Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 49
Текст из файла (страница 49)
После этого на адресные выводы подастся номер столбца и устанавливается сигнал САЯ (Со1шлп АИгезз БггоЬе — строб адреса столбца). Микросхема реагирует на сигнал, принимая или выдавая 1 бит данных. Большие микросхемы памяти часто производятся в виде матриц размером гл х и, обращение к которым происходит по строкам и столбцам.
Такая организация памяти сокращает число необходимых выводов, но, с другой стороны, замедляет обращение к микросхеме, поскольку требуется два цикла адресации: один для строки, другой для столбца. Чтобы ускорить этот процесс, в некоторых микросхемах можно вызывать адрес строки, а затем несколько адресов столбцов для доступа к последовательным битам строки. Много лет назад самые большие микросхемы памяти обычно были устроены так, как показано на рис. 3.30, б. Поскольку размер слов увеличился от 8 до 32 бит и выше, использовать подобные микросхемы стало неудобно. Чтобы из микросхем 4096 К х 1 построить память с 32-разрядными словами, требуется 32 микросхемы, работающие параллельно.
Эти 32 микросхемы имеют общий объем по крайней мере 16 Мбайт. Если использовать микросхемы 512 К х 8, то потребуется всего 4 микросхемы, но при этом объем памяти составит 2 Мбайт. Чтобы не возиться с 32 микросхемами, большинство производителей выпускают семейства микросхем с длиной слов 1, 4, 8 и 16 бит. Ситуация с 64-разрядными словами, естественно, еще хуже. Примеры современных микросхем объемом 512 Мбит показаны на рис. 3.31. В каждой такой микросхеме содержится четыре внутренних банка памяти по 128 Мбит; соответственно, для определения банка требуются две линии выбора банка. На микросхеме 32 М х 16, показанной на рис.
3.31, а, 13 линий выделено для сигналов ЙАЯ, 10 — для сигналов СА5 и 2 линии — для выбора банка. Взятые в целом, 25 сигналов обеспечивают возможность адресации 2ж внутренних 16-разрядных ячеек. На микросхеме 128 М х 4, изображенной на рис. 3.31, б, для сигналов КАК выделено 13 линий, для СА5 — 12 линий, для выбора банка— 2 линии. Таким образом, 27 сигналов делают возможной адресацию любой из 2ж внутренних 4-разрядных ячеек.
Количество строк и столбцов в микросхемах определяется на основании инженерных факторов. Матрица не обязательно должна быть квадратной. Эти примеры наглядно демонстрируют значимость двух не связанных друг с другом проблем в процессе конструирования микросхем памяти. Первая из них касается ширины выхода (в битах) — иначе говоря, количества битов (1, 4, 8, 16 и пр.) в выходном сигнале. Вторая проблема заключается в способе представления битов адреса; здесь есть два варианта: во-первых, биты адресов могут быть представлены одновременно на разных выводах, во-вторых, может быть последовательное представление строк и столбцов — так, как показано на рис. 3.31. Прежде чем приступать к проектированию микросхемы, специалист должен определиться с решением обеих этих проблем.
Память 1 97 0О 02 0З 04 05 05 07 ОВ 09 019 0П 012 019 014 015 АО А1 А2 АЗ А4 Ав АЕ А7 АВ А9 ио А11 иг АО А1 А2 АЗ А4 Ав АЕ Аг АВ А9 ио А11 иг 0О 01 Ог ОЗ йАЗ САЗ В~8 САЗ Банк О Банк 1 Банк О Банк 1 СЗ ЧЧЕ ОЕ СЗ ЧЧЕ ОЕ Рис. 3.31. Деа способа организации микросхемы памяти объемом 512 Мбит озь и пзь Все виды памяти, которые мы рассматривали до сих пор, имеют одно общее свойство: они позволяют и записывать, и считывать информацию.
Такая память называется ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), или КАМ (Капс1ош Ассеьз Мепюгу — оперативная память). Существует два типа ОЗУ: статическое и динамическое. Статическое ОЗУ (Ягаг(с КАМ, ЯКАМ) конструируется с использованием П-триггеров. Информация в ОЗУ сохраняется на протяжении всего времени, пока к нему подается питание: секунды, минуты, часы и даже дни.
Статическое ОЗУ работает очень быстро. Обычно время доступа составляет несколько наносекунд. По этой причине статическое ОЗУ часто используется в качестве кэш-памяти второго уровня. В динамическом ОЗУ (Пупапцс КАМ, ОКАМ), напротив, триггеры не используются. Динамическое ОЗУ представляет собой массив ячеек, каждая из которых содержит транзистор и крошечный конденсатор. Конденсаторы могут быть заряженными и разряженными, что позволяет хранить нули и единицы. Поскольку электрический заряд имеет тенденцию исчезать, каждый бит в динамическом ОЗУ должен обновляться (перезаряжаться) каждые несколько миллисекунд, чтобы предотвратить утечку данных. Поскольку об обновлении должна заботиться внешняя логика, динамическое ОЗУ требует более сложного сопряжения, чем статическое, хотя этот недостаток компенсируется большим объемом. Поскольку динамическому ОЗУ нужен только 1 транзистор и 1 конденсатор на бит (статическому ОЗУ требуется в лучшем случае 6 транзисторов на бит), динамическое ОЗУ имеет очень высокую плотность записи (много битов на одну микросхему).
По этой причине основная память почти всегда строится на 198 Глава 3. Цифровой логический уровень основе динамических ОЗУ. Однако динамические ОЗУ работают очень медленно (время доступа занимает десятки наносекунд). Таким образом, сочетание кэш-памяти на основе статического ОЗУ и основной памяти на основе динамического ОЗУ соединяет в себе преимущества обоих устройств.
Существует несколько типов динамических ОЗУ. Самый древний тип, который все еще используется, — РРМ (Разг Райе Моде — быстрый постраничный режим). Это ОЗУ представляет собой матрицу битов. Аппаратное обеспечение представляет адрес строки, а затем — адреса столбцов (мы описывали этот процесс, когда говорили об устройстве памяти, показанном на рис. 3.31, б). Явные сигналы обеспечивают асинхронную работу памяти и главного тактового генератора системы. РРМ постепенно замещается памятью ЕОО (Ехтепдед Па1а Оогрпг — память с расширенными возможностями вывода)', которая позволяет обращаться к памяти еше до того, как закончилось предыдущее обращение.
Такой конвейерный режим, хотя и не ускоряет доступ к памяти, повышает пропускную способность, позволяя получить больше слов в секунду. Память типа РРМ и ЕПО сохраняла актуальность в те времена, когда продолжительность цикла работы микросхем памяти не превышала 12 нс. Впоследствии, с увеличением быстродействия процессоров, сформировалась потребность в более быстрых микросхемах памяти, и тогда на смену асинхронным режимам РРМ и ЕПО пришли синхронные динамические ОЗУ (ЯупсЬгопоиз ПКАМ, ЯддКАМ). Синхронное динамическое ОЗУ управляется одним сипхронизируюшим сигналом.
Данное устройство представляет собой гибрид статического и динамического ОЗУ. Основное преимушество синхронного динамического ОЗУ состоит в том, что оно исключает зависимость микросхемы памяти от управляющих сигналов. ЦП сообщает памяти, сколько циклов следует выполнить, а затем запускает эти циклы. Каждый цикл на выходе дает 4, 8 или 16 бит в зависимости от количества выходных строк. Устранение зависимости от управляющих сигналов приводит к увеличению скорости передачи данных между ЦП и памятью. Следующим этапом в развитии памяти ЯРКАМ стала память РРК (ПопЫе Вага Кате — передача данных с двойной скоростью).
Эта технология предусматривает вывод данных как на фронте, так и на спаде импульса, вследствие чего скорость передачи увеличивается вдвое. Например, 8-разрядная микросхема такого типа, работающая с частотой 200 МГц, дает на выходе два 8-разрядных значения 200 млн раз в секунду (разумеется, такая скорость удерживается в течение небольшого периода времени); таким образом, теоретически кратковременная скорость может достигать 3,2 Гбайт,тс. Энергонезависимая память ОЗУ вЂ” не единственный тип микросхем памяти. Во многих случаях данные должны сохраняться, даже если питание отключено (например, если речь идет об игрушках, различных приборах и машинах).
Более того, после установки ни ' Динамическая память типа ЕОО практически вытеснила обычную динамическую память, работающую в режиме ррм, в середине 90-к годов. — Примеч. научн. ред. Память 1 99 программы, ни данные не должны изменяться. Эти требования привели к появлению ПЗУ (постоянных запоминающих устройств), или КОМ (Кем-Оп!у Мепюгу — постоянная память). ПЗУ не позволяют изменять и стирать хранящуюся в них информацию (ни умышленно, ни случайно).
Данные записываются в ПЗУ в процессе производства. Для этого изготавливается трафарет с определенным набором битов, который накладывается на фоточувствительный материал, а затем открытые (или закрытые) части поверхности вытравливаются. Единственный способ изменить программу в ПЗУ вЂ” поменять всю микросхему.
ПЗУ стоят гораздо дешевле ОЗУ, если заказывать их большими партиями, чтобы оплатить расходы на изготовление трафарета. Однако они не допускают изменений после выпуска с производства, а между подачей заказа на ПЗУ и его выполнением может пройти несколько недель. Чтобы компаниям было проще разрабатывать новые устройства, основанные на ПЗУ, были выпущены программируемые ПЗУ (РгоягапипаЫе КОМ, РКОМ). В отличие от обычных ПЗУ, их можно программировать в условиях эксплуатации, что позволяет сократить время выполнения заказа. Многие программируемые ПЗУ содержат массив крошечных плавких перемычек.
Чтобы пережечь определенную перемычку, нужно выбрать требуемые строку и столбец, а затем приложить высокое напряжение к определенному выводу микросхемы. Следующая разработка этой линии — стираемое программируемое ПЗУ (ЕгазаЫе РВОМ, ЕРКОМ), которое можно программировать в условиях эксплуатации, а также стирать с него информацию. Если кварцевое окно в данном ПЗУ подвергать воздействию сильного ультрафиолетового света в течение 15 минут, все биты установятся в 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
