Îðãàíèçàöèÿ ÝÂÌ è ñèñòåì. Îäíîïðîöåññîðíûå ÝÂÌ. ×àñòü 2

       

ÏÐÈÍÖÈÏÛ ÏÎÑÒÐÎÅÍÈß ÓÑÒÐÎÉÑÒÂ ÂÍÓÒÐÅÍÍÅÉ ÏÀÌßÒÈ


Ïàìÿòüþ ÝÂÌ íàçûâàþò ñîâîêóïíîñòü óñòðîéñòâ, ñëóæàùèõ äëÿ çàïîìèíàíèÿ, õðàíåíèÿ è âûäà÷è èíôîðìàöèè. Îòäåëüíûå óñòðîéñòâà, âõîäÿùèå â ýòó ñîâîêóïíîñòü, íàçûâàþòñÿ çàïîìèíàþùèìè óñòðîéñòâàìè èëè ïàìÿòÿìè òîãî èëè èíîãî òèïà.  íàñòîÿùåå âðåìÿ è ÇÓ, è ïàìÿòü ñòàëè ïðàêòè÷åñêè ñèíîíèìàìè.

Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ÝÂÌ è åå âîçìîæíîñòè â áîëüøîé ñòåïåíè çàâèñÿò îò õàðàêòåðèñòèê ÇÓ, ïðè÷åì â ëþáîé ÝÂÌ îáùåãî íàçíà÷åíèÿ èñïîëüçóþò íåñêîëüêî òèïîâ ÇÓ.

Îñíîâíûå îïåðàöèè:

- Çàïèñü

– çàíåñåíèå èíôîðìàöèè â ïàìÿòü;

-       Ñ÷èòûâàíèå

– âûáîðêà èíôîðìàöèè èç ïàìÿòè.

Îáå ýòèõ îïåðàöèè íàçûâàþòñÿ â îáùåì ñëó÷àå îáðàùåíèåì ê ïàìÿòè.

Ïðè îáðàùåíèè ê ïàìÿòè ïðîèñõîäèò ñ÷èòûâàíèå èëè çàïèñü íåêîòîðîé åäèíèöû äàííûõ, ðàçëè÷íîé äëÿ óñòðîéñòâ ðàçíîãî òèïà. Òàêîé åäèíèöåé ìîæåò áûòü áàéò, ìàøèííîå ñëîâî, áëîê äàííûõ.

Êîðîòêî ðàññìîòðèì âàæíåéøèå õàðàêòåðèñòèêè ÇÓ – åìêîñòü, óäåëüíóþ åìêîñòü, áûñòðîäåéñòâèå, êîòîðûå õàðàêòåðíû äëÿ ëþáûõ òèïîâ ÇÓ, à òàêæå íåêîòîðûå ìåòîäû èõ êëàññèôèêàöèè.

  • Åìêîñòü ïàìÿòè îïðåäåëÿåòñÿ ìàêñèìàëüíûì êîëè÷åñòâîì äàííûõ, êîòîðûå ìîãóò â íåé õðàíèòüñÿ îäíîâðåìåííî. Åìêîñòü èçìåðÿåòñÿ â áèòàõ, áàéòàõ, ìàøèííûõ ñëîâàõ (îá ýòîì ãîâîðèëîñü â ñàìîì íà÷àëå êóðñà). Èñïîëüçóþò îáû÷íî áîëåå êðóïíûå åäèíèöû èçìåðåíèÿ: 1Ê = 1024 (Êáèò, Êáàéò, Êñëîâ),

    1024 Êáàéò = 1 Ìáàéò, 1024 Ìáàéò = 1 Ãáàéò.

  • Óäåëüíàÿ åìêîñòü îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøåíèå åìêîñòè ÇÓ ê åãî ôèçè÷åñêîìó îáúåìó è õàðàêòåðèçóåò ñòåïåíü òåõíîëîãè÷åñêîãî ñîâåðøåíñòâà ÇÓ.
  • Óäåëüíàÿ ñòîèìîñòü îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøåíèå ñòîèìîñòè ÇÓ ê åãî åìêîñòè è îïðåäåëÿåò, ïîìèìî òåõíîëîãè÷åñêîãî ñîâåðøåíñòâà êîíêóðåíòîñïîñîáíîñòü èçäåëèÿ íà ðûíêå.


