«компьютер жүйелерінің СӘулеті»

Дәріс жоспары:

1.1. ЕСҚ классификациясы. Жады иерархиясы.

1.2. ЕСҚ негізгі сипаттамалары.

1.3. Жедел жадыны ұйымдастыру.

1. Жадыны ұйымдастыру

1.1. ЕСҚ классификациясы. Жады иерархиясы

ЭЕМ жады деп екілік кодпен берілген ақпаратты сақтауға, беруге арналған құрылғылар жиынтығын айтамыз. Осы жиынтыққа кіретін жеке құрылғылар қандайда бір типті есте сақтау құрылғысы деп аталады.

Есте сақтау құрылғылары (ЕСҚ) ақпаратты сақтауға арналған, яғни программалар мен мәліметтерді.

ЕСҚ мыналарға бөлінеді:

- өте жедел;

- жедел;

Өте жедел жады процессордың элементтік базасында орындалады, процессор құрылымына кіреді және оның өнімділігін жоғарлатуға мүмкіндік береді.

1.1-сурет. ЕСҚ иерархиялық құрылымы

Сыртқы ЕСҚ міндеті – ақпараттың массивін сақтау. Сыртқы ЕСҚ (СЕСҚ) көбінесе магнитті, оптикалық және ленталық жинақтағыштарда орындалады.

Жедел жады – бұл машинаның негізгі жадысы. Фон Нейман принципіне сәйкес ол ЭЕМ-мен сол уақытта орындалатын программаларды және оған қажетті мәліметтерді сақтауға арналған.

Жедел жады мыналарға бөлінеді:

-жедел ЕСҚ (ЖЕСҚ);

Жедел ЕСҚ міндеті мен функциясы: ақпаратты жазу және оқу.

-тұрақты ЕСҚ (ТЕСҚ).

ТЕСҚ міндеті мен функциясы: тек қана ақпаратты оқу.

ЕСҚ классификациясын келесі белгілер бойынша жүргізуге болады:

– МОП-транзиторлардағы ЕСҚ

– биполярлы транзисторлардағы ЕСҚ

2. Ақпаратты сақтау принципі бойынша

– статикалық

– динамикалық

Статикалық элементтер электр тогы беріліп тұрғанша, ақпаратты сақтай береді. Ақпараттың бір битін құру және сақтау негізі триггер болып табылады.

Динамикалық есте сақтау элементтері, керісінше, ақпаратты тек қысқа мерзімде сақтауға мүмкіндік береді. Сондықтан ақпаратты сақтау үшін оны жаңарту (регенерация) қажет. Бір бит ақпаратты сақтайтын динамикалық элемент ретінде зарядталған конденсатор пайдалануға болады. Динамикалық элементтерді пайдалану жұмыс жылдамдығын жоғарлатуға мүмкіндік береді.

3. Ақпаратты қою және іздеу әдісі бойынша

– адрестік ЕСҚ

– адрессіз ЕСҚ

Адрестік ұйымдастырылуымен жадыда ақпаратты қою және іздеу сөзді (сандығ команданы және т.б.) сақтау адресін пайдалануға негізделген. Адрес жады ұяшығының номері болып қызмет етеді, онда сөз орналастырылады. Адрестік ЕСҚ мыналарға бөлінеді:

1. жадыға дербес кіру (с произвольным доступом)

2. жадыға реттеле кіру (с последовательным доступом)

ЕСҚ дербес кіру (RAM – Random Access Memory) оның номеріне қатыссыз, берілген сөзді іздеуге кететін уақыт.

«Реттеле кіру»термині сөз позициясы тек қандайда бір ретте оқу немесе жазу үшін қолайлы болатын есте сақтау құрылғысына жатады.

Адрессіз ЕСҚ мыналарға бөлінеді

– стекті ЕСҚ

– ассоциативті ЕСҚ

Стекті жадыны бірөлшемді массив құрайтын ұяшықтар жиынтығы ретінде қарастыруға болады, мұнда көрші ұяшықтар сөзді берудің бір-бірімен разрядты цептермен байланған. Жаңа сөзді жазу жоғарғы ұяшықта (0 ұяшық) жүргізіледі, сонымен қатар алдында жазылған сөздер (0 ұяшықта орналасқан сөзбен қоса) төменге бір нөмерге үлкен болып шегеріледі. Оқу жадының тек жоғарғы (нолінші) ұяшығынан мүмкін, сонымен қатар, егер оқу жоюмен жүргізілсе, жадыдағы барлық қалған сөздер жоғары көрші ұяшыққа үлкен номермен көтеріледі. Бұл жадыда сөзді оқу реті мына ережеге сәйкес: соңғы түсті – бірінші қызмет көрсетіледі.

Ассоциативті типті жадыда қажет ақпаратты іздеу ардес бойынша емес, ал оның мазмұны (ассоциативті белгі бойынша) бойынша жүргізіледі. Сонымен қатар ассоциативті белгі бойынша іздеу жадының барлық ұяшықтары үшін уақыт аралығында параллель жүреді.

