Необходимость периодически обновлять заряд на ячейках динамической памяти приводит к чрезмерному потреблению энергии, что в сою очередь, приводит к разряду батарей ноутбуков, и мобильных телефонов.

ПЗУ (ROM – Read Only Memory) – содержит информацию, которая не изменяется в течение длительного времени во время эксплуатации цифрового устройства.

ПЗУ обычно работает в режимах считывания и хранения информации.

ПЗУ используется для сохранения управляющих программ, стандартных программ решения типовых задач, табличных данных (BIOS) и т.д.

Микросхемы ПЗУ разделяются на те, в которые информация записывается одноразово – то есть, однократно программируемые, и те, в которые информация может записываться многократно – перепрограммируемые.

ROM - это память, доступная только для чтения. Используется в BIOS для хранения постоянных данных. Она не требует энергопитания, т. е., информация в таких микросхемах не стирается, даже если выключить питание компьютера.

Отличие оперативной памяти от постоянной памяти в том, что информация хранится в ней временно, только при включении питания. Но ОЗУ обеспечивает более высокую скорость доступа к данным.

Кроме этого, в современных вычислительных системах существуют специальные виды памяти:

Сверхоперативное ЗУ (СОЗУ) – как правило, встраивается в кристалл процессора и называется кэш (cache), имеет быстродействие, соизмеримое с быстротой процессора, и служит для хранения данных, необходимых для выполнения некоторой текущей последовательности команд программы.

Внешние ЗУ (ВЗУ) – предназначены для хранения больших объёмов информации, но при этом обладают сравнительно низкой скоростью чтения-записи. Обычно выполняются на основе устройств с магнитной записью информации, но могут быть выполнены и на микросхемах, например, на флэш-картах. В этих носителях используются элементы на основе транзисторов с накоплением объёмного заряда. Стирание информации в них выполняется не по-битово, а большими блоками. Это позволяет упростить схемы запоминающих устройств и схемы управления, а значит снизить стоимость системы.

Матричная модель запоминающего устройства.

Микросхемы большой информационной ёмкости реализуют в виде матриц, запоминающие элементы расположены в узлах матрицы. Каждый элемент связан с одной вертикальной и одной горизонтальной адресными шинами.

Основные параметры микросхем запоминающих устройств.

Информационная ёмкость – максимально возможный объём информации, который сохраняется в микросхеме. Рассчитывается в единицах информации – битах, или в словах данных – байтах. Бит сохраняется одним элементом памяти, слово сохраняется в ячейке из группы элементов в 8 бит. Информационная ёмкость современных микросхем измеряется в тысячах (кило), миллионах (мега) и миллиардах (гига) единиц.

Организация запоминающего устройства – может быть различной, поэтому микросхемы одинаковой информационной ёмкости могут иметь различную организацию. Например, существуют микросхемы с организацией 8к*1 и 1к*8. они имеют одинаковую информационную ёмкость 8192 бита, но различную структуру.

Быстродействие микросхем памяти определяется временем чтения, временем записи и продолжительностью цикла чтение-запись.

Время чтения – это интервал времени между моментами появления сигнала чтения на управляющем входе микросхемы и сигналом данных на выходе микросхемы.

Время записи – интервал времени с момента появления сигнала записи на соответствующем управляющем входе и до того момента, когда запоминающие элементы устанавливаются в состояние, соответствующее состоянию записываемых данных.

Длительность цикла «чтение» - «запись» - минимально допустимый интервал времени между режимами чтения и записи, которые наступают последовательно друг за другом.

АЛУ (Арифметическое Логическое Устройство) – устройство, выполняющее в соответствии с кодом на входах арифметические и логические преобразования двоичной информации.

По сравнению с устройствами, работающими по жёсткой, наперёд заданной логической функции, АЛУ представляют собой устройства более высокого класса.

В общем виде операндами АЛУ могут быть: целые и дробные числа, десятичные числа в специальных кодах, алфавитно-цифровые коды, группы однобитовых переменных и т.д.

При построении микропроцессорных систем АЛУ используется в сочетании с регистрами, оперативными запоминающими устройствами и другими узлами.

К155ИП3

Микросхема предназначена для выполнения действий с двумя четырёхразрядными двоичными числами: A=A3A2A1A0 и B=B3B2B1B0.

Вид операции, выполняемый этой микросхемой над данными, задаётся 5-ти разрядным кодом на входах M и S3S2S1S0.

Всего АЛУ К155ИП3 способно выполнить 32 операции, из них 16 логических и 16 арифметических.

Например:

• код M=1 и Sx=0000 приводит к выполнению операции инвертирования числа А;

• код M=1 и Sx=1011 – логическое умножение A и B;

• код М=1 и Sx=1110 – логическое сложение A и B;

• код M=1 и Sx=0110 – операция XOR для А и В;

• код М=0 и Sx=1011 – арифметическое умножение А и В и так далее

(подробнее: «Справочник по схемотехнике для радиолюбителей» под редакцией к.т.н. В.Н. Боровского, издательство «Техника», Киев 1987 год, страница 328 - 329).

