Полупроводниковые запоминающие устройства

 

Устройство памяти предназначено для последовательной записи, хранения и последовательной выдачи (чтения) массивов данных. В соответствии с этим возможны три режима работы памяти в любой последовательности: запись, хранение и чтение.

Запоминающее устройство содержит некоторое число N ячеек, в каждой из которых может храниться слово с определенным числом разрядов n. Ячейки последовательно нумеруются двоичными числами. Номер ячейки называется адресом. Если для представления адресов используются комбинации m-разрядного двоичного кода, то число ячеек может составлять M=2ⁿ .

Важнейшими характеристиками ЗУ являются его информационная емкость и быстродействие.

Емкость памяти определяет количество информации, которая может храниться в памяти, и выражается в битах или байтах. Например, если память ЭВМ составляет 64 Кбайт, это означает, что она может хранить 64*1024 восьмиразрядных слов (К= 1024).Емкость можно определять произведением N и n: М= N * n. В настоящее время выпускаются микросхемы ЗУ с емкостью до сотен и более Кбит.

Быстродействие ЗУ определяется продолжительностью обращения к нему. Время обращения to при записи слова складывается из времени поиска слова tn, стирания ранее записанного слова tст (при необходимости) и записи нового слова tзп, т.е. to=tn+tст+tзп. При чтении время обращения к ЗУ складывается из времени поиска слова tn , чтения слова tчт и его восстановления в памяти tвосст (при необходимости), т.е. to=tn+tчт+tвосст.

Запоминающие устройства разделяют: по использованию – на внешние и внутренние; по назначению – на сверхоперативные, оперативные, постоянные, буферные; по физическим принципам действия – на магнитные и полупроводниковые; по способу хранения информации – на статические и динамические; по способу доступа к заданному месту хранения (к ячейки памяти) – с последовательным, циклическим и произвольным доступом; по характеру обращения – с адресным, безадресным и ассоциативным обращением.

Для получения в ЭВМ одновременно большой информационной емкости и высокого быстродействия используется иерархический принцип построения памяти. Адресное пространство ЭВМ или вычислительной системы (ВС) представлялось в виде адресного пространства некоего абстрактного ЗУ, называемого виртуальным, т.е. кажущимся ЗУ. Для обращения к такому ЗУ используется соответственно виртуальные адреса.

В иерархической структуре и памяти можно выделить следующие уровни.

Сверхоперативные ЗУ (СОЗУ). Их быстродействие соизмеримо с быстродействием устройств, выполняющих самые быстрые операции над операндами. Информационная емкость СОЗУ обычно небольшая. Сверхоперативные ЗУ необходимы для того, чтобы обращение к памяти за операндами не приводило к увеличению времени выполнения операций. С целью сокращения длины линий связи СОЗУ обычно не являются самостоятельными устройствами и аппаратурно относятся к тем или иным процессорным устройствам.

Оперативные ЗУ (ОЗУ). Они предназначены для хранения данных и программ текущих вычислений, а также данных и программ, к которым следует перейти, если в ходе вычислительного процесса возникнет прерывание. Информационная емкость ОЗУ значительно выше информационной емкости СОЗУ, а быстродействие соизмеримо со средним временем выполнения операций.

Внешние ЗУ (ВЗУ). Они предназначены для хранения больших массивов информации, например, всего математического обеспечения вычислительных систем. Данные программы, хранящиеся во внешних ЗУ, непосредственно не используются в вычислительном процессе, а передаются предварительно из ВЗУ в ОЗУ. В качестве внешних ЗУ чаще всего используют накопители информации на магнитных лентах (ННЛ) и дисках (ННД).

Буферные ЗУ. Для промежуточного хранения данных и команд между группами устройств, работающих неравномерно и с разной скоростью.

В вычислительных системах распространены также постоянные (односторонние) ЗУ (ПЗУ). Такие ЗУ предназначены только для хранения и чтения неизменяемой информации (программы, константы, таблицы, микропрограммы и т.п.). ПЗУ в зависимости от назначения могут быть отнесены к любому уровню памяти. Информация в них записывается один раз при изготовлении, а при работе только прочитывается.