Основная память
Основная память (ОП) включает в себя два типа устройств: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
Оперативное запоминающее устройство используется для хранения информации, непосредственно участвующей на текущем этапе вычислительного процесса. Данный тип памяти может работать в режимах записи и считывания информации. ОЗУ является энергозависимой памятью: при отключении напряжения питания хранящаяся в памяти информация теряется.
Постоянное запоминающее устройство служит для хранения неизменяемой информации: различных констант, стандартных программ.и др. Из ПЗУ можно только считывать информацию, запись информации в ПЗУ выполняется однократно вне ЭВМ в лабораторных или заводских условиях. С точки зрения хранения информации ПЗУ является энергозависимым запоминающим устройством.
В последние годы в некоторых ПЭВМ стали использоваться полупостоянные, перепрограммируемые запоминающие устройства (так называемая FLASH - память), в которых перезапись информации осуществляется достаточно оперативно непосредственно с дискеты или клавиатуры.
Структурно основная память в целом состоит из отдельных ячеек памяти емкостью в 1 байт, имеющих свои уникальные (отличные друг от
214
друга) адреса. Адресное пространство основной памяти для ОЗУ и ПЗУ является единым. Оно определяет максимально возможное количество N непосредственно адресуемых ячеек памяти. Адресное пространство памяти связано с разрядностью n кодовой шины адреса (КША) системной магистрали соотношением N = 2n.
В логическом отношении основная память делится на отдельные области, имеющие общепринятые названия. Так, на рис. 10.2 приведена логическая структура ОП емкостью 16 Мбайт, включающая в себя непосредственно адресуемую память с адресами от 0 до 1024 Кбайта и расширенную память, доступ к ячейкам которой возможен с помощью специальных программ - драйверов (диспетчера памяти).
Рис 10.2. Логическая структура основной памяти
Для ПЭВМ также характерным является стандартное распределение непосредственно адресуемой памяти между ОЗУ и ПЗУ (рис. 10.3).
В диапазоне от 0 до 640 Кбайт непосредственно адресуемая память называется стандартной памятью (СМА - Conventional Memory Area). Из этого диапазона 64 Кбайт выделяются для хранения служебных программ и данных операционной системы, а остальные 576 Кбайт - для хранения программ и данных пользователей.
Рис. 10.3. Распределение непосредственно адресуемой памяти
Непосредственно адресуемая память в диапазоне адресов от 640 до 1024 Кбайт называется верхней памятью (UMA - Upper Memory Area). Верхняя память зарезервирована для памяти дисплея (видеопамяти) и постоянного запоминающего устройства.
Техническая реализация оперативных запоминающих устройств в современных ПЭВМ обычно осуществляется с использованием больших интегральных микросхем динамического типа. В этом случае информация хранится в виде наличия или отсутствия электрического заряда на конденсаторе,
215
сформированном в структуре полупроводникового кристалла. После каждого считывания разряжающийся конденсатор необходимо снова подзарядить, т.е. требуется восстанавливать (регенерировать) информацию, которая могла быть искажена при считывании. Кроме того, из - за неизбежных утечек заряда на конденсаторе время хранения информации в динамических ЗУ ограничено, поэтому требуется ее периодическое восстановление, что также уменьшает быстродействие памяти.
Более высокой скоростью работы обладают элементы памяти, выполненные на статических триггерах. Для статистической памяти не требуются циклы регенерации и операции перезарядки. Однако, если для реализации одного запоминающего элемента динамической памяти требуется 1 - 2 транзистора, то для статической - 4 - 6 транзисторов. Соответственно, стоимость статической памяти существенно выше стоимости динамической памяти. Вот почему в современных ПЭВМ обычно используется оперативная память динамического типа, а для повышения производительности ЭВМ используется сверхоперативная память относительно небольшого объема, выполненная на элементах статического типа.
Конструктивно оперативная память ПЭВМ выполняется чаще всего в виде сменных модулей типа SIMM. (Signal In Line Memory Modyle - модуль памяти с однорядным расположение выводов).
Модули SIMM имеют емкость 256 Кбайт, 1, 4, 8, 16 или 32 Мбайта; могут иметь 30 - ("короткие") и 72 - ("длинные") контактные разъемы, соответствующие разъемам на материнской плате. На материнскую плату можно установить несколько (четыре и более) модулей SIMM.
Связь модулей ОЗУ с остальными блоками ПЭВМ осуществляется через кодовые шины адреса, инструкций и данных системной магистрали.
По шине данных передается информация, записываемая в память или считываемая из нее. Разрядность шины данных (8, 16., 32 или 64 бита) определяет длину информационной единицы, которой можно обмениваться с ОЗУ за одно обращение. От этой разрядности зависит пропускная способность ОЗУ, измеряемая в Мбайтах в секунду. Например, для ОЗУ с tобр = 0,06 - 0,07 мкс и разрядностью шины данных 64 бита максимальная пропускная способность при тактовой частоте системной магистрали 50 МГц составляет 400 Мбайт/с.
По шине инструкций системной магистрали передается в ОЗУ сигнал, определяющий тип операции (запись или считывание), которую необходимо выполнить. В совокупности эти операции называются обращением к памяти.
По шине адреса системной магистрали передается адрес участвующих в обмене данными элементов памяти. Адресное обращение к ОЗУ основано на матрично - координатном принципе. Для этого весь массив запоминающих элементов объединяется в матрицы, число которых соответствует разрядности машинного слова. Адрес обращения к памяти, поступающий в ОЗУ по шине адреса, делится на две части (две координаты) - X и Y. На пересечении
216
этих координат в каждой матрице находятся элементы памяти, чья информация должна быть прочитана или изменена (рис. 10.4).
Кроме ОЗУ, в составе основной памяти имеется постоянное запоминающие устройство (ПЗУ) или ROM (Read Only Memory). Важнейшей функцией этой памяти является хранение BIOS (Basic Input Output System - базовая система ввода - вывода). BIOS содержит необходимый набор программ - драйверов, обеспечивающих работу периферийных устройств. Кроме программ ввода - вывода, в ПЗУ содержатся также программы начальной загрузки операционной системы, тестирования устройств компьютера и др.
Подобно ОЗУ, микросхемы ПЗУ также построены по матрично - координатному принципу. Функции элементов памяти в них выполняют перемычки между горизонтальными и вертикальными шинами матриц, выполненные в виде проводников, полупроводниковых диодов или транзисторов. В такой матрице наличие перемычки означает хранение 1, а ее отсутствие - хранение 0. Запись информации в ПЗУ обычно производится один раз при изготовлении микросхем и заключается в устранении (прожигании) перемычек по тем адресам, где должен храниться 0. В дальнейшем эта информация может многократно считываться без разрушения. ПЗУ сохраняет информацию при отключении питания, т.е. является энергонезависимой памятью.
Рис. 10.4. Структурная схема ОЗУ
217
214 :: 215 :: 216 :: 217 :: Содержание
