Функциональная организация компьютера

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 46Следующая ⇒

Электронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер, вычислитель — это совокупность технических устройств и программных продуктов, предназначенных для выполнения различного рода логических, арифметических и аналитических задач.

Для выполнения любых действий компьютеру необходима программа. Она выполняется по команде пользователя, человека или устройства, передающего сигналы в ЭВМ. Эти сигналы, поступая на естественном языке в виде текста, таблицы или звука, преобразуются в один из двоич-

ных кодов и далее обрабатываются и выводятся в виде результата.

Типы современных электронных вычислительных машин разнообразны — от микро-ЭВМ до персональных компьютеров, которые и являются наиболее популярными.

Любая электронная вычислительная машина должна обладать следующими характеристиками:

- комплектация всех составляющих аппаратных ресурсов, необходимых для решения требуемых задач;

- наличие устройств ввода и вывода информации (монитора, клавиатуры, манипулятора, принтера и т.д.);

- высокая совместимость с другими устройствами приема и передачи информации.

Конструктивно ПК минимальной конфигурации должен состоять из 3-х компонентов: системного блока, дисплея и клавиатуры.

Системный блок (компьютерная платформа) — это устройство, содержащее в своей структуре все основные технические компоненты ПК:

- микропроцессор, выполняющий управление работой машины и операции над данными;

- оперативную память, осуществляющую хранение информации, непосредственно участвующую в работе программы и являющуюся энергозависимой;

- постоянную*память, предназначенную для хранения наиболее распространенных и часто используемых программ, необходимых для работы компьютера, и являющуюся энергонезависимой;

- адаптеры и контроллеры, необходимые для управления и контроля периферийных устройств;

- коммуникационные порты, необходимые для подключения различных устройств к ПК;

- накопитель на жестком диске (винчестер);

- накопитель на гибких дисках (дисковод);

- накопитель на компакт-дисках (СБ-КОМ);

- блок питания.

Внешне системный блок представляет собой металлический корпус с рабочей лицевой панелью и задней панелью, на которой размещены разъемы коммуникационных портов для подключения периферийного оборудования.

Схема функционирования ПК

Лицевая панель выполнена в виде набора кнопок управления, карманов и площадок для ввода внешних устройств памяти:

- кнопка Рошег выполняет роль сетевого выключателя;

- кнопка Кеяе* обеспечивает перезагрузку (повторный запуск) компьютера.

Тактовая частота — это частота передачи синхронизирующих импульсов на микропроцессор, измеряемая в Мгц.

Внутренняя структура представляет собой набор устройств, в которые входят системная плата (материнская), отсеки для устройств внешней памяти и блок питания.

Материнская плата — это пластина, выполненная из диэлектрического материала, на которой должны быть размещены: микропроцессор, модуль ВЮЗ, модули оперативной памяти, системная шина, гнезда увеличения ресурсов, кварцевый резонатор, вырабатывающий синхросигналы, и вспомогательные микросхемы. Кроме этих устройств, на системной плате могут присутствовать модули КЭШ-памяти, контроллеры и адаптеры периферийных устройств.

Основным показателем материнской платы является степень ее интеграции (максимальное количество элементов, используемое при'разработке платы). Чем выше степень интеграции, там компактнее выглядит системный

2. Информатика

блок, при этом уменьшается его стоимость и повышается надежность компьютера как устройства.

Разъемы (слоты, гнезда) для расширения ресурсов ПК используют при подключении новых периферийных устройств, модернизации и увеличении функциональных возможностей машины такими средствами, как материнская плата, звуковая плата, видеоплата, модем и т.д.

Кроме вышеперечисленных устройств, системный блок включает в свой состав накопители на магнитных дисках для считывания информации с внешних запоминающих устройств (компакт-дисков, жесткого и гибкого магнитного дисков).

Системный блок может быть выполнен в вертикальном исполнении в виде башни либо в горизонтальном исполнении в виде подставки под монитор.

Внешний вид системного блока ПК

Процессор

Как известно, процессор является основным вычислительным блоком компьютера, в наибольшей степени определяющим его мощь. Процессор является устройством, исполняющим программу — последовательность команд (инструкций), задуманную программистом и оформленную в виде модуля программного кода.

