Горнец Н.Н., Рощин А.Г. Организация ЭВМ и систем (2006) (1186251), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

Кроме того, уменьшается стоимость хранения информации по мере «удаления» уровня от процессора. Однако наличие нескольких уровней памяти не приводит к увеличению общего объема хранимой ин- к цп формации — на каждом уровне инфор- созу мация дублируется той, что находится на последующем более низком уровне. Процессор производит непосредственную обработку только той части информации, которая находится на первых двух уровнях — оперативном и сверхоперативном. Система управления памятью осуществляет обмен информационными блоками между уровнями нмд памяти, причем при обращении к блоку, находящемуся на низком уровне, он перемещается на более высокий уровень.

Это делается для того, чтобы при последующих обращениях к этому же блоку проводить выборку из запоминающего устройства, обладающего большим бы- Рис. 6.1. Многоуровневая стродействием. организация памяти 149 896 К 768 К 150 Если обращение к какому-либо дополнительная ~ уРовню памяти прошло успешно, т,е память в нем найден нужный информаци гм онный блок, то говорят о попадании (Ы1), а когда блок на этом уровне пвивт~ ком отсутствует — о промахе (пйза). В слу о, ив вя, „„„„чае промаха для поиска нужного бло- ка необходимо обратиться к следуюовдясть адаптера щему уровню памяти.

Потери време- ни при этом включают в себя время Видеопашпь на поиск и пересылку искомого сло- 640 к овввввяя вяиять ва из следующего более медленного уровня памяти. Помимо перечисленных видов па- мяти, в компьютере имеется управ- О ляющая память, предназначенная для размещения микропрограмм Рис. 6.2. Карта алресов памяти процессора. Это постоянная память, персонального компьютера в которой хранятся управляющие программы, константы и т.д. Кроме того, другая постоянная память содержит программы начальной загрузки. На каждом уровне запись информации выполняется по своим законам.

Так, во внешней памяти на дисках запись производится по секторам, содержащим как собственно сохраняемую информацию, так и вспомогательную, необходимую для поиска нужных данных. В ОП каждое слово записывается в отдельную ячейку, а для того чтобы найти и воспользоваться им, нужен адрес этой ячейки. В сверхоперативной памяти слово записывается в ячейку вместе с полным адресом ячейки ОП, где оно хранилось или должно храниться, или его частью. Основная память машины является адресуемой; это значит, что вся ОП представляет собой множество ячеек, отличающихся друг от друга только адресами. Если процессору нужно воспользоваться каким-либо словом, он должен передать в память его адрес. Все множество адресов образует адресное пространство, но не все адреса принадлежат ОП.

Эти адреса могут использоваться для обращения: в постоянную память; оперативную память; память дисплея (видеопамять); к регистрам периферийных устройств. Распределение исполнительных адресов, а следовательно, и объемов памяти по конкретным устройствам и образует адресное пространство (рис. 6.2).

6.2. Виды памяти Постоянная память. Обычно постоянная память служит для хра„ения программ начальной загрузки и ряда других системных программ. Как правило, ячейкам ПЗУ присваиваются адреса адресного пространства вблизи 1 М (см. рис. 6.2). Постоянное запоминающее устройство выполняет преобразование и-разрядного кода адреса в л-разрядный код хранящегося по этому адресу слова.

Таким образом, ПЗУ можно рассматривать в качестве преобразователя кодов. Оно значительно проще оперативной памяти (информация не может записываться в ПЗУ при обычном режиме работы), надежнее и дешевле ее, но обычно медленнее. Информация в ПЗУ записывается прямо на кристалле при нанесении маскирующего слоя и становится неотъемлемой частью этого кристалла. Это не позволяет менять информацию. Более гибкий подход появился с созданием программируемого ПЗУ (ППЗУ). Для процесса записи информации на таких кристаллах требуется более высокое напряжение, чем при записи в ОЗУ.

Это приводит к «прожиганию» перемычек в различных местах памяти и, следовательно, записи информации на этом кристалле. Запись в ППЗУ производится на специальных устройствах, называемых программаторами, после чего интегральная схема ППЗУ устанавливается в компьютер. После записи изменить записанные данные в компьютере уже невозможно. В перепрограммируемом ПЗУ можно записать информацию в память, а при необходимости внести в нее изменения, можно всю информацию стереть и начать повторную запись. Запись информации в перепрограммируемое ПЗУ также выполняется на программаторах.

Последним шагом стало создание электрически стираемых программируемых постоянных запоминающих устройств (ЭСППЗУ), напоминающих ППЗУ, но обладающих одним преимуществом: стирание информации в них может производиться просто сигналом более высокого напряжения. В настоящее время большое распространение получила флэшпамять, представляющая собой особый вид ЭСППЗУ, в котором стирание информации осуществляется блоками или целиком всего содержимого памяти; при этом используются сигналы обычного для компьютера напряжения, но большой длительности.

Запись байта информации во флэш-память занимает около 10 мкс и производится сигналами, подаваемыми на адресные входы и информационные выходы (которые в режиме записи играют роль информационных входов). Флэш-память используют не только в качестве памяти В108, но и для цифровой записи фотоснимков и других целей. 151 Для хранения программ В105 в настоящее время используют ПЗУ на МОП-элементах и флэш-память.

Оперативная память. Оперативное запоминающее устройство является основной частью адресуемой памяти компьютера, по этому его часто называют основной памятью. За последние годы ее объем увеличился в сотни раз и в настоящее время в перес напьных компьютерах достигает 4 Гбайт (он определяется длиной адресной части команды, которая составляет 32 разряда), а в сер верах может быть и значительно больше. Информация, постоянно хранящаяся во внешних ЗУ, становится доступной процессору только после загрузки ее в ОП. Оперативная память — это ЗУ с произвольным доступом, длительность записи и чтения постоянны и не зависят от номера ячейки. Основную память можно рассматривать в виде линейной последовательности одинаковых ячеек (обычно в современных компьютерах их длина составляет один байт).

При обращении к ОП передается адрес ячейки (по адресной шине), данные (по информационной шине) и управляющие сигналы (например, сигналы записи или чтения). Конструкция компьютера может привести к необходимости совмещения адресной и информационной шин, тогда по такой совмещенной шине адреса и данные передаются последовательно. В настоящее время оперативная память представляет собой энергозависимое устройство, т.е.

информация может храниться в нем только при наличии питания; при выключении питания она не сохраняется. (В качестве ОП в компьютерах второго и третьего поколений использовали сложную в производстве дорогостоящую ферритовую память, но теперь, когда применение компьютеров стало повсеместным, ей пришла на смену более технологичная полупроводниковая память. Ферритовая память обладает рядом достоинств, она энергонезависима, т.е. сохраняет записанную в ней информацию при выключении питания, и обладает радиационной стойкостью.) Основная память, как правило, строится на сравнительно недорогих динамических элементах, но ее быстродействие значительно отстает от быстродействия процессора и растет очень медленно.

Время записи или чтения информационного слова из такой памяти существенно превышает длительность цикла процессора и в настоящее время составляет порядка 30... 50 нс. Запоминающий элемент динамической памяти состоит из конденсатора С, отсутствие или наличие заряда в котором и означает «О» или «1», а также транзистора, служащего для изоляции конденсатора от остальных схем. Кроме того, для записи и чтения предусматривают еще два транзистора (рис. б.З). Размеры конденсатора малы, это позволяет размещать запоминающие элементы в кристалле с высокой плотностью.

Но малые размеры конденсато- 152 ра означают, что он обладает и Вход Выход очень небольшой емкостью, сле- С довательно, время утечки заряда, т.Е. ЛднтЕЛЬНОСтЬ ХраНЕНИя ВыбоР информации в нем, также незначительно и составляет десят- Рнс. 6.3. Запоминающий элемент ки миллисекунд.

Поэтому дина- динамической памяти мические элементы требуют для постоянного поддержания в них информации специальных циклов регенерации, которая производится каждые 2 ... 8 мс. Регепераяия — зто процесс принудительного чтения и записи считанной информации в ту же ячейку памяти. Если содержимое ячейки использовалось в течение времени между циклами регенерации, то процесс регенерации этой ячейки можно опустить. Оперативную память можно представить в виде матрицы запоминающих ячеек; тогда для обращения к ячейке, т.е. для записи или чтения данных из нее, нужно передать адрес А„...

Ао этой ячейки. Адрес включает в себя две составляющие: адрес строки (тахт) и адрес столбца (со1шпп). Они поступают на регистр адреса ОП (обычно одновременно) и затем дешифрируются. К выходам дешифраторов подключены горизонтальные и вертикальные адресные линии матрицы ячеек, образующие соответственно строку и столбец матрицы. Помимо адресных линий все ячейки связаны вертикальными линиями, по которым данные Р ... Р, поступают в ОП или считываются из нее.

Характеристики

Список файлов книги