Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются,и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжаютспециальные устройства. Этот процесс называется регенерацией памяти(Refresh Memory). Микросхемы SDRAM имеют ёмкость 16 — 256 Мбити более. Они устанавливаются в корпуса и собираются в модули памяти.Большинствосовременныхкомпьютеровкомплектуютсямодулями типа DIMM (Dual-In-line Memory Module — модуль памяти с427двухрядным расположением микросхем).
В компьютерных системах насамых современных процессорах используются высокоскоростныемодули Rambus DRAM (RIMM) и DDR DRAM.Рис. 6. Микросхемы памяти RIMM (сверху) и DIMM (снизу)Модули памяти характеризуются такими параметрами, как объем—(16, 32, 64, 128, 256 или 512 Мбайт), число микросхем, паспортнаячастота(100 или 133 МГц), время доступа к данным (6 или 7 наносекунд)и число контактов (72, 168 или 184). В 2001 г. начинается выпускмодулей памяти на 1 Гбайт и опытных образцов модулей на 2 Гбайта.Кэш-памятьКэш (англ.
cache), или сверхоперативная память — очень быстроеЗУ небольшого объёма, которое используется при об мене даннымимежду микропроцессором и оперативной памятью для компенсацииразницы в скорости обработки информации процессором и несколькоменее быстродействующей оперативной памятью.Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер,который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть,какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшеевремя процессору, и подкачивает их в кэш-память.
При этом возможныкак "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если вкэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходитбез задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, топроцессор считывает её непосредственно из оперативной памяти.Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективностькэширования.Кэш-память реализуется на микросхемах статической памятиSRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких,428чем DRAM (SDRAM).Современные микропроцессоры имеютвстроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером8, 16 или 32 Кбайт.
Кроме того, на системной плате компьютера можетбыть установлен кэш второго уровня ёмкостью 256, 512 Кбайт и выше.Специальная памятьКроме основной памяти на системной плате ПК имеется иэнергонезависимая память CMOS RAM (Complementary Metal-OxideSemicoaductor RAM), постоянно питающаяся от своего аккумулятора; вней хранится информация об аппаратной конфигурации ПК (обо всейаппаратуре, имеющейся в компьютере), которая проверяется прикаждом включении системы.Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) в ПК применяютсяв основном для сохранения данных при выключении электропитания(энергонезависимость) и для более эффективного использования объемаRAM. ПЗУ — это память только для чтения (ROM ). Встроенные в ПЗУпрограммные средства нельзя случайно изменить, стереть или потерять.В ПК для выполнения функций ROM в основном применяютсяразличные программируемые и перепрограммируемые ПЗУ.Специальные ПЗУ используются в современных мультимедийныхсистемах, а именно - в звуковых картах.
Ключевым словом современныхзвуковых карт является таблица волн (wave table). Используя соответствующие алгоритмы, только по одному тону музыкального инструментаможно воспроизвести все остальные, т.е. восстановить его полное звучание. Выборки таких сигналов сохраняются либо в ПЗУ - ROM, либо программно загружаются в RAM звуковой карты.
Для хранения указанныхтаблиц требуются ROM (именуемая wavetable-памятью). Микросхемыпамяти (ROM для волновых таблиц), установленные на плате, хранят всжатом виде выборки звучания музыкальных инструментов, используемых для воспроизведения MIDI.Имеется множество ПЗУ, используемых в видеоадаптерах.Наиболее перспективной для хранения BIOS и организации электронных дисков (псевдодиск, используемый в качестве памяти для хранения данных, аналогично жесткому или флоппи-диску) является флэшпамять, которая позволяет производить перезапись информации для одного компонента многократно.
В результате появляется возможностьмодифицировать старые и добавлять новые функции для поддержки устройств, подключаемых к ПК. Эта память является энергонезависимой иимеет расширенные функциональные возможности.В CMOS RAM используется комбинация двух n- и двух pканальных МОП-транзистора, соединенных так, что для храненияинформации конденсатор вовсе не нужен. Информация здесь хранитсядо тех пор, пока он подключен к небольшому источнику питания.Однако CMOS RAM занимает много места на кристалле, дороже429динамической памяти и поэтому используется в случаях крайнейнеобходимости. Она применяется в основном для хранения системнойинформации.
Данный тип памяти считается энергонезависимым толькопотому, что постоянно подпитывается или от аккумулятора, или отбатарейки. Информация об изменении конфигурации ПК записывается вспециальную область памяти, которая и называется CMOS, ирасполагается в контроллере периферии.К устройствам специальной памяти относятся постоянная память(ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory),память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторыедругие виды памяти.Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory —память только для чтения) — энергонезависимая память, используетсядля хранения данных, которые никогда не потребуют изменения.Содержание памяти специальным образом "зашивается" в устройствепри его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно толькочитать.Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) —энергонезависимая память, допускающая многократную перезаписьсвоего содержимого с дискеты.Прежде всего в постоянную память записывают программууправления работой самого процессора.
В ПЗУ находятся программыуправления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью,программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти — модульBIOS. Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элементаппаратуры, а с другой строны — важный модуль любой операционнойсистемы.BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода)— совокупность программ, предназначенных для автоматическоготестирования устройств после включения питания компьютера изагрузки операционной системы в оперативную память.Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM.CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием иминимальным энергопотреблением от батарейки. Используется дляхранения информации о конфигурации и составе оборудованиякомпьютера, а также о режимах его работы.430Интегральные схемы BIOS и CMOSСодержимое CMOS изменяется специальной программой Setup,находящейся в BIOS (англ. Set-up — устанавливать, читается "сетап").Дляхраненияграфическойинформациииспользуетсявидеопамять.Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, вкотором хранятся закодированные изображения.
Это ЗУ организованотак, что его содержимое доступно сразу двум устройствам —процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняетсяодновременно с обновлением видеоданных в памяти.Система прямого доступа к памятиКак уже отмечалось, процессор способен считывать данные изнекоторого устройства и записывать их в память. Подобные действияможет выполнять и система прямого доступа к памяти и таким образомосвобождать процессор от этой работы. Пересылка байтов данныхявляется простой задачей, не требующей особых ухищрений.
Системапрямого доступа к памяти решает ее, пока процессор продолжаетвыполнение.На рисунке показано, каким образом процессор и система прямогодоступа к памяти связаны с запоминающим устройством. Здесь жепоказано, что обе системы могут посылать и принимать данные изнекоторого периферийного устройства.
Для доступа к этому устройствупроцессор использует порт В, а система прямого доступа — шину,обозначенную словом «Данные». Наконец, процессор может вестиобмен данными с системой прямого доступа к памяти через порт А.431Рассмотрим в качестве примера процесс считывания несколькихбайтов данных из периферийного устройства и занесения их в память.Процесс начинается, когда процессор посылает одну команду в системупрямого доступа к памяти через порт А, а другую — в устройство черезпорт В.
По команде, направленной в устройство, последнее должнопереслать несколько байтов данных в систему прямого доступа кпамяти. Согласно команде, посланной в систему прямого доступа, этасистема должна принять байты данных из устройства и записать их впамять. Во время выполнения описанных пересылок процессор можетпродолжать считывание и выполнение команд.Может возникнуть вопрос, каким образом система прямогодоступа и процессор могут одновременно осуществлять доступ кпамяти? На самом деле такой возможности нет.
Запоминающееустройство в каждый момент времени обрабатывает только один запрос.Однакосистемапрямогодоступакпамятидостаточно«интеллектуальна» и в состоянии задержать запрос процессора, покасама реализует обращение. Таким образом, процессор и системапрямого доступа к памяти поочередно работают с запоминающимустройством, причем процессор время от времени находится всостоянии ожидания, пока освободится память. С запросамипериферийного устройства на передачу данных затруднений обычно невозникает, так как они поступают существенно реже, чем запросыпроцессора.432Система прямого доступа лишь иногда обращается к памяти, в товремя как процессор постоянно требует доступа к запоминающемуустройству.
Поэтому создается впечатление, что и процессор, и системапрямого доступа работают с памятью одновременно.Современный персональный компьютер состоит из несколькихосновных конструктивных компонент:Центральный микропроцессор может быть разделен на двалогических блока.- блок исполнения EU (Execution Unit);- блок интерфейса шин (Bus Interface Unit).Блок интерфейса шин(или интерфейсная часть) МПпредназначен для связи и согласования МП с системной шиной ПК, атакже для приема, предварительного анализа команд выполняемойпрограммы и формирования полных адресов операндов и команд.Интерфейсная часть включает в свой состав:- адресные регистры микропроцессорной памяти (МПП);- узел формирования адреса;- блок регистров команд, являющийся буфером команд в МП;- внутреннюю интерфейсную шину МП;- схемы управления шиной и портами ввода-вывода.433Некоторые из названных устройств, такие как узел формированияадреса и регистр команды, непосредственно выполняемой МП,функционально входят в состав устройства управления.Порты ввода-вывода — это пункты системного интерфейса ПК,через которые МП обменивается информацией с другими устройствами.Всего портов у МП может быть 65 536 (равно количеству разныхадресов, которые можно представить числом формата «слово»).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
