Основная память
При рассмотрении структуры основной памяти можно говорить как о физической структуре, то есть об основных ее конструктивных компонентах, так и о логической структуре, то есть о ее различных областях, условно выделенных для организации более удобных режимов их использования и обслуживания.
Физическая структура основной памяти
Основная память (ОП) содержит оперативное (RAM — Random Access Memory) и постоянное (ROM — Read Only Memory) запоминающие устройства. Упрощенная структурная схема модуля основной памяти при матричной его организации представлена на рис. 11.1.
Рис. 11.1. Структурная схема модуля основной памяти
При матричной организации адрес ячейки, поступающий в регистр адреса, например по 20-разрядным кодовым шинам адреса, делится на две 10-разрядные части, поступающие соответственно в Рег. адр. X и Рег. адр. Y. Из этих регистров коды полуадресов поступают в дешифраторы: дешифратор X (дешифратор столбцов) и дешифратор Y (дешифратор строк), каждый из которых в соответствии с полученным адресом выбирает одну из 1024 шин. По выбранным шинам подаются сигналы записи/считывания (в ПЗУ только считывания) в ячейку памяти, находящуюся на пересечении этих шин. Таким образом адресуется 106 (точнее, 10242) ячеек. Куб памяти содержит набор запоминающих элементов — собственно ячеек памяти. Считываемая или записываемая (в ПЗУ только считываемая) информация поступает в регистр данных, непосредственно связанный с кодовыми шинами данных. Управляющие сигналы, определяющие, какую операцию следует выполнить, поступают по кодовым шинам инструкций.
Оперативные запоминающие устройства
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в вычислительном процессе в текущий интервал времени.
ОЗУ — энергозависимая память: при отключении напряжения питания информация, хранящаяся в ней, теряется. Как уже говорилось ранее при выполнении сложных задач, для которых не хватает емкости оперативной памяти для размещения сразу всей информации, необходимой для их решения, увеличение объема ОЗУ приводит и к увеличению производительности ПК. Происходит это потому, что непосредственно в процессе решения приходится дополнительно обращаться к ВЗУ, и на это тратится много времени (быстродействие ВЗУ в миллионы раз меньше быстродействия ОЗУ).
Основу ОЗУ составляют микросхемы динамической памяти DRAM. Это большие интегральные схемы, содержащие матрицы МОП-транзисторов, использующих для хранения информации либо собственные паразитные емкости между затвором и истоком, либо дополнительные конденсаторы. Наличие заряда в конденсаторе обычно означает «1», отсутствие заряда — «0».
Конструктивно элементы оперативной памяти выполняются в виде отдельных модулей памяти — небольших плат с напаянными на них одной или, чаще, несколькими микросхемами. Эти модули вставляются в разъемы — слоты на системной плате. На СП может быть несколько групп разъемов — банков для установки модулей памяти; в один банк можно ставить лишь блоки одинаковой емкости, например, только по 16 Мбайт или только по 64 Мбайт; блоки разной емкости можно устанавливать только в разных банках.
Модули памяти характеризуются конструктивом, емкостью, временем обращения и надежностью работы. Важным параметром модуля памяти является его надежность и устойчивость к возможным сбоям. Надежность работы современных модулей памяти весьма высокая — среднее время наработки на отказ составляет сотни тысяч часов, но, тем не менее, предпринимаются и дополнительные меры повышения достоверности информации. Одним из направлений, повышающих достоверность функционирования подсистемы памяти, является использование специальных схем контроля и избыточного кодирования информации.
Модули памяти бывают с контролем четности (parity) и без контроля четности (non parity) хранимых битов данных. Контроль по четности позволяет лишь обнаружить ошибку и прервать исполнение выполняемой программы. Существуют и более дорогие модули памяти с автоматической коррекцией ошибок — ECC-память, использующие специальные корректирующие коды с исправлением ошибок [4, 6, 14].
Некоторые недобросовестные фирмы, с целью повышения конкурентоспособности своих изделий в глазах неопытных покупателей, ставят в модули памяти специальный имитатор четности — микросхему-сумматор, выдающую при считывании ячейки всегда правильный бит четности. В этом случае никакого контроля нет, а лишь имитируется его выполнение. Надо сказать, что эта имитация иногда и полезна, так как существуют системные платы, требующие для своей корректной работы присутствия бита контроля четности.