29 Оперативное запоминающее устройство.
Память, в которой хранятся исполняемые программы и данные, называется оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), или RAM (Random Access Memory) — памятью со свободным доступом. ОЗУ позволяет записывать и считывать информацию из адреса памяти, обращаясь к нему по его номеру. Адрес памяти имеет стандартное число двоичных разрядов, обычно размер ячейки ОЗУ равен одному байту. Информация в ОЗУ сохраняется всё время, пока на схему памяти подаётся питание, т. е. она является энергозависимой.
Существуют два вида ОЗУ: динамическое ОЗУ, или DRAM (Dynamic RAM), и статическое ОЗУ, или SRAM (Static RAM). Разряд динамического ОЗУ построен на одном транзисторе и конденсаторе и представляет информационный бит. Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются, и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают специальные устройства. Этот процесс называется регенерацией памяти. При записи или чтении из такого устройства требуется время для накопления или стекания заряда на конденсаторе. Поэтому быстродействие динамического ОЗУ на порядок ниже, чем у статического. Статическая (или кэш-память, cache — запас) работает практически с той же скоростью, что и процессор. Конструктивно элемент статической памяти представляет собой триггер на четырёх или шести транзисторах. Кэш-память может быть как встроенной в процессор, так и отдельной от него микросхемой, устанавливаемой на системной плате. Емкость статических ОЗУ значительно меньше, чем у динамических, кроме того, они более энергоёмки и значительно дороже. Обычно статическое ОЗУ используется в качестве небольшой буферной сверхбыстродействующей памяти. В современных процессорах кэш-память делится на уровни. На кристалле самого процессора находится кэш-память первого уровня, она имеет емкость 16—128 Кбайт и скорость, равную скорости процессора. В корпусе процессора на отдельном кристалле находится кэш-память второго уровня объёмом 256 Кбайт и более. Наконец, память третьего уровня расположена на системной плате, ее емкость может достигать 1000 Мбайт.
В одном адресном пространстве с ОЗУ находится специальная память, предназначенная для постоянного хранения таких программ, как тестирование и начальная загрузка компьютера, управление внешними объектами. Эта память называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) или ROM (Read Only Memory) и является энергонезависимой. Бывают два вида ПЗУ: программируемое однократно и перепрограммируемое ПЗУ. Память первого типа не позволяет изменять записанную в нее информацию, из такой памяти можно только читать. Память второго типа допускает многократную перезапись своего содержимого, стирание хранящейся информации осуществляется электрическим сигналом повышенной мощности.
30 Внутренние шины передачи данных.
2.7.3. Внутренние шины передачи данных
Шина — это устройство, обеспечивающее связь центрального процессора с периферийными устройствами компьютера. Существуют общая и периферийные шины. Общая шина делится на три отдельные шины по типу передаваемой информации: шину адреса, шину данных и шину управления. Каждая шина характеризуется числом параллельных проводников для передачи информации. Эта характеристика называется шириной шины. Другой важной характеристикой является тактовая частота шины — это частота формирования циклов передачи информации. На этой частоте работает контроллер шины.
Шина адреса
предназначена для передачи адреса
памяти или адреса порта ввода/вывода.
Если ширина шины равна
,
то количество адресуемой памяти равно
.
Шина данных передает команды и данные,
ее ширина составляет обычно 3264
проводников. Ширина шины управления
определяется алгоритмом ее работы или
иначе протоколом
работы шины.
Примерный протокол работы шины таков.
Первый такт работы инициируется
процессором, который выставляет на шину
адреса адрес внешнего порта или адрес
памяти и управляющие сигналы, определяющие
вид обмена. На втором такте процессор
ждет от устройства сигнала о готовности
к приему или передаче информации. Второй
такт может повторяться до тех пор, пока
не будет получен сигнал о готовности
устройства. На третьем такте процессор
выставляет на шину данных передаваемую
информацию при записи или открывает
шину данных для приёма информации.
Наконец, на четвёртом такте происходит
собственно обмен.
Для повышения производительности центрального процессора и всего компьютера в целом включаются дополнительные шины, связывающие напрямую процессор и отдельные наиболее быстродействующие устройства.
В персональных компьютерах фирмы IBM применяются общие шины, имеющие следующие характеристики:
общая шина PCI (Peripheral Component Interconnect) с тактовой частотой 66 МГц, шириной шины адреса — 32, шины данных — 64 разряда, пропускной способностью 528 Мбайт/с;
общая шина PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) с параметрами, аналогичными шины PCI. Используется в переносных компьютерах класса ноутбук.