Республики казахстан южно-казахстанский экономико-технологический

Асинхронные счетчики

Асинхронные счетчики строятся из простой цепочки JK-триггеров, каждый из которых работает в счетном режиме. Выходной сигнал каждого триггера служит входным сигналом для следующего триггера. Поэтому все разряды (выходы) асинхронного счетчика переключаются последовательно (отсюда название - последовательные счетчики), один за другим, начиная с младшего и кончая старшим. Каждый следующий разряд переключается с задержкой относительно предыдущего (рис. 9.2), то есть, вообще говоря, асинхронно, не одновременно с входным сигналом и с другими разрядами.

Чем больше разрядов имеет счетчик, тем большее время ему требуется на полное переключение всех разрядов. Задержка переключения каждого разряда примерно равна задержке триггера, а полная задержка установления кода на выходе счетчика равна задержке одного разряда, умноженной на число разрядов счетчика. Легко заметить, что при периоде входного сигнала, меньшем полной задержки установления кода счетчика, правильный код на выходе счетчика просто не успеет установиться, поэтому такая ситуация не имеет смысла. Это накладывает жесткие ограничения на период (частоту) входного сигнала, причем увеличение, к примеру, вдвое количества разрядов счетчика автоматически уменьшает вдвое предельно допустимую частоту входного сигнала.

Таким образом, если нам нужен выходной код асинхронного счетчика, то есть все его выходные сигналы (разряды) одновременно, то должно выполняться следующее неравенство: T> Nt_з, где T - период входного сигнала, N - число разрядов счетчика, t_з - время задержки одного разряда.

Надо еще учесть, что за период входного сигнала должно успеть сработать устройство (узел), на которое поступает выходной код счетчика, иначе счетчик просто не нужен; поэтому ограничение на частоту входного сигнала обычно бывает еще жестче.

В составе стандартных серий цифровых микросхем асинхронных счетчиков немного. Для примера на рис. 9.3 приведены три из них: 4-х разрядный двоично-десятичный счетчик ИЕ2, 4-х разрядный двоичный счетчик ИЕ5 и 8-и разрядный двоичный счетчик ИЕ19 (он же сдвоенный четырехразрядный счетчик).

Таблица 9.1. Таблица истинности счетчика ИЕ2
Входы					Выходы
С1	R1	R2	S1	S2	8	4	2	1
Х	1	1	0	X	0	0	0	0
Х	1	1	Х	0	0	0	0	0
Х	Х	Х	1	1	1	0	0	1
10	Х	0	X	0	Счет
10	0	Х	0	Х	Счет
10	0	Х	Х	0	Счет
10	Х	0	0	Х	Счет

Все асинхронные счетчики работают по отрицательному фронту входного сигнала С (или, что то же самое, по заднему фронту положительного входного сигнала). У всех трех счетчиков выделены две независимые части, что увеличивает возможности их применения. При объединении этих двух частей получается счетчик максимальной разрядности. Выходы счетчиков обозначают на схемах 0, 1, 2, 3, ... (как номера разрядов выходного двоичного кода) или 1, 2, 4, 8, ... (как веса каждого разряда двоичного кода).

Счетчик ИЕ2 имеет две части: один триггер (вход С1, выход 1) и три триггера (вход С2 и выходы 2, 4, 8). Таким образом, он состоит из одноразрядного счетчика и трехразрядного счетчика. Одиночный триггер работает в обычном счетном режиме, изменяя свое состояние по каждому отрицательному фронту сигнала С1, то есть делит частоту входного сигнала на 2. Три оставшихся триггера включены таким образом, чтобы считать до 5, то есть делить входную частоту сигнала С2 на 9. После достижения кода 4 (то есть 100) на выходах 2, 4 и 8 этот трехразрядный счетчик по следующему отрицательному фронту сигнала С2 сбрасывается в нуль. В результате при объединении выхода 1 микросхемы со входом С2 мы получаем 4-разрядный двоично-десятичный счетчик, делящий частоту входного сигнала С1 на 10 и сбрасывающийся в нуль после достижения на выходах 1, 2, 4, 8 кода 9 (то есть 1001) по отрицательному фронту сигнала С1.

