Лекция №11

ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ ЭВМ

11.1. Общие сведения

Память ЭВМ — совокупность запоминающих устройств (ЗУ), предназначенных для записи, хранения и выдачи ин­формации , представленной в виде цифровых кодов. Она стро­ится на двухпозиционных элементах памяти, каждый из которых обеспечивает хранение бита информации. В струк­турном отношении ЗУ можно представить в виде множества ячеек памяти. Ячейка памяти—фиксированная совокуп­ность элементов памяти, обращение к которым при записи и чтении информации производится одновременно.

Определенное число битов информации, хранимых в од­ной ячейке, называется словом памяти. Слово памяти может не совпадать с машинным словом, являющимся информа­ционной единицей. Так, при длине слова в 32 двоичных разряда слово памяти может иметь длину 16 или 64 бит. В первом случае машинное слово размещается в двух ячей­ках памяти, во втором —в одной ячейке памяти хранится два машинных слова.

Основными характеристиками ЗУ являются емкость, быстродействие, надежность и экономичность.

Емкость ЗУ — максимальное количество информации, которое одновременно может в нем храниться. В настоящее время емкость ЗУ принято измерять в битах, байтах и за­писывать в килобитах К=1024 бит и мегабитах М=1024х1024=1048 576 бит. Например, Q=512 Кбайт= 4 Мбит.

Быстродействие ЗУ оценивают его временными характе­ристиками. К таким характеристикам относят время обра­щения (доступа) к ЗУ и время цикла обращения. Время об­ращения к ЗУ (Т_обр)—интервал времени, равный сумме времени поиска требуемой ячейки памяти и записи или считывания слова в данном ЗУ:

Т_обр= t_п - t_зап или Т_обр= t_п - t_сч,

где t_п — время поиска информации (время от момента нача­ла операции обращения до момента, когда становится воз­можным доступ к требуемой ячейке памяти данного ЗУ);

t_зап — время записи информации (время от момента подачи информационных сигналов и сигнала, управляюще­го приемом информации, до момента завершения всех пере­ходных процессов в электронных схемах ЗУ при занесении информации в заданную ячейку памяти);

t_сч— время считывания информации (время от момента подачи сигнала, управляющего выдачей информации, до момента появления кода числа или команды на выходе данного ЗУ).

Практически для большинства ЗУ время обращения к ним при записи или считывании информации имеет величи­ны одного порядка. В некоторых типах ЗУ перед записью в заданную ячейку памяти слова необходимо стереть в ней ранее записанную информацию, а при считывании слова из заданной ячейки памяти информация разрушается и ее не­обходимо восстанавливать.

Минимальный интервал времени между двумя последо­вательными обращениями к ЗУ называют временем цикла, которое складывается из времени обращения к ЗУ истира­ния ранее записанной информации или восстановления (регенерации) считанного кода. Быстродействие и емкость ЗУ являются взаимосвязанными характеристиками. Увели­чение емкости ЗУ, как правило, приводит к снижению быст­родействия .

Показателями качества ЗУ являются и такие характе­ристики, как габариты, масса и потребляемая мощность.

Классификация ЗУ. Особенности построения и функцио­нирования ЗУ определяют их классификацию: по физи­ческим принципам работы запоминающих элементов и технологии их изготовления, способам изображения чисел, запоминания информации, доступа к ячейкам памяти, крат­ности считывания и назначению.

По физическим принципам работы запоминающих элементов ЗУ делят на полупроводниковые, магнитные и оптические. В качестве носителя информации в полупроводниковых ЗУ используются полупроводнико­вые элементы, являющиеся основой БИС ЗУ, а магнит­ных — пленочные элементы, ферритовые сердечники, маг­нитные барабаны, магнитные ленты, диски, барабаны. В ка­честве оптических ЗУ используются различные оптические среды. Тип элемента определяет тип ЗУ.

По способу изображения чисел ЗУ можно разделить на ЗУ со стирающейся и нестирающейся формой записи. Так, например, запоминание данных в виде отверстий на перфоленте, перфокарте и т. п. является не­стирающейся формой записи, а представление данных в виде состояния намагничивания материала, зарядов эле­ментарных конденсаторов и т. п.— к стирающейся форме записи. ЗУ с нестирающейся формой записи обеспечивает однократную запись, которая производится оператором при изготовлении данного ЗУ. ЗУ со стирающейся формой запи­си позволяет многократную перезапись информации до естественного износа самого носителя информации. Они различаются по способу запоминания ин­формации на статические и динамические ЗУ.

В статических ЗУ хранимая информация остается не­подвижной по отношению к носителю информации (ЗУ на триггерах, магнитных лентах, дисках и др.), в динамических информация на­ходится в движении относительно носителя (ЗУ на линиях задержки).

По кратности считывания различают ЗУ со считыванием без разрушения информации (биполярные интегральные ЗУ) и ЗУ с разрушением при считывании (на­пример, ЗУ на ферритовых сердечниках).

В зависимости от методов размещения и поиска информа­ции в ЗУ различают адресную и безадресную память. Ад­ресная память — память, в которой выбор ячейки памяти производится по ее адресу, указанному в коде выполняе­мой команды. Адресные ЗУ по способу доступа к ячейкам памяти делят на ЗУ с последовательным, циклическим и не­посредственным доступом. В ЗУ с последовательным досту­пом информация, нанесенная на носитель, последовательно перемещается около считывающих и записывающих элемен­тов (например, ЗУ на магнитных лентах). Поэтому время обращения к таким ЗУ зависит от адреса.

В ЗУ с циклическим доступом информация периодичес­ки перемещается относительно записывающих и считываю­щих элементов (например, ЗУ на магнитных и оптических дисках). В таких ЗУ время обращения в зависи­мости от адреса слова изменяется от какого-то минимально­го до определенного максимального значения.

В ЗУ с непосредственным доступом отсутствует движе­ние информации относительно записывающих и считываю­щих элементов (например, ЗУ на полупроводниковых элементах). Время обращения к таким ЗУ не зависит от адреса слова в ЗУ.