ЭВМ - это комплекс технических и программных средств, объединенных общим управлением и предназначенных для преобразования инф. по любому из заданных алгоритмов.

ЭВМ - это электронная система для сбора, преобразования, хранения и выдачи инф.

ЭВМ классифицируются по следующим признакам:

по виду обрабатываемой инф.

по способу представления инф.

по назначению

по способу передачи кодов

по производительности

по способу представления инф.

аналоговые (АВМ)

цифровые (ЦВМ)

В АВМ инф. представляется с помощью непрерывных (аналоговых) сигналов, В ЦВМ - с помощью дискретных сигналов.

АВМ содержит операционных усилителей и компонентов с помощью которых можно было бы моделировать различные мат. функции и операции.

Решение мат. уравнений на АВМ сводилось к набору на наборном поле машины эл. схемы, соотв. данному решаемому уравнению, а решение получалось на экране осциллографа как ф-ция, аргументом к-рой явл. время.

В современной ЭВМ для представления инф. используются двоичные числа. Для представления их исп. 0 и 1, кот в ЭВМ отображаются с помощью двух зон напряжений.

По назначению.

ЭВМ общего назначения

специализированные ЭВМ

Общего назначения имеют широкий набор команд, позволяющий на данной ЭВМ реализовать любой алгоритм.

Спец. ЭВМ имеют огр. набор команд и предназначены для реализации узкого круга алгоритмов, бывают счетные, информационные, управляющие.

По способу передачи и обработки кодов.

параллельные

последовательные

В парал. коды обрабатываются и передаются одновременно во всех разрядах. В посл. побитно и раздельно во времени. Все совр. ЭВМ относятся к ЭВМ параллельного действия. Их достоинством явл. высокое быстродействие, недостатком - большие аппаратные затраты.

По быстродействию.

Малой, средней, высокой, сверхвысокой, супер-ЭВМ.

На базе ЭВМ и процессоров создаются многопроцессорные и многомашинные вычисл. системы (комплексы).

Многомашинный выч. комплекс - это совокупность ЭВМ, объединенных линиями связи и управления с помощью коммутаторов. Основное назначение - повышение надежности выч. систем. Такие комплексы предполагают использование ЭВМ в качестве резервной. Многопроцессорный комплекс - это совокупность процессоров, связанных между собой через общую ОП и функционирующих под единой ОС. Основное назначение - повышение производительности.

2.Параметры компьютеров

К основным параметрам ЭВМ относятся:

производительность

разрядность машинного слова

ёмкость оперативной памяти

скорость обмена инф. между ЦП и ОП

скорость обмена инф. между ЦП и ОП и внешними устройствами

надежность

потребляемая мощность

Производительность.

Определяется средним количеством операций, выполняемых за единицу времени при решении широкого класса задач. Измеряется в опер/с - MIPS ( Millen Instructions Per Second). Производительность конкретной ЭВМ определяется используемой в ней элементной базой и архитектурой.

Разрядность машинного слова.

Определяется количеством разрядов, используемых в данной ЭВМ для представления данных и машинных кодов. Определяет максимальное число, которое можно представить в ЭВМ - диапазон представимых чисел в ЭВМ, точность представимых чисел, и обьем адресуемой памяти.

Ёмкость оперативной памяти.

Определяется количеством адресуемых ячеек памяти наименьшей длины - байта.

Скорость обмена инф. между ЦП и ОП и внешними устройствами.

Определяется количеством инф., передаваемой в единицу времени между устройствами. Измеряется в Мбайт/с.

Надёжность.

Характеризуется тремя параметрами:

интенсивность отказов

Nот - количество отказов в партии из N изделий за время испытаний tи.

наработка на отказ

вероятность безотказной работы за время t.

3. Структура ЭВМ. Основные устройства и их назначение

ЭВМ строится по модульному принципу. модули ЭВМ предст собой функц-но законченные устр-ва с типовым напряжением. Устр-ва, сходящие в состав ЭВМ, делятся на центральные (ОП, проц-р) и внешние(перефер - устр-ва в/в и внешн запомин устр-ва).

Схема ЭВМ:

Проц-р предназн для выполнения арифм и логич операций управления вычисл процессом и организации взаимодействия между устр-ми ЭВМ. Проц-р сост из 2-х основных устройств:

- АЛУ Предназн для выполн-я арифм операций над числами, представл-ми в форме с фиксиров, плавающ точкой и в десятичном формате. Предназн для выполн-я арифм операции (+,-,*,/), а также для логич операций над многоразрядными двоичными кодами и формир-я признаков рез-та операции. АЛУ строится на сумматорах, регистрах и др.

