7. Элементная база компьютера.

Как уже говорилось, для возможности представления, передачи и хранения любой информации, она должна быть закодирована. Другими словами, каждому элементу информации должен быть поставлен в соответствие некоторый сигнал или символ (который, по сути, также является сигналом) т.е. материальный носитель информации.

В настоящее время, информация в компьютерах в подавляющем большинстве случаев хранится, обрабатывается и пересылается в двоичной форме, т.е. в виде кодов двоичного алфавита, в котором имеется всего две буквы {0,1}. Практическому распространению двоичного алфавита в компьютерах и вообще в цифровой информационной технике послужили два обстоятельства.

1. Физические устройства всего с двумя устойчивыми состояниями реализуются технически наиболее просто и обладают наибольшей надежностью и помехоустойчивостью.

2. Двум состояниям такого устройства можно поставить в соответствие как основные категории формальной логики – «истинно» и «ложно», так и арифметические значения 0 и 1.

Пользуясь же категориями «истинно» и «ложно» можно строить логические заключения в соответствии с законами формальной логики, а имея цифры 0 и 1 можно закодировать в двоичной системе счисления любые числа, и осуществлять в этой системе счисления арифметические операции. Следовательно, используя для кодирования информации двоичный алфавит, можно практически реализовать простые и надежные цифровые устройства, позволяющие осуществлять логическую и арифметическую обработку информации любой сложности.

Как уже говорилось, материальный носитель информации называется сигналом. В настоящее время, в подавляющем большинстве случаев, в качестве сигналов в компьютерах используются уровни электрического потенциала. Как правило, символу «0» соответствует низкий уровень электрического потенциала, а символу «1» - высокий его уровень. Поэтому аппаратная часть компьютеров, как цифровых систем обработки информации, состоит из совокупности технических элементов, физически реализующих эти два состояния электрического потенциала. Техническая реализация этих элементов может быть выполнена в самом различном виде: электромеханическом (в виде электромагнитных реле), магнитном (в виде перемагничивающихся сердечников с прямоугольной петлей гистерезиса) или электронном. Самым распространенными в настоящее время являются электронные элементы.

В основе любого современного цифрового автомата, в том числе и наиболее сложного, каковым является компьютер, лежит небольшое количество типов элементарных схем, выполняющих элементарные логические функции: дизъюнкции, конъюнкции, инверсии и функции неравнозначности (исключенного «И», суммы по модулю 2). Техническими названиями физических элементов, реализующих эти элементарные функции, соответственно являются: дизъюнктор, конъюнктор, инвертор и полусумматор. Двоичные запоминающие элементы компьютера также строятся на этих простейших логических элементах.

Указанные элементарные логические элементы на функциональных схемах любых цифровых устройств изображаются в виде, показанном на рис. 7.1.

Рис.7.1 Условные графические обозначения базовых логических

элементов.

Все основные цифровые узлы компьютеров собраны на базе этих элементарных схем. Эти основные цифровые узлы относятся к двум типам цифровых устройств: комбинационным и накапливающим. Комбинационными называются такие цифровые устройства, которые выдают выходные сигналы сразу же после подачи на его входы входных сигналов. (При этом не учитывается физическая задержка сигнала за счет конечности распространения электрического сигнала в реальных схемах). Функциональная связь между входными и выходными сигналами определяется только схемой данного комбинационного устройства. Таким образом, выходные сигналы в нем определяются только комбинацией входных сигналов, почему этот способ обработки называется комбинационным, а устройства, осуществляющие этот способ обработки – комбинационным.

Если же устройство содержит элементы памяти, то выходной сигнал зависит не только от входных сигналов, но и от состояния запоминающих элементов в этот момент времени. Такой способ обработки информации называется накапливающим, а устройства, реализующие такой способ обработки, называют последовательностными устройствами, цифровыми автоматами или автоматами с памятью. Компьютер – пример сложного цифрового автомата с памятью.

Рассмотрим принципы построения и условные графические обозначения функциональных основных цифровых узлов компьютеров.

Шифраторы.

Шифратором (Coder) – называется комбинационное устройство, формирующее на своем выходе двоичный код номера входа, на который подано активное воздействие.

Активным сигналом называется сигнал, который приводит к некоторым заданным изменениям в выходном сигнале (или памяти устройства). Обычно реализуют, так называемые, приоритетные шифраторы, входам которых присваивают определенные приоритеты, и поэтому на приоритетные шифраторы можно подавать активные сигналы одновременно на несколько входов. В любом случае, на выходе приоритетного шифратора всегда появится код номера наиболее приоритетного входа из тех, на которых поданы активные сигналы.

Заметим, что шифраторы можно рассматривать как преобразователи унитарного кода числа в его двоичный код.

Условное графическое обозначение на функциональных схемах приоритетного шифратора, в общем случае, будет иметь вид, изображенный на рис.VII.2.

Рис.VII.2 Условное графическое обозначение приоритетного

шифратора.

Здесь: PRCD (Priority Coder) – приоритетный шифратор;

EI (Enable Input) – разрешение входа;

x_i – входные сигналы;

y_i – разряды выходного кода.

Дешифраторы.

Дешифратором (Decoder) – называется комбинационное устройство, преобразующее двоичный входной код в активный (управляющий) сигнал на одном из его выходов, номер которого соответствует входному коду.

В общем случае, дешифратор, имеющий n-двоичных разрядов, имеет 2ⁿ выходов, так как n-разрядный двоичный код может принимать 2ⁿ различных значений и каждому из них соответствует активный управляющий сигнал на своем выходе. Однако на практике часто используют дешифраторы с числом выходов меньшим, чем 2ⁿ, например, дешифраторы, преобразующие двоично-десятичные коды десятичных тетрад в сигналы управления цифровыми газоразрядными индикаторами. Эти дешифраторы имеют не 16, а 10 выходов.

Пример условного графического обозначения трехвходового дешифратора на функциональных схемах приведен на рис.VII.3.

Рис.VII.3 Условное графическое обозначение дешифратора.

Здесь: DC (Decoder) – дешифратор;

x_i – разряды входного двоичного кода;

y_i – выходные управляющие сигналы.

Мультиплексоры.

Мультиплексором (Multiplexer) – называется устройство, предназначенное для управляемого переключения одного из N входных цифровых информационных каналов к одному выходному каналу.

Таким образом, мультиплексор является коммутатором цифровых каналов или просто цифровым коммутатором. Цифровые информационные каналы могут быть как одноразрядные (состоящие из оной линии), так и многоразрядные, состоящие из многих линий. Так, в вычислительной технике широко используются мультиплексоры, переключающие каналы полубайтовые (4-х разрядные), байтовые (8-ми разрядные), двухбайтовые (16-ти разрядные), и другой разрядности. Сам принцип управляемой передачи цифровой информации от нескольких источников в один канал называется мультиплексированием. Принцип мультиплексирования цифровой информации иллюстрирован на рис.7.4.

Рис 7.4 Иллюстрация принципа мультиплексирования цифровой

информации

Здесь: A, B, C, D – источники цифровой информации;

MUX – условное обозначение мультиплексора на схемах.

На рисунке изображено два входа управляющих сигналов, на которые подаются двухразрядный двоичный код управления мультиплексором, позволяющий подключать к выходному каналу четыре источника цифровой информации, передаваемой в виде последовательности четырехразрядных двоичных кодов.

Демультиплексоры.

Демультиплексором (Demultiplexer) – называется устройство, осуществляющее управляемое переключение входного цифрового канала к одному из N выходных каналов.

Демультиплексор, также как и мультиплексор, относится к устройствам коммутации каналов данных, но осуществляет обратную коммутацию цифровой информации. Сам принцип управляемой передачи цифровой информации от одного входного источника к одному из нескольких возможных приемников носит название демультиплексирования.

Принцип демультиплексирования иллюстрирован на рис.7.5.

Рис.7.5 Иллюстрация принципа демультиплексирования цифровой

информации.

Здесь: A, B, C, D – приемники цифровой информации.

DMX – условное обозначение демультиплексора на схемах.

На рисунке изображены два входа управления х2 и х2. Двухразрядный двоичный управляющий код, подаваемый на эти входы, позволяет переключать цифровую информацию с входного канала на один из четырех выходных каналов.

Сумматоры

Сумматором – называется устройство, осуществляющее арифметическое сложение двух двоичных чисел.

Сумматоры могут быть как комбинационные, так и накапливающие. В современных компьютерах реализуются только сумматоры комбинационного типа. Сумматоры многоразрядных чисел строятся на основе одноразрядных двоичных сумматорах. Условное графическое обозначение одноразрядного сумматора приведено на рис. VII.6.

Рис.VII.6 Условное графическое обозначение на схемах одноразрядного

двоичного сумматора.

Здесь: SM – условное обозначение сумматора на схемах;

a, b – входы разрядов операндов;

cr (сarry) – вход сигнала переноса;

S – выход результата суммирования значений разряда числа;

CR – выход сигнала переноса.

Триггеры.

Триггером – называется устройство с двумя устойчивыми состояниями, обладающее способностью переходить из одного состояния в другое, под воздействием входных сигналов, и выдавать выходной сигнал, однозначно определяющий его состояние.

Таким образом, триггер является простейшим запоминающим устройством – элементом памяти. Работа триггеров, как элементарных автоматов с памятью, определяются функцией переходов Q, которая определяет в какое состояние перейдет триггер при подачи на его вход (входы) активного воздействия. При этом, выходной сигнал триггера будет однозначно определятся его состоянием.

Наиболее широко используются в цифровых устройствах, в том числе и в компьютерах, четыре типа триггеров.

1. Триггеры с одним информационным входом:

а) D – триггеры (Delay – задержка);

б) T – триггеры (Toggle – кувыркаться, опрокидываться).

2. Триггеры с двумя информационными входами:

а) RS – триггеры (Set –установка, Reset – возврат);

б) JK – триггеры.

У подавляющего большинства триггеров два выхода: прямой и инверсный, хотя вполне достаточно одного. Два выхода делаются из чисто практических соображений удобства схемотехнического использования.

Рассмотрим кратко условные графические обозначения (УГО) указанных типов триггеров и их функции переходов.

Одновходовые триггеры.

а) D – триггер: б) T – триггер: ;

Здесь: D – вход D-триггера;

T – вход T-триггера;

Q – прямой выход триггера;

- инверсный выход триггера;

C – синхровход для синхронных триггеров.

Двухвходовые триггеры

Аналитические выражения для функций переходов RS и JK – триггеров приводить не будем.

По способу приема и передачи информации триггеры, как и все цифровые устройства (в том числе и компьютер в целом) делятся на асинхронные и синхронные триггеры.

Асинхронные цифровые устройства переходят в новое состояние, и выдают соответствующие выходные сигналы, сразу же после появления активных сигналов на его входах.

Синхронные цифровые устройства переходят в новое состояние только в определенные моменты времени, задаваемые специальными синхросигналами, подаваемыми на его так называемые синхровходы – С. Отметим, что они ни в коей мере не влияют на саму функцию, как переходов, так и выходов, а определяют только моменты времени переходов.

Практически все современные компьютеры являются синхронными цифровыми устройствами.

Регистры

Регистром называется упорядоченная совокупность триггеров, образующая запоминающее устройство на одно слово.

В настоящее время широко используются два типа регистров: запоминающие регистры и сдвигающие регистры.

Запоминающие регистры служат для запоминания одного слова информации длиной, соответствующей разрядности данного регистра. Основными операциями, которые реализуются при использовании запоминающих регистров, являются:

- операция установки регистра в исходное состояние (сброс), при котором все триггеры регистра переводятся в исходное (большей частью нулевое) состояние;

- операция записи в регистр слова информации параллельным кодом ( т.е. всеми разрядами одновременно) и дальнейшего его хранения в нем;

- операция считывания, хранящегося в регистре слова информации параллельным кодом (прямым или обратным).

Сдвигающими регистрами называются регистры, в которых помимо указанным выше операций, может осуществляться операция сдвига, занесенного в регистр слова, либо в сторону младших разрядов (регистры со сдвигом вправо), либо в сторону старших разрядов (регистры со сдвигом влево), либо со сдвигом как в ту, так и в другую сторону (регистры с двухсторонним сдвигом). В последнем случае такие регистры называются универсальными регистрами.

В компьютерах регистры составляют основу интерфейсных устройств между процессором и периферией, между процессором и памятью. Они лежат в основе аппаратной части самого процессора (входные и выходные регистры комбинационных узлов процессора, регистры общего назначения, индексные регистры, сегментные регистры, указатели стека, указатель команд, регистр флагов и др).

Регистры, как и триггеры изготавливаются широко и в автономном исполнении, в виде отдельных интегральных микросхем. На рис 7.7 приведено, например, условное графическое обозначение универсального четырехразрядного регистра, изготавливаемого в виде интегральной схемы К555 ИР11.

Рис. 7.7 Условное графическое обозначение регистра на схемах.

Здесь: RG – условное обозначение регистра на схемах;

DR – вход ввода последовательных кодов младшими разрядами

вперед;

DL – вход ввода последовательных кодов старшими разрядами

вперед;

SI, S0 – входы управления режимом работы регистра;

C – вход синхросигналов и сдвиговых импульсов;

R – вход сброса регистра в нулевое состояние;

DI – входы параллельной записи кодов;

DO – выходы параллельной выдачи кодов.

Данный универсальный регистр имеет четыре режима работы:

1. Режим хранения информации, при котором его входы не реагируют на входные сигналы (S0 = 0, S1 = 0).

2. Режим записи последовательных кодов, поступающих старшим разрядом вперед, он же режим сдвига кода, хранящегося в регистре, влево (вниз) (S0 = 1, S1 = 0).

3. Режим записи последовательных кодов, поступающих младшим разрядом вперед, он же режим сдвига кода, хранящегося в регистре, вправо (вверх) (S0 = 0, S1 = 1).

4. Режим записи параллельных кодов (S0 =1, S1 = 1).

Синхросигналом является передний (положительный) фронт синхроимпульса.

Сброс осуществляется низким уровнем напряжения, подаваемого на вход R.

Счетчики.

Счетчиком называется устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поданных на его счетный вход, и запоминающего это число в той или иной системе счисления.

Поскольку число принятых импульсов счетчики должны хранить, то счетчики, так же как и регистры строятся на основе элементарных запоминающих элементов – триггеров.

По системе счисления, в которой производится подсчет и запоминается результат, счетчики, используемые в компьютерах, делятся на двоичные счетчики и двоично-десятичные счетчики. По характеру счета они делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные, которые могут как суммировать, поступающие на его вход импульсы, так и вычитать их числа импульсов, накопленных к тому времени в счетчике. И, наконец, по согласованности переключения, входящих в них триггеров – на асинхронные и синхронные.

В компьютерах счетчики используются во многих его блоках, например, для подсчета переданных кодов при передаче массивов данных, для формирования адреса очередной исполняемой команды, для подсчета числа сдвигов при сдвиговых операциях, а также числа элементов в обрабатываемых цепочках, при подсчете числа циклов в циклических операциях и т.п.

Счетчики, как и регистры широко распространены и в виде отдельных интегральных схем. Пример условного графического обозначения на схемах такого типового двоичного реверсивного счетчика типа К555ИЕ7, приведен на рис. 7.8.

Здесь: СТ2 – условное обозначение двоичного счетчика на схемах;

+1 – суммирующий вход счетчика;

−1 – вычитающий вход счетчика;

С – вход счетных импульсов;

R – вход сброса счетчика в исходное нулевое состояние;

D₀, D₁, D₂, D₃ – входы 4-х разрядного двоичного кода для

начальной установки содержимого счетчика;

Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ – выходы 4-х разрядного двоичного кода

содержимого счетчика;

>15 – выход переноса из старшего разряда счетчика;

< 0 - вход переноса из предыдущего счетчика.