  • Áûñòðîäåéñòâèå ïàìÿòè îïðåäåëÿåò ïðîäîëæèòåëüíîñòü îïåðàöèè îáðàùåíèÿ è äåëèòñÿ:
  • -       íà âðåìÿ îáðàùåíèÿ ïðè ñ÷èòûâàíèè

    . Ýòî âðåìÿ, íåîáõîäèìîå íà ïîèñê íóæíîé åäèíèöû èíôîðìàöèè è åå ñ÷èòûâàíèå;

    -       âðåìÿ îáðàùåíèÿ ïðè çàïèñè

    . Ýòî âðåìÿ, íåîáõîäèìîå äëÿ ïîèñêà ìåñòà äëÿ õðàíåíèÿ äàííîé åäèíèöû èíôîðìàöèè è åå çàïèñü â ïàìÿòü.


     íåêîòîðûõ óñòðîéñòâàõ ïàìÿòè ñ÷èòûâàíèå èíôîðìàöèè ñîïðîâîæäàåòñÿ åå ðàçðóøåíèåì (ñòèðàíèåì).  ýòîì ñëó÷àå öèêë îáðàùåíèÿ ê ÇÓ ïðè ñ÷èòûâàíèè äîëæåí ñîäåðæàòü îïåðàöèþ ðåãåíåðàöèè ñ÷èòûâàåìîé èíôîðìàöèè íà ïðåæíåì ìåñòå â ïàìÿòè.  ðÿäå ñëó÷àåâ ÇÓ òðåáóþò ïåðåä íà÷àëîì çàïèñè ïðèâåñòè çàïîìèíàþùèå ýëåìåíòû â íåêîòîðîå íà÷àëüíîå ñîñòîÿíèå.  ýòîì ñëó÷àå öèêë îáðàùåíèÿ ê ÇÓ ïðè çàïèñè äîëæåí ñîäåðæàòü îïåðàöèè ïîäãîòîâêè çàïîìèíàþùèõ ýëåìåíòîâ ê ñàìîé îïåðàöèè çàïèñè.

     îáùåì ñëó÷àå ïðîäîëæèòåëüíîñòü öèêëà îáðàùåíèÿ ê ïàìÿòè ïðè ñ÷èòûâàíèè ñîñòîèò èç ñëåäóþùèõ êîìïîíåíò:

    ,

    ãäå
     – âðåìÿ äîñòóïà ïðè ñ÷èòûâàíèè – èíòåðâàë âðåìåíè ìåæäó íà÷àëîì îïåðàöèè îáðàùåíèÿ ïðè ñ÷èòûâàíèè è ìîìåíòîì, êîãäà äîñòóï ê äàííîé åäèíèöå èíôîðìàöèè ñòàë âîçìîæåí;

     – ïðîäîëæèòåëüíîñòü ñàìîãî ôèçè÷åñêîãî ïðîöåññà ñ÷èòûâàíèÿ, ò.å. ïðîöåññà îáíàðóæåíèÿ è ôèêñàöèè ñîñòîÿíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ çàïîìèíàþùèõ ýëåìåíòîâ èëè ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè íîñèòåëÿ;

     – âðåìÿ íà âîññòàíîâëåíèå ðàçðóøåííîé ïðè ñ÷èòûâàíèè èíôîðìàöèè.  ÇÓ áåç ðàçðóøåíèÿ
    .

    Ïðîäîëæèòåëüíîñòü öèêëà îáðàùåíèÿ ê ïàìÿòè ïðè çàïèñè èíôîðìàöèè â îáùåì ñëó÷àå ñîñòîèò èç ñëåäóþùèõ êîìïîíåíò:

    ,

    ãäå
     – âðåìÿ äîñòóïà ïðè çàïèñè – èíòåðâàë âðåìåíè îò íà÷àëà îáðàùåíèÿ äî ìîìåíòà, êîãäà ñòàíîâèòñÿ âîçìîæåí äîñòóï ê çàïîìèíàþùåìó ýëåìåíòó èëè ó÷àñòêó ïîâåðõíîñòè íîñèòåëÿ, â êîòîðûé ïðîèçâîäèòñÿ çàïèñü;

