Запоминающие устройства
Микросхемы ОЗУ построена на биполярных и МДП транзисторах. Элементом памяти в первых из них служит простейший триггер, во вторых – триггер или конденсатор, заряжаемый до напряжения, соответствующего единичному состоянию элемента. Биполярные триггерные микросхемы обладают значительным быстродействием, а МДП микросхемы – большей емкостью ЗУ. Кроме того, МДП-микросхемы потребляют значительно меше энергии.
Типичный пример триггерного ОЗУ – параллельный регистр;. При четырех битах хранимой информации все его компоненты умещаются в одном корпусе с 14-ю выводами, обеспечивающими доступ ко всем входам и выходам четырех элементов памяти. Организация памяти в виде отдельных регистров применяется при создании ОЗУ малой ёмкости.
При увеличении емкости ОЗУ возникает проблема доступа к каждому элементу памяти при ограниченном числе выводов в корпусе. Эта задача решается с помощью адресной организации ЗУ с использование дешифратора кода адреса. Как уже говорилось ранее, дешифратор с n адресными входами дешифрирует 2 n состояний. Таким образом, при четырёх входах можно организовать обращение к 16 элементам памяти при 10 к 1024 элементам.
Запоминающее устройство адресного типа состоит из трех основных блоков: массива элементов памяти (накопитель), блока адресной выборки (дешифратор адреса) и блока управления.
Рассмотрим назначение и взаимодействие этих блоков на примере ОЗУ на 64 бита с адресной организацией выборки 16 четырехразрядных слов (16 слов х 4 разряда = 64 бита).
Условное изображение и функциональная схема такой микросхемы приведены на рисунке 1,а. Массив памяти образован 16 четырехразрядными цепочками триггеров. При сигнале V=0 одна из цепочек, соответствующая выставленному адресу А1—А4, переходит в рабочее состояние, и ее сигналы поступают на входы элемента И (7—10). При сигнале V-1 на всех выходах DС низкие уровни, и следовательно, все триггеры отключены от выходных шин накопителя. При V=0 и W=0 на выбранную цепочку поступают информационные сигналы входы (D0—D4) и элементом 1 вырабатывается сигнал записи. В этом режиме при смене информации на входе ОЗУ происходит перезапись информации в данном слове массива. При сигналах V=1 и W=0 входная информация проходит непосредственно на выход микросхемы, минуя массив триггере (дешифратор не выбирает ни одной из цепей). И, наконец, при V=1 и W=1 запрещена работа дешифратора, узла, вырабатывающего сигнал «Запись» и входных элементов И.
Таким образом, блок управления (десять элементов И) обеспечивает работу ОЗУ в режимах: запись, считывание, сквозной перенос, хранение информации.
Выходные логические элементы И выполнены по схеме с открытым коллектором, что позволяет соединять вместе выходы Q нескольких микросхем ОЗУ. При этом происходит наращивание емкости ОЗУ две микросхемы—32 слова, три—48 и т. д..
Адресное управление А1—А4, информационные входы D1—D4 и выход Q1—Q4 всех микросхем объединяют в общие шины, а выбор рабочего массива осуществляют дополнительным дешифратором по входам V и W. Так построена микросхема К155РУ2 рисунок 1,б.
При конструировании ОЗУ ёмкостью в сотни тысяч бит в одном корпусе возникают трудности с созданием дешифраторов с таким числом выходов. Их удалось преодолеть при построении матричных накопителей, в которых выборка каждого элемента памяти осуществляется не по одной шине, а по двум (по строкам и столбцам). Функциональная схема такого ОЗУ емкостью 256 бит приведена на рисунке 2. Для выбора 256 ячеек необходимы восемь адресных входов. Они разделены на две четверки, каждая из которые управляет дешифратором на 16 положений. При любой комбинации сигналов A1-A8 единичные значения сигналов на шине строки и шине столбца окажутся только у одного элемента памяти. Только этот элемент будет воспринимать управляющие сигналы, идущие по общим шинам: выбор микросхемы CS (Chip Select), разрядная шина 1, разрядная шина 0. Анализ логической структуры блока местного управления (три элемента И) позволяет составить таблицу режимов работы этого ОЗУ.
Запись в выбраную ячейку
Считыва6ние из выбранной ячейки
Выходной усилитель ОЗУ в режиме записи и хранения информации находится в третьем состоянии (состояние с высоким сопротивлением), что позволяет наращивать объем памяти так же, как и для микросхемы К155РУ2.
