3.2. Многомодульные озу

Рассмотренные выше способы объединения микросхем определяют структуру модуля памяти. Если требуется наращивать память путем увеличения модулей, необходимо определить способы их подключения. Рассмотрим три способа организации многомодульных ОЗУ:

1) многомодульное ОЗУ без расслоения по адресам. Характеризуется простым увеличением емкости памяти и возможностью по запросу процессора обратиться только к одному модулю;

2) многомодульное ОЗУ с простым расслоением (или с чередованием адресов) позволяет одновременно обращаться ко всем модулям. Минимальное значение среднего времени обращения при этом будет равно

Тобр.^ОЗУ = Тобр.мод./N, где N – количество модулей;

Таким образом можно сократить время чтения и записи информации в ОЗУ.

3) многомодульное ОЗУ со сложным расслоением характеризуется тем, что к каждому модулю процессор может обратиться по любому адресу, если модуль не занят. При каждом обращении к памяти взводится флаг занятости ОЗУ. Как только модуль захватывает адрес, флаг сбрасывается, и процессор может выставлять следующий адрес. Таким образом, в лучшем случае, если адреса принадлежат различным модулям, все модули могут быть последовательно активизированы.

3.2.1. Многомодульное ОЗУ без расслоения.

Как правило, в большинстве ЭВМ существует возможность наращивать адресное пространство оперативной памяти за счет подключения дополнительных модулей памяти. При этом увеличивается разрядность адреса на величину поля В. Поле А адресует любую ячейку внутри модуля, а поле В указывает адрес модуля, к которому производится обращение (Рис. 9).

Адрес принимается на входной буферный регистр РА. Поле А по внутренней ША передается на входные регистры адреса всех модулей ОЗУ, выход дешифратора, соответствующий коду поля В, активизирует работу только одного модуля. Режимные сигналы записи или чтения поступают на входы всех модулей одновременно.

В режиме чтения поле В дешифрируется и выход дешифратора ДС воздействует на активизирующий вход модуля. По сигналу ЧТ производится обращение к модулю. Ответ фиксируется на РС модуля и по внутренней шине данных (ШД внутр.) передается на внешний буферный регистр РС ОЗУ.

Рис.9

В режиме записи выбор модуля и его активизация осуществляется аналогично. Записываемое слово с внешнего РС передается по ШД внутр на вход РС активизируемого модуля и по сигналу ЗП фиксируется в нем по адресу, указанному в поле А. Любое обращение к ОЗУ задается сигналом "начало обращения" (НОБ), а при выборе модуля формируется флаг занятости (ОЗУ).

3.2.2.Многомодульное озу с простым расслоением по адресам

ОЗУ с простым расслоением предполагает увеличение адреса памяти по мере увеличения номера модуля (чередование адресов). Это основано на связности информации, т.е. команды и массивы данных в памяти размещаются по нарастанию адресов. Адрес состоит из 2-х полей: А адресует слово (байт) внутри модуля, В- указывает номер модуля. Если одновременно на входах всех модулей выставить один и тот же адрес А то можно за один цикл обращения к памяти прочитать или записать информацию, относящуюся ко всем модулям. При наличии в ОЗУ N модулей можно достичь в N раз большей скорости доступа к памяти в целом, чем у отдельного ее модуля.

Структурная схема ОЗУ с простым расслоением по адресам приведена на рис. 10. Данная память характеризуется наличием одного блока управления, формирующего все временные диаграммы при обращении в режимах ЗП/ЧТ. Поле А адресует одинаковые ячейки всех модулей М0 – МN-1,а обращение к памяти начинается с модуля Мk, номер которого задается полем В.

Рис. 10

Режимы работы.

В режиме чтения адресное поле А поступает на входные внутренние буферные регистры РА0 – РАn-1 всех модулей, и данные из соответствующих ячеек по сигналу ЧТ фиксируются на буферных регистрах слов РС0 – РСn-1. Далее, с помощью счетчика, находящегося в блоке управления, производится последовательный опрос модулей, начиная с модуля Мk, номер которого задан полем В, и информация с РСk – РСn-1 через мультиплексор передается во внешнюю среду. Режим чтения показан на временной диаграмме на рис. 11.

…

Рис. 11

В режиме записи сначала все данные записываются через демультиплексор на буферные регистры РСК – РСN-1 модулей, начиная с адреса, заданного полем В, а затем по сигналу записи осуществляется в соответствии со значением поля А одновременная запись во все модули, начиная с Мk.

К достоинствам ОЗУ с простым расслоением относится простота его организации и экономичность, так как управление осуществляется с помощью одного контроллера.