Термин «микропроцессор» был впервые применен в 1972 г., хотя годом рождения этого прибора следует счи-

тать 1971 г., когда фирма 1п1; е1 выпустила микропроцессор серии 4004 — «интегральное микропрограммируемое вычислительное устройство», представляющее собой однокристальный центральный процессор, имеющий в своем составе 4-разрядный параллельный сумматор, 16 4-разрядных регистров, накапливающий сумматор и стек. Микропроцессор 4004 был реализован на 2 300 транзисторах и мог выполнять 45 различных команд.

Тип используемого микропроцессора, определяет свойства, функции ПК, его вычислительные возможности. Сегодня реализуются следующие их классы.

1. Компьютеры класса ХТ — используют микропроцессоры 1п1е1 8088/86 и совместимы с компьютерами РС ХТ ЮМ.

2. Компьютеры класса АТ — используют микропроцессор 1п*е1 80286 и совместимы с РС АТ ШМ.

3. Компьютеры класса 386 — разработаны на основе микропроцессора 1п1е1 80386.

4. Компьютеры класса 486 — базируются на микропроцессоре 1пт.е1 80486.

5. Компьютеры класса РепИшп — их основой являются микропроцессоры Реп^ит.

6. Компьютеры класса Се1егоп — разработаны на базе микропроцессоров Се1егоп.

Кроме вышеперечисленных, ЭВМ могут быть разработаны на основе других микропроцессоров: МоЪого1а (производитель фирма Арр1е), Ро\\гегРС.

Обычно структура микропроцессора представляет собой одну или несколько больших интегральных схем (БИС), выполняющих функции арифметического логического устройства (АЛУ), устройства управления и синхронизации (УУ) и запоминающего устройства, хранящего информацию с помощью регистров. Она может состоять из отдельных блоков (секций), а может быть размещена на одном чипе (кристалле). Секционная структура позволяет увеличивать разрядность и емкость запоминающего устройства, однако при этом увеличивается количество блоков, что изменяет габариты, мощность и энергопотребление процессора. Однокристальный микропроцессор обладает постоянной разрядностью и выполняет набор

команд, хранящихся в его памяти. Отличительной особенностью данного микропроцессора является наличие общей шины, по которой организуется прием, передача данных и осуществляется взаимодействие между внутренними блоками и устройствами. Таким образом, однокристальный микропроцессор позволяет обеспечить высокое быстродействие, небольшие массу и габариты, относительно малую потребляемую мощность и стоимость. Это обеспечивает однокристальному микропроцессору широкое использование и применение в микро-ЭВМ, контроллерах, программаторах, в устройствах автоматики, телемеханики и связи, вычислительной техники.

Структурная схема процессора: 1 — процессор ПК; - устройства ввода-вывода; 3 — измерительные датчики;

4 — дополнительные блоки ОЗУ; 5 — каналы связи

и источники звука; 6 — ВЗУ на внешних носителях;

7 — каналы локальных сетей; 8 — постоянные

запоминающие устройства; 9 — синтезатор звука

Эффективность работы любого микропроцессора определяется следующими техническими параметрами:

- степенью интеграции;

- потребляемой мощностью;

- нагрузочной способностью активных выводов интегральной схемы процессора;

- типом корпуса;

- техническим ресурсом;

- устойчивостью к механическим, температурным и радиационным воздействиям.

При оценке параметров микропроцессора и выборе микропроцессорной серии наибольшую роль играет разрядность прибора, которая задает элементарный объем обрабатываемых данных. Чем больше разрядность, тем выше производительность и шире возможности адресации. В ранних приборах разрядность регистров, шин управления, а также информационных шин почти всегда была одинаковой. Сейчас такая структура встречается редко. Например, микропроцессор Мо1ого1а 6800 имеет 32-разрядную внутреннюю архитектуру, 16-разрядную шину данных и 24-разрядную адресную шину (адресует до 16 Мбайт оперативной памяти). Для удобства такую архитектуру называют 32/16/24.

Сейчас существует множество архитектур процессоров, которые делятся на две глобальные категории — Ш8С и С18С.

Ш8С — Кесшсеё (КезЪпсЪес! ) ГпзЪгисиоп 8е1; Сотри1; ег — процессоры (компьютеры) с сокращенной системой команд. Эти процессоры обычно имеют набор однородных регистров универсального назначения, причем их число может быть большим. Система команд отличается относительной простотой, коды инструкций имеют четкую структуру, как правило, с фиксированной длиной. В результате аппаратная реализация такой архитектуры позволяет с небольшими затратами декодировать и выполнять эти инструкции за минимальное (в пределе 1) число тактов синхронизации. Определенные преимущества дает и унификация регистров.