- УУ Предназн для управл-я вычисл-ым процессом. УУ дешифрирует коды команд, вырабатывает управляющие сигналы в соответствии с этими кодами для АЛУ и др устройств ЭВМ. В процессе работы на УУ поступают признаки рез-ов и сигналы запросов прерыв-ий, с учетом к-ых, если необходимо, УУ корректирует вычислительный процесс, вызывает программы прерываний и выполняет некоторые др действия.

ОП предназн для временного хранения программ, данных, обрабатываемых в программе, исходных, промежут и конечных рез-ов вычислений.

Внешние устр-ва предназн для организации взаимодействия пользователя с центр-ми устр-ми (ЦУ). Делятся на:

- устр-ва ввода (Увв)

- устр-ва вывода (Увы)

- внешние запоминающие устр-ва (ВЗУ)

Увв предназн для ввода информации в ЭВМ. Преобразует инф-ю, представленную на внешних носителях, в электрич сигналы, используемые для представления инф-ции в ЦУ ЭВМ.

Увы выполн функуию, обратную Увв, т.е. преобразует электр сигналы, с помощью к-ых инф-я представлена в ЭВМ, в форму, удобную для восприятия человеком, либо в форму, используемую для представления инф-ции на внешних носителях.

ВЗУ использ для хранения больших массивов инф-ции, к-ые не помещаются в ОП ЭВМ.

Интерфейсный блок предст собой совокупность аппаратных и программных средств, предназн-ых для сопряжения внешних устройств с ЦУ ЭВМ.

Шина - совокупность линий, по каждой из которых в любой заданный момент времени передается 1 бит инф-ции. Различают

- управляющая шина (ШУ)

- шина адреса (ША)

- шина данных (ШД)

ША однонаправлена. Используется для передачи от проц-ра кодов адресов ячеек ОП, внешних устройств, ячеек ПЗУ.

ШД двунаправлена. Использ для передачи кодов данных между ЦУ и внешними устр-ми ЭВМ.

ШУ двунаправлена. Использ для передачи сигналов синхронизации от проц-ра к ОП и наоборот, от проц-ра к внешн устр-ам и наоборот.

Сигнала синхронизации привязаны к границам тактов, к-ые задаются с помощью тактового генератора.

Разрядность шин опред-ся разрядностью машинного слова, используемой в данной ЭВМ. в соврем ЭВМ исп 32-битовая ША (4 Мб), 64-битовая ШД.

4. Прямой, обратный, дополнительный код

Набор цифр для двоичной системы счисления:

{0,1}, основание р=2

Эквивалент некоторого целого n-значного двоичного числа вычисляется согласно формуле:

Прямой код, обратный, дополнительныйиспользуються для представления целых и вещественых чисел(двоичная запись).

В прямом коде цифровые биты для отрицательных и положительных чисел выглядят одинаково.

Недостатки прямого кода: неудобство выполнения операций в АЛУ - действия над цифровыми и знаковыми битами нада выполнять раздельно. Исп ользуется в АЛУ при умножении и делении.

Недостаток: +0<>-0.

Достоинства: возможность свести операцию вычитания к операции сложения.

Обратный код (все биты инвертированы).

Недостатки: +0=0..0, -0=1..1.

Достоинство: можно свести операцию вычитания к операции сложения.

Дополнительный код(обратный +1).

Достоинство: +0=-0=0..0.

5. Форматы чисел с фиксированной точкой

Используются для представления целых и дробных чисел. положение двоичной точки в этих форматах никак специально не фиксируется, но строго предполагается, что двоичная точка для целых чисел располагается за младшим цифровым битом, для дробных - перед старшим цифровым битом.

Форматы целых и дробных чисел имеют след представление:

Формат числа определяет разрядную сетку ЭВМ, т.е. диапазон чисел, к-ые могут обрабатываться в данной ЭВМ, а также точность представления чисел.

Числа с фиксиров точкой в памяти ЭВМ представляются в дополн коде. Разрядность формата определяет диапазон чисел с фиксированной точкой, представимой в данной ЭВМ. Если для представления числа используется n разрядов, то диапазон чисел с фиксированной точкой определяется: -2n-1<=x<=2n-1-1

В ЭВМ для представления чисел с фиксированной точкой используется также беззнаковый формат, т.е. знаковый бит используется в качестве цифрового. В таком формате: 0<=|x|<=2n-1-1

В ЭВМ на основе 32-битовых МП-ов используются следующие форматы с фиксированной точкой

Однобайтовый формат

Формат слова

Формат двойного слова

АЛУ современных ЭВМ благодаря использованию 64-битового устройства для операций с плавающей точкой поддерживают также 64-битовый формат чисел с фиксированной точкой. (рис)

6. Форматы чисел с плавающей точкой

Используется для расширения диапазона чисел, представимых в ЭВМ и для увеличения точности их представления. Основан на форме записи дв. чисел: Мх 2Рх.