Рис.7.8 Условное графическое обозначение на схемах универсального

двоичного реверсивного счетчика.

Запоминающие устройства.

Запоминающие устройства компьютера служат для запоминания внутри компьютера информации, как подлежащей обработке, так и той, которая служит для управления работой компьютера в целом.

Все используемые в компьютере запоминающие устройства (ЗУ) можно разделить на две группы: внешние ЗУ и внутренние ЗУ. К внешним ЗУ относятся: магнитные ЗУ (HDD - НЖМД, FDD - НГМД, Streamer – НМЛ), оптические ЗУ (CD и DVD) и электронные ЗУ (Flash-память). Внутренние ЗУ включают в себя основную оперативную память (ОЗУ), кэш-память, BIOS-память (постоянную или репрограммируемую) и регистровую память ядра процессора. Вся внутренняя память выполняется в микроэлектронном исполнении.

Рассмотрим кратко классификацию микроэлектронных запоминающих устройств, используемых в качестве внутренней памяти компьютера, а также их основные характеристики.

Микроэлектронными запоминающими устройствами называются устройства, предназначенные для приема, хранения и выдачи цифровой информации, и выполненные в виде интегральных микросхем.

Основные характеристики ЗУ.

Наиболее важными являются две основные характеристики ЗУ:

- информационная емкость или объем памяти ЗУ;

- быстродействие ЗУ.

Информационная емкость определяется максимальным числом единиц информации (бит, байт, килобит, килобайт и т.д.), которое может хранить данное ЗУ. ЗУ большой емкости собирается из отдельных микросхем, размещаемых на специальных платах – модулях памяти. Каждая микросхема состоит из элементов памяти, хранящих одну двоичную единицу информации – бит, которые группируются в так называемые запоминающие ячейки (ячейки памяти). В одной запоминающей ячейке хранится двоичный код, который может быть записан или считан за одно обращение к ЗУ (бит, байт, слово, двойное слово и т.д.).

Микроэлектронное ЗУ одной и той же емкости может быть организовано по разному, в зависимости от размера запоминающей ячейки ЗУ. Так, ЗУ емкостью 64 кбит может иметь организацию 64К 1 (одна запоминающая ячейка ЗУ хранит 1 бит информации, т.е. включает в себя один элемент памяти) или 8К 8, при запоминающей ячейке, состоящей из 8 запоминающих элементов. Емкость современных микросхем ЗУ достигает 512 Мбит.

Быстродействие ЗУ определяет скорость обмена информацией с данным ЗУ, т.е. временем выполнения операции записи или считывания данных. Обычно быстродействие характеризуется двумя основными параметрами: временем доступа и длительности цикла.

Временем доступа (Access Time) называют задержку появления действительных данных на выходе ЗУ относительно начала обращения к памяти. Эта характеристика определяет быстродействие чтения (записи) данных по случайному адресу. Для современных микросхем памяти время доступа равна 40…60 нс, что соответствует частоте появления данных 16,7…25 МГц на выходе микросхемы.

Длительность цикла определяется как минимальный период следующих друг за другом обращений к памяти. Он также носит название рабочего цикла или цикла обращения. В современных компьютерах обращение к памяти чаще всего происходит не по случайным адресам, поэтому рабочий цикл, как правило, короче времени обращения и достигает 8…10 нс.

Классификация ЗУ.

По характеру хранения информации микроэлектронные ЗУ можно разделить на 3 группы.

1. ЗУ с постоянным хранением информации:

а) постоянные ЗУ – ПЗУ или ROM (Read Only Memory);

б) программируемые постоянные – ППЗУ или PROM (Programmable

ROM).