С18С — Сошр1е1е 1пз1; гисиоп 8еЪ Сотри1ег — процессоры (компьютеры) с полным набором инструкций, к которым относится и семейство х86. Состав и назначение их регистров существенно неоднородны, широкий набор команд усложняет декодирование инструкций, на что расходуются аппаратные ресурсы. Возрастает число тактов, необходимое для выполнения инструкций.

Процессоры х86 имеют самую сложную в мире систему команд. В процессорах семейства х86, начиная с 486, применяется комбинированная архитектура — С18С-процес-сор имеет Ш8С-ядро.

Проследим историю развития микропроцессоров на примере семейства процессоров х86.

Первый 16-разрядный процессор 18086 фирма 1пЪе1 выпустила в 1978 г. Частота — 5 МГц, производительность

— 0, 33 М1Р8 (М1Р8 — одна из альтернативных единиц
измерения производительности процессора — миллион
команд в секунду) для инструкций с 16-битными операн
дами (позже появились процессоры 8 и 10 МГц).

Процессор 180286, знаменующий следующий этап архитектуры, появился только в 1982 г. Его принципиальные новшества — защищенный режим и виртуальная память размером до 1 Гбайт — не нашли массового применения; процессор большей частью использовался как очень быстрый 8088.

Рождение 32-разрядных процессоров (архитектура 1А-32

— 1пЪе1 АгсЪгЬес^иге 32 Ы4) ознаменовалось в 1985 г. мо
делью 180386 (275 000 транзисторов).

Процессор 1п1; е1-486ВХ появился в 1989 г. Транзисторов — 1, 2 млн. Для повышения производительности в этом С18С-процессоре (как и в последующих) применено Ш8С-ядро. Тогда же 1п1; е1 занялась энергосбережением, что отразилось и в линии 386 — появился процессор 1п1; е1-3868Ь.

В 1993 г. появились первые процессоры Репйит с частотой 60 и 66 МГц — 32-разрядные процессоры. Транзисторов — 3, 1 млн.

Процессоры РепШип с частотой 75, 90 и 100 МГц, появившиеся в 1994 г., представляли второе поколение процессоров Репйит. 1996-й называют годом РепЪшт — появились процессоры на 150, 166 и 200 МГц, и Репйит стал рядовым процессором в массовых РС.

Параллельно с РепИит развивался и процессор Репйшт Рго, который отличался «динамическим исполнением», направленным на увеличение числа параллельно исполняемых инструкций. Однако на 16-разрядных приложениях, а также в среде ^тао\уз 95 он был ничуть не быстрее Реп1; шт. Процессор содержит 5, 5 млн транзисторов ядра. Первый процессор с частотой 150 МГц появился в начале 1995 г., а уже в конце года были достигнуты частоты 166, 180 и 200 МГц.

В начале 1997 года фирма 1п*е1 выпустила процессоры Репйит ММХ. Технология ММХ (МиШ Меа1а ЕхЪепзюпз, мультимедийные расширения) предполагает параллельную обработку группы операндов одной инструкцией. Технология ММХ призвана ускорить выполнение мультимедийных приложений, в частности операций с изображениями и обработки сигналов. Процессоры Реп1; шт ММХ имеют 4, 5 млн транзисторов. Последние достигнутые тактовые частоты — 166, 200 и 233 МГц. Для мобильных применений (блокнотных ПК) выпускались процессоры под кодовым названием ТШатоок, тактовая частота достигла 266 МГц при уменьшенной потребляемой мощности.

В мае 1997 года появился процессор РепШип II. Он представляет собой слегка урезанный вариант ядра РепИит Рго с более высокой внутренней тактовой частотой, в которое ввели поддержку ММХ.

В 1999 году появились процессоры Репйит III — в них ввели новый блок 128-битных регистров ХММ и новые инструкции, названные 88Е. Частота ядра подбирается к 1 ГГц.