Где Мх - мантисса, Рх - порядок. В ЭВМ исп. формализованная форма представления чисел с плавающей точкой. 1>Мх>=1/2. Мантисса всегда дробное число, причем первая цифра всегда 1.Порядок представляется в виде целого числа. Знак числа отображается в старшем бите. Для представления порядка и его знака отводится поле из m бит, в кот. размещается код смещенного порядка: Рсм=Рх + 2m-1-1.

Для отображения смещенного порядка исп. коды 000…000 (m) до 111...10 (m). Код с единицами во всех битах зарезервирован для случая возникновения выч. ситуаций переполнения порядка и потери значимости мантиссы (стала равной 0). Мантисса отображается в формате с плавающей точкой в прямом коде. Структура формата такая (32 бита): 31 - S - знак, 23 - 31 - смещенный порядок(m=8), 0 - 23 - мантисса.

Наряду с двоичным словом исп. учетверенное слово (64 бита) и его 80 - битовый формат, тогда под порядок отводится 11 бит и 15 бит соответственно. Длина полей, отводимых для порядка и мантиссы в формате с плавающей точкой, определяет диапазон допустимых чисел. Допустимый диапазон порядка: -(2m-1-1)0; 12m-1-1.

7. Форматы для представления десятичных чисел, алфавитно-цифровой информации и логических значений

Наиболее широко используется при обработке статистической и экономической информации. Для представления десятичных чисел в ЭВМ используются поля переменной длины, в отличие от форматов чисел с фиксированной и плавающей запятой. Это связано с тем, что при использовании полей фиксированной длины в случае обработки десятичных чисел увеличивается расход памяти и снижается быстродействие.

Для представления десятичных чисел используется двоично-кодируемый десятичный код в котором каждая десятичная цифра представляется в виде тетрады. Тетрады (10101111) используются для представления знаков чисел и специальных символов применяемых в этих формах.

Варианты представления десятичных чисел:

Распакованный

Для представления одной цифры используется один байт. Тетрада, отображающая цифру, размещается в младшем полубайте этого байта. Старший полубайт может содержать любую информацию. Знак числа в дес. форматах также как и цифры задается 4-х битовым кодом, который размещается в мл. полубайте мл. байта. В старшем полубайте мл. байта размещается цифра мл. разряда дес. числа.

Упакованный формат

Цифры располагаются по две в одном байте.

Для представления десятичных чисел в таком формате всегда отводиться четное количество полубайт. Если при этом старший полубайт этого байта оказывается лишним, он заполняется нулями.

В IBM PC упакованные десятичные форматы используются для представления операндов в десятичных АЛУ. В этом случае используется 80-битовый формат, который позволяет представить любые десятичные числа длиной от 1 до 19 разрядов.

Для представления в ЭВМ символьной информации (буквы, спецсимволы) используется код ASCII. В этом коде каждому символу ставиться в соответствие 8-битовое двоичное число. Таким образом, 1 байт является внутренним представлением символа в ЭВМ. При кодировании используется весовой принцип, в соответствии, с которым значение двоичного кода символа увеличивается в алфавитном порядке.

Алфавитно-цифровая информация представляется в виде полей переменной длины. Для символьной информации поле представляет собой последовательность байт, располагающихся в памяти по соседним адресам, наз. строкой.

В ЭВМ 3-го поколения длина поля 1256 байт. В современных ЭВМ для 32 битовых МП поля могут содержать последовательность бит, байт слов, двойных слов и учетверенных слов. Такие последовательности называются цепочками.

Длина цепочек байт, слов, двойных и учетверенных слов 14 Гбайт.

8. Параметры и классификация ЗУ

Под памятью ЭВМ понимают совокупность устройств, предназначенных для хранения, приема и выдачи двоичной информации. Отдельное устройство из этой совокупности называют ЗУ.

Операции, выполняемые в ЗУ - занесение инф. (запись), выборка инф. (считывание). Операции записи и считывания - операции обращения к памяти.

Основные параметры ЗУ:

-ёмкость,

-удельная ёмкость,

-быстродействие,

Ёмкость - это максимальное количество инф., которую может хранить ЗУ.

Удельная ёмкость - это отношение ёмкости к физическому объему ЗУ.

Быстродействие - определяется временем обращения к памяти. Различают время обращения при записи и время обращения при считывании.

tдоступа определяется как интервал времени между началом обращения к памяти и моментом, когда требуемая инф. становится доступной.

tзаписи, tсчитывания - время, требуемое для записи и считывания инф.