2. ЗУ долговременного хранения информации с возможностью ее

перепрограммирования – РПЗУ или RPROM (Reprogrammable ROM):

а) РПЗУ с электрической записью информации и стиранием ее

ультрафиолетовым облучением – СППЗУ (стираемые ППЗУ) или

EPROM (Erasable PROM);

б) РПЗУ с электрической записью и электрическим же стиранием

информации ЭСПЗУ (электрически стираемые ППЗУ) или

EEPROM (Electrically Erasable PROM). Разновидностью EEPROM

является ЗУ типа Flash (флэш-память).

3. ЗУ оперативного хранения информации ОЗУ или RAM (Random Access Memory):

а) статические ОЗУ или SRAM (Static RAM);

б) динамические ОЗУ или DRAM (Dynamic RAM).

Первые два типа ЗУ являются энергонезависимыми ЗУ, поскольку информация, занесенная в них, сохраняется и при отключении их от источников питания. Третий тип – является энергозависимым, в котором при пропадании, даже краткосрочном, питания, информация, записанная в нем, полностью пропадает. Правда, в настоящее время налажено производство и энергонезависимых ОЗУ, за счет размещения элемента питания внутри корпуса самой микросхемы. Это так называемые NVRAM (Non Volatile RAM – неиспаряющееся ОЗУ), которое используется в особо ответственных случаях и может сохранять информацию при отключенном питании до 10 лет и более.

Заметим также, что в последнее время в качестве ППЗУ (PROM) стали использовать микросхемы типа СППЗУ (EPROM) без окошка для ультрафиолетового стирания. Такие микросхемы можно запрограммировать только один раз и в зарубежной литературе они получили специальное название OTP EPROM (One-Time Programmable EPROM).

Современные микросхемы EEPROM зарубежных фирм, например фирмы Atmel, достигают емкости 1 Мбит (128К 8) с временем обращения -150нс, а память типа Flash фирмы AMD, выпускаются емкостью до 32 Мбит (4М 8), при времени обращения 150 нс. (Данные 2004 года).

ОЗУ (RAM) являются запоминающими устройствами оперативного хранения информации и, по типу используемых элементов памяти, подразделяются на статические (SRAM) и динамические (DRAM). В SRAM в качестве элементов памяти используются RS – триггеры, а в DRAM – конденсаторы, сформированные в кремниевом кристалле, заряженное состояние которых интерпретирует 1, а разряженное – 0. Микросхемы памяти типа SRAM удобнее в использовании и обладают большим быстродействием. Поэтому кэш-память всегда делается типа SRAM. Однако, плотность размещения элементов памяти SRAM меньше чем у DRAM. Кроме того, потребление энергии и, следовательно, рассеиваемая мощность у них существенно выше. Поэтому, при одинаковом технологическом уровне производства, удельная стоимость памяти типа SRAM (стоимость в расчете на один бит), значительно выше.

DRAM изготавливаются с большей плотностью размещения элементов памяти на кристалле, что определяет в несколько раз большую емкость памяти в одной микросхеме а, следовательно, и существенно меньшую стоимость бита запомненной информации. К настоящему времени, достигнута емкость памяти одной микросхемы DRAM, равная 512 Мбит. Однако заряд на конденсаторах элементов памяти DRAM, определяющий бит информации, из-за неидеальной изоляции между конденсаторами элементов памяти, со временем изменяется. Это обстоятельство приводит к необходимости периодически, примерно один раз за несколько миллисекунд, осуществлять обновление состояния конденсаторов (осуществлять так называемую регенерацию ячеек памяти ЗУ). Кроме того, при считывании информации, конденсаторы ячеек памяти разряжаются, и их заряд после каждого считывания необходимо восстанавливать. Эти обстоятельства, а также то, что перезаряд емкостей элементов памяти DRAM занимает большее время, чем опрокидывание триггеров элементов памяти типа SRAM, является причиной того, что быстродействие памяти типа SRAM, почти на порядок выше, чем памяти типа DRAM.

В современных компьютерах почти исключительно используется так называемая синхронная динамическая память – SDRAM (Synchronous Dynamic RAM), особенностью которой является синхронизация записи и считывания с тактовой частотой системной шины, что позволяет увеличить быстродействие запоминающих устройств. В обычных ЗУ типа SDRAM, которые в настоящее время используются уже крайне редко, момент записи или считывания информации из памяти происходит обычно по положительному фронту тактового импульса. Затем были разработаны микросхемы памяти, в которых запись или считывание осуществляются и по положительному фронту тактового импульса и по его отрицательному фронту. Этим приемом сразу же быстродействие микросхем памяти возросло в два раза. Этот тип микросхем памяти получил название DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM). Он в настоящее время является наиболее распространенным, хотя в последнее время постепенно уступает место новому типу микросхем памяти – DDR2 SDRAM. В этой микросхеме памяти, за счет сдвига по фазе на половину периода тактовых импульсов в самой микросхеме, и считыванию информации также, как и в DDR SDRAM, по положительному, и по отрицательному фронту основного и сдвинутого тактовых импульсов, быстродействие микросхемы памяти возросло еще почти в два раза.

Разработаны еще более быстродействующие микросхемы памяти типа RDRAM (Rambus DRAM), однако они не получили распространения ввиду своей специфичности и высокой стоимости.

Приведем условные графические обозначения микросхем наиболее распространенных типов ЗУ.

ЗУ постоянного хранения ЗУ долговременного хранения

информации информации

а) б)

Рис.7.9 Условные графические обозначения на схемах микросхем

ПЗУ (ROM) – а), и ППЗУ (PROM) – б).

Здесь: A (Address) – поле адреса;

DO (Data Output) – выходные данные;

CS (Chip Select) – выбор кристалла: вход сигнала, подключающего

данную микросхему к шине адреса;

OE (Output Enable) – вход, активный сигнал на котором разрешает

выдачу информации на шину данных: на микросхемах некоторых изготовителей обозначается как вход CE (Chip Enable);

PR (Programmable) – вход, используемый в режиме программирования микросхемы. Однако, следует отметить, что в некоторых микросхемах ППЗУ вход PR отсутствует и его функции в режиме программирования микросхемы выполняет вход CS;

n - количество двоичных разрядов кода адреса;

m – количество разрядов слова данных, выдаваемого по одному

адресу.

Оно равно числу запоминающих элементов в одной запоминающей ячейке микросхемы памяти;

Общую емкость микросхемы памяти можно легко определить по ее выводам. Количество запоминающих ячеек у нее определится как 2ⁿ , а в каждой ячейке хранится одно слово, разрядность которого определится числом разрядов выдаваемого кода, т.е. числом – m. Следовательно, общая емкость микросхемы памяти будет равна C_бит= 2ⁿ m. Само же это выражение носит название организации памяти (например, 4К 8, 2М 1 и т.п.).

ЗУ оперативного хранения информации.

Как уже упоминалось, ЗУ оперативного хранения информации бывают двух видов: статические (SRAM) и динамические (DRAM).

Условные графические обозначения статических микросхем памяти изображены на Рис.7.10.

а) б)

Рис.7.10 Условные графические обозначения на схемах микросхем

оперативной памяти статического типа (SRAM).

а) С раздельным входом и выходом.

б) С совмещенными входами и выходами.

Микросхемы SRAM, в качестве управляющих, обычно имеют два входа: обычный вход выбора микросхемы CS и вход режима работы микросхемы – WR/RD (Write/Read). Низкий уровень управляющего сигнала режима работы (логический 0) устанавливает режим записи информации в микросхему памяти. Высокий уровень (логическая 1) управляющего сигнала определяет режим считывания информации из нее.

Входы и выходы данных у микросхем могут быть раздельными, а могут быть и совмещенными, что отмечается значком ↔ в основном поле изображения. Заметим также, что значок характеризует микросхему с использованием третьего, высокоомного состояния выходов. На рис.7.10 а) приведена микросхема памяти с раздельным битовым входом и выходом. Поскольку вход и выход один, каждая ячейка памяти будет содержать один бит информации, следовательно, организация памяти будет 2ⁿ 1. На рис.7.10 б) изображено условное графическое обозначение статической памяти с совмещенными входами и выходами, которые используются и при записи информации в память и при ее считывании из памяти. При этом изображено 8 входов/выходов данных, что означает байтовую организацию памяти 2ⁿ 8. Следовательно, за одно обращение к памяти можно записать или считать один байт информации.

Следует заметить, что иногда, вместо одного совмещенного входа управления режимом работы микросхемы памяти WR/RD, используют два раздельных входа управления: WE (Write Enable) и OE (Output Enable), активными сигналами на которых являются высокие уровни напряжения (логические 1).

Условное графическое обозначение на схемах микросхем динамической памяти приведено на рис.7.11.

Рис.7.11 Условное графическое обозначение на схемах микросхемы

оперативной памяти динамического типа (DRAM).

Микросхемы динамической оперативной памяти (DRAM), организованы в виде квадратной матрицы, причем пересечение столбца и строки матрицы задает одну из запоминающих ячеек памяти. При обращении к той или иной запоминающей ячейки памяти задается последовательно, один за другим, адрес нужной строки и столбца. Считывание адреса строки происходит при подаче на входы матрицы специального стробирующего импульса на вход RAS (Row Address Strobe), а считывание адреса столбца – при подаче стробирующего импульса CAS (Column Address Strobe). Следовательно, импульсы RAS и CAS также подаются последовательно друг за другом, причем импульс CAS всегда подается после импульса RAS, т.е. сначала происходит выбор строки, а затем – выбор столбца. При этом осуществляется мультиплексированный прием адресов. На одни и те же адресные выводы сначала подается код адреса строки (младшие разряды адреса), который записывается во внутренний регистр строки по стробу RAS, а затем код адреса столбца по стробу CAS, который записывается во внутренний регистр столбца. Это позволяет почти в два раза уменьшить общее число выводов а, следовательно, использовать меньший, по сравнению с микросхемами SRAM, корпус микросхемы. Кроме того, мультиплексированный прием адресов облегчает реализацию регенерации информации в микросхеме.

Следует заметить, что иногда вместо обозначения RAS используют обозначение SEX (Strobe Enable X), а вместо CAS – SEY (Strobe Enable Y).

Как уже упоминалось ранее, оперативная память компьютера (ОЗУ) располагается, в большинстве случаев, на специальных модулях типа SIMM (Single In-line Memory Module –модуль с однорядным расположением выводов) или DIMM (Dual In-line Memory Module – модуль с двухрядным расположением выводов). Они представляют собой печатные платы с выводами, на которых размещены рассмотренные выше микросхемы памяти. Модуль SIMM является старым типом модуля памяти, они бывают 30- и 72-контактные, длиной 8 см и шириной около 2 см. Модуль типа DIMM представляет собой высокоскоростной 64-разрядный модуль памяти с двухрядным расположением микросхем. Он имеет 168 или 184 контакта и длину - около 13 см. Модули типа RIMM (Rambus In-line Memory Module) , используются только для размещения специфических микросхем памяти фирмы Rambus и не получили широкого распространения. Внешне модуль RIMM похож на модуль DIMM, но с обеих сторон закрыт металлическим экраном, защищающим его от наводок и взаимного влияния модулей, работающих на больших частотах.

Микросхемы, размещенные на модулях SIMM, DIMM или RIMM, соединяются (группируются) в так называемые банки, для того чтобы модуль за одно обращение к нему процессора, выдавал в системную шину слова, шириной (разрядностью) 32, 64, 128 и 256 бит.

Банком памяти называют комплект микросхем, обеспечивающий для данной системы требуемую разрядность хранимых данных, выбираемых за одно обращение к памяти.

Глубиной адресного пространства называют количество возможных

адресов для данного ЗУ, равное числу запоминающих ячеек в нем.

Платы модулей памяти снабжены выводами по краю платы и вставляются в слоты (разъемы – гнезда), вмонтированные в материнскую (системную) плату компьютера.

Кэш-память, если она расположена отдельно, а не внутри корпуса микросхемы центрального процессора, а также память, используемая под BIOS (ROM BIOS), размещаются на материнской (системной) плате в виде отдельных микросхем.