Классификация систем памяти

Лекция 6

ПОСТРОЕНИЕ МОДУЛЕЙ ПАМЯТИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ

6.1. Классификация систем памяти

6.2. Постоянные запоминающие устройства.

6.2.1. Программируемые маской ПЗУ.

6.2.2. Одноразово программируемые ПЗУ.

6.2.3.ПЗУ, многократно программируемые с ультрафиолетовым (УФ) стиранием.

6.2.4. Многократно программируемые с электрическим стиранием ПЗУ.

6.3. Принципы организации кэш-памяти

6.4. Принципы организации стековой памяти.

В этой лекции рассказывается о классификации систем памяти, оперативных и постоянных запоминающих устройства, принципах организации кэш- памяти и стека.

Ключевые слова:память, ОЗУ, ПЗУ, программирование, кэш-память, стек.

Классификация систем памяти

Система памяти это функциональной частью МПС, предназначенная для записи, хранения и выдачи информации. Технические средства, которые реализуют функции памяти, называются запоминающими устройствами (ЗУ).

Одной из признаков классификации ЗУ есть физическая природа среды, которая используется для сохранения информации. По этому признаку выделяют такие виды ЗУ: электронные, на устройствах с зарядной связью (ПЗЗ), магнитные, на цилиндрических магнитных доменах, ультразвуковые линии задержки (магнитострикционные, кварцевые, из специальных сплавов стекла), криогенные, голографические.

По скорости обмена информацией с АЛУ различают такие типы памяти (рис. 6.1): регистровая память МП, внутренняя кэш-память, внешняя кэш-память, оперативная память, постоянная память, внешняя память.

Рис 6.1.. Типы памяти МПС.

Сверхоперативное ЗУ или регистровая памятьМП представляет собой совокупность регистров общего назначения. Обращения к СОЗУ не требует от МП выставления адреса на шину АВ во время считывания/записи информации, поэтому операции с СОЗУ есть наиболее быстродействующими. Время выборки СОЗУ - 5-7 нс. Общее количество 8- или 16-разрядных регистров в МП обычно составляет от 16 до 64.

Внутренняя кэш-память - это оперативная память статического типа емкостью 1-16 кбайт, которая встроена непосредственно в МП. Внутренняя кэш-память работает на тактовой частоте процессора. В моделях и386, и486 кэш-память общая для данных и команд. В МП Pentium кэш-память используется в отдельности для команд и данных.

Внешняя кэш-память так же, как и внутренняя, представляет собой память статического типа, однако имеет значительно большую емкость. Она устанавливается на системной плате и работает на частоте шины. Внешнюю кэш-память предназначена для уменьшения количества обращений к другим менее быстродействующим устройствам памяти. Емкость внешней кэш-памяти в современных ПЭВМ составляет обычно 64 кбайт - 1 Мбайт и имеет тенденцию к увеличению.

Оперативная память - это память статического или динамического типа. В микросхемах статического типа элементом памяти есть триггер на биполярных транзисторах или транзисторах со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). В ОЗУ динамического типа элементом памяти есть конденсатор. Оперативная память предполагает изменение своего содержимого в походке выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режиме записи, считывания и сохранения информации. Оперативную память предназначена для сохранения сменной информации - текущих данных, результатов вычислений, ее емкость составляет 1-64 Мбайт, время доступа - 70-200 нс. Оперативное запоминающее устройство есть энергозависимое, так как информация, записанная в нем, теряется после отключения питания.

Постоянная память представляет собой специальную микросхему, содержащую информацию, которая не может изменяться в процессе выполнения программы. Эта информация заносится в ПЗУ во время изготовления или на этапе его программирования в специальном устройстве - программаторе, и в процессе работы МПС может только считываться. Постоянная память в МПС работает в режимах сохранения и считывания и используется для сохранения таблиц, констант, кодов команд программ, стандартных подпрограмм, например, подпрограмм BIOS, POS. Обычно, ПЗУ имеет емкость 64-128 кбайт. Записанная в ПЗУ информация сохраняется после отключения питания. Это свойство ПЗУ получило название- энергонезависимости.

Внешняя память реализуется в виде накопителей со сменными и несменными носителями: на твердых и гибких магнитных дисках, стримерах, оптических и лазерных компакт-дисках (CD-ROM). Обмен информацией с устройствами памяти этого типа самый медленный, но такая память наибольшая по емкости. Емкость накопителей на твердых дисках составляет 1-100 Гбайт. Низкое быстродействие внешних ЗУ на магнитных носителях обусловлено наличием электромеханических устройств.