Цоколевка микросхем К176РУ2 и 1К561РУ2 (ОЗУ с такой структурой выполнены по КМДП технологии показана на рисунке 2,б. Используя их, необходимо помнить, что информация на адресных (А1—А8) и информационном входах должна меняться при высоком уровне сигнала CS как в режиме записи, так и в режиме считывания. В противном случае будет разрушаться ранее записанная информация. Смена информации должна производиться за время не менее 0,1 мкс до начала сигнала СS=0 либо не ранее чем через 0,5 мкс после его окончания.
Постоянные ЗУ допускают только считывание занесенной в них информации. В ПЗУ по каждому n-разрядному адресу записано одно заранее установленное m-разрядное слово. Таким образом, ПЗУ являются преобразователями кода адреса в код слова, т. е. комбинационной системой с n входа- ми и m выходами.
Накопитель ПЗУ обычно выполняется в виде системы взаимно перпендикулярных шин, в пересечениях которых либо стоит (логическая 1), либо отсутствует (логический 0) элемент, связывающий между собой соответствующие горизонтальную и вертикальную шины. Выборка слов производится так же, как и в ОЗУ, при помощи дешифратора. Выходные транзисторы усилителей могут быть с открытым коллектором или с третьим состоянием. Тогда при стробирующем сигнале V=1 микросхема отключается от выходной шины, что позволяет наращивать память простым объединением выходов микросхем ПЗУ.
В настоящее время производиться огромное количество ПЗУ, или энергонезависимой памяти, как последовательного так и параллельного типа. В данной статье я расскажу только про параллельные ПЗУ так как для того чтобы рассказать про последовательные такие как I 2 . Рассмотрим однократно программируемое ПЗУ к155ре3. Информационная ёмкость её 256 бит, организация 32х8. В этих ПЗУ элементом памяти является биполярный транзистор с выжигаемой перемычкой. При программировании в ячейке где должен быть записан 0, через транзистор пропускают импульс тока, достаточного для разрушения перемычки.
Микросхема К573РФ6 ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, объём памяти 64Кбит организация 8192х8. Микросхема имеет в своём корпусе окошко, используемое пи стирании ультрафиолетовым светом. После стирания это окошко заклеивается светонепроницаемой плёнкой. После стирания все ячейки находятся в состоянии логической единицы. Микросхема работает в режиме программирования когда напряжение источника питания 25 вольт, на входе -OE напряжение высокого уровня. Для записи информации необходимо подать байт данных на выходы данных. Адресные сигналы и сигналы данных имеют ТТЛ уровень. Когда адресная и входная информация выставлена подается на вход -CE/PGM импульс программирования с уровнем ТТЛ и длительностью 50 мс. Импульс программирования подаётся для каждого байта записываемой информации. После программирования каждой ячейки необходимо проверить правильно ли она запрограммирована. Если байт считанный с ПЗУ не соответствует записываемому то процедуру программирования для данное ячейки необходимо повторить.
GIG 
Опубликована: 2005 г. 
0 
0
Вознаградить Я собрал 0 0
Принцип работы оперативной памяти
ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), оно же RAM («Random Access Memory» — память с произвольным доступом), представляет собой область временного хранения данных, при помощи которой обеспечивается функционирование программного обеспечения. Физически, оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей (содержащих микросхемы), которые обычно подключаются к системной плате.
В процессе работы память выступает в качестве временного буфера (в ней хранятся данные и запущенные программы) между дисковыми накопителями и процессором благодаря значительно большей скорости чтения и записи данных.
Примечание. Совсем новички часто путают оперативную память с памятью жесткого диска (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство), чего делать не нужно, т.к. это совершенно разные виды памяти. Оперативная память (по типу является динамической — Dynamic RAM), в отличие от постоянной — энергозависима, т.е. для хранения данных ей необходима электроэнергия, и при ее отключении (выключение компьютера) данные удаляются. Пример энергонезависимой памяти ПЗУ — флэш-память, в которой электричество используется лишь для записи и чтения, в то время как для самого хранения данных источник питания не нужен.
По своей структуре память напоминает пчелиные соты, т.е. состоит из ячеек, каждая из которых предназначена для хранения мёда определенного объема данных, как правило, одного или четырех бит. Каждая ячейка оной имеет свой уникальный «домашний» адрес, который делится на два компонента – адрес горизонтальной строки (Row) и вертикального столбца (Column).
Ячейки представляют собой конденсаторы, способные накапливать электрический заряд. С помощью специальных усилителей аналоговые сигналы переводятся в цифровые, которые в свою очередь образуют данные.
Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит некий сигнал, который зовется RAS (Row Address Strobe), а для адреса столбца — сигнал CAS (Column Address Strobe).
Как работает оперативная память?
Работа оперативной памяти непосредственно связана с работой процессора и внешних устройств компьютера, так как именно ей последние «доверяют» свою информацию. Таким образом, данные сперва попадают с жесткого диска (или другого носителя) в саму ОЗУ и уже затем обрабатываются центральным процессором.
Обмен данными между процессором и памятью может происходить напрямую, но чаще все же бывает с участием кэш-памяти.
Кэш-память является местом временного хранения наиболее часто запрашиваемой информации и представляет собой относительно небольшие участки быстрой локальной памяти. Её использование позволяет значительно уменьшить время доставки информации в регистры процессора, так как быстродействие внешних носителей (оперативки и дисковой подсистемы) намного хуже процессорного. Как следствие, уменьшаются, а часто и полностью устраняются, вынужденные простои процессора, что повышает общую производительность системы.
Оперативной памятью управляет контроллер, который находится в чипсете материнской платы, а точнее в той его части, которая называется North Bridge (северный мост) — он обеспечивает подключение CPU (процессора) к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер (смотрите изображение).
Примечание. Важно понимать, что если в процессе работы оперативной памяти производится запись данных в какую-либо ячейку, то её содержимое, которое было до поступления новой информации, будет безвозвратно утеряно. Т.е. по команде процессора данные записываются в указанную ячейку, одновременно стирая при этом то, что там было записано ранее.
Зачем нужна оперативная память?
Как мы уже знаем, обмен данными между процессором и памятью происходит чаще всего с участием кэш-памяти. В свою очередь, ею управляет специальный контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их, т.е. кэш-контроллер загружает в кэш-память нужные данные из оперативной памяти, и возвращает, когда нужно, модифицированные процессором данные в оперативку.
После процессора, оперативную память можно считать самым быстродействующим устройством. Поэтому основной обмен данными и происходит между этими двумя девайсами. Вся информация в персональном компьютере хранится на жестком диске. При включении компа в ОЗУ с винта записываются драйверы, специальные программы и элементы операционной системы. Затем туда записываются те программы – приложения, которые мы будем запускать, при закрытии последних они будут стерты из оной.
Данные, записанные в оперативной памяти, передаются в CPU (он же не раз упомянутый процессор, он же Central Processing Unit), там обрабатываются и записываются обратно. И так постоянно: дали команду процессору взять биты по таким-то адресам (как то: обработатьих и вернуть на место или записать на новое) – он так и сделал (смотрите изображение).
Компоновка модулей
Практически все модули памяти состоят из одних и тех же конструктивных элементов.
Для примера используем модули стандарта SD-RAM (1): DDR (1.1); DDR2 (1.2).
- Чипы (микросхемы) памяти
- SPD (Serial Presence Detect) – микросхема энергонезависимой памяти, в которую записаны базовые настройки любого модуля. Во время старта системы BIOS материнской платы считывает информацию, отображенную в SPD, и выставляет соответствующие тайминги и частоту работы ОЗУ;
- «Ключ» — специальная прорезь платы, по которой можно определить тип модуля. Механически препятствует неверной установке плашек в слоты, предназначенные для оперативной памяти;
- SMD-компоненты модулей (резисторы, конденсаторы). Обеспечивают электрическую развязку сигнальных цепей и управление питанием чипов;
- Cтикеры производителя — указывают стандарт памяти, штатную частоту работы и базовые тайминги;
- РСВ – печатная плата. На ней распаиваются остальные компоненты модуля. От качества зачастую зависит результат разгона: на разных платах одинаковые чипы могут вести себя по-разному.
Виды и объем памяти
Плата на сегодняшний день может иметь объем в несколько десятков гигабайт. Современные технические средства позволяют использовать её максимально быстро. Большинство операционных систем оснащаются возможностью взаимодействовать с такими устройствами. Имеется пропорциональная зависимость между объемом ОЗУ и стоимостью. Чем больше её размер, тем более она дорогая. И наоборот.
Все современные ОЗУ можно разделить на две разновидности:
- статическую;
- динамическую.
Статический тип
Более дорогой на сегодняшний день является микросхема статическая. Маркируется она как SDRAM. Динамическая же является более дешевой.
Отличительными чертами SDRAM-разновидности являются:
- двоичные и троичные разряды сохраняются при положительной обратной связи;
- поддерживается постоянное состояние без осуществления регенерации.