Структура памяти ЭВМ:

Производительность и вычислительные возможности ЭВМ во многом определяются составом и параметрами ЗУ, образующими память ЗУ.

По способу доступа ЗУ делятся:

ЗУ прямого доступа - время доступа не зависит от местоположения инф. в памяти ЭВМ.

ЗУ циклического доступа - доступ к инф. становится возможным через периодически повт. интервалы времени.

ЗУ последовательного доступа - для доступа к любому элементу инф. предварительно осущ. просмотр предшевств. ему элементов инф.

В зависимости от способа хранения и поиска инф. в памяти ЭВМ различают адресные, ассоциативные и стековые ЗУ.

Адресные ЗУ - поиск требуемой инф. осущ. по адресу ячейки, хранящей инф. Для этого каждый байт имеет свой адрес.

Ассоциативные ЗУ - поиск инф. осущ. не по адресу, а по содержимому ячейки памяти (ассоциативный признак).

Стековые ЗУ - также имеют безадресную организацию. Доступ к инф. в них осущ. через опр. ячейку памяти, назыв. вершиной стека.

9. Адресная память

Адресные ЗУ - поиск требуемой инф. осущ. по адресу ячейки, хранящей инф. Для этого каждый байт имеет свой адрес.

Стр - ра адресного ЗУ имеет вид:

В состав ЗУ входят:

ЗМ - запоминающий массив, состоящий из N n - разрядных ячеек памяти.

БАВ - блок адресной выборки, реализуется на дешифраторах и предназначен для формирования сигнала выборки, активирующего одну из ячеек ЗМ.

РГА - регистр адреса, предназначенный для хранения k - разрядного адреса, пост. по шине адреса ША.

УСС - усилитель считывания.

УСЗ - усилитель записи.

РГИ - предназначен для временного хранения инф., зап. в ЗУ или счит из ЗУ.

Шивх - шина инф. входная.

Шивых - шина инф. выходная.

БУП - блок управления памяти, вырабатывает сигналы, упр. записью и считыв. инф. из ЗУ.

Работа адресного ЗУ.

Процессор, выполняя очередную команду, извлекает из нее адрес операнда и выставляет на шину адреса. В ЗУ возможны две операции - запись и считывание.

Перед каждой из этих операций процессор вырабатывает сигнал обращения по которому БУП выр. сигнал прием регистра адреса - ПрРГА, по кот. адрес, выст. проц. на ША записывается в РГА.

Адрес из РГА поступает в БАВ, который вырабатывает сигнал выборки ячейки памяти из ЗМ. Эта ячейка переходит в состояние, когда к ней возможен доступ.

После того, как ячейка выбрана, проц. вырабатывает сигнал операции, которая может быть либо запись, либо считывание. Если это считывание БУП выр. сигнал считывания, кот. пост. на УСС, открывает усилители и обеспечивает передачу инф. из выбранной ячейки памяти на вход РГИ. После чего с некоторой задержкой БУП выр. сигнал прием РГИ - ПрРГИ. По сигналу РГИ счит. из ЗМ инф. записывается в РГИ и появляется на шине выхода. При операции запись БУП выр. сигнал прием вх. инф. шины, по которому данные, нах, на ШИ вх заносятся в РГИ и поступает на вход усилителя записи, после чего инф заносится в выбранную ячейку памяти.

10.Организация адресного пространства ЭВМ. Выравнивание данных в памяти

Наиболее широкое распространение в ЭВМ получили адресные ЗУ. Адресные ЗУ - поиск требуемой инф. осущ. по адресу ячейки, хранящей инф. Для этого каждый байт имеет свой адрес.

С точки зрения процессора массив таких ЗУ состоит из элементарных ячеек длиной в один байт, каждая из которых имеет свой номер (адрес).

Совокупность таких ячеек образует адресное пространство , максимальный адрес определяется разрядностью шины адреса. При адресации в адресном рпостранстве ячеек памяти, имеющих длину более одного байта мкпроцессор Intel в качестве адреса ячейки исп. миним. адрес байта, входящего в состав ячейки.

При размещении числовых значений в ячейках адресного пространства мл. разряды числа размещаются в байте с минимальным адресом.

Выравнивание данных в памяти.

Адрес можно представить А = А31А30…А1А0, Аi = {0,1}.

Если ячейка памяти имеет длину более одного байта, то возникают вопросы, связанные с размещением ячеек памяти в ЭВМ.

Б3 Б2 Б1 Б0

При адресации такой ячейки памяти в качестве адреса можно выбрать старшие биты адреса А2-А31, а младшие биты адреса А1-А0 исп. для адресации байта внутри ячейки памяти, тогда адресом будет А=А31А30….А3А200.