Возможна блочная и многофункциональная структура АЛУ.

В блочном АЛУ содержится набор устройств для выполнения отдельных видов операций.

В многофункциональном АЛУ все операции над любыми числами выполняются в одном устройстве. В составе АЛУ могут быть, например, такие блоки: блок десятичной арифметики, матрица умножения для целых чисел, устройство сложения/вычитания для чисел с плавающей точкой, устройство для логических преобразований и т. д.

Внутреннее построение микропроцессора

Рассмотрим упрощённую схему микропроцессора. (См. рисунок ниже.) Процессор состоит из трёх основных блоков: АЛУ, регистров и устройства управления. Для передачи данных между этими блоками используется внутренняя шина данных.

Внутренняя шина данных:

• Каждый операционный блок МП подключен к внутренней шине данных, однако воспользоваться ею может только после получения соответствующего сигнала от схем управления.

• Большинство узлов в составе МП могут посылать и принимать данные с внутренней шины данных.

Схемы управления:

• Поддерживают требуемую последовательность функций всех звеньев МП. Одна из которых – декодирование команды выдача сигналов для её выполнения.

• Линии управления соединяют схемы управления со всеми составляющими МП, а также внешними по отношению к процессору блоками в составе ЭВМ.

• Соединены линией связи с тактовым генератором для синхронизации во времени работы отдельных частей МП. Также управляют процессами прерываний.

АЛУ:

• Выполняет арифметические и логические операции над данными, изменяет данные, выполняет все виды обработки данных, то есть используется тогда, когда необходимо изменить или проверить значение слова данных.

• Функции АЛУ определяют архитектуру МП в целом, так как в АЛУ на аппаратном уровне «зашиты» все возможные для данного процессора команды по обработке данных.

• Оперирует одним или двумя словами данных в зависимости от вида выполняемой операции.

• Входные и выходные порты АЛУ – это входы и выходы схем «вычислителя». Через эти порты идёт обмен данными АЛУ и других блоков МП.

Регистры:

• Основное назначение – временное хранение данных на период выполнения какой-либо операции.

• Некоторые регистры имеют специальное назначение, другие являются многоцелевыми.

Регистр Слова Состояния Процессора:

• Предназначен для хранения результатов некоторых проверок, осуществляемых в процессе выполнения программы, что позволяет делать переходы и строить программы с разветвляющейся структурой.

• Позволяет организовывать работу МП так, чтобы при определённых условиях менялся порядок выполнения команд.

Буферные регистры АЛУ:

• Подключены к входным портам АЛУ.

• Необходимость связана с отсутствием в АЛУ своих запоминающих устройств, так как АЛУ представляет собой набор комбинационных схем.

• Недоступны программисту при написании программ управления процессором.

Блок регистров общего назначения (РОН):

• Содержит многоцелевые регистры, именуемые регистрами общего назначения.

• Предоставлены в распоряжение программиста при написании программ.

Регистр аккумулятор:

• Главный регистр МП при различных манипуляциях с данными.

• Большинство арифметических и логических операций выполняется с использованием АЛУ и аккумулятора.

• Любая из операций над двумя словами данных предполагает размещение одного из них в аккумуляторе, а другого в памяти или ещё в каком-либо регистре.

• Результат выполненной операции АЛУ тоже обычно размещает в аккумуляторе.

• МП может выполнять некоторые операции непосредственно в аккумуляторе, например инвертирование слова данных.

• Количество разрядов аккумулятора соответствует длине слова данных МП, но может быть и кратной этой длине. (Например, аккумулятор двойной длины.)

• Некоторые МП имеют не один, а группу аккумуляторов, и в этом случае в наборе команд такого процессора предусмотрены команды обращения к каждому отдельному аккумулятору.

Счётчик команд:

• Следит за тем, какая команда будет выполнена следующей.

• Может получать данные об адресах программы из любого блока МП, подключенного к внутренней шине данных.

• При начале работы, по команде начальной загрузки, в счётчик команд загружается адрес первой команды программы начальной загрузки, заданный проектировщиком ЭВМ.

• Перед запуском программы пользователя начальный адрес этой программы загружается в счётчик команд. После выполнения этой команды счётчик получает соответствующее приращение.

Регистр адреса памяти:

• Указывает адрес области памяти, которая подлежит использованию.

• Выход подключен к адресной шине.

• Вход подключен к внутренней шине данных и может загружаться из различных источников.

Регистр команд:

• Предназначен для хранения текущей исполняемой команды.

• Только принимает данные с внутренней шины данных.

• Выход является частью дешифратора команд.

• Число разрядов иногда совпадает с длинной слова данных, а иногда нет. (Если длина регистра меньше, то команда обрабатывается по частям.)

- 48 -