Конечно же, перечисленными моделями не исчерпывается весь мировой ассортимент микропроцессоров. Это только представители семейства процессоров, имеющих обобщенное название х86. Ряд фирм (например, АМБ, Сугчх, 1ВМ) выпускает процессоры, совместимые с перечисленными процессорами 1п1е1 и имеющие свои характерные особенности. Обычно они слегка отставали от изделий 1п1; е1, выпускаемых в то же время. Однако процессор К7 от АМБ изменил ситуацию. Ряд фирм (БЕС, Мо1ого1а, Техаз 1пз1; гшпеп1з, 1ВМ) имеет разработки процессоров, существенно отличающиеся от семейства х86; есть другие классы процессоров и у 1п4е1. Среди них присутствуют и гораздо более мощные процессоры, относящиеся как к Ш8С-, так и к С18С-архитектуре.

Поколения процессоров

В настоящее время семейство х86 насчитывает 6 поколений процессоров у 1п1; е1 и 7 — у АМБ.

Первое поколение (процессоры 8086 и 8088 и математический сопроцессор 8087) задало архитектурную осно-

ву — набор неравноправных 16-разрядных регистров, сегментную систему адресации памяти в пределах 1 Мбайт с большим разнообразием режимов, систему команд, систему прерываний и некоторые другие черты. В процессорах применялась «малая» конвейеризация: пока одни узлы выполняли текущую инструкцию, блок предварительной выборки выбирал из памяти следующую. На выполнение каждой инструкции уходило в среднем по 12 тактов процессорного ядра.

Второе поколение (80286 с сопроцессором 80287) привнесло в семейство защищенный режим, позволяющий использовать виртуальную память размером до 1 Гбайт для каждой задачи, пользуясь адресуемой физической памятью в пределах 16 Мбайт. Защищенный режим является основой для построения многозадачных операционных систем (ОС), в которых система привилегий жестко регламентирует взаимоотношения задач с памятью, ОС и друг с другом. Защищенный режим 80286 не нашел массового применения — эти процессоры, в основном, использовались как «очень» быстрые 8086. Их производительность повысилась не только за счет роста тактовой частоты, но и за счет значительного усовершенствования конвейера. Здесь на выполнение инструкции уходило в среднем по 4, 5 такта. Во втором поколении появились новые инструкции: системные (для обслуживания механизмов защищенного режима) и несколько прикладных (в том числе для блочного ввода/вывода). Наличие защищенного режима не отменяет возможности работы в реальном режиме 8086, и эта возможность сохраняется во всех последующих поколениях (дань совместимости с программным обеспечением, включая и М8 Б08).

Третье поколение (386/387 с суффиксами БХ и 8Х, определяющими разрядность внешней шины) ознаменовалось переходом к 32-разрядной архитектуре 1А-32. Кроме расширения диапазона непосредственно представляемых величин (16 бит отображают целые числа в диапазоне 0-65535 или от -32767 до +32767, 32 бита — более чем 4 миллиарда), увеличился и объем адресуемой памяти (до 4 Гбайт реальной, 64 Тбайт виртуальной). Для этого почти все программно-доступные регистры были расшире-

ны и получили в названии приставку «Е» (ЕАХ, ЕВХ...). В систему команд ввели возможность переключения разрядности адресации и данных. Защищенный режим был несколько усовершенствован, но оставлена и обратная совместимость с 286. На таком процессоре стала «расцветать» система М8 \Утс1о\У8 — сначала оболочка, а потом и операционная система. В плане организации исполнения инструкций существенных изменений, повлекших за собой сокращение числа тактов на инструкцию, не произошло — те же средние 4, 5 такта, но частота уже достигла 40 МГц.

Четвертое поколение (486, опять-таки БХ и 8Х) в видимую архитектурную модель больших изменений не внесло, но зато принят ряд мер для повышения производительности. В этих процессорах значительно усложнен исполнительный конвейер: основные операции выполняет Е18С-ядро, «задания» для которого готовят из входных С18С-инструкций х86. Этот конвейер стал способным выполнять инструкцию в среднем за два такта. Конечно, каждая инструкция проходит через весь конвейер процессора за гораздо большее количество тактов, но темп выполнения в потоке именно таков. В этом же поколении отказались от внешнего сопроцессора: теперь он размещается либо на одном кристалле с центральным (называется ЕРИ), либо его нет вообще. По сравнению с предыдущим поколением и сопроцессор стал работать значительно эффективнее. А тактовая частота в этом поколении достигла 133 МГц (у АМБ, а у 1пМ — только 100).