Тогда адреса остальных байт в пределах ячейки будут:

Б0=А1А0=00; Б1=А1А0=01; Б2=А1А0=10; Б3=А1А0=11.

В принципе, размещение инф. в памяти может быть произвольным и в случае ячеек памяти длиной более одного байта возможны ситуации, когда для считывания дв. слова из памяти потребуется обращение по двум адресам А' и А'+1, т.е. потребуется два цикла обращения к памяти. Поэтому при программировании рекомендуется выравнивать данные в памяти.

Для выравнивания данных в памяти ЭВМ в случае, если эти данные явл. словами, адреса должны быть четными двойными словами - кратными 4.

В общем случае, если данные в ячейке занимают 2k байт, адреса, по которым размещаются такие данные должны быть кратными 2k.

Практически это означает, что адрес такой ячейки памяти должен содержать k нулей в мл. битах А = А31А30…Аk-100000…, Аi = {0,1}.

11. Ассоциативная память

Являются безадресными. Поиск инф. в запоминающем массиве таких ЗУ осущ. не по адресу, а по содержанию - ассоциативному признаку. Исп. код ассоц. признака.

Для того, чтобы при поиске инф. в ассоц. ЗУ анализировать не все биты хранящихся в таких ячейках слов, а лишь выбранные биты слова исп. код маски.В этом бите 1 указаны в тех битах, где инф. будет исп. при ассоц. поиске и 0 в тех битах, кот. не исп. Структура ассоц. ЗУ:

РгАП - регистр ассоц. признака, исп. для его врем. хранения.

РгМ - регистр маски.

ЗМ - запоминающий массив.

РгИ - исп. для времен. хранения инф. в качестве буфера при записи и считыв. из ЗУ.

КС - комбинационная схема, обесп. сравнение ячеек ЗМ, РгАП, РгМ.

РгС - регистр совпадений. Разрядность этого регистра равна кол-ву ячеек памяти ЗМ. Номер любого бита РгС совпадает с номером ячейки памяти ЗМ.

РС - схема формирования р-та ассоц. признака. Он формируется в виде кода i ={0,1}, 0 1 2. Если код равен 100, то в ЗУ отсутствуют ячейки памяти, удовлетв. ассоц. признаку. Если 010-есть только одна ячейка, 001 - более одной ячейки.

Есть доп. разряд , кот. исп. для указания занятости ячейки. 0 -не занята, 1 - занята.

При считывании инф. в РгАМ и РгМ предварительно заносятся коды АП и маски.

Содержимое РгАП и РгМ совместно с содержимым ячеек ЗМ поступает на входы КС, где формируется N - разрядный код, записываемый в РгС. 1 в этом коде стоятв тех битах, номера к-рых совпадают с номерами ячеек ЗМ, для к-рых имело место совпадение по АП.

ФС использует код, поступающий из РгС, формирует рез-т ассоц. поиска 0 1 2. Если оказывается, что 0=1, то считывание отменяется. Если 1=1, то содержимое ячейки памяти переносится в РгИ и выставляется на шину инф. выходную.

При записи инф. предварительно осущ. поиск свободных ячеек памяти, для этого в РгАП загружается код 111…1110 - бит занятости. В РгМ загружается 000…0001. Осущ. ассоц. поиска в р-те которого определяется наличие ячеек ЗМ. если 1=1, то инф. , предварит. занесенная в РгИ с Шивх, переносится в свободную ячейку памяти и ее служебный бит уст. в 1. Если есть несколько свободных ячеек, то инф. заносится в свободную ячейку с наименьшим номером. Особенностью ассоц. ЗУ явл. возможность совместить поиск инф. и ее обработку.

12. Стековая память

Стековые ЗУ являются безадресными. ЗМ этих ЗУ состоит из ячеек памяти, связанных между собой разрядными линиями. Это позволяет сдвигать информацию из одной ячейки памяти в другую. Доступ к информации в стековых ЗУ осуществляется через ячейку ЗМ, называемую вершиной стека.

При записи информации, поступающей по Шивх, она заносится в вершину стека. При этом информация, записанная ранее, сдвигается вглубь стека.

При считывании информации информация поступает на Шивых из вершины стека. В том случае, если считывание информации происходит без разрушения, информация, занесенная в вершину стека, теряется, а содержимое соседних ячеек памяти перемещается в ячейки с меньшими номерами.

Стековые ЗУ снабжаются счетчиком стека СчСт, в к-ом хранится код, указывающий заполнение стека. Если стек не заполнен - 0, если заполнен - N-1.

