Лекция № 7

Тема: Системы, расположенные на материнской плате.

Память

1. Общая характеристика

2. Оперативная память

3. Микросхема ПЗУ и система BIOS

4. Энергонезависимая память CMOS

5. Память на жестком диске

6. Дисковод гибких магнитных дисков

7. Дисковод СД – дисков

1. Память – функциональная часть ЭВМ, предназначенная для хранения и выдачи информации.

В ЭВМ запоминание происходит в:

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство),

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство),

ВЗУ (внешнее запоминающее устройство),

Кэш – память (недоступный для пользователя буфер),

СМОS – память (хранение системных данных),

РОН – внутренние регистры процессора (используются при вычислениях).

ОЗУ, ПЗУ, РОН, кэш-память, СМОS – память относятся к электронной памяти.

ВЗУ – электромеханическая память.

СМОS – (Complement metal Oxide Semiconductor – комплементарные пары металл – оксид – полупроводник, отечественная аббревиатура КМОП) .

Видеопамять – электронная память, размещенная на видеокарте (графическом адаптере). Используется в качестве буфера для хранения кадров динамического изображения.

2. Оперативная память – наибольшая часть памяти, предназначена для хранения переменной (текущей, быстро изменяющейся) информации и допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислений. Процессор выбирает – режим считывания (команд или данных) из ОЗУ, и режим записи в ОЗУ. Хранится информация до выключения питания.

Данные, адреса и команды, которыми процессор обменивается с памятью, называют операндами.

Основная составная часть ОЗУ – массив элементов памяти, объединенных в матрицу накопителя. Элемент памяти может хранить один бит информации (запоминать два состояния 0 или 1).

Каждый элемент памяти имеет свой адрес (порядковый номер). Для обращения к элементам памяти его необходимо выбрать с помощью кода адреса.

Микросхемы памяти бывают одноразрядные и многоразрядные.

В одноразрядных микросхемах – код адреса (чаще говорят адрес) выбирает один элемент памяти из множества элементов, расположенных в матрице накопителя. После его выбора можно считать или записать один бит информации. Специальный управляющий сигнал указывает микросхеме, что она должна делать: записывать или считывать информацию. В одноразрядных микросхемах памяти имеются один вход для записи информации и один выход для считывания. Разрядность кода адреса m в одноразрядных микросхемах памяти, определяет информационную емкость, т. е. число ЭП (элементов памяти в матрице накопителя). Емкость рассчитывается по формуле 2^m. Например, если у одноразрядной микросхемы памяти имеется 10 адресных входов, то информационная емкость составит N = 2¹⁰=1024 бита.

Многоразрядные микросхемы имеют так называемую словарную структуру. У этих микросхем имеется несколько информационных входов и столько же выходов. Поэтому они допускают одновременно запись или считывание многоразрядного кода, которое принять называть словом. Один адрес позволяет считывать сразу информацию из нескольких элементов памяти. Группа элементов памяти, одновременно считываемая при подаче информации на адресные входы микросхемы, называется ячейкой памяти. Т. Е. ячейка памяти – несколько ЭП, имеющих общий адрес.

С физической точки зрения оперативная память (RAM – Random Access Memory - память с произвольным доступом) – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существуют много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM – Dynamic RAM) и статическую память (SRAM – Static RAM). Быстродействие памяти характеризуется двумя параметрами: временем доступа (Access time) и длительностью цикла (cycle time).

Длительность цикла – определяется минимально допустимым временем между двумя последовательными обращениями к памяти.

Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде полупроводниковых конденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Для построения динамического элемента памяти требуется всего 1- 2 транзистора. Недостатки этого типа связаны, во – первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно; во – вторых конденсаторы разряжаются, что делает невозможным хранить долго записанную информацию. Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. Для борьбы с этим явлением приходится периодически подзаряжать конденсаторы. Этот процесс называется регенерацией заряда (подзарядка) ячеек оперативной памяти, осуществляемая несколько десятков раз в секунду, что вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы. Постоянная времени разряда происходит одну миллисекунду и, значит, регенерация заряда происходит примерно тысяча раз в секунду. Необходимость частой подзарядки приводит к снижению быстродействия динамической памяти. Однако благодаря малым размерам конденсатора и малому числу дополнительных элементов, удельная плотность хранения информации динамической памяти выше, чем у статической памяти. Емкость микросхем динамической памяти составляет десятки Мбитов на один корпус. Возможность размещения на одном кристалле большого числа ЭП вызывает конструкторскую проблему - необходимо использовать большое число адресных входов. Для снижения остроты этой проблемы используется мультиплексирование – технический прием временного уплотнения информации, по одним и тем же электрическим цепям передается разная информация для различных приемников (потребителей информации).

Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные элементы триггеры, состоящие из нескольких транзисторов (4-6 транзисторов). В триггере хранится не заряд, а состояние (включен, / выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, а информация может храниться сколь угодно долго (пока подается электрическое питание). Конструктивно микросхема памяти выполняется в виде прямоугольной матрицы, причем ЭП располагаются на пересечении строк и столбцов. При обращении к микросхеме статической памяти на нее подается полный адрес, который разбивается на две части. Одна часть адреса используется для выбора строк матрицы накопителя, а вторая – для выбора столбцов.

Микросхемы динамической памяти используются в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используются в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш - памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.

Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, выражаемый числом. В настоящее время принята так называемая 32 – разрядная адресация, а это означает, что всего независимых адресов может быть 2³². Таким образом, в современных компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 2³²= 4 294 967 296 байт (4,3 Гбайт). Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных.

Оперативная память в компьютере располагается на стандартных панелях, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляются в соответствующие разъемы на материнской плате. Конструктивно имеют два исполнения – однорядные (SIMM – модули) и двухрядные (DIMM – модули). На Pentium(ах) однорядные модули можно применять только парами, а DIMM – модули можно устанавливать и по одному.

Основные характеристики модулей памяти – объем памяти и время доступа.

SIMM – модули поставляются объемами 4,8,16,32 Мбайт, время доступа 50 – 70 нс, а DIMM – модули 16,32,64,128 Мбайт и более время доступа 7- 10 нс.

Разработаны различные модификации статической и динамической памяти.

FPM DRAM (Fast Page Mode Dram) – динамическая память с быстрым страничным доступом.

EDO (extended data out) – микросхемы характеризуются увеличенным временем удержания данных на выходе. На выходе установлены регистры – защелки данных.

SDRAM (Synchronous DRAM) – синхронная динамическая память – память с синхронным доступом, работающая быстрее обычной асинхронной памяти.