інформаційна ємність і швидкодія.

Під інформаційною ємністю розуміють максимальну кількість машинних слів або двійкових розрядів, яка одночасно може зберігатись в запам’ятовуючому пристрої.

Швидкодія – це час, необхідний для здійснення одного циклу обміну з пам’ятю (запис або читання).

За призначенням запам’ятовуючі пристрої розділяються на такі види:

надоперативні ЗП (НОЗП);

оперативні ЗП (ОЗП);

постійні ЗП (ПЗП);

Всі вище перелічені типи відносяться до так званих внутрішніх запам’ятовуючих пристроїв.

зовнішні ЗП (ЗЗП).

Як правило, перші три типи запам’ятовуючих пристроів є напівпровідниковими, і виконані у вигляді кристалів або корпусів інтегральних схем, і входять до складу материнської плати ПК.

НОЗП призначені для короткочасного зберігання операндів та проміжних результатів обчислень, а також команд, які виконуються в даний момент часу. Як правило, НОЗП являють собою запам’ятовуючі комірки, вбудовані в сам процесор: регістри загального призначення, кеш L1. (Level 1).

Проміжне положення між НОЗП і ОЗП займає кеш L2, який являє собою надшвидкодіючу пам’ять – зовнішню по відношенню до CPU, яка за своїми параметрами ближче до вбудованого кеша L1.

Для забезпечення високої швидкості НОЗП, вони будуються на статичних інтегральних схемах пам’яті, в яких кожна комірка являє собою тригер і тому, операція запису чи читання з такою коміркою можлива в будь-який момент часу.

ОЗП служить для зберігання команд і даних для вирішення певної задачі. З ОЗП в пристрій управління надходять коди операцій, а в регістри арифметично-логічного пристрою (АЛП) операнди, над якими виконуються команди обробки. В зворотньому напрямку від CPU до ОЗП надходять кінцеві і проміжні результати обчислень.

ПЗП призначено тільки для зберігання і зчитування інформації, тому таку пам’ять часто називають ROM – Read Only Memory. Вона призначена для зберігання програм і даних, які є незмінними за весь час життя системи.

На відміну від ОЗП ПЗП виконується енергонезалежним, тобто інформація в ньому зберігається і під час вимкнення живлення.

ЗЗП призначені для довгострокового зберігання великих об’ємів інформації. Використання цієї інформації можливе тільки після того, як вона буде зчитана в ОЗП.

В деяких цифрових пристроях обробки інформації знайшли використання запам’ятовуючі пристрої на приладах із зарядовим зв’язком і пам’ять на циліндричних магнітних доменах. По своїх параметрах і властивостях вони займають проміжне місце між напівпровідниковими ЗП і ЗЗП.

Класифікація напівпровідникових запам’ятовуючих пристроїв наведена на малюнку 1.

Рис 1. Класифікація ЗП ЕОМ.

1.програмовані масками;

2.електрично програмовані;

3.електрично прграмовані з ультрафіолетовим стиранням;

4.електрично перепрограмовані.

Статичні ОЗП. Оскільки статичні ОЗП реалізовані на тригерах, то для зберігання одного біта інформації вимагається 6-8 транзисторів в кристалі інтегральної схеми (ІС). Тому питома коштовність статичних ОЗП є відносно великою при досить великій швидкодії. Статичні ОЗП використовуються для побудови швидкодіючої пам’яті відносно невеликого об’єму (кеш).

Динамічні ОЗП являють собою матрицю комірок, кожна з яких побудована на конденсаторі з власним однотранзисторним підсилювачем регенерації. Інформація в динамічних ОЗП зберігається у вигляді заряду конденсатора. При цьому, оскільки, напівпровідниковий конденсатор має невелике “стікання” заряду внаслідок неідеальності ізоляції між обкладинками, то через деякий час необхідно відновлювати заряд конденсатора. Ця процедура називається регенерацією пам’яті, і, як правило, цикл регенерації становить 2мс. Оскільки під час регенерації звертаня до пам’яті неможливе, то швидкодія динамічної пам’яті значно менша ніж статичної. Основною перевагою динамічних ОЗП є висока інформаційна ємність і мала питома коштовність збереження одного біта інформації. Динамічні ОЗП являються основою для побудови основної пам’яті в мікропроцесорних системах.

ПЗП класифікуються по принципу запису в них інформації:

1. Масочно програмовані ПЗП – це такі ПЗП, інформація в які записується на заводі-виробнику шляхом напилення тонких шарів напівпровідника через спеціальні шаблони-маски. Тому інформація в таких ПЗП зберігається на весь час життя ІС, і не може бути змінена споживачем.

2. Електрично програмовані ПЗП однократно програмуються користувачем електричним способом – шляхом електричного перепалювання внутрішніх перемичок в кристалі ІС. Після програмування відновлення перепалених перемичок неможливе.

3. Програмування електрично перепрограмованих ПЗП з ультрафіолетовим витиранням здійснюється шляхом лавинного пробою p-n переходів на поверхні кристалу ІС. В разі потреби інформація може бути витерта шляхом опромінення поверхні кристалу ультрафіолетом. При цьому пробиті p-n переходи відновлюються, і в запам’ятовуючу матрицю можна записувати іншу інформацію. Основним недоліком таких ІС ПЗП є відсутність селективного витирання інформації. Даного недоліку позбавлений наступний вид ІС ПЗП.

4. Багатократно електрично перепрограмовані ПЗП мають таку властивість: при одних керуючих напругах інформація на кристал записується, при інших – витирається, причому у вказаній адрасними лініями комірці. Тобто люба комірка може бути перепрограмована.

За структурою внутрішньої будови ІС запам’ятовуючі пристрої розділяються на:

матричного типу або з матричною організацією, при якій кожний двійковий розряд адресується індивідуально, шляхом вказання номера стовпчика і номера рядка матриці;

із словарною організацією, при якій однією адресою вибирається не один біт, а ціле матричне слово.