13. Динамические ЗУ со структурой 2D

ЗМ строятся из запоминающих элементов, способных хранить один бит информации. Каждый такой элемент имеет входы, сигналы на которых обеспечивают выборку элемента при обращении к памяти. Эти входы подключаются к адресным линиям. Каждый ЗЭ имеет входы, через которые осуществляется запись информации и выходы, через которые информация считывается. Эти выходы и входы подключаются к так называемым разрядным линиям. Совокупность адресных и разрядных линий называется линиями выборки. В зависимости от количества адресных и разрядных линий ЗМ памяти может иметь двухмерную, трехмерную или промежуточную структуру. Если ЗМ организован в виде двухмерной структуры, то она называется 2D, 3D, 2,5D соответственно.

Наиболее широко в ЗУ используется 2D и 3D. В современных ЭВМ в качестве элементов ЗМ используется схемы на полупроводниковых транзисторах.

В ЗМ со структурой 2D представляет собой плоскую матрицу, строки которой образуются разрядными, а столбцы адресными линиями (см.рис.).

В соответствии с кодом адреса, поступившим на дешифратор, формируется сигнал выборки ячейки в ЗМ.

Считывание информации осуществляется по разрядным линиям через усилители считывания УсСч, запись - по разрядным линиям через УсЗ. Управление записью и считыванием осуществляется с помощью сигналов запись и считывание.

В современных ЭВМ используются ЗЭ, которые допускают объединение входных и выходных разрядных линий. Такие структуры называются структурными 2D-M.

14. Запоминающий элемент динамических ЗУ (схема, работа)

В качестве ЗЭ используются схемы на МОП транзисторах, хранение информации, в которых осуществляется за счет заряда конденсатора. Если конденсатор заряжен в ЗЭ записана единица, и наоборот.

Для работы таких ЗУ требуется периодическая подзарядки конденсаторов, иначе информация будет потеряна. По этой причине ЗУ такого типа называются динамическими, а память DRAM. Процесс восстановления информации в DRAM осуществляется путем разряда конденсатора, при этом содержимое строки ЗМ записывается в буфер, реализованных на статических триггерах, из которого считанная информация передается на выходную информационную шину. После считывания содержимое буфера вновь переписывается в строку ЗМ, из которой оно было выбрано.

Схема запоминающего элемента в DRAM показана на рис. :

Для хранения информации в данном ЗЭ используется входная емкость L МОП транзистора VT3. Если эта емкость заряжена в этом ЗЭ логическая единица и наоборот. Паразитная емкость разряженной линии ij Су используется в качестве временного источника питания при считывании информации из ЗЭ.

Считывание информации из ЗЭ осуществляется следующим образом : на затвор VT4 подается сигнал R высокого уровня, который обеспечивает отпирание VT4и подзаряд Су.

Затем на адресную линию i поступает сигнал выборки с дешифраторов, величина которого при считывании такая, что обеспечивается отпирание VT2, но не может открыть VT1. Если в ЗЭ конденсатор С заряжен (хранится 1), то транзистор VT3 открыт и Су разряжается через открытые VT2 и VT3, фиксируя на разрядной линии j низкий уровень напряжения (логического 0). Если С разряжен (в ячейке 0), то VT3 закрыт и разряд Су не происходит, что обеспечивает на j высокий уровень напряжения (свидетельствует о том, что в ЗЭ хранится ), т.е. считывание информации из ЗЭ осуществляется в инверсном виде. Состояние разрядной линии j при считывании записывается в соответствующий разряд буферного ЗУ, реализованного на статических триггерах, откуда затем передается устройству, запросившему информацию в ЗУ. После считывания информации требуется восстановление и в динамическом ЗЭ, для этого информация перезаписывается из статического буфера в ячейку DRAM, из которой она была выбрана.

При записи на информации на адресную линию i подается сигнал, уровень которого достаточен для отпирания VT1. VT1 открывается и подключается. Конденсатор С к разрядной линии j, что обеспечивает заряд конденсатора С до уровня напряжения, действующего на этой линии (если на j единица - С получает заряд и наоборот).

Т.к. в рассмотренных ЗУ требуется подзарядка конденсаторов, следующее считывание информации , после данного возможно только через определенный промежуток времени, необходимый для перезарядки конденсатора. Этот промежуток времени занимает 80%-90% от времени обращения к таким ЗУ. Поэтому DRAM обладает меньшим быстродействием чем SRAM. В современны компьютерах время обращения к DRAM - 60-100нc.

В адресных ЗУ со структурой 2D используется мультиплексирование адреса. Для этого код адреса разбивается на 2 части.

код строк

код столбцов

В начале в ЗУ передаются старшие биты адреса (адрес строки), которые сопровождаются сигналом RAS. После чего передаются младшие биты адреса, которые сопровождаются сигналом CAS. Использование мультиплексирования позволяет уменьшить количество выводов БИС памяти. Кроме того удобно для страничной организации памяти. Для увеличения быстродействия DRAM в современных компьютерах используются методы чередования адресов, страничной выборки и пакетной выборки.

