Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Информатика 2015

4.2.4. Оперативная память

ОЗУ — это наибольшая часть основной памяти. ОЗУ предназначено для хранения переменной (текущей, быстро изменяющейся) информации и допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислений. Это означает, что процессор может выбрать (режим считывания) из ОЗУ команду или данные и после обработки поместить полученный результат (режим записи) в ОЗУ. Размещение новых данных возможно на тех же местах (в тех же ячейках памяти), где ранее находились исходные данные. Понятно, что прежние данные будут стерты. ОЗУ позволяет кратковременно (до выключения питания) хранить записанную информацию. Данные, адреса и команды, которыми процессор обменивается с памятью, часто называют операндами.

Выполняемая в данный момент компьютером программа (активная) чаще всего располагается в ОЗУ (и лишь иногда в ПЗУ или КЭШ).

Основной составной частью ОЗУ является массив элементов памяти, объединенных в матрицу накопителя. Элемент памяти (ЭП) может хранить один бит информации (запоминать два состояния 0 или 1).

Каждый ЭП имеет свой адрес (но-другому можно сказать — порядковый номер). Для обращения к ЭП (с целью записи или считывания информации) его необходимо «выбрать» с помощью кода адреса. Оперативная намять является электронной памятью, потому что она создается с помощью микросхем — изделий микроэлектроники.

Микросхемы памяти бывают одноразрядные и многоразрядные.

В одноразрядных микросхемах памяти код адреса (иногда говорят просто — адрес) выбирает один элемент памяти из множества элементов, расположенных в матрице накопителя. После выбора элемента в него можно записать информацию или, наоборот, считать из него один бит информации. Специальный управляющий сигнал Зп/сч (Write/Read) указывает микросхеме, что она должна делать: записывать или считывать информацию. Управляющие сигналы на этот вход поступают в цифровом виде от процессора по шине управления. В одноразрядных микросхемах памяти имеются один вход для записи информации и один выход для ее считывания.

Разрядность кода адреса т в одноразрядных микросхемах памяти определяет информационную емкость, т. е. число ЭП в матрице накопителя. Емкость такой микросхемы рассчитывается по формуле 2т. Например, если у одноразрядной микросхемы памяти имеется 10 адресных входов, то информационная емкость составит N =210 = 1024 бита = 1 Кбит.

Некоторые микросхемы памяти имеют многоразрядную структуру, которая называется словарной. У таких микросхем памяти имеется несколько информационных входов и столько же выходов. Поэтому они допускают одновременную запись (или считывание) многоразрядною кода, который принято называть словом. Один адрес позволяет считать (или записать) информацию сразу из нескольких ЭП. Группа элементов памяти, из которых одновременно считывается (или записывается) информация, называется ячейкой памяти. Таким образом, ячейка памяти — эго несколько ЭП, имеющих общий адрес.

На английском языке оперативная память называется Random Access Memory (RAM) — память с произвольным доступом. Термин «произвольный доступ» означает, что можно считать (записать) информацию в любой момент времени из любого (в любой) ЭП. Заметим, что существует и другая организация памяти, при которой, прежде чем считать нужную информацию, нужно «вытолкнуть» ранее записанные операнды.

Используется два основных типа оперативной памяти: статическая (SRAM — Static RAM) и динамическая (DRAM — Dynamic RAM).

Эти две разновидности памяти различаются быстродействием и удельной плотностью (емкостью) хранимой информации. Быстродействие памяти характеризуется двумя параметрами: временем доступа (access time) и длительностью цикла (cycle time). Эти величины, как правило, измеряются в наносекундах. Чем меньше эти величины, тем выше быстродействие памяти.

Время доступа представляет собой промежуток времени между формированием запроса на чтение информации из памяти и моментом поступления из памяти запрошенного машинног о слова (операнда).

Длительность цикла определяется минимальным допустимым временем между двумя последовательными обращениями к памяти.

В статической памяти элементы построены на триггерах — схемах с двумя устойчивыми состояниями. Для построения одного триггера требуется 4— 6 транзисторов. После записи информации в статический элемент памяти он может хранить информацию сколь угодно долго (пока подается электрическое питание).

Конструктивно микросхема памяти выполняется в виде прямоугольной матрицы, причем ЭП располаг аются на пересечении строк и столбцов. При обращении к микросхеме статической памяти на нее подается полный адрес, который разбивается на две части. Одна часть адреса используется для выбора строк матрицы накопителя, а вторая — для выбора столбцов.