Пятое поколение — процессор РепИшп у 1п1; е1 и К5 у АМБ — привнесли суперскалярную архитектуру. Супер-скалярность означает наличие более одного конвейера. У процессоров пятого поколения после блоков предварительной выборки и первой стадии декодирования инструкций имеется два конвейера, И-конвейер и У-конвейер. Каждый из этих конвейеров имеет ступени окончательного декодирования, исполнения инструкций и буфер записи результатов. И-конвейер «умеет» все, у У-конвейера возможности немного скромнее. Конвейеризирован и блок ЕРИ. Процессор с такой архитектурой может одновременно «выпускать» до двух выполненных инструкций, но в

среднем получается 1 такт на инструкцию. Не все инструкции могут выполняться парно, эффективность использования конвейеров (коэффициент их загрузки или простоя) зависит от программного кода — есть широкие возможности оптимизации. В процессорах применяется блок предсказания ветвлений (инструкций программы, выполняемых после очередного условного перехода или вызова), в обязанности которого входит не оставлять конвейеры без работы «на поворотах» алгоритмов. Для быстрого снабжения конвейеров инструкциями и данными из памяти шина данных процессоров имеет разрядность 64 бит, из-за чего поначалу их даже ошибочно называли 64-разрядными процессорами. На закате этого поколения появилось расширение ММХ, новизна которого заключается в принципе 81МБ: одна инструкция выполняет действия сразу над несколькими (2, 4 или 8) комплектами операндов. В ММХ появился и новый тип арифметики — с насыщением (8а^,Ьига1; ес1): если результат операции не умещается в разрядной сетке, то вместо переполнения (антипереполнения) устанавливается максимально (минимально) возможное значение числа.

Шестое поколение процессоров 1п1; е1 началось с РепЪшт Рго и продолжается по сей день в процессорах Реп1; гшп II, РепЪшт III, Се1егоп и Хеоп. Его лейтмотивом является динамическое исполнение, под которым понимается исполнение инструкций не в том порядке (оий ог огйег), как это предполагается программным кодом, а в том, как «удобно» процессору. Инструкции, поступающие на конвейер, разбиваются на простейшие микрооперации, которые далее выполняются суперскалярным процессорным ядром в порядке, удобном процессору. Ядро процессора содержит несколько конвейеров, к которым подключаются исполнительные устройства целочисленных вычислений, обращений к памяти, предсказания переходов и вычислений с плавающей точкой. Несколько различных исполнительных устройств могут объединяться на одном конвейере. В процессорах 6-го поколения реализовано исполнение по предположению: процессор пытается исполнить инструкцию, последующую (по его мнению) за переходом еще до самого перехода. В итоге всех этих ухищ-

рений среднее число тактов на инструкцию у Репйигд Рго сократилось до 0, 5 такта. В систему команд были введены новые инструкции, позволяющие писать более эффективные коды (с точки зрения минимизации ветвлений).

В то время как частоты ядра процессора неуклонно растут по мере усовершенствования технологий изготовления микросхем (чем тоньше, тем быстрее), частота системной шины, по которой процессор обменивается данными с памятью, так быстро расти не может. Здесь уже сильно сказываются паразитные параметры проводников и разъемов, которые остаются относительно большими по размерам. Кроме того, и сама оперативная память не такая уж и быстрая.

Проблему доставки «сырья» для работы процессоров 6-го поколения фирма 1п1; е1 стала решать, используя так называемую двойную независимую шину (Б1В). Одна из шин процессора, «фасадная» (Р8В — Ргоп1; 81йе Виз), связывает его с системной платой, на которой находится и оперативная память. Другая шина связывает процессор со вторичным кэшем, который находится в одной упаковке с процессором (для пользователя вторичный кэш; неотделим от процессора). Частота Р8В долгое время оставалась в пределах 66 МГц, что обеспечивало пиковую пропускную способность 528 Мбайт/с. Лишь совсем недавно эта частота поднялась до 100 и даже 133 МГц. А вот тактовая частота второй шины пропорциональна частоте ядра — либо полная частота, либо ее половина. Пиковую пропускную способность этой шины можно оценить, умножив ее тактовую частоту на 8 — число байт данных на шине (у новых процессоров Репйшп III разрядность этой шины уже 32 байта). Наличие двойной независимой шины у 1п1е1 является одним из атрибутов шестого поколения.