4. Функционалды бағыты бойынша ЕСҚ барлық типтерін функционалды иерархияның келесі деңгейлеріне бөлуге болады:

– жедел ЕСҚ (RAM – Random Access Memory)

– тұрақты ЕСҚ (ROM – Read-Only Memory)

Жедел жады процессордың арифметикалық-логикалық құрылғысы мен басқару құрылғысында операцияны орындау процесінде пайдаланылатын ақпараттарды (программалар мәліметі, өңдеудің аралық және соңғы нәтижелері) сақтауға арналған. Жедел ЕСҚ мыналарға бөлінеді:

1. статикалық

2. динамикалық

Тұрақты ЕСҚ ақпаратты (программалар, микропрограммалар, константалар) ЭЕМ жұмысы процесінде өзгермейтін ұзақ уақыт сақтауға арналған. Тұрақты ЕСҚ мыналарға бөлінеді

1. дайындалу кезінде программаланатын (масочные тұрақты ЕСҚ)

2. программаланатын және репрограммаланатын.

1.2. ЕСҚ негізгі сипаттамалары

1. ЕСҚ ақпараттық көлемі – сақталатын ақпараттың максималды санын анықтайды. Көлем битпен, байтпен және машиналық сөзбен өлшенуі мүмкін. Ең көп таралған өлшем бірлік байт болып табылады. Жадының үлкен өлшемінде оның көлемі килобайтпен (Кбайт) – 1024 байт, мегобайтпен (Мбайт) – миллион байт (нақтырақ 1024*1024 байт), гигобайтпен (Гбайт) – миллиард байт өлшенеді.

2. ЕСҚ ұйымдастыру – сақталатын сөз санын оның разрядтылығына көбейтіндісі. Демек, ЕСҚ ақпараттық көлемін береді.

3. Жадының жылдамдығы үндеу тастау (обращение) операциясының жалғасуымен анықталады, яғни жадыда ақпараттың қажет бірлігін іздеуге және оны оқуға кететін уақыт, немесе ақпараттың берілген бірлігін сақтау және жажыда оны жазу үшін жадыда орын іздеу уақытымен анықталады.

4. Оқу уақыты – оқу сигналының пайда болу моменті мен ЕСҚ шығудағы сөз арасындағы интервал.

Жадыға үндеу тастау уақыты. Оқу кезіндегі үндеу тастау уақыты:

, мұнда

t_д – кіру уақыты (дайындық уақыты) - үндеу тастау операциясының басы мен оқу процесінің бастапқы моменті арасындағы уақыт аралығы;

5. Жазу уақыты – жазу сигналының пайда болуынан кейінгі интервал.

Жазу кезінде үндеу тастау уақыты:

, мұнда

t_п – есте сақтау элементтерін бастапқы жағдайға келтіруге дайындық уақыты, егер қажет болса;

t_зп – ақпаратты жазу кезінде есте сақтау элементтер жағдайының физикалық өзгеруіне қажет уақыт.

6. Үндеу тастау уақыты – оқу немесе жазу арасындағы минималды интервал сәйкес цикл құрады. Цикл ұзақтығы (үндеу тастау уақыты деп те аталады) оқу немесе жазу уақытынан асуы мүмкін, өйткені осы операциялардан кейін ЕСҚ қажетті бастапқы жағдайын қалпына келтіру үшін уақыт сұрауы мүмкін.

Жады циклі: .

Оқу және жазу процестері келесі уақыт диаграммасында болса:

1.2-сурет. t_ц жады циклінің мәнін таңдау.

7. Таңдау уақыты – жазу немесе оқу сигналын беруден сәйкес операцияны аяқтауға дейінгі уақыт.

8. Таңдау ені ЕСҚ-да жазылатын немесе одан бір айналымнан кейін алынып шығатын ақпарат санымен анықталады.

9. ЕСҚ мен басқа құрылғылар арасында ақпаратпен алмасу жылдамдығы (уақыт бірлігінде берілетін бит (байт) санымен анықталады).

10. Электр тогын пайдалану.

1.3. Жадыны ұйымдастыру

Жады микросхемаларын кристалда интеграциялаудың жоғары дәрежесімен кремний негізінде жартылайөткізгіш технологиясы бойынша дайындайды, бұл олардың үлкен интегралды схемаларға жататындығын анықтайды.

Жедел ЕСҚ микросхемаларының негізгі құрама бөлігі жинақтағыш матрицасына біріктірілген жады элементтерінің массиві болып табылады (1.3-сурет). Жады элементі (ЖЭ) 1 Бит (0 Бит) ақпарат сақтауы мүмкін. Әрбір ЖЭ өз адресі бар. ЖЭ-не үндеу тастау үшін адрес коды көмегімен оны таңдап алу қажет.

1.3-сурет

Разрядность кода адреса адрес кодының разрядтылығы ондағы екілік бірлік санына тең, жедел ЕСҚ микросхемасының ақпараттық көлемін анықтайды, яғни жинақтағыш матрицада ЖЭ санын () адрестеуге болады. Ақпаратты енгізу және шығару үшін микросхемалардың енуі мен шығуы қызмет етеді. Жады микросхемасының режимін басқару үшін «Жазу/оқу» сигналы қажет, 1 мәні ЖЭ-де ақпараттың бір битін жазу режимін, ал 0 – оқу режимін анықтайды. Жазу және оқу біруақытта жүргізілгенде жинақтағыш матрицаны ұйымдастыру бірразрядты деп аталады. Көпразрядты ұйымдастырылатын, немесе «словарлі» деп аталатын матрицалар бар. Мұндай микросхемаларда бірнеше ақпараттық енгізгіш пен сонша шығарғыштары бар. Сондықтан олар көпразрядты кодты біруақытта жазуға (оқуға) мүмкіндік береді, оларды сөз деп атау қабылданған.
8, 9 дәрістер. Процессордың құрылымы мен оның жұмыс істеуі .