На рисунке приведена структурная схема микросхемы памяти К561РУ2, у которой 8 адресных входов: Qydg, Qg. Это позволяет размесгить в матрице 28 = 256 элементов памяти. Адресные входы разделены на две равные части (матрица квадратная). Младшая часть адреса по

зволяет выбрать одну из шестнадцати строк Хо, X;, 2, ..., Х]5- При ПОМОЩИ старшей части адреса а7а6а5а4 происходит выбор одною из шестнадцати столбцов уо, ]h, 5.

Чтобы выбрать какой-то ЭП, нужно активизировать строку и столбец, на пересечении которых расположен нужный ЭП.

Например, чтобы выбрать ЭП 0, нужно на все адресные входы микросхемы подать нули, тогда дешифратор строк DCR (Decoder Row) и дешифратор столбцов DCC (Decoder Column) активизируют соответственно строку Хо и столбец уо. На их пересечении располаг ается ЭП 0, с которым можно произвести обмен информацией.

Аналогично выбираются другие ЭП. Так, для выбора ЭП 241 нужно активизировать строку X) и столбец _у15. Для этого на младшую lpyuny адресов (flj,..., а0) нужно подать двоичный код 0001, а на старшую lpyrmy адресов 7,..., а4) — все единицы.

Статическая память имеет высокое быстродействие и низкую удельную плотность размещения хранящихся данных. В динамической памяти ЭП построены на основе полупроводниковых конденсаторов, занимающих гораздо меньшую площадь, чем триггеры в статических ЭП. Для построения динамического элемента памяти требуется всего 1—2 транзистора.

Подключение и отключение конденсаторов в динамических ЭП осуществляется с помощью полупроводниковых транзисторов (ключей), которые в закрытом состоянии имеют сопротивление порядка 10 Ом. Несмотря на то, что сопротивление закрытого транзистора велико, оно все же, конечно, и но этой причине через закрытый транзистор происходит разряд конденсатора. Самопроизвольный разряд конденсатора не позволяет без специальных мер долгое время хранить записанную информацию (накопленный заряд). Для устранения влияния нежелательного разряда конденсатора через так называемые паразитные цепи утечки приходится периодически подзаряжать конденсаторы. Этот процесс называется регенерацией заряда.

Регенерация (восстановление) заряда должна происходить достаточно часто. Подтверждением этого являются следующие рассуждения. Так как необходимо получить высокую удельную плотность хранения информации, емкость конденсатора не может быть большой (практически величина емкости запоминающих конденсаторов составляет порядка ОД пФ). Постоянная времени разряда определяется как произведение емкости конденсатора на сопротивление закрытого транзистора. Эго произведение составляет величину порядка

Таким образом, постоянная времени разряда составляет одну миллисекунду и, значит, регенерация заряда должна происходить примерно тысяча раз в секунду.

Необходимость частой подзарядки запоминающих конденсаторов в матрице накопителя приводит к снижению быстродействия динамической памяти. Однако, благодаря малым размерам конденсатора и малому числу дополнительных элементов, удельная плотность хранения информации динамической памяти всё же выше, чем у статической памяти.

Емкость микросхем динамической памяти составляет десятки Мбиг на один корпус. Возможность размещения на одном кристалле большого числа ЭП вызывает другую конструкторскую проблему: необходимо использовать большое число адресных входов. Для снижения остроты этой проблемы используют мультиплексирование.

Мультиплексирование — это технический прием временного уплотнения информации, благодаря которому удается но одним и тем же электрическим цепям передать разную информацию для различных приемников (потребителей) информации. Так, конструкторы вдвое уменьшают число адресных входов у микросхем памяти. Адрес делят на две равные части и вводят его в микросхему поочередно: сначала младшую часть, а затем старшую часть адреса. При этом первая часть осуществляет выбор нужной строки в матрице накопителя, а вторая часть активизирует соответствующий столбец.

Для того чтобы микросхема памяти «знала», какая часть адреса вводится в данный момент времени, ввод каждой группы адреса сопровождается соответствующим управляющим сигналом.

Так, синхронно с вводом младшей части адреса на микросхему подается сигнал RAS (Row Address Strobe) — сигнал стробирования (сопровождения) адреса строки. Практически одновременно с вводом старшей части адреса на микросхему памяти подается сигнал CAS (Column Address Strobe) — стробирование адреса столбца.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы