PAMIĘCI

Część 1

Przygotował:

Ryszard Kijanka

WSTĘP

Pamięci półprzewodnikowe są jednym z

kluczowych elementów systemów cyfrowych.

Służą do przechowywania informacji w

postaci cyfrowej. Liczba informacji, które mogą

przechowywać pojedyncze układy scalone

pamięci, zawiera się w zakresie od kilobajtów

do gigabajtów.

PODSTAWOWE DEFINICJE DOTYCZĄCE PAMIĘCI

Pamięciami półprzewodnikowymi nazywamy

cyfrowe układy scalone przeznaczone do

przechowywania większych ilości informacji

w postaci binarnej.

Podstawowymi parametrami pamięci są

pojemność, czas dostępu i transfer danych.

DEFINICJA 1.

PODSTAWOWE DEFINICJE DOTYCZĄCE PAMIĘCI

DEFINICJA 2

Pojemnością pamięci nazywamy maksymalną

liczbę informacji, jaką możemy przechować w

danej pamięci.

Pojemność pamięci podajemy w bitach (b) lub

bajtach (B).

Podkreślamy, co zresztą zostanie dokładnie

wyjaśnione przy okazji omawiania organizacji

pamięci, że pojemność pamięci nie jest liczbą

słów, które możemy w niej przechowywać.

PODSTAWOWE DEFINICJE DOTYCZĄCE PAMIĘCI

DEFINICJA 3.

Czasem dostępu do pamięci nazywamy czas, jaki musi

upłynąć od momentu podania poprawnego adresu słowa w

pamięci do czasu ustalenia się poprawnej wartości tego

słowa na wyjściu pamięci w przypadku operacji odczytu lub

w przypadku operacji zapisu - czas, jaki upłynie do

momentu zapisania wartości do tego słowa z wejścia

pamięci.

W technice komputerowej używane są głównie pamięci

półprzewodnikowe o dostępie swobodnym (w odróżnieniu

od dostępu sekwencyjnego).

PODSTAWOWE DEFINICJE DOTYCZĄCE PAMIĘCI

DEFINICJA 4

Pamięcią o dostępie swobodnym nazywamy pamięć,

dla której czas dostępu praktycznie nie zależy od adresu

słowa w pamięci, czyli od miejsca, w którym jest

przechowywana informacja.

Kolejnym ważnym parametrem pamięci (szczególnie w

postaci modułów) jest jej transfer danych (ang. data

transfer rate), zwany czasami przepustowością ( ang ,

throuthput).

Transferem danych pamięci nazywamy maksymalną liczbę

danych, jaką możemy odczytywać z pamięci lub zapisywać do

pamięci w jednostce czasu.

Transfer danych pamięci może być podawany w jednostkach

informacji na sekundę (na przykład w MB/s), jednak znacznie

częściej dla modułów pamięci stosowanych w PC podaje się

częstotliwość zegara taktującego transfer lub liczbę transferów

na sekundę (np. MT/s). W dwóch ostatnich przypadkach, chcąc

obliczyć transfer danych, czyli przepustowość, musimy znać

liczbę bitów przesyłanych w jednym transferze (obecnie zwykle

64 bity).

PODZIAŁ PAMIĘCI

Ze względu na własności użytkowe pamięci półprzewodnikowe

możemy podzielić na pamięci RAM i ROM.

Definicja 1

Pamięcią RAM nazywamy pamięć półprzewodnikową o

dostępie swobodnym przeznaczaną do zapisu i odczytu.

RAM jest pamięcią ulotną, co oznacza, że po wyłączeniu jej

zasilania informacja w niej przechowywana jest tracona.

Definicja 2

Pamięcią ROM nazywamy pamięć półprzewodnikową o

dostępie swobodnym przeznaczaną tylko do odczytu.

ROM jest pamięcią nieulotną.

Z podanych własności pamięci wynikają ich

zastosowania w technice komputerowej.

Z pamięci RAM buduje się pamięć operacyjną

komputera przeznaczoną do przechowywania,

w trakcie pracy systemu, danych oraz

programów (gdyż RAM jest pamięcią do zapisu

i odczytu).

W pamięci ROM przechowuje się programy

inicjalizujące pracę komputera, gdyż muszą

być one przechowywane w pamięci nieulotnej.

PODZIAŁ RAM

Ze względu na technologię wykonania

pamięci RAM dzielimy na dwie podstawowe

grupy:

pamięci dynamiczne - DRAM,

pamięci statyczne - SRAM.

Pomiędzy tymi dwoma grupami pamięci występują istotne różnice w ich parametrach

i własnościach użytkowych.

ORGANIZACJA PAMIĘCI

Pamięć

p-p

n

DB

mAB

R/W#

CS#

Podstawowe wprowadzenie

układu scalonego pamięci

DB- Szyna wejścia/wyjścia danych <DQ> - informacji

AB- Wejście adresowe służy do dokonania wyboru, na którym z wielu słów w pamięci

zastanie w y k o n a n a operacja (zapisu bądź odczytu).

R/W# - Wejście sterujące informuje układ pamięci ,jakiego rodzaju operacja będzie

wykonywana: odczyt czy zapis

C S # - Wejście służy d o uaktywnienia układu pamięci.

Wejście to jest używane przy budowie zespołów pamięci

DEFINICJE

Definicja 1

Adresem nazywamy niepowtarzalną liczbę

(numer) przypisaną danemu miejscu

(słowu) w pamięci w celu jego identyfikacji.

Definicja 2

Słowem w pamięci nazywamy zestaw

pojedynczych komórek (pojedynczych bitów)

pamięci, do którego odwołujemy się pojedynczym

adresem.

Liczbę bitów w pojedynczym słowie pamięci będziemy nazywać długością słowa pamięci.

Z UNIKALNOŚCI ADRESU

(czyli niepowtarzania się tego samego adresu)

- wynika z kolei minimalna liczba linii szyny adresowej,

i tak przy m- bitowej szynie adresowej mamy:

2madresów przy N - ilości słów w pamięci

mamy warunek : N<= 2m

aby poprawnie zaadresować N słów, potrzebujemy

m - log2 N - bitów adresuJeżeli oznaczymy przez:

M -pojemność pamięci ,

n- długość słowa

m- liczbę linii adresowych przezM = nx2m

DEFINICJA

ORGANIZACJĄ PAMIĘCI NAZYWAMY

SPOSÓB PODZIAŁU OBSZARU PAMIĘCI

NA SŁOWA.

PRZYKŁAD – 32b – różna organizacja

CS#

R/W#

DO

CS#

R/W#

D7

A4 A3 A2 A1 A0

D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A1 A0

D – Dane

A - Adres

Komórka pamięci jednobitowa

32 x 1b = 32b

słowo pamięci

Org. Bajtowa

4x1B = 4x8b=32b

ŁĄCZENIE UKŁADÓW PAMIĘCI

Budowa bloków (banków) pamięci polega na łączeniu układów

scalonych pamięci o określonej pojemności i organizacji w ten

sposób, aby uzyskać zespoły pamięci o większej pojemności i/lub o

zmienionej długości słowa.

Dlatego problem rozbudowy pamięci możemy podzielić na dwa

podstawowe przypadki:

zwiększanie (rozszerzanie) długości słowa przy

niezmienionej liczbie słów,

zwiększanie liczby słów przy niezmienionej

długości słowa

Najczęściej występują oba te przypadki

ZWIĘKSZANIE DŁUGOŚCI SŁOWA

W celu zwiększenia długości słowa pamięci szerszą

magistralę danych budujemy z bitów linii danych

kolejnych układów scalonych pamięci, natomiast

magistralę adresową i sygnały sterujące łączymy

równolegle.

Następuje tu równolegle połączenie sygnałów CS# ,

tworząc słowa leżące w takim samym miejscu o

zwiększonej długości w blokach.

Na wszystkich słowach składowych wykonujemy tą

samą operację –stąd, równoległe połączenia sygnałów

R/W#.

PRZYKŁAD

Mamy tu:

1Mx4b pojemność 4MB

+1Mx1b pojemność 1MB

Budujemy

1Mx 9b

/czyli budowa bajtowa z

bitem kontroli parzystości/

Schemat połączenia układów –

rozszerzenie długości slowa

Jak widać liczba linii adresowych nie uległa zmianie/ liczba słów ta sama/

Zmianie uległa liczba linii danych

MODUŁ PAMIĘCI – NP. MA POSTAĆ

1M x 1B

1M x 1b1M x 4b 1M x 4b

Pamięć w organizacji bajtowej Bit kontroli parzystości

SIMM

ZWIĘKSZANIE LICZBY SŁÓW W PAMIĘCI

Zwiększenie liczby słów pamięci oznacza zwiększenie liczby

potrzebnych adresów, a co za tym idzie - rozbudowę szyny adresowej

o dodatkowe bity potrzebne do uzyskania tych adresów. Przy

niezmienionej długości słowa szyna danych pozostaje bez zmian.

Dodatkowe bity adresu służą, przy wykorzystaniu dekodera, do

wyboru jednego z łączonych układów pamięci, z którego odczytamy

lub do którego zapiszemy informację.

Wyboru dokonujemy przy użyciu wejścia CS# uaktywniającego

układy scalone pamięci.

Magistrale adresowe, danych i sygnały sterujące układów, z

których budujemy nowy blok pamięci, łączymy równolegle.

ZWIĘKSZANIE LICZBY SŁÓW PAMIĘCI

Mamy:

256k x 4b

Budujemy;

1M x 4b

Do jego budowy używamy 4

układów scalonych i dekodera

Bity Al9 i Al8 adresu, podawane na dekoder, uaktywniają dokładnie jedno z jego czterech

wyjść. Powoduje to z kolei uaktywnienie dokładnie jednego układu scalonego pamięci.

W ramach tego układu za pomocą pozostałych bitów adresu wybieramy słowo, na którym

zostanie wykonana operacja zapisu bądź odczytu.

Jeżeli moduł pamięci potraktujemy jako pojedynczy układ scalony pamięci, możemy

traktować budowę banku pamięci przez łączenie kilku modułów pamięci jako przypadek

zwiększania liczby słów w pamięci

PAMIĘCI CZĘŚĆ 2

Pamięci dynamiczne RAM