Также отличительной особенностью RAM является наличие возможности осуществлять выбор того бита, в который будет осуществлена запись какой-либо информации.
К недостаткам можно отнести:
- малую плотность записи;
- относительно высокую стоимость.
Устройства оперативной памяти компьютера всевозможного вида (SDRAM и DRAM) имеют внешние отличия. Они заключаются в длине контактной части. Также имеет отличия её форма. Обозначение оперативной памяти находится как на этикетке-наклейке, так и пропечатано непосредственно на самой планке.
Сегодня существует множество различных модификаций SDRAM.
Обозначается она как:
- DDR 2;
- DDR 3;
- DDR 4.
Динамический тип
Ещё один вид микросхем обозначается как DRAM. Он является также полностью энергозависимым, доступ к битам записи осуществляется произвольным образом. Данная разновидность широко используется в большинстве современных ПК. Также она применяется в тех компьютерных системах, где высоки требования к задержкам – быстродействие DRAM на порядок выше SDRAM.
Чаще всего данная разновидность имеет форм-фактор типа DIMM. Такое же конструктивное решение используется и для изготовления статической схемы (SDRAM). Особенностью DIMM-исполнения является то, что контакты имеются с обеих сторон поверхности.
Параметры ОП
- частота работы;
- тайминг;
- напряжение.
Все они зависят от типа конкретной модели. Например, ДДР 2 будет выполнять различные действия однозначно быстрее, чем планка ДДР 1, так как обладает более выдающимися рабочими характеристиками.
Таймингами называется время задержки информации между различными компонентами устройства. Маленькие тайминги позволяют увеличить скорость выполнения различных операций. Но чем выше быстродействие оперативно-запоминающего устройства, тем больше значения таймингов.
Выходом из данного положения служит повышение рабочего напряжения – чем оно выше, тем меньше становятся тайминги. Количество выполненных операций за единицу времени в то же время возрастает.
Частота и скорость
Чем выше пропускная способность ОЗУ, тем больше её скорость. Частота является параметром, определяющим пропускную способность каналов, через которые осуществляется передача данных различного рода в ЦП через материнскую плату.
Желательно, чтобы данная характеристика совпадала с допустимой скоростью работы материнской платы.
Например, если планка поддерживает частоту 1600 МГц, а материнская плата – не более 1066 Мгц, то скорость обмена данными между ОЗУ и ЦП будет ограничена именно возможностями материнской платы. То есть скорость будет не более 1066 МГц.
Производительность
Быстродействие зависит от многих факторов. Очень большое влияние на данный параметр оказывает количество используемых планок. Двухканальная ОЗУ работает на порядок быстрее, чем одноканальная. Наличие возможности поддерживать режимы многоканальности обозначается на наклейке, расположенной поверх платы.
Данные обозначения имеют следующий вид:
- Single (одиночный);
- Dual (двойной);
- Triple (тройной).
Для определения того, какой режим является оптимальным для конкретной материнской платы, необходимо посчитать общее количество слотов для подключения, и разделить их на два. Например, если их 4, то необходимо 2 идентичных планки от одного производителя. При их параллельной установке активируется режим Dual.
Принцип работы и функции
- на требуемую строку подается электрический сигнал;
- происходит открытие транзистора;
- электрический заряд, присутствующий в конденсаторе, подается на нужный столбец.
Каждый столбец подключен к чрезвычайно чувствительному усилителю. Он регистрирует потоки электронов, возникающие в случае, если конденсатор разряжается. При этом подается соответствующая команда. Таким образом, происходит осуществление доступа к различным ячейкам, расположенным на плате. Есть один важный нюанс, который следует обязательно знать. Когда подается электрический импульс на какую-либо строку, он открывает все её транзисторы. Они подключены к ней напрямую.
Из этого можно сделать вывод, что одна строка является минимальным объемом информации, который можно прочитать при осуществлении доступа. Основное назначение ОЗУ – хранить различного рода временные данные, которые необходимы, пока персональный компьютер включен и функционирует операционная система. В ОЗУ загружаются наиболее важные исполняемые файлы, ЦП осуществляет их выполнение напрямую, просто сохраняя результаты выполненных операций.
Также в ячейках хранятся:
- исполняемые библиотеки;
- коды клавиш, нажатие на которые было осуществлено;
- результаты различных математических операций.
При необходимости все, что находится в RAM, центральный процессор может сохранить на жесткий диск. Причем сделать это в том виде, в котором это необходимо.
Статическая оперативная память
Статическая память используется в кэше центрального процессора, а динамическая в качестве системной оперативной памяти компьютера.
В современном мире чипы памяти комплектуются в компонент, именуемый модулем. Порой компьютерные специалисты называют его «планкой памяти». Один модуль или «планка» содержит несколько чипов памяти. Не исключено, что вам приходилось слышать такие определения, как «память 8×32» или «память 4×16». Разумеется, цифры могли быть иными. В этой простой формуле первым множителем является количество чипов в модуле, а вторым емкость каждого модуля. Только не в мегабайтах, а в мегабитах. Это значит, что результат действия умножения следует разделить на восемь, чтобы получить объем модуля в привычных нам мегабайтах.
К примеру: 4×32 означает, что модуль содержит четыре 32-мегабитных чипа. Умножив 4 на 32, получаем 128 мегабит. Поскольку нам известно, что в одном байте восемь бит, нам нужно разделить 128 на 8. В итоге узнаем, что «модуль 4×32» является 16-мегабайтным и устарел еще в конце минувшего века, что не мешает ему быть превосходным простым примером для тех вычислений, которые нам потребовались.
Принцип работы оперативной памяти компьютера, ноутбука
Оперативная память хранит в себе данные, необходимые для работы всей системы в определённый момент времени. При создании чипов оперативной памяти используют динамическую память, которая медленнее, но дешевле чем статическая, которая используется при создании кеш памяти процессоров. Если нам нужно прочитать память, то на определённую строку страницы памяти, подаётся сигнал, который открывает транзистор и пропускает электрический заряд, который содержится (или не содержится) в конденсаторе на соответствующий столбец. К каждому столбцу подключен чувствительный усилитель, который реагирует на незначительный поток электронов выпущенных с конденсатора. Но тут есть нюанс – сигнал, поданный на строку матрицы, открывает все транзисторы данной строки, так как они все подключены на данную строку, и таким образом происходит чтение всей строки. Исходя из вышесказанного, становится ясно, что строка в памяти, является минимальной величиной для чтения – прочитать одну ячейку, не затронув другие невозможно. Процесс чтения памяти является деструктивным, так как прочитанный конденсатор отдал все свои электроны, что бы его услышал чувствительный усилитель. И по этому, после каждого чтения строки, её нужно записать заново. онденсатор, который служит хранителем данных, имеет микроскопические размеры и как следствие маленькую ёмкость, и ввиду этого не может долго хранить заряд заданный ему, по причине саморазряда. Для борьбы с этой проблемой, используется регенерация памяти, которая, с определённой периодичностью считывает ячейки и записывает заново. Благодаря подобному явлению, эта память и получила название динамической.
EDO-DRAM (Extended Data Out DRAM) – динамическая память с усовершенствованным выходом. В этом типе памяти адрес следующего считываемого слова передавался до завершения считывания линии данных памяти, то есть до того, как считанные данные из памяти были переданы процессору.
Приступить к считыванию нового слова данных, до завершения чтения предыдущего, стало возможным, благодаря вводу, так называемых, регистров – защелок, которые сохраняли последнее считанное слово даже после того, как начиналось чтение или запись следующего слова.
Сочетая в себе также новшества памяти FPM RAM, новый тип памяти давал прирост производительности в пике, достигавший 15-20%.
Однако прогресс не стоял на месте, тактовые частоты работы процессоров, системной шины и естественно памяти росли. С повышением тактовой частоты все сложнее было добиваться стабильной работы памяти EDO-DRAM, так как из-за непредвиденных задержек чтение нового слова данных могло начаться прежде, чем предыдущее слово данных было сохранено с помощью регистров-защелок.
Как записать содержание регистровой пары ВС в ячейки с адрессами FF00 и FF01 ?
1. В один из регистров общего назначения записать адрес ячейки памяти 0FF00h
1. В сегментный регистр записать содержимое регистра общего назначения использованного выше
2. Обнулить индексный регистр
3. С помощью команды пересылки записать содержимое регистра B по адресу сегментный регистр: индексный регистр
4. Увеличить значение индексного регистра на 1
5. С помощью команды пересылки записать содержимое регистра С по адресу сегментный регистр: индексный регистр
В чем подвох? !
Какая архитектура? Размерность регистров?
Для i8086 это выглядит так:
;в регистровой паре bl:cl какое-то значение
push es
mov ax,0ff00h
mov es,ax
xor si,si
mov es:[si],bl
inc si
mov es:[si],cl
pop es