Организация памяти. Организация систем адресации и команд (47900)

Посмотреть архив целиком

Содержание


  1. Организация памяти.

  2. Организация систем адресации и команд

  3. Заключение

  4. Список использованной литературы


Организация памяти


Системная память. Обычно под системной понимают лишь оперативную память. На са­мом деле работоспособность всей компьютерной системы зависит от характеристик подсистемы памяти в целом. Подсистема памяти охватывает:

оперативную память как таковую;

кэш-память первого уровня, расположенную в ядре МП;

кэш-память второго уровня (в некоторых конфигурациях она выступает как кэш третьего уровня), размещаемую на СП, на картридже МП или в его ядре;

контроллер памяти;

шины данных и команд, объединяющие все элементы подсистемы в единое целое.

Системная память подразделяется на два типа — с динамической и статической выборкой. В первом случае значение бита информации в ячейке определяется наличием или отсутствием заряда на миниатюрном конденсаторе, управляемом одним—двумя транзисторами. В статичес­кой памяти применены специальные элементы — триггеры, реализован­ные на 4-6 транзисторах. Естественно, что из-за необходимости ожида­ния накопления (стекания) заряда на конденсаторе быстродействие DRAM ниже. Однако благодаря большему числу транзисторов на ячей­ку, память SRAM существенно дороже. Обычно модули DRAМ приме­няют в оперативной и видеопамяти, а модули SRAМ — в качестве быс­трых буферных элементов в процессорах, на СП, в контроллерах дис­ков, CD-RОМ и пр.

Статическая память. Ячейкой в статической памяти является триггер — логический эле­мент с двумя устойчивыми достояниями, в любом из которых он сохра­няется до тех пор, пока подается питание. Время срабатывания триггера составляет в современных микросхемах единицы наносекунд. Однако плотность компоновки ячеек SRAM существенно ниже, чем в микросхе­мах DRAM, а стоимость производства выше, поэтому статическая па­мять применяется лишь в наиболее ответственных компонентах.

В современных системах обычно используется конвейерный режим с пакетным способом передачи данных (Pipelined Burst Cache), организо­ванный на микросхемах статической памяти с синхронным доступом.

Асинхронная динамическая память (DRAM). Асинхронный интерфейс работы динамической памяти предусматри­вает наличие отдельного устройства в контроллере памяти для генера­ции управляющих сигналов. Для операций чтения/записи определяется продолжительность, зависящая от технологии изготовления микросхе­мы, ширины шины данных, наличия буфера и других параметров. Каждый цикл операции чтения и записи ячеек памяти может иметь продолжительность, отличную от других циклов. Никакая последую­щая операция не может начаться до сигнала об окончании предыдущей. Для генерации необходимых импульсов контроллер асинхронной памя­ти имеет делитель, вырабатывающий сигналы необходимой частоты для каждой операции внутри цикла.

Синхронная динамическая память (SDRAM). В этом случае все команды и обмен данными по шине памяти прохо­дят синхронно с тактовыми импульсами системной шины, поэтому все циклы одной операции имеют одинаковую продолжительность.

Ячейки в динамической памяти образуют матрицу, состоящую из строк и столбцов. При считывании данных содержимое одной строки целиком переносится в буфер, реализованный на элементах статичес­кой памяти. После этого из строки считывается значение (0 или 1) нуж­ной ячейки, и содержимое буфера вновь записывается в прежнюю стро­ку динамической памяти. Такие переносы данных осуществляются пу­тем изменения состояния конденсаторов ячеек, то есть происходит про­цесс заряда (разряда, если конденсатор был заряжен). Так как конден­саторы чрезвычайно малы, высока вероятность непроизвольного изме­нения их состояния из-за паразитных утечек и наводок.

Для исключения утраты данных проводятся циклы регенерации с определенной частотой, которые обычно инициализируются специали­зированными микросхемами. За один такт микропроцессора память может регенерироваться несколько раз.

Без участия МП информация из памяти может считываться блоками устройством прямого доступа к памяти DMA Direct Memory Access. При необходимости оно посылает запрос, содержащий адрес и размер блока данных, а также управляющие сигналы. Так как доступ к памяти по каналам DMA одновременно могут иметь несколько устройств (на­пример, процессор, видеокарта с интерфейсом AGP, контроллер шины PCI, HDD), образуется очередь запросов, хотя каждому потребителю ресурсов памяти требуются собственные данные, часто расположенные не только в разных микросхемах, но и в разных банках памяти.

ОЗУ (англоязычное название RAM, Random-Access Memory — па­мять с произвольной выборкой) хранит выполняемые программы и данные, непосредственно участвующие в операциях. Среднее время доступа к ее ячейкам составляет около 10 наносекунд (10~9 с). На современных ПК объем ОЗУ находится в пределах 128-4096 Мбайт. От объёма ОЗУ зависит не только возможность работы с ресурсоём­кими программами, но и его производительность, поскольку при нехватке памяти в качестве её логического расширения используется жесткий диск, время доступа к которому значительно больше. На производи­тельность ПК влияют также быстродействие ОЗУ и используемый спо­соб обмена данными между микропроцессором и памятью.

ОЗУ реализуется на микросхемах DRAM (Dynamic RAМ — динами­ческая память с произвольной выборкой), характеризующихся по срав­нению с другими разновидностями памяти низкой стоимостью и высо­кой удельной ёмкостью, но большим энергопотреблением и меньшим быстродействием. Каждый информационный бит (0 или 1) в DRAM хра­нится в виде заряда конденсатора. Из-за токов утечки этот заряд необ­ходимо с определённой периодичностью обновлять. Регенерация содер­жимого памяти требует дополнительного времени, а запись информации во время регенерации в память не допускается.

Видеоадаптер ПК позволяет монитору взаимодействовать с процес­сором. Поэтому видеоадаптер должен иметь специальную память (ви­деопамять), в которую процессор записывает изображение в периоды относительно небольшой загруженности. А уже затем видеоадаптер, независимо от процессора, может выводить содержимое видеопамяти на экран. В современных условиях минимальным объёмом видеопамяти следует считать 32 Мбайт, приемлемым — 128 Мбайт, комфортным — 256 Мбайт. Ввиду больших объёмов видеоинформации видеоадаптеры, как правило, подключаются к материнской плате через специализиро­ванные шины с наибольшей пропускной способностью.

Энергонезависимая память CMOS. Выше мы отметили, что работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами. Так, например, изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной вычислительной системы. Для того чтобы начать работу с другим оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры. По очевидным причи­нам их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве. Специально для этого на материнской плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по технологии изготовления называемая CMOS. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компьютера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изме­нять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы. Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки, располо­женной на материнской плате. Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы микро­схема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать несколько лет.

В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS. Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе обо­рудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.

Микросхема ПЗУ и система BIOS. В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего — ни дан­ных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения. Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется старто­вый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам. Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти — постоянное запоминающее устрой­ство (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «заши­тыми» — их записывают туда на этапе изготовления микросхемы. Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS Basic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и диско­водом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры. Модуль BIOS находится в микросхеме энергонезависимой памяти (CMOS'-памяти). В CMOS'-памяти записана конфигурация аппаратных средств компьютера и некоторая другая информация. Она питается от небольшой батареи, и поэтому ее содержимое не стирается даже после выключения питания компьютера. Если системная плата содержит встро­енный контроллер накопителей на жестких дисках, на ней также распо­лагается разъем для подключения индикатора жесткого диска. Этот индикатор светится в момент обращения к жестким дискам.


Случайные файлы

Файл
сов_раб.doc
34893.rtf
24747-1.rtf
37265.rtf
70693.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.