Объема не пугайтесь -внимательно прочитайте!!

Классификация запоминающих устройств

Запоминающие устройства (ЗУ)—это важнейшая составная часть любого вычислительного устройства, в том числе и построенного на микропроцессорных БИС.

По функциональному назначению все ЗУ, используемые в микропроцессорных системах, можно разделить на следующие группы:

сверхоперативные ЗУ, представляющие собой на­бор регистров, содержимое которых непосредственно используется при обработке информации в микропро­цессоре;

оперативные ЗУ, хранящие оперативную информа­цию (операнды, части программы), требующуюся в процессе работы;

постоянные ЗУ, предназначенные для длительно­го хранения неизменяемой в процессе работы микро- ЭВМ информации (программ, микропрограмм, кон­стант);

полупостоянные ЗУ, которые по выполняемым функциям полностью соответствуют постоянным ЗУ, но отличаются от последних возможностью относи­тельно быстрой смены хранимой в них информации, при необходимости изменения программ или кон­стант, за ограниченное время внешние ЗУ, предназначенные для хранения боль­ших объемов информации с небольшой удельной стои­мостью бита хранимой информации;

буферные ЗУ, предназначенные для согласования различных уровней системы памяти микроЭВМ меж­ду собой и внешних устройств с системой памяти.

Запоминающие устройства микроЭВМ могут быть реализованы на основе только БИС ОЗУ. Однако потеря информации при отключении питания, более высокая удельная стоимость бита хранимой информа­ции и ряд других причин привели к широкому исполь­зованию в микроЭВМ постоянных и полупостоянных ЗУ.

По способу организации обмена ин­формацией между отдельными ЗУ и микропро­цессорами различают ЗУ: с произвольной выборкой (ЗУПВ); с последовательным обращением (ЗУПО); с последовательно-параллельной организацией об­мена.

Подавляющая часть запоминающих устройств микропроцессорных систем — это ЗУ с произвольной выборкой (или с произвольным доступом). Если па­мять не обеспечивает произвольного доступа к любой ее части, то это память с последовательным доступом, она редко используется в качестве основной памяти микропроцессорной системы. При работе с такой па­мятью, для обращения к нужной области, необходимо предварительно обратиться ко всем областям, лежа­щим между той, к которой произошло обращение в данный момент, и требуемой областью. В последо­вательной форме хранится информация на магнитной ленте. Последовательный доступ применяют для за­поминания значительных объемов данных, время об­ращения к которым не является критичным.

Запоминающие устройства характеризуются рядом качественных показателей.

1. Емкость ЗУ определяется максимально воз­можным количеством битов хранимой информации.

2. Ширина выборки определяется количеством информации, записываемой в ЗУ или извлекаемой из него за одно обращение. Эта характеристика доста­точно важная, так как при одинаковом времени об­ращения ЗУ с большей шириной выборки обладает большей информационной эффективностью.

3. Время обращения определяется с момента подачи в устройство сигнала записи или чтения до того момента, когда закончатся все действия, связанные с выполняемой операцией, и устройство будет готово принять и реализовать следующую операцию обра­щения к накопителю информации. Это время называ­ется также длительностью цикла обращения к ЗУ, в течение которого можно выбрать информацию (чте­ние), ввести информацию (запись), обновить или мо­дифицировать состояние некоторого элемента ЗУ.

4. Скорость обмена информацией между ЗУ и дру­гими устройствами является важным параметром за­поминающих устройств. Она определяется числом бит (байт), передаваемых в единицу времени.

5. Показатель удельной стоимости применяется для оценки экономических характеристик ЗУ. Он оп­ределяется отношением его стоимости к информаци­онной емкости, т. е. стоимости бита хранимой инфор­мации.

6. Надежность, а для систем специального назна­чения— массогабаритные показатели и потребляемая мощность являются для ЗУ существенными характе­ристиками.

7. Одна из характеристик ЗУ — способность сохра­нять информацию при отключении источников пита­ния. В этом случае различают энергозависимую или энергонезависимую память. В энергонезависимой па­мяти при нарушениях в работе системы питания дан­ные не разрушаются, а в энергозависимой — разру­шаются.

Для микропроцессорных систем наиболее харак­терно использование оперативных запоминающих устройств на МОП-транзисторах. Существует два способа построения интегральных схем памяти по МОП-технологии, в зависимости от которых память на МОП-структурах может быть статической или ди­намической. Статическая память проще с точки зрения организации, что особенно явно при запоминающих устройствах небольшого объема. Управлять ста­тической памятью легче. Интегральные схемы, применяемые для построения динамической памяти, относительно дешевы, но для организации ее работы необходимы дополнительные микросхемы. Кроме то­го, содержимое микросхем динамической памяти не­обходимо периодически регенерировать. На динами

ческом принципе строятся запоминающие устройства большого объема.

В некоторых микропроцессорных системах нахо­дят применение еще два вида полупроводниковой па­мяти: на приборах с зарядовой связью (ППЗС) и на цилиндрических магнитных доменах (ПЦМД). Оба ти­па памяти ориентированы на последовательный до­ступ. Как и другие устройства последовательного до­ступа, они имеют невысокое быстродействие, однако, позволяют реализовать запоминающие устройства значительно большего объема, чем устройства памяти на биполярных и МОП-транзисторах.

Достоинства ППЗС — чрезвычайно малое потреб­ление мощности, простота в применении. Память на ППЗС энергозависима, но малая потребляемая мощ­ность делает возможным сохранение в ней информа­ции с помощью резервных аккумуляторов при отказе на длительное время основного источника питания.

Для ПЦМД требуется гораздо большее число вспомогательных схем, чем для памяти на приборах с зарядовой связью, но она является энергонезависи­мой. Таким образом, этот тип памяти позволяет реа­лизовать энергозависимые запоминающие устройства большого объема, для которых не требуются сложные механические лентопротяжные механизмы и диско­воды.

В последующих параграфах рассматриваются ос­новные типы запоминающих устройств микропроцес­сорных систем и их характеристики.

§ 3.2. Оперативные запоминающие устройства

По принципу хранения информации полупровод­никовые оперативные ЗУ делятся на динамические и статические.

Динамические запоминающие уст­ройства строятся на основе запоминающего элемента, сохраняющего свое состояние только опреде­ленный промежуток времени и поэтому требующего периодического восстановления. Запоминающим эле­ментом динамических полупроводниковых ЗУ служит конденсатор, в котором информация хранится в фор­ме наличия или отсутствия заряда. Из-за утечек по­степенно уменьшается заряд на запоминающем конденсаторе; для восстановления заряда запоминающий конденсатор периодически подключают к источнику питания.

Регенерация (восстановление данных) ячейки ди­намической памяти производится при каждом обраще­нии к ней. Однако при обычной интенсивности работы памяти микропроцессорной системы такая регенера­ция не гарантирует сохранности всех хранившихся в ней битов информации. Микропроцессор может, на­пример, затратить время, превышающее несколько миллисекунд, на выполнение простого цикла, предна­значенного для выработки временной задержки, и ис­пользовать при этом лишь несколько ячеек памяти. В течение всего этого временного промежутка все другие слова памяти не будут подвергаться регене­рации. Поэтому устройства памяти, выполненные на динамических ЗУ, нуждаются в логической схеме ре­генерации, которая автоматически обращается к каж­дому столбцу памяти с интервалами в несколько де­сятых долей миллисекунды. Динамическое запоми­нающее устройство построено так, что само обращение к столбцу обеспечивает регенерацию ин­формации во всех его ячейках. Работа логической схемы регенерации должна координироваться с дру­гими действиями микропроцессора. Если, например, микропроцессор пытается обратиться к памяти в мо­мент, когда в ней осуществляется, регенерация, то схема регенерации должна отдать приоритет именно микропроцессору.

Динамический принцип хранения информации обеспечивает ряд преимуществ динамических ЗУ. Динамические полупроводниковые ЗУ с произвольной выборкой имеют высокий уровень интеграции и быст­родействия, низкую стоимость и поэтому находят широкое применение в микропроцессорных вычисли­тельных системах. На динамических БИС ЗУ, являю­щихся функционально законченными устройствами, можно сравнительно просто строить ОЗУ различной информационной емкости.

Схемы управления ЗУ (мультиплексор, управ­ление регенерацией) могут быть выполнены на стан­дартных или специализированных ИС.

Недостаток динамических ЗУ — необходимость ре­генерации— компенсируется большей, чем в статиче­ских ЗУ, информационной емкостью.

Статические запоминающие устрой­ства являются наиболее распространенным видом памяти микропроцессорных систем. Большинство ста­тических запоминающих устройств реализуется на ос­нове МОП-технологии, но существуют и статические ЗУ на биполярных схемах.

Ячейка памяти статического ЗУ представляет со­бой обычный триггер. Он может быть установлен ли­бо в состояние «1», либо в состояние «О». Если триг­гер установлен в «1», то это состояние сохраняется до тех пор, пока не будет произведен сброс триггера или не будет выключено питание.

Часто разрядность шины адреса микроЭВМ боль­ше разрядности ее шины данных. Так, в 8-разрядной микроЭВМ применение 16-разрядного адреса обеспе­чивает адресацию 65536 байт памяти. Два байта на­зывают младшим и старшим байтами адреса. Млад­шие разряды адреса А(_>...А^ называют адресом слова (байта), а старшие разряды А₈...А_]5 называют адре­сом страницы Таким образом, можно адресовать 256 страниц по 256 слов (байт) в каждой.

Типичные БИС динамического ОЗУ: КР565РУ6 — емкость 16384X1 бит; К565РУ5 — емкость 65536x1 бит.

Типичные БИС статического ОЗУ: КР537РУ14 — емкость 4096Х 1 бит; КР132РУ6А — емкость 16384Х XI бит; К537РУ9 — емкость 2048x8 бит;