Вопрос 1.7.1. Основная память(ОП). Структурная схема ОЗУ

Тема 1.7. Центральные устройства ЭВМ

Цель изучения темы:

· Изучить структурную схему оперативного запоминающего устройства;

· Изучить структуру и состав микропроцессора;

· объяснить работу микропроцессора при выполнении простейших программ.

Вопросы.

1. Основная память(ОП). Основные показатели. Классификация устройств ОП. Назначение ОЗУ, ПЗУ. Структурная схема ОЗУ. Основные характеристики ОЗУ.

2. Стековая память. Кэш-память первого, второго уровней. Размещение информации в ОП.

3. Эволюция микропроцессоров(МП). Основные технические характеристики МП. Классификация МП.

4. Структурная схема МП.

5. Полный цикл работы МП при выполнении команды.

6. Система команд МП.

7. Структурная схема базовой модели микропроцессора фирмы Intel.

Вопрос 1.7.1. Основная память(ОП). Структурная схема ОЗУ

Комплекс технических средств, реализующих функции памяти, называется запоминающим устройством (ЗУ). ЗУ делятся на основную память (ОП), сверхоперативную память (СОЗУ) и внешние запоминающие устройста (ВЗУ). ОП состоит из двух типов устройств:

· оперативное ЗУ (ОЗУ или RAM-Random Accses Memory);

· постоянное ЗУ (ПЗУ или ROM - Read Only Memory).

Основной составной частью микросхемы памяти является массив элементов памяти (ЭП). Каждый ЭП может хранить хранить 1бит информации. ЗУ, позволяющее обращаться по адресу к любому ЭП в произвольном порядке, называется ЗУ с произвольным доступом.

При матричной организации памяти адрес ЭП определяется двумя координатами X и Y. На пересечении этих координат находится ЭП. Структурная схема ОЗУ приведена на рис. 1.

Связь с ОЗУ осуществляется по системной магистрали (СМ). По шине управления передается сигнал, определяющий, какую операцию необходимо выполнить. ПО шине данных передается информация, записываемая в память или считываемая из нее. По шине адреса передается адрес участвующих в обмене элементов памяти (поскольку данные передаются машинными словами, а один элемент памяти может воспринять только один бит информации, блок элементов памяти состоит из n матриц ЭП, где n-количество разрядов в машинном слове). Максимальная емкость памяти определяется количеством линий в шине адреса системной магистрали: если количество линий обозначить через m, то емкость памяти (т.е. количество элементов памяти, имеющих уникальных адреса) определяется как При 32 разрядной адресной шине максимальный обьем ОП равен

В зависимости от способа хранения информации ОЗУ подразделяются на:

1. Стастические ОЗУ (SRAM - Static RAM).

2. Динамические (DRAM - Dynamic RAM).

Рисунок 1.7.1.

В статических ОЗУ в качестве ЭП используется статический триггер, который способен сохранять состояние 0 или 1 неограниченно долго (при включенном ПК). Динамические ОЗУ строятся на конденсаторах, реализованные внутри кристалла кремния. Динамические ЭП (конденсаторы) с течением времени саморазряжаются и записанная информация теряется. Динамические ЭП требуют периодического восстановления заряда - регенерации. Во время регенерации запись новой информации должна быть запрещена.

Основными характеристиками ОЗУ являются время доступа (быстродействие), емкость.

Время доступа - это промежуток времени, за который может быть записано или прочитано содержимое ячейки памяти после подачи ее адреса и соответствующего управляющего сигнала.

Емкость определяет количество ячеек или битов в устройстве памяти.

По сравнению со статическими, динамические ОЗУ имеют более высокую удельную емкость и меньшую стоимость, но большее энергопотребление и меньшее быстродействие. ОЗУ имеют модульную структуру. Увеличение емкости ОЗУ производится установкой дополнительных модулей. Время доступа к модулям DRAM составляет 60-70 нс.

На производительность ЭВМ влияет не только время доступа, но и такие параметры, как тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали. Tесли тактовая частота недостаточна высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения. При тактовой частоте, превышающей возможности ОЗУ, в ожидании будет находиться системная магистраль, через которую поступил запрос в ОЗУ.

Интегральной характеристикой производительности ОЗУ с учетом частоты и разрядности шины данных является пропускная способность, которая измеряется в Мегабайтах в секунду. Для ОЗУ с временем доступа 60-70 нс и разрядностью шины данных 64 бита максимальная пропускная способность при тактовой частоте СМ 50 МГц составляет 400 Мбайт/с.

Микросхемы ПЗУ также построены по принципу матричной структуры. Функции ЭП в них выполняют перемычки в виде проводников, полупроводниковых диодов или транзисторов. В такой матрице наличие перемычки соответствует "1", а ее отсутствие -0. Запись информации в ПЗУ осуществляется посредством программатора.