загрузка...
загрузка...
На головну

Мікросхеми пам'яті ОЗУ і ПЗУ.

  1. III. 11.1. Загальне поняття про пам'ять
  2. III. 11.2. види пам'яті
  3. III. 11.7. Індивідуальні відмінності пам'яті
  4. адресація пам'яті
  5. адресація пам'яті
  6. Асоціації пам'яті.
  7. Біохімічні теорії пам'яті

3.1. мікросхеми пам'яті

Перевага пам'яті, зображеної на рис. 3.28, полягає в тому, що подібна структура може бути застосована при розробці пам'яті великого обсягу. Ми намалювали схему 4x3 (для 4 слів по 3 біти кожне). Щоб розширити її до розмірів 4x8, потрібно додати ще 5 колонок тригерів по 4 тригера в кожній, а також 5 вхідних і 5 вихідних ліній. Щоб перейти від розміру 4x3 до розміру 8x3, ми повинні додати ще чотири ряди тригерів по три тригера в кожному, а також адресну лінію А2. При такій структурі число слів в пам'яті повинно бути ступенем двійки для максимальної ефективності, а число бітів в слові може бути будь-яким. Оскільки технологія виготовлення інтегральних схем добре підходить для

виробництва мікросхем з внутрішньою структурою повторюваної плоскій поверхні, мікросхеми пам'яті є ідеальним застосуванням для цього. З розвитком технології число бітів, яке можна вмістити в одній мікросхемі, постійно збільшується, зазвичай в два рази кожні 18 місяців (закон Мура). З появою великих мікросхем маленькі мікросхеми не завжди застарівають через компромісів між перевагами ємності, швидкості, потужності, ціни і сполучення. Зазвичай найбільші сучасні мікросхеми користуються величезним попитом і, отже, коштують набагато дорожче за 1 біт, ніж мікросхеми невеликого розміру.

При будь-якому обсязі пам'яті існує кілька різних способів орга-

нізації мікросхеми. На рис. 3.30 показані дві можливі структури мікросхеми в 4 Мбіт: 512 Кх8 і 4096 Kxl. (Розміри мікросхем пам'яті зазвичай даються в бітах, а не в байтах, тому тут ми будемо дотримуватися цієї угоди.) На рис. 3.30, а можна бачити 19 адресних ліній для звернення до одного з 219 байтів і 8 ліній даних для завантаження або зберігання обраного байта.

Зробимо невеликий зауваження з приводу термінології. На одних висновках

висока напруга викликає будь-яку дію, на інших - низька напруга. Щоб уникнути плутанини, ми будемо вживати термін «встановити сигнал», коли викликається якась агресивна дія, замість того щоб говорити, що напруга підвищується або знижується. Таким чином, для одних висновків установка сигналу означає установку на 1, а для інших - установку на 0. Назви висновків, які встановлюються на 0, містять зверху рису. Сигнал CS встановлюється на 1, а сигнал CS - на 0. Протилежний термін - «скинути».

А тепер повернемося до нашої мікросхемі. Оскільки зазвичай комп'ютер містить багато мікросхем пам'яті, потрібен сигнал для вибору необхідної мікросхеми, такий, щоб потрібна нам мікросхема реагувала на виклик, а інші ні.

Сигнал CS (Chip Select - вибір елемента пам'яті) використовується саме для цієї мети. Він встановлюється, щоб запустити мікросхему. Крім того, потрібен спосіб відмінності зчитування від запису. Сигнал WE (Write Enable - дозвіл запису) використовується для вказівки того, що дані повинні записуватися, а не зчитуватися. Нарешті, сигнал (Ж (Output Enable - дозвіл видачі вихідних сигналів) встановлюється для видачі вихідних сигналів. Коли цього сигналу немає, вихід від'єднаний від іншої частини схеми. На рис. 3.30, б використовується інша схема адресації. Мікросхема є матрицею 2048x2048 однобітних осередків , що становить 4 Мбіт. Щоб звернутися до мікросхеми, спочатку потрібно вибрати рядок. Для цього І-бітний номер цього рядка подається на адресні висновки. Потім встановлюється сигнал RAS (Row Address Strobe - строб адреси рядка). Після цього на адресні висновки подається номер стовпчика і встановлюється сигнал CAS (Column Address Strobe - строб адреси стовпця). Мікросхема реагує на сигнал, приймаючи або видаючи 1 біт даних.

Великі мікросхеми пам'яті часто проводяться у вигляді матриць mxn, звернення до яких відбувається по рядку і стовпцю. Така організація пам'яті скорочує число необхідних висновків, але, з іншого боку, уповільнює звернення до мікросхемі, оскільки потрібно два цикли адресації: один для рядка, а інший для стовпчика. Щоб прискорити цей процес, в деяких мікросхемах можна викликати адресу ряду, а потім кілька адрес стовпців для доступу до послідовним битам ряду.

Багато років тому найбільші мікросхеми пам'яті зазвичай були влаштовані

так, як показано на рис. 3.30, б. Оскільки слова зросли від 8 до 32 бітів і вище, використовувати подібні мікросхеми стало незручно. Щоб з мікросхем 4096 Kxl побудувати пам'ять з 32-бітними словами, потрібно 32 мікросхеми, що працюють паралельно. Ці 32 мікросхеми мають загальний обсяг, по крайней мере, 16 Мбайт. Якщо використовувати мікросхеми 512 Кх8, то буде потрібно всього 4 мікросхеми, але при цьому обсяг пам'яті буде становити 2 Мбайт. Щоб уникнути наявності 32 мікросхем, більшість виробників випускають сімейства мікросхем з довжиною слів 1,4, 8 і 16 бітів.

3.2. ОЗУ і ПЗУ

Всі види пам'яті, які ми розглядали дотепер, мають одну загальну властивість: в них можна і записувати інформацію, і зчитувати її. Така пам'ять називається ОЗУ (оперативне запам'ятовуючий пристрій). Існує два типи ОЗУ: статичну і динамічну. Статичне ОЗУ конструюється з використанням D-тригерів. Інформація в ОЗУ зберігається протягом усього часу, поки до нього підключений до джерела живлення: секунди, хвилини, години і навіть дні. Статичне ОЗУ працює дуже швидко. Зазвичай час доступу становить кілька наносекунд. З цієї причини статичне ОЗУ часто використовується в якості кеш-пам'яті другого рівня.

У динамічному ОЗУ, навпаки, тригери не використовуються. динамічне

ОЗУ є масив осередків, кожна з яких містить транзистор і крихітний конденсатор. Конденсатори можуть бути зарядженими і вбраними, що дозволяє зберігати нулі і одиниці. Оскільки електричний заряд має тенденцію зникати, кожен біт в динамічному ОЗУ повинен оновлюватися (перезаряджатимуться) кожні кілька мілісекунд, щоб запобігти витоку даних. Оскільки про оновлення повинна піклуватися зовнішня логіка, динамічне ОЗУ вимагає більш складного сполучення, ніж статична, хоча цей недолік компенсується великим обсягом.

Оскільки динамічному ОЗУ потрібен тільки 1 транзистор і 1 конденсатор на біт (статичному ОЗУ потрібно в кращому випадку 6 транзисторів на біт), динамічне ОЗУ має дуже високу щільність запису (багато бітів на одну мікросхему). З цієї причини основна пам'ять майже завжди будується на основі динамічних ОЗУ. Однак динамічні ОЗУ працюють дуже повільно (час доступу займає десятки наносекунд). Таким чином, поєднання кеш-пам'яті на основі статичного ОЗУ і основної пам'яті на основі динамічного ОЗУ поєднує в собі переваги обох пристроїв.

Існує кілька типів динамічних ОЗУ. Найдавніший тип, кото

рий все ще використовується, - FPM (Fast Page Mode - швидкий посторінковий режим). Це ОЗУ є матрицею бітів. Апаратне забезпечення являє адреса рядка, а потім - адреси стовпців (ми описували цей процес, коли говорили про пристрій пам'яті, показаному на рис. 3.30, 6).

FPM поступово заміщається EDO1 (Extended Data Output - пам'ять з роз

реннимі можливостями виведення), яка дозволяє звертатися до пам'яті ще до того, як закінчилося попереднє звернення. Такий конвеєрний режим не прискорює доступ до пам'яті, але зате збільшує пропускну здатність, видаючи більше слів в секунду. І FPM, і EDO є асинхронними. На відміну від них так зване синхронне динамічне ОЗУ управляється одним синхронизирующим сигналом. Цей пристрій являє собою гібрид статичного і динамічного ОЗУ. Синхронне динамічне ОЗУ часто використовується при виробництві кеш-пам'яті великого обсягу. Можливо, дана технологія в майбутньому стане найбільш

кращою і в виготовленні основної пам'яті.

ОЗУ - не єдиний тип мікросхем пам'яті. У багатьох випадках дані

повинні зберігатися, навіть якщо живлення вимкнено (наприклад, якщо мова йде про іграшки, різних приладах і машинах). Більш того, після установки ні програми, ні дані не повинні змінюватися. Ці вимоги привели до появи ПЗУ (постійних запам'ятовуючих пристроїв), які не дозволяють змінювати і прати зберігається в них інформацію (ні навмисне, ні випадково). Дані записуються в ПЗУ в процесі виробництва. Для цього виготовляється трафарет з певним набором бітів, який накладається на фоточутливий матеріал, а потім відкриті (або закриті) частини поверхні витравлюється.

Єдиний спосіб змінити програму в ПЗУ - поміняти цілу мікросхему. ПЗУ стоять набагато дешевше ОЗУ, якщо замовляти їх великими партіями, щоб оплатити витрати на виготовлення трафарету. Однак вони не допускають змін після випуску з виробництва, а між подачею замовлення на ПЗУ і його виконанням може пройти кілька тижнів. Щоб компаніям було простіше розробляти нові пристрої, засновані на ПЗУ, були випущені програмовані ПЗУ. На відміну від звичайних ПЗУ, їх можна програмувати в умовах експлуатації, що дозволяє скоротити час виконання замовлення. Багато програмовані ПЗП містять масив крихітних плавких перемичок. Можна перепалити певну перемичку, якщо вибрати потрібний рядок і потрібний стовпець, а потім прикласти високу напругу до певного висновку мікросхеми.

Наступна розробка цієї лінії - стирані програмований ПЗУ, яке можна не тільки програмувати в умовах експлуатації, але і стирати з нього інформацію. Якщо кварцове вікно в даному ПЗУ піддавати дії сильного ультрафіолетового світла протягом 15 хвилин, все біти встановляться на 1.

Якщо потрібно зробити багато змін під час одного етапу проектування, прані ПЗУ набагато економічніше, ніж звичайні програмовані ПЗП, оскільки їх можна використовувати багаторазово. Прані програмовані ПЗУ зазвичай влаштовані так само, як статичні ОЗУ. Наприклад, мікросхема 27С040 має структуру, яка показана на рис. 3.30, а, а така структура типова для статичного ОЗУ.

Наступний етап - електронно-перепрограммируемое ПЗУ, з якого мож-

але прати інформацію, докладаючи до нього імпульси, і яке не потрібно для цього поміщати в спеціальну камеру, щоб піддати впливу ультрафіолетових променів. Крім того, щоб перепрограмувати даний пристрій, його не потрібно вставляти в спеціальний апарат для програмування, на відміну від переться програмованого ПЗУ, Але з іншого боку, найбільші електронно-перепрограмовані ПЗП в 64 рази менше звичайних стираних ПЗУ, і працюють вони в два рази повільніше. Електронно-перепрограмовані ПЗП не можуть конкурувати з динамічними і статичними ОЗП, оскільки вони працюють в 10 разів повільніше, їх ємність в 100 разів менше, і вони коштують набагато дорожче. вони

використовуються тільки в тих ситуаціях, коли необхідне збереження інформації при виключенні живлення.

Більш сучасний тип електронно-перепрограмувальний ПЗУ - флеш-пам'ять. На відміну від переться ПЗУ, яке стирається під впливом ультрафіолетових променів, і від електронно-програмованого ПЗУ, яке стирається по байтам, флеш-пам'ять стирається і записується блоками. Як і будь-який електронно-перепрограммируемое ПЗУ, флеш-пам'ять можна прати, не виймаючи її з мікросхеми. Багато виробників роблять невеликі друковані плати, що містять десятки мегабайтів флеш-пам'яті. Вони використовуються для зберігання зображень в цифрових камерах і для інших цілей. Можливо, коли-небудь флеш-пам'ять витіснить диски, що буде грандіозним кроком вперед, враховуючи час доступу в 100 ні. Основною технічною проблемою в даний момент є те, що флеш-пам'ять зношується після 10 000 стирань, а диски можуть служити роками незалежно від того, скільки разів вони перезаписувати. Короткий опис

різних типів пам'яті дано в табл. 3.2.

Лекція 8. Мікросхеми управління і сполучення.

1. Мікросхеми процесора.

2. Шини і принципи їх роботи.

3. Засоби сполучення.

 



Попередня   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   Наступна

Паралелізм на рівні команд | Осередки пам'яті і їх адреси. | Модульне ОЗУ. | Шини інформаційного обміну. | Символьні термінали. | Символьне кодування інформації. | Інтегральні схеми. | комбінаційні схеми | арифметичні схеми | Засувки, тригери. |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати