Оперативное запоминающее устройство
Запоминающие устройства
Любой МП имеет в своем составе набор регистров, предназначенных для временного хранения операндов, участвующих в операциях. Количество регистров как правило мало, чего недостаточно для организации и выполнения сложных операций. Для хранения больших массивов используются внешние памяти.
ЗУ делятся:
1.по принципу доступа:
- устройства с произвольным доступом (ОЗУ, ПЗУ)
- ЗУ с последовательным доступом (магнитные диски, магнитные ленты)
2. по быстродействию:
- время выборки - интервал времени между моментом подачи сигнала выборки и появлением данных на выходе.
- цикл записи – максимально допустимое время между подачей сигнала выборки, и моментом, когда допустимо последующее обращение к памяти.
- время цикла – наименьший интервал времени, который может иметь место между двумя обращениями к памяти.
3.по емкости
4.по принципу адресации (байт/бит адресованные)
5.энергозависимые и энергонезависимые:
- ОЗУ – оперативное ЗУ;
- ПЗУ – постоянное ЗУ
Также ЗУ классифицируются по мощности потребления, набору и уровню питающего напряжения, типу корпуса.
ОЗУ предназначены для использования в условиях, когда необходимо выбирать и обновлять информацию в высоком темпе работы процессора цифрового устройства. Используется для хранения быстроизменяющихся данных. Практически все типы ОЗУ являются энергозависимыми. Информация в ОЗУ теряется даже при кратковременном падении напряжения питания ниже определенной величины.
ОЗУ имеет 3 режима работы:
-режим хранения
-режим чтения
-режим записи
В режиме чтения и записи ОЗУ должно функционировать с высоким быстродействием. Все ОЗУ подразделяются:
-статические ОЗУ
-динамические ОЗУ
Статическое ОЗУ основано на триггере (на транзисторных каскадах) и характеризуется работой RS триггера. Хранение единицы осуществляется переводом плеча в высокое состояние, хранение нуля переводом симметричного плеча. Достоинства – энергетическая независимость в режиме хранения, надежное хранение информации. Недостатки – большая площадь элемента памяти, невысокая скорость цикла записи и чтения, высокое энергопотребление в режиме записи. Данная память используется в принтерах и сканерах для хранения.
Динамические запоминающие устройства реализуют принцип хранения заряд на емкости. В качестве конденсатора используют барьерную емкость p-n перехода или МДП структуры.
Ячейкой памяти является конденсатор в виде входной емкости МОП транзистора. Память осуществляется путем удержания заряда емкости, соответствующей логической единице в течение нескольких микросекунд. По истечении времени необходимо выполнить перезарядку конденсатора. Данное действие выполняется путем перезаписи той же информации. Отсутствие заряда – логический «0».
Повторная запись данных в ячейку называется регенерацией. Регенерация ячейки памяти таких устройств производится при каждом обращении к ней. Из-за непрерывной природы этого процесса такая память называется динамической.
Устройства динамической памяти снабжены специальными устройствами регенерации. Такие схемы автоматически осуществляют обращение к каждому столбцу памяти с интервалом в несколько десятков микросекунд. При этом ЗУ построены так, что само обращение к столбцу обеспечивает регенерацию его ячеек.
Отличительная особенность – необходимость поддержания заряда. Достоинства – минимальная площадь запоминающего элемента, высокая скорость чтения/записи. Недостатки – наличие процесса регенерации, высокое потребление энергии в режиме хранения, высокая стоимость и невысокая надежность хранения информации.
Согласно такой структуре информация хранится в накопителе, который представляет собой матрицу, состоящую из ячеек памяти, расположенных вдоль столбцов и строк. Элементы памяти хранят 1цу или 0. Для работы каждая ячейка памяти снабжена управляющими цепями, устанавливающие элемент в один из режимов работы (чтение, хранение, запись). К каждой ячейки приписан адрес. Для поиска необходимо ячейки указывается номер строки и столбца. Этот адрес в двоичном виде принимается по линии адреса в регистры адреса, который разделяет 2 позиции: n1- определяет количество строк, n2 – столбцов в накопителе.
Каждая группа разрядов адреса находится на соответствующем DC. При этом каждый из DC создает только на одной выходной линии уровень логической единицы. Остальные находятся в «0». Выбираемая ячейка памяти под воздействием единицы одновременно по цепям строк и столбцов.
При чтении содержимое ячейки выдается на буферную схему, которое затем передается на выход МПС. Запись осуществляется через буферный усилитель. Данная структура отображает работу бит адресованной памяти, в которой присутствует возможность адресации к каждому разряду.
В промышленности используется байт адресованная память. В этом случае в шине адреса определяет только номер строки накопителя, под воздействием которого на внешнюю шину передается все содержимое строки (8-16 разрядов). Данная структура позволяет увеличивать скорость обращения к памяти. МПС дополнительно наращивает емкость путем наращивании разрядности или числа ячеек.