Основные структуры запоминающих устройств

Адресные ЗУ представлены в классификации статическими и динамическими оперативными устройствами и памятью типа ROM. Многочисленные варианты этих ЗУ имеют много общего с точки зрения структурных схем, что делает более рациональным не конкретное рассмотрение каждого ЗУ в полном объеме, а изучение некоторых обобщенных структур с последующим описанием запоминающих элементов для различных ЗУ.

Общность структур особенно проявляется для статических ОЗУ и памяти типа ROM. Структуры динамических ОЗУ имеют свою специфику. Для статических ОЗУ и памяти типа ROM наиболее характерны структуры 2D, 3D и 2DM.

Структура 2D

В структуре 2D, запоминающие элементы ЗЭ организованы в прямоугольную матрицу размерностью

где М - информационная емкость памяти в битах;

k - число хранимых слов;

m - их разрядность.

Структура типа 2D применяется лишь в ЗУ малой информационной емкости, т. к. при росте емкости проявляется несколько ее недостатков, наиболее очевидным из которых является чрезмерное усложнение дешифратора адреса (число выходов дешифратора равно числу хранимых слов).

Структура 3D

Структура 3D позволяет резко упростить дешифраторы адреса с помощью двухкоординатной выборки запоминающих элементов. Принцип двухкоординатной выборки поясняется на рисунке 17 на примере ЗУ типа ROM, реализующего только операции чтения данных. Здесь код адреса разрядностью n делится на две половины, каждая из которых декодируется отдельно. Выбивается запоминающий элемент, находящийся на пересечении активных линий выходов обоих дешифраторов. Таких пересечений будет как раз

 

 

с одноразрядной организацией.

 

 

Рисунок 17 - Структура ЗУ типа 3D

 

Суммарное число выходов обоих дешифраторов составляет

 

,

 

что гораздо меньше, чем 2ⁿ при реальных значениях n. Уже для ЗУ небольшой емкости видна эта существенная разница: для структуры 2D при хранении 1К слов потребовался бы дешифратор с 1024 выходами, тогда как для структуры типа 3D нужны два дешифратора с 32 выходами каждый. Недостатком структуры 3D в первую очередь является усложнение элементов памяти, имеющих двухкоординатную выборку. Структуры типа 3D имеют также довольно ограниченное применение, поскольку в структурах типа 2DM (2D модифицированная) сочетаются достоинства обеих рассмотренных структур - упрощается дешифрация адреса, и не требуются запоминающие элементы с двухкоординатной выборкой.

Структура 2DM

ЗУ типа ROM изображенной на рисунке 18 структуры 2DM для матрицы запоминающих элементов с адресацией от дешифратора DCx имеет как бы характер структуры 2D: возбужденный выход дешифратора выбирает целую строку. Однако в отличие от структуры 2D, длина строки не равна разрядности хранимых слов, а многократно ее превышает. При этом число строк матрицы уменьшается и, соответственно, уменьшается число выходов дешифратора. Для выбора одной из строк служат не все разряды адресного кода, а их часть А_n-1 ... А_k. Остальные разряды адреса (от A_{k -1} до A₀) используются, чтобы выбрать необходимое слово из того множества слов, которое содержится в строке. Это выполняется с помощью мультиплексоров, на адресные входы которых подаются коды A_{k –1}... A_q.

Длина строки равна m2^k, где m - разрядность хранимых слов.

Из каждого "отрезка" строки длиной 2^к мультиплексор выбирает один бит. На выходах мультиплексоров формируется выходное слово. По разрешению сигнала CS, поступающего на входы ОЕ управляемых буферов с тремя состояниями, выходное слово передается на внешнюю шину.

 

Рисунок 18 – Структура ЗУ типа 2DM для ROM

 

Данные в нужный отрезок этой строки записываются (или считываются из нее) управляемыми буферами данных BD, воспринимающими выходные сигналы второго дешифратора DC_Y, и выполняющими не только функции мультиплексирования, но и функции изменения направления передачи данных под воздействием сигнала R/W.

Вывод:

Запоминающие устройства (ЗУ) служат для хранения информации и обмена ею с другими цифровыми устройствами, причем можно выделить следующие уровни:

- регистровые ЗУ, находящиеся в составе процессора или других устройств;

- кэш - память, служащая для хранения копий информации, используемой в текущих операциях обмена;

- основная память (оперативная, постоянная, полупостоянная), работающая в режиме непосредственного обмена с процессором и по возможности согласованная с ним по быстродействию;

- специализированные виды памяти, характерные для некоторых специфических архитектур (многопортовые, ассоциативные, видеопамять и др.);

- внешняя память, хранящая большие объемы информации.

К основным параметрам относятся: информационная емкость, организация ЗУ, быстродействие (производительность), минимально допустимый интервал между последовательными чтениями или записями.

Адресные ЗУ делятся на RAM (Random Access Memory) u ROM (Read – Only. Русские синонимы термина RAM: ОЗУ (оперативные ЗУ) или ЗУПВ (ЗУ с произвольной выборкой). В ROM (русский эквивалент - ПЗУ, т.е. постоянные ЗУ) содержимое либо вообще не изменяется, либо изменяется, но редко и в специальном режиме. RAM делятся на статические и динамические.

По структуре ЗУ подразделяются на 2D (с малой информационной емкостью), 3D(упрощена дешифрация), 2DM (сочетаются достоинства обеих рассмотренных структур - упрощается дешифрация адреса, и не требуются запоминающие элементы с двухкоординатной выборкой).

Контрольные вопросы:

1 По каким признакам классифицируются полупроводниковые запоми-нающие устройства?

2 Как определяется информационная емкость ЗУ?

3 Перечислите основные параметры ЗУ?

4 Объяснить принцип работы ЗУ структуры 2D.

5 Как можно организовать ЗУ с информационной емкостью 1К?