     – èíòåðâàë âðåìåíè, íåîáõîäèìûé äëÿ ïðèâåäåíèÿ â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå çàïîìèíàþùèõ ýëåìåíòîâ èëè ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè íîñèòåëÿ äëÿ çàïèñè äàííîé åäèíèöû èíôîðìàöèè;

     – ïðîäîëæèòåëüíîñòü ñàìîãî ôèçè÷åñêîãî ïðîöåññà çàïèñè, ò.å. âðåìÿ äëÿ èçìåíåíèÿ ôèçè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ çàïîìèíàþùèõ ýëåìåíòîâ èëè ó÷àñòêà ïîâåðõíîñòè íîñèòåëÿ.

     áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ

    .

     êà÷åñòâå ïðîäîëæèòåëüíîñòè öèêëà îáðàùåíèÿ ê ïàìÿòè ïðèíèìàåòñÿ âåëè÷èíà

    .

    Ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî äëÿ õðàíåíèÿ èíôîðìàöèè â ÝÂÌ èñïîëüçóþòñÿ óñòðîéñòâà ïàìÿòè, ïîñòðîåííûå íà ðàçíûõ ïðèíöèïàõ äåéñòâèÿ è èìåþùèå ðàçíîîáðàçíåéøèå òåõíè÷åñêèå è êîíñòðóêòèâíûå ðåàëèçàöèè. Êðîìå òîãî, âñå îíè ÿâëÿþòñÿ ñëîæíåéøèìè ýëåêòðîííûìè óñòðîéñòâàìè.


    Ïîýòîìó óñòðîéñòâà ïàìÿòè îáëàäàþò ìíîãî÷èñëåííûìè õàðàêòåðèñòèêàìè, ïî êàæäîé èç êîòîðûõ ìîæíî ïðîèçâîäèòü êëàññèôèêàöèþ óñòðîéñòâ. Íèæå áóäóò ðàññìîòðåíû òîëüêî îñíîâíûå êðèòåðèè, ïî êîòîðûì ïðèíÿòî êâàëèôèöèðîâàòü ÇÓ, à èìåííî: ïî ïðèíöèïó äåéñòâèÿ, ïî ðåàëèçàöèè â ïàìÿòè îïåðàöèé îáðàùåíèÿ, ïî ñïîñîáó äîñòóïà ê õðàíèìîé èíôîðìàöèè.

    1. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ. Ïî ýòîìó ïðèçíàêó îñíîâíûå òèïû ÇÓ, íàèáîëåå øèðîêî èñïîëüçóåìûå â ñîâðåìåííûõ ÝÂÌ, äåëÿòñÿ:

    • íà ýëåêòðîííûå, â êîòîðûõ â êà÷åñòâå çàïîìèíàþùèõ ýëåìåíòîâ èñïîëüçóþò ïîëóïðîâîäíèêè;


    • ìàãíèòíûå ñ íåïîäâèæíûìè çàïîìèíàþùèìè ýëåìåíòàìè;


    • ìàãíèòîìåõàíè÷åñêèå ñ äâèæóùèìèñÿ ìàãíèòíûìè íîñèòåëÿìè èíôîðìàöèè;


    • îïòè÷åñêèå ñ äâèæóùèìñÿ íîñèòåëåì èíôîðìàöèè;


    • ìàãíèòîîïòè÷åñêèå ñ äâèæóùèìñÿ íîñèòåëåì èíôîðìàöèè.


    •  êà÷åñòâå âíóòðåííåé ïàìÿòè ÝÂÌ â àáñîëþòíîì áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ èñïîëüçóþòñÿ ýëåêòðîííûå ÇÓ íà ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ýëåìåíòàõ.  ðåäêèõ ñëó÷àÿõ â ñïåöèàëèçèðîâàííûõ óïðàâëÿþùèõ ÝÂÌ èñïîëüçóþòñÿ ÇÓ ñ íåïîäâèæíûìè ìàãíèòíûìè çàïîìèíàþùèìè ýëåìåíòàìè. Îñòàëüíûå òèïû óñòðîéñòâ èñïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå âíåøíèõ ïàìÿòåé ÝÂÌ. Áîëåå ïîäðîáíî ýòè óñòðîéñòâà ðàññìàòðèâàþòñÿ â îòäåëüíîì êóðñå "Ïåðèôåðèéíûå óñòðîéñòâà ÝÂÌ".

       íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàçðàáàòûâàþòñÿ è èññëåäóþòñÿ ìíîãî÷èñëåííûå "íåòðàäèöèîííûå" ÇÓ, à èìåííî: ÇÓ íà ïðèáîðàõ ñ çàðÿäîâîé ñâÿçüþ, àêóñòîýëåêòðîííûå ÇÓ, ïüåçîýëåêòðîííûå ÇÓ, ìàãíèòîýëåêòðîííûå ÇÓ è ò.ä.

      2. Ñïîñîá ðåàëèçàöèè â ïàìÿòè îïåðàöèé îáðàùåíèÿ. Ïî ýòîìó ïðèçíàêó ðàçëè÷àþò:

      • Ïàìÿòü ñ ïðîèçâîëüíûì îáðàùåíèåì, äîïóñêàþùóþ êàê ñ÷èòûâàíèå, òàê è çàïèñü èíôîðìàöèè (RAM). Ýòî ýíåðãîçàâèñèìûå ÇÓ (èíôîðìàöèÿ â íèõ ñîõðàíÿåòñÿ òîëüêî ïðè íàëè÷èè ïèòàíèÿ), êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïîñòðîåíèÿ ÎÇÓ, êýø, ÑÎÏ è ò.ä.


      • Ïàìÿòü ïîñòîÿííàÿ, äîïóñêàþùàÿ òîëüêî ñ÷èòûâàíèå èíôîðìàöèè, çàëîæåííîé â íåå â ïðîöåññå èçãîòîâëåíèÿ èëè íàñòðîéêè (ROM). Ýòî ýíåðãîíåçàâèñèìûå ÇÓ (èíôîðìàöèÿ â íèõ ñîõðàíÿåòñÿ ïðè îòñóòñòâèè ïèòàíèÿ), êîòîðûå, â ñâîþ î÷åðåäü, äåëÿòñÿ íà ïîñòîÿííûå ÇÓ (ÏÇÓ, EPROM) è ïåðåïðîãðàììèðóåìûå ÇÓ (ÏÏÇÓ, EEPROM).


        Áûñòðîäåéñòâèå RAM è ROM ïðèìåðíî îäèíàêîâîå.


      • Ôëýø ÏÏÇÓ (Flash EEPROM) – ýíåðãîíåçàâèñèìûå ïåðåïðîãðàììèðóåìûå ÇÓ, èíôîðìàöèÿ â êîòîðûõ ñîõðàíÿåòñÿ äî íåñêîëüêèõ ëåò. Îáðàùåíèÿ ê íèì âîçìîæíî êàê äëÿ çàïèñè, òàê è äëÿ ÷òåíèÿ. Îäíàêî áûñòðîäåéñòâèå ýòèõ ÇÓ íèæå, ÷åì ó RAM è ROM. Îáû÷íî ôëýø èñïîëüçóþòñÿ äëÿ íàêîïëåíèÿ èíôîðìàöèè. ×èñëî ïåðåçàïèñåé ôëýø îãðàíè÷åíî.


      • 3. Ñïîñîá îðãàíèçàöèè äîñòóïà. Ïî ýòîìó ïðèçíàêó ðàçëè÷àþò ÇÓ ñ íåïîñðåäñòâåííûì (ïðîèçâîëüíûì), ñ ïðÿìûì (öèêëè÷åñêèì) è ïîñëåäîâàòåëüíûì äîñòóïîì.

