Лекция 3. Требования к идеальному ЗУ. Характеристики МС памяти. Классификация МС памяти Схемотехника ЭВМ ч.2 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ Мальчуков Андрей Николаевич Томск – 20 13

Схемотехника ЭВМ ч.2 2 Осокин, Александр Николаевич. Схемотехника. Ч. 2 : учебное пособие / А. Н. Осокин ; Томский политехнический университет (ТПУ), Институт дистанционного образования (ИДО). Томск : Изд-во ТПУ, с. bin/zgate?present default+1+1+F rus bin/zgate?present default+1+1+F rus Шифр в учебном фонде: О-755

Запоминающее устройство 3 Запоминающие устройства (ЗУ) - неотъемлемая часть любого компьютера, во многом определяющие его технические характеристики. В ЗУ бит информации хранится в специальном запоминающем элементе (ЗЭ). Помимо запоминающих элементов в состав ЗУ входят также схемы, обеспечивающие запись и считывание информации в конкретном ЗЭ.

Требования к идеальному ЗУ 4 Выполнять операции Запись и Чтение с временем реакции, стремящимся к нулю; Иметь время хранения информации, стремящееся к бесконечности; Допускать неограниченно многократную смену информации; Быть энергонезависимым – сохранять информацию при отключении источника питания;

Требования к идеальному ЗУ 5 Обладать конструктивными и технологическими особенностями, допускающими объединение многих в единый конструктивный блок без ограничений на информационный объем; Обеспечивать высокую надежность хранения информации; Иметь низкую стоимость бита хранения информации; Обладать совместимостью с технологией изготовления микропроцессоров.

Характеристики микросхем памяти 6 БИС памяти характеризуют информационной емкостью, надежностью, быстродействием, энергопотреблением. Для оценки надежности МС памяти используют понятия: интенсивность программных отказов – SER (Soft Error Rate) с единицей измерения FIT (Failure In Time), которая определяет число ошибок при выборке одного бита за миллиард часов непрерывной работы МС памяти в номинальных условиях, и наработка на отказ – среднее время между отказами MTBF (Mean Time Between Failures).

Характеристики микросхем памяти 7 Информационную емкость определяют числом единиц информации в битах или в байтах, которое БИС памяти может хранить одновременно. Быстродействие характеризуют временными параметрами: временем рабочего цикла записи и временем рабочего цикла чтения. Для ряда микросхем памяти эти времена практически одинаковы, для ряда МС памяти эти времена существенно отличаются.

Характеристики микросхем памяти 8 В компьютерах на быстродействие памяти влияют задержки окружающих ее элементов (коммутирующих элементов чипсета, внешних буферов, характеристиками системной шины материнской платы). Пропускная способность вывода памяти – объём данных, пересылаемых по одной линии системной шины за 1 с между ЦП и выводом микросхемы. Мбит/с/контакт (Mbit/s/pin). Пропускная способность памяти – объём данных, пересылаемых по системной шине за 1 с между ЦП и банком памяти. Мбит/с, Гб/с.

Характеристики микросхем памяти 9 Энергопотребление определяют произведением тока и напряжений источников питания. Режим обращения, когда осуществляется запись или чтение информации. Режим хранения, при котором уровень потребляемой мощности может быть существенно снижен и даже быть равным нулю. В последнем случае говорят об энергонезависимой памяти, т.е. микросхемах памяти, которые в режиме хранения данных могут быть отключены от источника питания и при этом сохраняют все данные.

Классификация микросхем памяти 10 Все микросхемы можно разделить на два класса: энергозависимые и энергонезависимые. Энергозависимые микросхемы памяти делятся на динамические и статические. Schem2_lc_03.doc – классификация.

Динамические ЗЭ 11 ЗЭ динамической памяти является конденсатор. Если конденсатор заряжен, то в ЗЭ записана логическая 1, если разряжен – логический 0. В реальном конденсаторе существует ток утечки, поэтому в микросхемах памяти динамического типа предусмотрена специальная операция – регенерация памяти (Refresh) – восстановление заряда конденсатора. RAM (Random Access Memory) – память с произвольным доступом. Произвольность доступа подразумевает возможность проведения операций записи и чтения с любым запоминающим элементом ОЗУ в произвольном порядке.

Статические ЗЭ 12 Микросхемы статической памяти – SRAM (Static Access Random Memory) – способны хранить информацию в статическом режиме при наличии питающего напряжения. ЗЭ статической памяти реализуется на триггерах. ЗЭ микросхем статической памяти более сложен и занимает больше места на кристалле. Однако эта память более быстродействующая. Статическая память имеет время доступа несколько наносекунд, что позволяет ей работать на частоте системной шины процессора, не требуя от него тактов ожидания. В ПК микросхемы SRAM используются для построения кэш-памяти (Сashe Memory).

Энергонезависимые ЗЭ 13 Информация с таких микросхем считывается, запись информации в такие микросхемы осуществляется на этапе их изготовления. В процессе использования микросхемы информацию в ней изменять нельзя. Микросхемы PROM (Programmable Read Only Memory) программируются пользователем микросхем на специальном устройстве – программаторе – однократно. Достоинство микросхем PROM – не чувствительны к электромагнитным полям. Недостаток – невозможность перезаписи.

Энергонезависимые ЗЭ 14 Стираемые и многократно перепрограммируемые микросхемы EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory). EPROM можно перепрограммировать с помощью специального программатора, подключаемого к ПК. Стирание информации по средством ультрафиолетового либо рентгеновского излучений. Недостаток – невозможность перезаписи данных на плате.

Энергонезависимые ЗЭ 15 Стираемые и многократно перепрограммируемые микросхемы EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). EEPROM можно перепрограммировать с помощью специального программатора, подключаемого к ПК. Стирание информации при приложении относительно большого напряжения (30В) и длительности импульса стирания более десятка микросекунд. Недостаток – невозможность перезаписи данных на плате.

Энергонезависимые ЗЭ 16 Flash EEPROM. Лучшие характеристики имеет EEPROM, впервые разработанная фирмой INTEL в 1989 году и получившая название Flash EEPROM (или Flash Memory) – флэш-память. Стирание информации при приложении малого напряжения и малой длительности импульса стирания. Возможность записи данных напрямую с ПК без специального программатора.

Энергонезависимые ЗЭ 17 FRAM (Ferroelectric RAM). Разработаны в 1984 году корпорация Ramtron. В ферроэлектрической памяти реализован доступ к информации по произвольному адресу, имеется возможность многократной перезаписи информации, достигнута высокая скорость работы (быстродействие статической памяти), микросхемы энергонезависимы. Эти микросхемы называют еще МС NV – RAM (Nonvolative RAM).

Энергонезависимые ЗЭ 18 MRAM (Magnetic RAM). Находятся на стадии разработки. Производители обещают высокую скорость записи/чтения данных.

Лекция 3. Требования к идеальному ЗУ. Характеристики МС памяти. Классификация МС памяти Схемотехника ЭВМ ч.2 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ Мальчуков Андрей Николаевич Томск – 20 13