Микросхемы памяти, виды и характеристика запоминающих устройств

 

Микросхемы памяти и виды ЗУ

 

(слайд 3). Запоминающие устройства (ЗУ) служат для хранения информации и обмена ею с другими устройствами МПС. Микросхемы памяти в общем объеме выпуска ИС занимают около 40%. В настоящее время созданы и используются десятки различных типов ЗУ.

В развитой иерархии памяти МПУ можно выделить следующие уровни запоминающих устройств:

- регистровые ЗУ, находящиеся в составе процессора, благодаря которым уменьшается число обращений к другим уровням памяти, реализованным вне процессора и требующим большего времени для операций обмена информацией;

(слайд 4). - кэш-память, служащая для хранения копий информации, используемой в текущих операциях обмена. Работа процессора с кэш-памятью высокого быстродействия повышает производительность ЭВМ;

- основная память (ОЗУ, ПЗУ, перепрограммируемое ППЗУ), работающая в режиме обмена с процессором и по возможности согласованная с ним по быстродействию. Исполняемый в текущий момент фрагмент программы обязательно находится в основной памяти;

- специализированные виды памяти, характерные для некоторых специфиче ских архитектур (видеопамять и др.);

- внешняя память, хранящая большие объемы информации (магнитные и оптические диски).

 

Классификация ЗУ

 

(слайд 5) Для классификации ЗУ важнейшим признаком является способ доступа к данным (рисунок 15.1).

При адресном доступе код на адресных входах указывает ячейку, с которой ведется обмен. Все ячейки адресной памяти в момент обращения равнодоступны.

В ЗУ с последовательным доступом записываемые данные образуют очередь. Считывание происходит из очереди слово за словом либо в порядке записи, либо в обратном порядке.

Ассоциативный доступ реализует поиск информации по некоторому признаку, а не по ее расположению в памяти (адресу или месту в очереди).

 

Важнейшие характеристики ЗУ

(слайд 7) Информационная емкость – максимально возможный объем хранимой информации. Выражается в битах, байтах или словах.

Бит хра нится запоминающим элементом (ЗЭ), а слово – запоминающей ячейкой (ЗЯ), т. е. группой ЗЭ, к которым возможно лишь одновременное обращение. Производители микросхем памяти обычно оценивают их емкости в битах, а сис темотехники – в байтах или словах.

Организация ЗУ – произведение числа хранимых слов на их разрядность. Видно, что это произведение выражает информационную емкость ЗУ, одна ко при одной и той же информационной емкости организация ЗУ может быть различной, так что организация является самостоятельным важным параметром, выражаемым парой чисел. Примеры организации памяти: 32×8, 128К×8, 1М×1.

(слайд 6).

 

Рисунок 15.1 – Классификация современных полупроводниковых ЗУ

 

Быстродействие ЗУ оценивают временами считывания, записи, длительно стями циклов чтения/записи и другими параметрами.

Время считывания – интервал между моментами появления сигнала чтения и слова на выходе ЗУ.

Время записи – интервал после появления сигнала записи, достаточный для установления ЗЯ в состояние, задаваемое входным словом.

(слайд 8). Цикл – минимально допустимый интервал времени между последовательными повторными операциями чтения или записи. Длительности циклов могут превышать времена чтения или записи, т. к. после этих операций до начала следующей может потребоваться время для восстановления необхо димого начального состояния ЗУ.

Характерно, что важнейшие параметры ЗУ находятся между собой в противоречии. Большая информационная емкость не сочетается с высоким быстродействием, а быстродействие не сочетается с низкой стоимостью.

 

Обзор некоторых видов ЗУ

 

1.4.1. Регистры

 

(слайд 9.) Регистр – устройство, предназначенное для записи, хранения и сдвига информации представленной в виде многоразрядного двоичного кода.

Регистры самые распространенные узлы цифровых устройств. Состоят из разрядных схем, в которых имеются триггеры и логические элементы.

Главным классификационным признаком регистров является способ приема и выдачи данных. По этому признаку различают:

- параллель ные (статические) регистры;

- последовательные (сдвигающие);

- параллельно- последовательные.