Седьмое поколение (по АМБ) началось с процессора А{; п1оп. Причисление его к новому поколению мотивировано развитием суперскалярности и суперконвейерности, которая теперь охватила и блок ГРИ (в прежних поколениях ТРИ если и конвейеризировали, то не распараллеливали).

Фирма 1п1е1 сейчас занимается 64-разрядной архитектурой — такая разрядность позволит считать целые чис-

ла с числом разрядов почти до 2хЮ¹⁹. Первый представитель 64-разрядных процессоров — Нашит под кодовым названием Мегсеа!. Его архитектура — 1А-64 — обеспечивает совместимость с существующим программным обеспечением для используемой ныне архитектуры 1А-32.

В начале 2000 года фирма ТгапзтеЪа заявила процессор Сгизое, который является аппаратно-программным комплексом. Этот комплекс работает нетрадиционным способом: инструкции х86 транслируются в длинные слова УЫ\У (Уегу Ьоп§ 1пзЪгис1; юп ЛУогс! ) регулярной структуры длиной 64 или 128 бит, которые исполняются процессорным ядром. При этом оттранслированные инструкции хранятся в кэш-памяти и при многократном исполнении транслируются лишь единожды. Ядро процессора исполняет элементы кода в строгом порядке. С этим процессором уже могут работать ОС \Ушс! о\уз 9х/1ЧТ/2000, Ыпих. Процессор имеет наилучшее отношение производительности к потреблению энергии и предназначается для мобильных систем.

Семейство х86 фирмы 1п4е1 началось с 16-разрядного процессора 8086. Все следующие модели процессоров, в том числе 32-разрядные (386, 486, РепМшп, РепИшп Рго, Репйшп II, Се1егоп) и с 64-разрядным расширением ММХ включают в себя систему команд и программную модель предыдущих, обеспечивая совместимость с ранее написанным программным обеспечением.

В начале XXI века появится новое поколение микропроцессоров. Построенные по принципам, отличным от используемых в нынешних «пентиумах», они будут намного быстрее и производительнее.

Российский электронный архитектор Борис Бабаян представил свою разработку — суперпроцессор «Эльбрус-2000» (Е2К). Модельные испытания показали, что он бьет по всем параметрам все ныне работающие и еще только проектируемые процессоры крупнейших электронных компаний мира. Модельные испытания показали, что российский процессор по всем статьям превосходит Мегсес! — самый быстрый процессор следующего поколения американской фирмы 1п1; е1. Если Е2К воплотить в кремнии на том же технологическом уровне, что и Мегсес!, он будет работать с

тактовой частотой 1, 2 ГГц (Мегсес! — 800 МГц), иметь в три-пять раз большую производительность и вдвое меньшие энергопотребление, размеры и себестоимость. Остается добавить, что благодаря оригинальной технологии Е2К совместим со всеми программами, написанными для нынешних «пентиумов» (т. е. с архитектурой х86), а также с архитектурой Мегсес! и имеет «непробиваемую» защиту программ и данных от вирусов и чужих глаз. Американским фирмам только предстоит это сделать.

Новые процессоры 1п1; е1 РХА-250 и РХА-210 АррИсайопз Ргосеззог для устройств с операционной системой Роске1 РС планируется с середины 2002 года использовать в будущих версиях карманных компьютеров 1РА0 Роске*. РС.

Запоминающие устройства ПК

Цифровыми запоминающими устройствами называют устройства, предназначенные для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом коде. Запоминающие устройства классифицируются по назначению, технологии изготовления, способу адресации, способу хранения информации и т.д.

По назначению ЗУ подразделяются на: + оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) обеспечивающие режим записи, хранения и считывания информации в процессе ее обработки; 4- постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) осуществляют только считывание информации в рабочем режиме и являются основной памятью ПК; + внешние запоминающие устройства (ВЗУ) предназначены для записи, считывания и хранения информации отдельно от компьютера и являются внешней памятью ПК.

ОЗУ и ПЗУ представляют собой внутреннюю память вычислительного устройства.

По технологии изготовления различают следующие ЗУ: + Биполярные

- ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика);

- ТТЛШ (транзисторно-транзисторная логика с диодами Шотки);

- ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика);

- И²Л (интегральная инжекционная логика).
+ Униполярные

- п-МОП (логика на основе МОП-транзисторов с каналами типа п);

- К-МОП (логика на основе комплиментарных ключей на МДП транзисторах).

