Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Оперативное запоминающее устройство




Студент должен

Знать:

• Назначение, принцип работы ОЗУ, его параметры;

• Различия микросхем статического и динамического ОЗУ.

Уметь:

• По заданным параметрам выбрать по справочнику микросхему ОЗУ

Общие сведения

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. ОЗУ представляет собой совокупность ячеек, разделенных на разряды для хранения в каждом бите информации. В любую ячейку памяти может быть записан 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);

· 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 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.

В ОЗУ предусматриваются три режима работы:

· Режим хранения при отсутствии обращения к ЗУ;

· Режим чтения хранимых слов;

· Режим записи новых слов.

ОЗУ является энергозависимым устройством т.к. при отключении питания информация разрушается.

8.2.2. Структуры накопителей и исполнение запоминающих ячеек устройств статического типа

Основой ОЗУ является накопитель или матрица памяти, состоящая из отдельных запоминающих (бистабильных) ячеек. Обычно в качестве этих ячеек используются различного рода триггеры. Двоичная информация, записанная в такую ячейку, может сохраняться в этой ячейке до тех пор, пока не будет заменена другой или не будет снято напряжение питания.

При использовании такого накопителя решается две задачи:

1. Выбор конкретной ячейки накопителя, в которую будет записана или из которой будет считана информация;

2. Что нужно сделать — записать или прочитать информацию в ячейке.

Первая задача решается с помощью адресации всех ячеек накопителя. Вторая задача решается переводом ячейки памяти в режим записи или считывания по сигналу на входе схемы управления.

Накопитель или матрица памяти состоит из n строк. В состав каждой строки входят m запоминающих ячеек, образующих m-разрядное слово. Информационная емкость накопителя равна N=nm, где n число строк (или слов), m - число столбцов (или разрядов).

Соответствующие шины в накопителе управляются от дешифраторов строк (Х) и столбцов (Y), на входы которых поступают адресные сигналы А0…АN.

При записи и считывании осуществляется обращение (выборка) к одной или нескольким запоминающим ячейкам одновременно. Дешифраторы строк и столбцов выполняют выбор требуемых ячеек памяти с помощью адресных сигналов Х0...Хn и Y0... Уm.

Такая матрица запоминающих ячеек (ЗЯ) может работать в двух режимах:

пословном и двухкоординатном.

Структура пословной матрицы приведена на рисунке 8.3.

 

 


Рисунок 8.3

Как видно из схемы (рисунок 8.3), адресные шины Х0...Хn электрически связаны с каждой ЗЯ одного слова, в то время как разрядные шины Y0...Ym имеют связь с ЗЯ одноимённого разряда всех слов. При наличии в адресной шине Хi сигнала выбора i–го слова, соответствующего высокому уровню, состояние каждой ячейки в этом слове может быть считано по разрядным шинам Y0 ...Ym.

Если необходимо записать информацию по выбранному адресу Хi , то на разрядные шины Y0... Ym подаются соответствующие электрические сигналы, которые подводятся ко всем ЗЯ i-й строки (слова) (рисунок 8.4).

Рисунок 8.4

При работе матрицы ЗЯ в двукоординатном режиме с помощью шин строк и столбцов выбирается любая ячейка матрицы. В этом случае разрядная шина Р, которая является общей для всех ЗЯ, используется как для записи, так и для считывания информации в адресованных ЗЯ.


Простейшей ЗЯ является схема RS-триггера, построенная на двух многоэмиттерных биполярных транзисторах VT1 и VТ2, изображенная на рисунке 8.5,а.

а) б)

Рисунок 8.5

Первые эмиттеры обоих транзисторов соединены с адресной шиной ЛА потенциал которой Uа в установившемся состоянии должен быть самым низким. Вторые эмиттеры этих транзисторов присоединены к разрядным шинам Р и ЛА. На разрядной шине Р установлено опорное напряжение Uоп, а на шину ЛА подается напряжение Up. Режим работы схемы зависит от соотношения между напряжениями Uоп, Up и Ua.

В режиме хранения информации выполняется условие Ua < Uоп = Up. В этом случае схема находится в одном из устойчивых состояний, при котором открытым может быть транзистор VТ2 или VТ1. Ток протекает по первому эмиттеру открытого транзистора, а вторые эмиттеры обесточены. Например, если в триггер записана логическая 1, то транзистор VТ2 открыт, а транзистор VT1 закрыт. В этом случае за логическую единицу принимается наличие тока в транзисторе VТ2.

В режиме считывания с помощью адресного сигнала Хi, на шине устанавливается напряжение Ua > Uоп = Up.Если в триггер записана логическая 1, то ток открытого транзистора VТ2 потечет в разрядную шину Yj. Наличие тока в разрядной шине соответствует считыванию 1, а его отсутствие соответствует логическому 0.

Условия режима записи зависят от состояния, в которое необходимо установить ЗЯ. Если триггер находился в состоянии 1 (транзистор VТ2 открыт, транзистор VТ1— закрыт), то для записи 0 необходимо по разрядной шине Р подать напряжение Up,> Uоп сохраняя условие Uа> Up. При этом триггер перейдет в новое состояние, при котором транзистор VТ2 закроется, а транзистор VТ1 откроется. Для записи в ЗЯ логической 1 на шину Р следует подать напряжения Up <Uоп и обеспечить условие Ua >Uоп. Временные диаграммы работы ЗЯ в режимах записи логического нуля или единицы приведены на рисунке 8.5,б.


Запоминающая ячейка на RS-триггере, выполненном на p-канальных МОП транзисторах, приведена на рисунке 8.6,а.

а) б)

Рисунок 8.6

Триггер образован транзисторами VТ1,...,VТ4. Переключение триггера для записи и считывания выполняется транзисторами VТ5 и VТ6. Временные диаграммы работы триггера изображены на рисунке 8.6,б.

В исходном состоянии напряжения на разрядных шинах U1p и U0p равны нулю, а на шине слова Х установлено напряжение питания Еn. При этом транзисторы VТ5 и VТ6 закрыты, так как напряжение между затворами и истоками меньше порогового напряжения, и триггер находится в одном из устойчивых состояний, например, транзистор VТ3 открыт, а транзистор VТ1 закрыт.

Для записи логической 1 в ЗЯ на шину слова подается отрицательный сигнал, изменяющий напряжение в ней до нуля. Одновременно в разрядную шину Y1 подается положительный сигнал, изменяющий напряжение в ней до напряжения питания Un. При этом транзистор VТ5 открывается и положительный сигнал подается на затвор VТ3, запирая его. После запирания транзистора VТ3 отпирается транзистор VТ1 и на его стоке устанавливается положительное напряжение, что соответствует состоянию логической 1.

Для записи логического нуля в ЗЯ на шине слова устанавливается нулевое напряжение, а напряжение питания подается на разрядную шину Y0. При этом транзистор VT6 открывается и положительное напряжение через него подается на затвор VТ1, запирая его, что приводит к отпиранию транзистора VТ3.

Для считывания информации, записанной в ЗЯ, нужно подать отрицательный сигнал только на шину слова, изменив в ней напряжение до нуля. При этом оба транзистора VТ5 и VT6 открываются и через транзистор, подключенный к триггеру с положительным напряжением, протекает ток, поступающий в соответствующую разрядную шину.

Статические ОЗУ

Студент должен

Знать:

· Структуру матриц запоминающих ячеек при пословной и двухкоординатной организации;

· Элементы запоминающих ячеек.

Запоминающее устройство состоит из блоков: запоминающего массива и электронного обрамления.

Запоминающий массив (накопитель) содержит запоминающие элементы (ЗЭ), каждый из которых может принимать состояния логической 1 или логического 0, т. е. хранить один бит информации.

В запоминающем элементе хранится один разряд записанного двоичного слова; все n-разрядное слово записывается в запоминающих элементах, составляющих ячейку памяти. Ей соответствует определенный адрес, характеризующий положение этой ячейки в накопителе. Запись и считывание слова (обращение к ЗУ) производятся по адресу, которым выбирается определенная ячейка. Запоминающие элементы должны обладать двумя устойчивыми состояниями. К числу таких элементов относятся триггеры (полупроводниковые ЗУ).

Электронное обрамление содержит, в частности, дешифраторы адреса и усилители записи и считывания. Код адреса, поступающий на входы дешифратора, возбуждает один из его выходов. Этим разрешается запись слова в определенные ЗЭ или считывание изних.

Существует несколько способов объединения запоминающих элементов в накопителе (несколько видов организации ЗУ).





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015- 2021 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.