В параллельных регистрах прием и выдача слов производятся по всем разрядам одновременно. В них хранятся слова, которые могут быть подвергнуты поразрядным логическим преобразованиям.

В последовательных регистрах слова принимаются и выдаются разряд за разрядом. Их называют сдвигающими, т. к. тактирующие сигналы при вводе и выводе слов перемещают их в разрядной сетке. Сдвигающий регистр может быть нереверсивным (с однонаправленным сдвигом) или реверсивным (с возможностью сдвига в обоих направлениях).

Последовательно-параллельные регистры имеют входы/выходы одновре менно последовательного и параллельного типа. Кроме того, существуют варианты с последовательным входом и параллельным выходом, параллельным входом и последовательным выходом.

Основная память

(слайд 10) Оперативное ЗУ (ОЗУ, RAM) предназначено для записи, хранения, считывания данных и программ с высоким быстродействием. Энергозависимо.

Постоянное ЗУ (ПЗУ, ROM) предназначено для хранения и считывания информации, которая не изменяется в процессе работы МПС. Энергонезависимо.

Перепрограммируемое ПЗУ (ППЗУ, PROM) позволяет многократно записывать и стирать информацию. В процессе функционирования цифрового устройства используется как ПЗУ.

На рисунке 15.2 представлена типовая структура полупроводниковой микросхемы ЗУ.

(слайд 11)

 

Рисунок 15.2 – Типовая структура полупроводниковой микросхемы ЗУ

 

Она состоит из следующих узлов: матрицы – накопителя (НК), дешифраторов строк и столбцов (DCX, DCY), устройства записи (УЗ), устройства считывания (УС), устройства управления (УУ). В зависимости от типа ЗУ те или иные типовые узлы могут в схеме отсутствовать.

Ос новным узлом БИС ЗУ является матрица памяти – накопитель, представляющий собой совокупность элементов памяти. Элемент памяти может хранить один разряд числа, т. е. бит информации. Элементы памяти размещаются по строкам   и столбцам , так что их общее число равно произведению .

Местоположение элемента памяти (ЭП) определяется двумя координатами X и Y. Для обращения к нужному элементу памяти (выборки ЭП) сигналами единичного уровня возбуждаются адресные линии строки и столбца, на пересечении которых находится данный ЭП. На всех остальных адресных шинах должны быть сигналы нулевого уровня. Такая система адресации информации (выборки ЭП) при обращении к накопителю получила название матричной.

Формирование сигналов выборки производится дешифратором кода адреса. После того, как ЭП выбран, можно либо за писать в него информацию, либо считать.

(слайд 12). Входные информационные сигналы DI поступают в устройство записи УЗ, которое служит для записи инфор мации в ЭП. Выходные информационные сигналы DO считываются из БИС ЗУ через устройство считывания УС.

Управляющие сигналы , , , / ,  поступают в УУ и УЗ и определяют режим работы БИС ЗУ (запись, хранение, считывание информации).

Входы и выходы ЗУ имеют следующие обозначения:

DO (от англ. Data output) – данные выходные;

DI (data input) – данные входные;

,  (chip select) – выбор микросхемы;

 (write) – писать;

 (read) – читать;

 (row address select) – выбор адреса строки (строб адреса строки);

 (calumn address select) – выбор адреса столбца (строб адреса столбца).

Входной сигнал (запись – считывание) на входе микросхемы означает, что нулем () осуществляется режим записи, а единицей по этому же входу – режим чтения ().

Адресные сигналы  поступают на схемы дешифрации DCX, DCY, которые определяют, к какому элементу памяти накопителя производится обращение в соответствии с заданным кодом адреса. Выходные схемы связаны с устройством считывания УС, которое служит для усиления считанной информации из накопителя и передачи ее на выход DO.

(Принцип работы – самостоятельно. Безуглов Д.А., Калиенко И.В. Цифровые устройства и микропроцессоры. 2006. Стр. 298-299.)

1.5. Микросхемы памяти в составе микропроцессорной системы

На рисунке 15.3 представлено взаимодействие ИМС К573РФ2(5) и К573РУ9, имеющих одинаковую организацию 2К×8, с системной магистралью.

(слайд 13).

 

Рисунок 15.3 – Микросхемы ОЗУ (К573РУ9) и