        • Íåïîñðåäñòâåííûé (ïðîèçâîëüíûé) äîñòóï.  ÇÓ ýòîãî òèïà âðåìÿ äîñòóïà, à ïîýòîìó è öèêë îáðàùåíèÿ íå çàâèñÿò îò ìåñòà ðàñïîëîæåíèÿ ýëåìåíòà ïàìÿòè, ñ êîòîðîãî ïðîèçâîäèòñÿ ñ÷èòûâàíèå èëè â êîòîðûé çàïèñûâàåòñÿ èíôîðìàöèÿ.  áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ýòî ýëåêòðîííûå ÇÓ, â êîòîðûõ íåïîñðåäñòâåííûé äîñòóï ðåàëèçóåòñÿ ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííûõ ëîãè÷åñêèõ ñõåì.  ÇÓ ñ ïðîèçâîëüíûì äîñòóïîì öèêë îáðàùåíèÿ ñîñòàâëÿåò îò 1-2 ìêñ äî åäèíèö

          íàíîñåêóíä.


        • Íåçàâèñèìîñòü
           îò ïîëîæåíèÿ çàïîìèíàþùåãî ýëåìåíòà â çàïîìèíàþùåì ìàññèâå èìååò ìåñòî òîëüêî äî îïðåäåëåííîé ÷àñòîòû îáðàùåíèé ïðîöåññîðà ê ÇÓ. Ïðè óâåëè÷åíèè ÷àñòîòû îáðàùåíèé äî åäèíèö íàíîñåêóíä íà÷èíàåò ñêàçûâàòüñÿ ãåîìåòðè÷åñêîå ïîëîæåíèå çàïîìèíàþùåãî ýëåìåíòà â ìàññèâå. Ýòî îáóñëîâëåíî, ïðåæäå âñåãî, êîíå÷íîé ñêîðîñòüþ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ñèãíàëà â èçîëèðîâàííîì ïðîâîäíèêå, êîòîðàÿ ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 60 % îò ñêîðîñòè ñâåòà.

          ×èñëî ðàçðÿäîâ, ñ÷èòûâàåìûõ èëè çàïèñûâàåìûõ â ïàìÿòü ñ ïðîèçâîëüíûì äîñòóïîì ïàðàëëåëüíî âî âðåìåíè çà îäíó îïåðàöèþ îáðàùåíèÿ, íàçûâàåòñÿ øèðèíîé âûáîðêè.

           äðóãèõ òèïàõ ÇÓ èñïîëüçóþò áîëåå ìåäëåííûå ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèå ïðîöåññû, ïîýòîìó è öèêë îáðàùåíèÿ áîëüøå.

          • Ïðÿìîé (öèêëè÷åñêèé) äîñòóï. Ê ÇÓ ýòîãî òèïà îòíîñÿòñÿ óñòðîéñòâà íà ìàãíèòíûõ, îïòè÷åñêèõ è ìàãíèòîîïòè÷åñêèõ äèñêàõ, à òàêæå íà ìàãíèòíûõ áàðàáàíàõ (ïîñëåäíèå â íàñòîÿùåå âðåìÿ èñïîëüçóþòñÿ î÷åíü ðåäêî). Áëàãîäàðÿ íåïðåðûâíîìó âðàùåíèþ íîñèòåëÿ èíôîðìàöèè âîçìîæíîñòü îáðàùåíèÿ ê íåêîòîðîìó ó÷àñòêó íîñèòåëÿ äëÿ ñ÷èòûâàíèÿ èëè çàïèñè öèêëè÷åñêè ïîâòîðÿåòñÿ. òàêèõ ÇÓ âðåìÿ äîñòóïà ñîñòàâëÿåò îáû÷íî îò äîëåé ñåêóíäû äî åäèíèö ìèëëèñåêóíäû.


          • Ïîñëåäîâàòåëüíûé äîñòóï. Ê ÇÓ ýòîãî òèïà îòíîñÿòñÿ óñòðîéñòâà íà ìàãíèòíûõ ëåíòàõ.  ïðîöåññå äîñòóïà ïðîèçâîäèòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíûé ïðîñìîòð ó÷àñòêîâ íîñèòåëÿ èíôîðìàöèè, ïîêà íóæíûé ó÷àñòîê íå çàéìåò íåêîòîðîå èñõîäíîå ïîëîæåíèå. Âðåìÿ äîñòóïà â õóäøåì ñëó÷àå ñîñòàâëÿåò ìèíóòû, ïîñêîëüêó ìàãíèòîôîí áóäåò âûíóæäåí îñóùåñòâèòü ïåðåìîòêó âñåé êàññåòû.



          • Ñîäåðæàíèå ðàçäåëà