По способу адресации выделяют следующие ЗУ:

- адресные — обращение к памяти в которых производится в соответствии с их адресом, задаваемым двоичным кодом (большинство ЗУ являются адресными);

- безадресные (ассоциативные), в которых считывание информации осуществляется по ее содержанию и не зависит от физических координат элементов памяти (ассоциативные ЗУ не имеют входов адресных сигналов. К основным параметрам ЗУ относятся:

1. Информационная емкость, определяемая числом ячеек памяти ЗУ и указывающая на максимальный объем хранимой информации. Если ЗУ рассчитано на хранение п чисел (слов), каждое из которых имеет т разрядов, то информационная емкость определяется выражением А/' = пт. Емкость ЗУ выражается в байтах и может составлять от десятков до нескольких миллионов бит.

2. Потребляемая мощность — это мощность, используемая ЗУ в установившемся режиме.

3. Время хранения информации — интервал времени, в течение которого ЗУ сохраняет информацию в заданном режиме.

4. Быстродействие — промежуток времени, необходимый для записи или считывания информации.

Основой любого запоминающего устройства является матрица памяти (накопитель), которая состоит из п строк. Каждая строка имеет ттг-разрядное слово. Соответствующие шины в матрице памяти управляются и выбираются с помощью дешифраторов строк и столбцов путем подачи на них соответствующих адресных сигналов.

Согласно базовому логическому элементу, ОЗУ делятся на статические (8КАМ), использующие триггер как элемент памяти, и динамические (БКАМ), использующие конденсатор.

Статические. Запоминающая ячейка представляет собой триггер на биполярных или полевых транзисторах, что определяет потенциальный характер управляющих сигналов и возможность считывания информации без ее разрушения.

Динамические. Основным элементом памяти является емкость, например, затвора полевого транзистора, что требует постоянного восстановления (регенерации) записанной информации в процессе ее хранения.

Дешифратор Элементы памяти

------------ ► номера строк

строк

■ —ж----------------------------------------- ж^-'

Дешифратор столбцов

Номера столбцов Структурная схема ОЗУ

ОЗУ динамического типа позволяют реализовать больший объем памяти, однако они сложнее в использовании; так, необходимо наличие специальной схемы управления режимами работы. В современных динамических ОЗУ имеются встроенные системы регенерации и синхронизации. Такие ОЗУ по внешним сигналам управления не отличаются от статических ОЗУ.

Для хранения больших массивов информации используются запоминающие устройства с применением микросхем, в каждой из которых хранится информация объемом в тысячи бит.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) предназначено для хранения некогда записанной в него информа-

ции, не нарушаемой при отключении источников питания. В ПЗУ предусматриваются два режима работы:

1) режим хранения;

2) режим чтения.

Используют ПЗУ в специализированных ЭВМ, которые длительное время выполняют действия по одному и тому же алгоритму при различных исходных данных.

ПЗУ делятся на группы:

1) программируемые при изготовлении (ПЗУ или КОМ);

2) с однократным программированием, позволяющим пользователю однократно изменить состояние матрицы памяти электрическим путем по заданной программе (ППЗУ или РКОМ).

Они используются так же, как и ПЗУ, но допускают обновление однажды записанной информации, т. е. работают в трех режимах, как и ОЗУ при отключении цифрового устройства от ППЗУ. Запись в данное запоминающее устройство осуществляется с помощью специальных устройств (программаторов).

В ППЗУ накопитель построен на запоминающих ячейках с плавкими перемычками, изготовленными из нихрома или других тугоплавких материалов. Процесс перезаписи состоит в последовательном пережигании плавких перемычек;

3) перепрограммируемые (репрограммируемые) с воз
можностью многократного электрического перепрограм
мирования, с электрическим или ультрафиолетовым сти
ранием информации (РПЗУ или КРКОМ). РПЗУ допуска
ют стирание записанной информации и запись новой.
Однако стирание в этих устройствах осуществляется за
доли микросекунды, а запись на много порядков выше.

В РПЗУ запоминающие ячейки строятся на основе МОП-технологии. Используются различные физические явления хранения заряда на границе между двумя различными диэлектрическими средами или проводящей и диэлектрической средой.

Для возможности объединения по выходу при наращивании памяти все ПЗУ имеют выходы с тремя состояниями или открытые коллекторные выходы.

ПЗУ определяются следующими характеристиками:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