Оперативная память эвм. Структура запоминающего устройства со стековой организацией
Запоминающее устройство с произвольным доступом (сокращённо ЗУПД; также Запоминающее устройство с произвольной выборкой, сокращённо ЗУПВ; англ. RandomAccessMemory) — один из видов памяти компьютера, позволяющий единовременно получить доступ к любой ячейке (всегда за одно и то же время, вне зависимости от расположения) по её адресу на чтение или запись.
Назначение ОЗУ
Хранение данных и команд для дальнейшей их передачи процессору для обработки. Информация может поступать из оперативной памяти не сразу на обработку процессору, а в более быструю, чем ОЗУ, кэш-память процессора.
Хранение результатов вычислений, произведенных процессором.
Считывание (или запись) содержимого ячеек.
Особенности работы ОЗУ
Оперативная память может сохранять данные лишь при включенном компьютере. Поэтому при его выключении обрабатываемые данные следует сохранять на жестком диске или другом носителе информации. При запуске программ информация поступает в ОЗУ, например, с жесткого диска компьютера. Пока идет работа с программой она присутствуют в оперативной памяти (обычно). Как только работа с ней закончена, данные перезаписываются на жесткий диск. Другими словами, потоки информации в оперативной памяти очень динамичны.
ОЗУ представляет собой запоминающее устройство с произвольным доступом. Это означает, что прочитать/записать данные можно из любой ячейки ОЗУ в любой момент времени. Для сравнения, например, магнитная лента является запоминающим устройством с последовательным доступом.
Логическое устройство оперативной памяти
Оперативная память состоит их ячеек, каждая из которых имеет свой собственный адрес. Все ячейки содержат одинаковое число бит. Соседние ячейки имеют последовательные адреса. Адреса памяти также как и данные выражаются в двоичных числах.
Обычно одна ячейка содержит 1 байт информации (8 бит, то же самое, что 8 разрядов) и является минимальной единицей информации, к которой возможно обращение. Однако многие команды работают с так называемыми словами. Слово представляет собой область памяти, состоящую из 4 или 8 байт (возможны другие варианты).
Типы оперативной памяти
Принято выделять два вида оперативной памяти: статическую (SRAM) и динамическую (DRAM). SRAM используется в качестве кэш-памяти процессора, а DRAM - непосредственно в роли оперативной памяти компьютера.
SRAM состоит из триггеров. Триггеры могут находиться лишь в двух состояниях: «включен» или «выключен» (хранение бита). Триггер не хранит заряд, поэтому переключение между состояниями происходит очень быстро. Однако триггеры требуют более сложную технологию производства. Это неминуемо отражается на цене устройства. Во-вторых, триггер, состоящий из группы транзисторов и связей между ними, занимает много места (на микроуровне), в результате SRAM получается достаточно большим устройством.
В DRAM нет триггеров, а бит сохраняется за счет использования одного транзистора и одного конденсатора. Получается дешевле и компактней. Однако конденсаторы хранят заряд, а процесс зарядки-разрядки более длительный, чем переключение триггера. Как следствие, DRAM работает медленнее. Второй минус – это самопроизвольная разрядка конденсаторов. Для поддержания заряда его регенерируют через определенные промежутки времени, на что тратится дополнительное время.
Основными характеристиками ОЗУ являются информационная емкость и быстродействие. Емкость оперативной памяти на сегодняшний день выражается в гигабайтах.
Некоторый автоматизм в процессе планирования работы БЗУ можно внести путём стековой адресации ячеек ЗУ. Стековая память, или стек, или LIFO (last – in, first – out) бывает выполнена в виде автономного ЗУ (в виде регистров), или в качестве этой буферной памяти используется часть ОП (рис 6.17). Для стековой адресации ячеек ЗУ (рис 6.17а) используется счётчик адреса (рис 6.17б). Указатель стека (stackpoint) представляет собой регистр, который хранит адрес последней занятой ячейкой в стеке.
Рисунок 6.17 – Структура ЗУ с стековой организацией
Счётчик адреса СЧА устанавливается в состояние 0 и память считается пустой. Примем, что состояние СЧА определяет адрес первой свободной ячейки. Слово загружается в ЗУ с входной шины Х в момент поступления сигнала записи ЗПМ. По сигналу ЗПМслово Х записывается на регистр Рг[СЧА], номер которого определяется текущим состоянием СЧА, после чего с задержкой, достаточной для микрооперации передачи Рг[СЧА]:=Х, состояние счётчика увеличивается на 1. Таким образом при последовательной загрузке слова A, B, C,… размещаются в регистрах с адресами Рг [S], Рг[S+1], Рг[S+2], ... где S – состояние счётчика на момент начала загрузки. Операция чтения слова из ЗУ инициируется сигналом ЧТМ, при поступлении которого состояние счётчика уменьшается на единицу, после чего на входную шину Yпоступает слово, записанное в ЗУ последним. Если слова загружались в ЗУ в порядке A, B, C,…, то они могут быть прочитаны только в обратном порядке C, B, A.
Принцип стековой адресации оказывается весьма удачным при вычислении арифметических и булевых выражений. В этом случае исходные значения загружаются в ЗУ из ОП. Все промежуточныерезультаты и конечный результат автоматически засылаются в ЗУ. Вычисление выражения заканчивается записью результата в ОП.
В описании операций значение счётчика указывается на момент начала операции. Команда АО является безадресной (0-адресной) и содержит только код операции.
Все промежуточные результаты автоматически сохраняются в ЗУ, благодаря чему исключается необходимость в засылке их в ОП и в последующей выборке этих значений. За счёт этого уменьшаются затраты времени на вычисление выражений, то есть увеличивается быстродействие ЭВМ.
Поскольку принцип стековой адресации приводит к экономии времени только при вычислении достаточно сложных выражений, то он находит применение в ЭВМ, ориентированных на решение научных и технических задач. Если процент арифметических и логических операций невелик, и в задачах фигурируют в основном короткие выражения, при вычислении которых отсутствует необходимость в хранении большого числа промежуточных значений, то использование ЗУ со стековой адресацией даёт очень небольшой эффект.