Недостатком данной памяти является возможность появления в считанном блоке команд условных и безусловных переходов, адресующих ячейки памяти за пределами считанного массива. Тогда, кроме данной команды, все остальные процессор обрабатывать не будет, и время обращения к ОЗУ будет соответствовать времени обращения к одному модулю. Процессор должен будет выставить другой адрес, соответствующий адресу перехода, и сосчитать из ОЗУ новый массив. При наличии в программах большого количества команд переходов данный способ расслоения использовать нецелесообразно.

3.2.3. Многомодульное ОЗУ со сложным расслоением по адресам

Характеризуется тем, что процессор может обратиться к произвольному модулю по любому адресу. Функциональные возможности ОЗУ расширяются, но усложняется его структура, а именно, структура управляющего блока и его функции по выбору модуля. Сами модули должны содержать местные блоки управления. Структурная схема ОЗУ со сложным расслоением показана на рис. 12, где

ЦБУ – центральный блок управления памятью;

БАЗ – блок анализа занятости;

БУ – блоки управления работой модулей;

НОБ – сигнал начала обращения к ОЗУ;

НО – сигнал начала обращения к модулю;

КО – сигнал конца обращения к модулю.

Рис. 12

При данном способе организации каждый блок ОЗУ должен иметь возможность работать самостоятельно: принимать адресный код, организовывать обращения, информировать о своем состоянии центральный блок управления. При каждом обращении к ОЗУ по сигналу НОБ взводится флаг занятости (ОЗУ). Как только адрес принимается модулем на РА, флаг сбрасывается, и процессор может выставлять следующий адрес. Если очередной запрос к памяти адресован к другому модулю, то он принимается. Если происходит запрос к занятому модулю, то он встает в очередь на обработку в БУП. При последовательном обращении к ряду различных модулей они все параллельно с некоторой задержкой могут быть включены в работу. Временная диаграмма работы ОЗУ в режиме чтения представлена на рис.13.

Рис. 13

Тогда, если в ОЗУ n модулей, то среднее время обращения к памяти будет уменьшаться примерно в N раз. Таким образом, сложное расслоение позволяет организовать автономную работу модулей по конвейерной схеме.

Схема БАЗ показана на рис. 14.

БАЗ включает n триггеров занятости по количеству модулей памяти, триггер общей занятости ОЗУ (Тозу), дешифратор поля В (DСВ) и дополнительную логику.

В исходном состоянии все триггеры в нуле и схемы  приоткрыты по входам «1». С приходом адреса поле В дешифрируется, и одна из схем  открывается по входу «2». С приходом сигнала НОБ взводится триггер Тозу, схема  открывается полно-

Рис.14

стью и формируется сигнал начала обращения (НОі), соответствующий выбранному і-му модулю. При этом триггер занятости модуля Ті устанавливается в единицу, а схема  закрывается по входу «1». Таким образом, запрещается повторная инициализация выбранного модуля до завершения его работы. Сигнал НОі через схему «ИЛИ» с задержкой τ сбрасывает Тозу, что является сигналом разрешения для ЦБУ на прием следующего адреса. Задержка τ определяется временем прохождения сигналов через элементы блока анализа занятости и временем инициализации модуля.

Когда обращение к і-му модулю заканчивается, его БУ вырабатывает сигнал КОі, и триггер занятости модуля сбрасывается в ноль.

Режимы работы ОЗУ.

Режим чтения. Адрес, поступающий в ОЗУ на РА, состоит из двух частей - поле А адресует ячейку в модуле, поле В адресует модуль и поступает в БАЗ, который определяет, свободен или нет адресуемый модуль. Если модуль не занят, то поле А принимается на РА модуля, а в блок местного управления поступает сигнал НО; и по сигналу ЧТ происходит обращение к модулю в режиме чтения. После завершения обращения мультиплексор считывает слово с РС модуля на внешнюю ШД через внешний буферный РС ОЗУ, а модуль формирует сигнал КО, который информирует БАЗ, что модуль свободен и может принимать следующий запрос.

Рис. 15

Если обращение произошло к занятому модулю, то БАЗ не разрешает его инициализацию, и выставленный запрос оказывается в режиме ожидания до появления сигнала КО от данного модуля

На рис. 15 представлена временная диаграмма режима чтения при обращении к трем незанятым модулям в следующей последовательности: М5, М2, М7. Флаг занятости ОЗУ взводится при каждом новом обращении к ОЗУ и сбрасывается сигналами НО, поступающими из БАЗ в соответствующие модули, после чего адресное поле А фиксируется на РА выбранного модуля, а внутренняя ША освобождается и может принимать следующий адресный код.

Режим записи. Определение свободного модуля аналогично режиму чтения. Слово с внешнего РС ОЗУ фиксируется через демультиплексор на входном РС адресуемого модуля, затем модуль активизируется сигналом НО.