Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Если нужно сделать много изменений во время одного этапа проектирования, стираемые ПЗУ гораздо экономичнее, чем обычные программируемые ПЗУ, поскольку их можно использовать многократно. Стнраемые программируемые ПЗУ обычно устроены так же, как статические ОЗУ. Например, микросхема 27С040 имеет структуру, которая показана на рис. 3.31, а, а такая структура типична для статического ОЗУ. Следующий этап — электронно-перепрограммируемое ПЗУ (Е1есггошса11у ЕРКОМ, ЕЕРКОМ), с которого можно стирать информацию, прилагая к нему импульсы, и которое не нужно для этого помещать в специальную камеру, чтобы подвергнуть воздействию ультрафиолетовых лучей. Кроме того, чтобы перепрограммировать данное устройство, его не нужно вставлять в специальный аппарат для программирования, в отличие от стираемого программируемого ПЗУ.
В то же время самые большие электронно-перепрограммируемые ПЗУ в 64 раза меньше обычных стираемых ПЗУ, и работают они в два раза медленнее. Электронно-перепрограммируемые ПЗУ не могут конкурировать с динамическими и статическими ОЗУ, поскольку работают в 10 раз медленнее, их емкость в 100 раз меньше, и они стоят гораздо дороже. Они используются только в тех ситуациях, когда необходимо сохранять информацию при выключении питания. Более современный тип электронно-перепрограммируемого ПЗУ вЂ” флэшпамять.
В отличие от стираемого ПЗУ, которое стирается под воздействием ультрафиолетовых лучей, и от электронно-перепрограммируемого ПЗУ, которое стирается по байтам, флэш-память стирается и записывается блоками. Многие изготовители производят небольшие печатные платы, содержащие сотни мега- 200 Глава 3. Цифровой логический уровень байтов флэш-памяти. Они используются для хранения изображений в цифровых камерах и для других целей. Возможно, когда-нибудь флэш-память вытеснит диски, что будет грандиозным шагом вперед, учитывая время доступа в 50 нс. Основной технической проблемой в данный момент является то, что флэш-память изнашивается после 100 000 операций стирания, а диски могут служить годами независимо от того, сколько раз они перезаписывались.
Краткое описание различных типов памяти дано в табл. 3.2. Таблица 3.2. Характеристики различных типов памяти в с а о о о м ЭВАМ Чтение и запись Электрическое Да Кзш-память второго уровня Да Чтение и запись Электрическое ОВАМ Да Да Основная память (старые модели) ЗОВАМ Чтение и запись Электрическое Да Основная память (новые модели) ВОМ Только чтение Нет Устройства большого объема Невозможно Нет Нет Устройства небольшого объема РВОМ Только чтение Невозможно Нет Ультрафиолето- вый свет ЕРВОМ Нет Моделирование устройств Преимуществен- но чтение Нет ЕЕРВОМ Преимуществен- но чтение Электрическое Нет Моделирование устройств Да Флэш-пвмять Чтение и запись Электрическое Нет Нет Цифровые камеры Микросхемы процессоров и шины Поскольку мы уже познакомились с микросхемами МИС и СИС, а также с микросхемами памяти, теперь можно сложить все составные части вместе и начать изучение целых систем.
В этом разделе сначала мы рассмотрим процессоры на цифровом логическом уровне, включая цоколевку (то есть значение сигналов на различных выводах). Поскольку центральные процессоры тесно связаны с шинами, которые они используют, мы также кратко изложим основные принципы разработки шин. В следующих разделах мы подробно опишем примеры центральных процессоров и шин для них. Я о с Е сж од в о с с аь всо лил а о с д в Р с О с о с а о $ з о оав с д во в Э~с нсо ж сю о ь о о с с о х с ос о шо в он з же ж Микросхемы процессоров и шины 201 Микросхемы процессоров Все современные процессоры помещаются на одной микросхеме. Это делает вполне определенным механизм их взаимодействия с остальными частями системы.
Каждая микросхема процессора содержит набор выводов, через которые происходит обмен информацией с внешним миром. Одни выводы передают сигналы от центрального процессора, другие принимают сигналы от других компонентов, третьи делают то и другое. Изучив функции всех выводов, мы сможем узнать, как процессор взаимодействует с памятью н устройствами ввода-вывода на цифровом логическом уровне.
Выводы микросхемы центрального процессора можно подразделить на три типа: адресные, информационные и управляющие. Эти выводы связаны с соответствующими выводами на микросхемах памяти и микросхемах устройств ввода-вывода через набор параллельных проводов (так называемую шину). Чтобы вызвать команду, центральный процессор сначала посылает в память адрес этой команды по адресным выводам. Затем он задействует одну или несколько линий управления, чтобы сообщить памяти, что ему нужно, например, прочитать слово. Память выдает ответ, помещая требуемое слово на информационные выводы процессора и посылая сигнал о том, что это сделано. Когда центральный процессор получает этот сигнал, он считывает слово и выполняет вызванную команду.