Метод чередования адресов заключается в том, что адресное пространство разбивается на отдельные части ( банки ). Обращение к банкам осуществляется поочередно. При считывании информации из данного банка одновременно осуществляется регенерация информации в других банках. Это снижает влияние процесса перезарядки на быстродействие DRAM.

Метод страничного доступа заключается в том, что если информация считывается с одной и той же страницы, т.е. старшие биты адреса для всех единиц считываемой информации одинаковы при обращении к памяти сигнал RAS не используется, а передаются лишь младшие биты, сопровождаемые сигналом CAS.

Метод пакетного доступа заключен в том, что при каждом обращении к памяти считывается не одна единица информации, а несколько, расположенных рядом.

15. Статические ЗУ со структурой 3D (организация запоминающего массива, функционирование)

В этом ЗУ для ЗЭ используется не 1 адресная линия, а 2, сигналы по которой связаны между собой конъюнктивно. Значит, такой ЗЭ будет выбран в ЗМ, если на обоих входах выборки будет лог.1.

Данная память имеет 3х мерную структуру. В этом ЗУ для каждого разряда двойного слова представляют собой плоскую матрицу в строках и столбцах которой стоят элементы.

ЗУ такого типа получили назв. ЗУ с двухадресной выборкой. В них адрес разбивается на две части. Ст. биты адреса образуют компоненту АХ, обеспечив. выборку строки в ЗМ, мл. биты обр. ком. АУ, обесп. выборку столбца в ЗМ.

Структура запоминающего массива для j-го бита слова (одна матрица) ЗУ выглядит следующим образом:

При чтении и записи информации в матрице выборка элемента осуществляется с помощью 2х компонент адреса: Ах и Ау (младший и старший биты адреса). Выбранным оказывается ЗЭ для которого i'=i''=1. При поступлении сигнала считывания СЧ информация из выбранного ЗЭ через усилитель считывания УССЧ передается на j линию схемы данных. При записи информация по сигналу ЗП с jй линии входной шины через усилитель записи УСЗП заносится в выбранный ЗЭ.

Адрес, исп. для выборки, хранится в регистре адреса ДД1. С выхода этого регистра адрес разбивается на две компоненты, кот. пост. на дешиф. строки ДД2 и дешиф. столбца матрицы ДД3. Каждый ЗЭ связан двумя входами выборки CS1 и CS2 с дешиф. строки и столбца. Запись и считыване инф. в ЗЭ осущ. через их инф. выводы Р1 и Р2. Эти выводы связаны через усилительзаписиДД5 и усилитель считывания ДД6. В соответствии с адресом, хранящимся в ДД1, осущ. выборка одного ЗЭ в матрице. При записи или считывании открываются соотв. усилители и произв. запись или считывание. Такие схемы имеют сигнал стробирования.

16. Запоминающий элемент статических ЗУ (схема, работа)

Используется для реализации статической памяти. в качестве ЗЭ используется статические триггеры на биполярных или полевых транзисторах. Схемы на биполярных транзисторах имеют высокое энергопотребление и большую стоимость, однако обл. выс. быстродействием.. схемы на МОП тр-рах имеют более низкое быстродействие, обесп. более выс. степень интеграции и более низкое энерго потребление.

Схема на рисунке

Работа схемы:

Соответствие лог 0 или 1 ЗЭ определяется тем, какой мз триггеров VT1 или VT2 открыт. Если открыт 1, то 0, если второй - 1. В триггерах эмиттеры 11, 21 - информационные, через них осущ запись и счит инф. Элементы 12, 13,22,23 - адресные, исп для выборки ЗЭ в ЗМ в соответствии с сигналами на адресных линиях i' i'' в состоянии хранения информации ток открытого транзистора замыкается через адресные эмиттеры на линиях выборки i' i'' в состоянии хранения с вых УСЗП0 и УСЗП1 на информационные эмиттеры 11 21 поступ напряжение 1-1.5 В, кот удержив эмиттерные переходы в закрытом состоянии. это необх для исключения ответвления тока транзистора через инф эмиттер.

