Организация памяти микропроцессора.

Важнейшей характеристикой микропроцессорной системы является скорость обмена процессора с основными запоминающими устройствами, поскольку каждую команду необходимо доставать из памяти, то скорость обмена становится главным и определяющим параметром работоспособности системы. Время обмена процессора с памятью существенно зависит от того, на какой элементной базе выполнено запоминающее устройство. Первоначально запоминающие устройства строились на ферромагнитных сердечниках. Применение этих сферических сердечников в качестве запоминающих элементов основывается на том физическом принципе, который называется петля гистерезиса.

Поскольку магнитный сердечник имеет свойство сохранять свое намагниченное состояние даже при снятии намагничивающего напряжения, то эти два остаточных магнитных состояния использовали для кодирования двоичной единицы и двоичного нуля. Это свойство магнитного сердечника было быстро подмечено и их стали широко применять в качестве запоминающего элемента. Чтобы изготовить память на сердечниках, их в большом количестве прошивали соответствующими обмотками и располагали в виде матрицы на некоторой подложке. Расположение сердечника в виде матрицы позволяло легко находить требуемый элемент ячейки памяти при дешифровки адреса. Структурная схема запоминающего устройства:

Для определения конкретного рабочего элемента при дешифрации матрицы, используется матричный дешифратор. Разряды разбиваются на 2 части, одна из которых выбирает строку матрицы памяти, а другая выбирает столбец. Активным окажется только один элемент, который окажется на пересечении выбранных столбца и выбранной строки. С буферным устройством связана обмотка информационная, которая и снимает записанную информацию данного элемента. Следует заметить, что схема на приведенном рисунке определяет собой только один разряд информационного слова. Если нужно запоминать 16 разрядов, то должно быть соответственное количество таких ферритовых матриц.

Достоинством является высокая надежность хранения информации при воздействии электрических помех; сохранение информации очень долгое время при снятии напряжения.

Недостатком является: большие габариты запоминающего устройства. Ферромагнитный сердечник в своем диаметре имеет ~ 1.5 мм, а матрица емкостью всего 4 Кб имела размер небольшой книги ста страниц, размером в пол листа, а плата управления такой матрицей имела размер листа А4; вторым существенным недостатком является трудоемкость изготовления таких матриц. Процесс прошивки ферритовых сердечников очень тонким медным проводом был очень трудоемким, напоминал изготовление бус из бисера и выполнялся вручную. Надежность была невысокой, хотя и после распайки прошивочных проводов к контактам она заливалась лаком.

Следующим шагом совершенствования был переход на использование в качестве основного запоминающего элемента полупроводниковой структуры, а именно полупроводникового p-n перехода. Здесь используется то физическое свойство p-n перехода, что под воздействием напряжения одной направленности он смещен в одну сторону, и это его состояние кодируется двоичной «1». В случае приложения к p-n переходу обратного напряжения, он полностью открыт (смещается в другую сторону) и это его состояние принимается за логический «0». Поскольку геометрический размер p-n перехода оказывается во много раз меньше ферритового сердечника, то в данном случае открываются гигантские возможности по уменьшению габаритов элементов памяти. Поскольку полупроводниковые элементы изготавливаются с помощью специальных пленок на автоматическом оборудовании, то резко увеличивается доля автоматизации при изготовлении элементов памяти. Структурная схема запоминающего устройства на полупроводниковой матрице выглядит похожей на предыдущую схему, только вместо ферритов используется полупроводниковая матрица.

Здесь также используется разряд. Эта полупроводниковая матрица позволяет хранить 1 разряд из n-х слов памяти, т.е. n*n одноразрядных слов. Для достижения ими требуемой разрядности, параллельно устанавливается требуемое количество таких матриц, которое соответствует разрядности за____ .

Быстродействие полупроводниковой памяти приближается к сверхоперативным запоминающим устройствам, т.е. к регистрам, но поскольку объемы памяти используются большие, то все равно цикл обращения памяти получается длиннее, чем при работе со сверх оперативной памятью, т.е. с регистром общего назначения (РОН).