Команда может требовать чтения или записи слов, содержащих данные. В этом случае весь процесс повторяется для каждого дополнительного слова. Как происходит процесс чтения и записи, мы подробно рассмотрим далее. А пока важно понять, что центральный процессор обменивается информацией с памятью и устройствами ввода-вывода, подавая сигналы на выводы и принимая сигналы на входы. Другого способа обмена информацией не существует. Число адресных выводов и число информационных выводов — два ключевых параметра, которые определяют производительность процессора.
Микросхема, содержащая т адресных выводов, может обращаться к 2 ячейкам памяти. Обычно т равно 16, 20, 32 или 64. Микросхема, содержащая п информационных выводов, может считывать или записывать и-разрядное слово за одну операцию. Обычно п равно 8, 16, 32, 36 или 64. Центральному процессору с 8 информационными выводами понадобится 4 операции, чтобы считать 32-разрядное слово, тогда как процессор, имеющий 32 информационных вывода, может сделать ту же работу в рамках одной операции. Следовательно, микросхема с 32 информационными выводами работает гораздо быстрее, но и стоит гораздо дороже. Помимо адресных и информационных выводов, каждый процессор содержит управляющие выводы.
Эти выводы позволяют регулировать и синхронизировать поток данных к процессору и от него, а также выполнять другие функции. Все процессоры содержат выводы для питания (обычно +3,3 В или +5 В), земли и синхронизирующего сигнала (меандра). Остальные выводы разнятся от процессора к процессору. Тем не менее управляющие выводы можно разделить на несколько основных категорий: + управление шинои; + прерывания; + арбитраж шины; 202 Глава 3. Цифровой логический уровень + сигналы сопроцессора; + состояние; + разное.
Далее мы кратко опишем каждую из этих категорий, а когда мы будем рассматривать микросхемы Репгшш 4, 111ьга3РАКС 111 и 8051, дадим более подробную информацию. Схема типичного центрального процессора, в котором используются зти типы сигналов, изображена на рис. 3.32. Адресация Арбитраж шины Данные Сопроцессор Управление шиной Состояние Прочие сигналы Прерывания Ф +5ч заземления Символ синхРонизиРУющего Напряжение 5 В сигнала Рис. 3.32. Цоколевка типичного центрального процессора. Стрелочки указывают входные и выходные сигналы. Короткие диагональные линии говорят о наличии нескольких выводов данного типа. Число этих выводов зависит от модели процессора Выводы управления шиной по большей части представляют собой выходы из центрального процессора в шину (и, следовательно, входы микросхем памяти и микросхем устройств ввода-вывода).
Они позволяют сообщить, что процессор хочет считать информацию из памяти или записать информацию в память, или сделать что-нибудь еще. Выводы прерывания — зто входы из устройств ввода-вывода в процессор. В большинстве систем процессор может дать сигнал устройству ввода-вывода начать операцию, а затем приступить к какому-нибудь другому действию, пока устройство ввода-вывода выполняет свою работу. Когда устройство ввода-вывода ее заканчивает, контроллер ввода-вывода посылает сигнал на один из выводов прерывания, чтобы прервать работу процессора и заставить его обслужить устройство ввода-вывода (например, проверить ошибки ввода-вывода).
Некоторые процессоры содержат выходной вывод, призванный подтверждать получение сигнала прерывания. Выводы арбитража шины нужны для того, чтобы регулировать поток информации в шине, то есть не допускать таких ситуаций, когда два устройства пытаются воспользоваться шиной одновременно. В плане арбитража центральный процессор считается просто одним из устройств. Некоторые центральные процессоры могут работать с различными сопроцессорами (например, с графическими процессорами, процессорами для обработки Микросхемы процессоров и шины 203 значений с плавающей точкой и т.
п.). Чтобы обеспечить обмен информацией между процессором и сопроцессором, используются специальные выводы. Помимо этих выводов, у некоторых процессоров есть дополнительные выводы. Одни из них выдают или принимают информацию о состоянии, другие нужны для перезагрузки компьютера, третьи призваны обеспечивать совместимость со старыми микросхемами устройств ввода-вывода. Компьютерные шины Шина — это несколько проводников, соединяющих различные устройства. Шины можно разделить на категории в соответствии с выполняемыми функциями. Они могут быть внутренними по отношению к процессору и служить для передачи данных в АЛУ и из АЛУ, а могут быть внешними по отношению к процессору и связывать процессор с памятью или устройствами ввода-вывода.
Каждый тип шины обладает определенными свойствами, и к каждому из них предъявляются определенные требования. В этом и следующих подразделах мы сосредоточимся на шинах, которые связывают центральный процессор с памятью и устройствами ввода-вывода. В следующей главе мы подробно рассмотрим внутренние шины процессора. Первые персональные компьютеры имели одну внешнюю шину, которая называлась системной. Она состояла из нескольких медных проводов (от 50 до 100), которые встраивались в материнскую плату. На материнской плате на одинаковых расстояниях друг от друга находились разъемы для микросхем памяти и устройств ввода-вывода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