При считыв инф на вх УСЗП0 и УСЗП1 подается сигнал лог 0, закрывающий выходные транзисторы усилителей записи, затем подается сигнал выборки i' i'' , что приводит к запиранию адресных эмиттеров и открыванию информационных. Ток открытого эмиттера начинает течь на вход соответствующего усилителя считывания, насыщая выход транз этого уселителя и обеспечивая на его вых лог 0

Запись информации :

На вход соотв усилителя подается лог 1 (если необх записать в ячейку 1, то подается на вход УСЗП1, если 0 - УСЗП0). Сигнал лог 1 открывает вых транзистор усилителя записи и замыкает соотв инф эмиттер на землю. Сигнал выборки i'=i''=1 при записи также запираются эмиттерные переходы 12 13 22 23, а на инф эмиттере транзистора VT1 при записи лог 1 либо транзистора VT2 при записи лог 0, удержив-ся уровень напряжения 1-1.5 В. если в ячейке записи лог 1, т.е. на выходе УСЗП1 лог 0 при открытом транзисторе VT2 в ЗЭ - 1, ток через эмиттер и открытый выходной транзистор УСЗП1 замыкается на землю, и состояние ЗЭ не изменяется. В том случае ,если в ЗЭ лог 0 , открыт транзистор VT1 , появление на вых УСЗП1 сигнала выборки i'=i''=1 приводит к отпиранию транзистора VT2 и запиранию VT1. Транзистор открывается , ток через инф эмиттер течет на землю и в ячейке лог 1.

17. Масочные и однократно программируемые ПЗУ

Программируются непосредственно в процессе производства. Для этого используется фотоэлектронная либо рентгеновская литография и специальные шаблоны, называемые масками.

Создаются масочные ПЗУ следующим образом:

На 1-ом этапе используются все шаблоны-маски, к-ые позволяют создать все связи между адресными и разрядными линиями ПЗУ. Это означает, что исходно формируются все элементы транзисторов (К, Б, Э), диодов (n-область, p-область), к-ые выполняют функцию ЗЭ, связывающих адресные и разрядные линии.

На следующем этапе создания масочного ПЗУ один из шаблонов заменяют шаблоном, к-ый позволяет убрать отдельные элементы у диодов либо транзисторов, состоящих в связях между адресными и разрядными линиями. ЗЭ масочных ПЗУ, реализованные на биполярных и униполярных транзисторах, показаны на рис.

В случае, если ЗЭ ПЗУ реализованы на биполярных транзисторах (рис а), выборка слова из ЗМ осуществляется с помощью инверсного унитарного кода, снимаемого с выхода диода. Это означает, что будет выбрана та АЛ, к-ая подключена к выходу дешифратора, на к-ом 0. При этом если транзистор имеет эмиттер, он открывается и подключает разрядную линию (РЛ) к земле. На РЛ формируется U0. Если эмиттер у транзистора отсутствует, на РЛ сохраняется U1, поступающее от Uп, т.е. на РЛ U1.

Программирование ППЗУ осуществляется путем устранения специальных перемычек, выполненных из нихрома, поликремния или титаната вольфрама, к-ые в состав ЗЭ этих ПЗУ. ЗЭ обычно реализуется на биполярных или униполярных транзисторах. Схема ЗЭ ППЗУ показ на рис.

Исходно в ППЗУ с такими ЗЭ записаны двоичные слова, содержащие единицы во всех разрядах. Для записи в какой- либо ЗЭ логического 0 необходимо устранить перемычку.

Программирование ППЗУ осуществляется с помощью специальных устройств - программаторов, в состав к-ых входит клавиатура, схема управления, буферные ЗУ и схемы формирования сигналов.

Программирование ППЗУ данного типа заключается в кратковременном (1мс) повышении напряжения питания транзисторов до 12 В и пропускании тока 20-30 мА через ЗЭ, для к-ых перемычки надо устранить.

18. Флэш память

Flash'ка: для запоминания и стирания используються два физэффекта.

для запоминания: надбарьерная электронная эммисия.

для стирания: туннельнный эффект (эффект Фаулера-Нордхейма)

Эммисия:

при Е>0 искривляется барьер и для эммисии электрону требуется меньшая энергия => больше электронов перепрыгивают барьер.

тунельный эффект достигается при толщине барьера 100-1000А

При Uпор=0 - образуется n-канал в проводнике р-типа. В транзисторе с плавающим затвором величина порогового напряжения при котором транзюк открывается зависит от наличия заряда на плавающем затворе. Запоминающий Элемент flash-памятиможет состоять из одного или двух транзисторов. ЗЭ - плоская матрица (типа DRAM).

Схема на одном транзюке:

Uвыборки = (Un1+Un0)/2

При записи U1 на АЛ - Uзап,а на РЛ - 1/2Uзап.

В транзисторе образуется n-канал электроны из которого за счет разности Uзс и за счет надбарьерной эмиссии «горячих» электронов переходят на затвор.

При записи U0 на АЛ - +Uзап,а на РЛ - 0.

Не образуется n-канал, эмиссии электронов нет.

Страницы: 1, 2, 3