Память. Нижний уровень

Основная память. ОЗУ. Блочная организация основной памяти

Подробности

Родительская категория: Память. Нижний уровень

Категория: Основная память. ОЗУ

Основная память представляет собой единственный вид памяти, к которой ЦП может обращаться непосредственно. Основную память образуют запоминающие устройства с произвольным доступом. Каждая ячейка имеет уникальный адрес, позволяющий различать ячейки при обращении к ним для выполнения операций записи и считывания. Основная память может включать в себя два типа устройств: оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ).

Преимущественную долю основной памяти образует ОЗУ, называемое оперативным, потому что оно допускает как запись, так и считывание информации, причем обе операции выполняются однотипно, практически с одной и той же скоростью. В англоязычной литературе ОЗУ соответствует аббревиатура RAM — Random Access Memory. Для большинства типов полупроводниковых ОЗУ характерна энергозависимость: даже при кратковременном прерывании питания хранимая информация теряется. Микросхема ОЗУ должна быть постоянно подключена к источнику питания и поэтому может использоваться только как временная память. Вторую группу полупроводниковых ЗУ основной памяти образуют энергонезависимые микросхемы ПЗУ (ROM — Read-Only Меmоrу). ПЗУ обеспечивает считывание информации, но не допускает ее изменения (в ряде случаев информация в ПЗУ может быть изменена, но этот процесс сильно отличается от считывания и требует значительно большего времени). Энергозависимые ОЗУ можно подразделить на две основные подгруппы: динамическую память (DRAM — Dynamic Rаndоm Access Меmory) и статическую память (SRAM — Static Rаndоm Access Меmory). В статических ОЗУ запоминающий элемент может хранить записанную информацию неограниченно долго (при наличии питающего напряжения). Запоминающий элемент динамического ОЗУ способен хранить информацию только в течение достаточно короткого промежутка времени, после которого информацию нужно восстанавливать заново, иначе она будет потеряна. Динамические ЗУ, как и статические, энергозависимы. Роль запоминающего элемента в статическом ОЗУ исполняет триггер. Taкой триггер представляет собой схему с двумя устойчивыми состояниями, обычно состоящую из четырех или шести транзисторов(см. рисунок ниже)

Схема элемента статического ЗУ

Запоминающий элемент (ЗЭ) динамической памяти значительно проще. Он состоит из одного конденсатора и запирающего транзистора (см. рисунок ниже). Простота схемы позволяет достичь высокой плотности размещения, в итоге, снизить стоимость. Главный недостаток подобной технологии связан с тем, что накапливаемый на конденсаторе заряд со временем теряется. Среднее время утечки заряда ЗЭ динамической памяти составляет сотни или даже десятки миллисекунд, поэтому, заряд необходимо успеть восстановить в течение данного отрезка времени, иначе информация будет утеряна. Периодическое восстановление заряда ЗЭ называется регенерацией и осуществляется каждые 2-10 мс.

Схема элемента динамического ЗУ

Адресное пространство памяти разбито на группы последовательных адресов. Каждая такая группа обеспечивается отдельным банком памяти. Для обращения используется 9-разрядный адрес, семь младших разрядов которого (А6 — А0) поступают параллельно на все банки памяти и выбирают в каждом из них одну ячейку. Два старших разряда адреса (А8, А7) содержат номер банка. Выбор банка обеспечивается либо с помощью дешифратора номера банка памяти, либо путем мультиплексирования информации (см. рисунок ниже, иллюстрирует оба варианта). В функциональном отношении такая ОП может рассматриваться как единое ЗУ, емкость которого равна суммарной емкости отдельных банков, а быстродействие — быстродействию отдельного банка.