Счетчик ИЕ2 имеет два входа асинхронного сброса в нуль R1 и R2, объединенных по функции И, и два входа установки в 9 - S1 и S2, также объединенных по функции И, причем установка в 9 блокирует установку в нуль. Наличие этих входов сброса и установки позволяет строить на базе счетчика ИЕ2 делители частоты с разными коэффициентами деления. Правда, этот счетчик используется довольно редко, значительно реже, чем другие асинхронные счетчики ИЕ5 и ИЕ19.

В настоящее время существует большое количество различных типов ЗУ, используемых в ЭВМ и системах. Эти устройства различаются рядом признаков: принципом действия, логической организацией, конструктивной и технологической реализацией, функциональным назначением и т.д. Большое количество существующих типов ЗУ обусловливает различия в структурной и логической организации (систем) памяти ЭВМ. Требуемые характеристики памяти достигаются не только за счет применения ЗУ с соответствующими характеристиками, но в значительной степени за счет особенностей ее структуры и алгоритмов функционирования.

Память ЭВМ почти всегда является "узким местом", ограничивающим производительность компьютера. Поэтому в ее организации используется ряд приемов, улучшающих временные характеристики памяти и, следовательно, повышающих производительность ЭВМ в целом.

Классификация запоминающих устройств и систем памяти позволяет выделить общие и характерные особенности их организации, систематизировать базовые принципы и методы, положенные в основу их реализации и использования.

Устройства памяти подразделяются по двум основным критериям: по функциональному назначению (роли или месту в иерархии памяти) и принципу организации.
Классификация ЗУ по функциональному назначению
Один из возможных вариантов классификации ЗУ представлен на рис.3. В нем устройства памяти подразделяются по двум основным критериям: по функциональному назначению (роли или месту в иерархии памяти) и принципу организации.

При разделении ЗУ по функциональному назначению иногда рассматривают два класса: внутренние и внешние ЗУ ЭВМ. Такое деление первоначально основывалось на различном конструктивном расположении их в ЭВМ. В настоящее время, например, накопители на жестких магнитных дисках, традиционно относимые к внешним ЗУ, конструктивно располагаются непосредственно в основном блоке компьютера. Поэтому разделение на внешние и внутренние ЗУ имеет в ряде случаев относительный, условный характер. Обычно к внутренним ЗУ относят устройства, непосредственно доступные процессору, а к внешним – такие, обмен информацией которых с процессором происходит через внутренние ЗУ.

Общий вид иерархии памяти ЭВМ представлен на рис.4. На нем показаны различные типы ЗУ, причем поскольку рисунок обобщенный, то не все из представленных на нем ЗУ обязательно входят в состав ЭВМ, а характер связей между устройствами может отличаться от показанного на рисунке.

Рис. 4. Возможный состав системы памяти ЭВМ

Принцип использования буферной памяти во всех случаях сводится к одному и тому же. Буфер представляет собой более быстрое (а значит, и более дорогое), но менее емкое ЗУ, чем то, для ускорения работы которого он предназначен. При этом в буфере размещается только та часть информации из более медленного ЗУ, которая используется в настоящий момент. Если доля h обращений к памяти со стороны процессора, удовлетворяемых непосредственно буфером (кэшем) высока (0,9 и более), то среднее время для всех обращений оказывается близким ко времени обращения к кэшу, а не к более медленному ЗУ.

Размеры кэш-памяти существенно изменяются с развитием технологий. Так, если в первых ЭВМ, где была установлена кэш-память, во второй половине 1960-х годов (большие ЭВМ семейства IBM-360) ее емкость составляла всего от 8 до 16 КБайт, то уже во второй половине 1990-х годов емкость кэша рядовых персональных ЭВМ составляла 512 КБайт. Причем сама кэш-память может состоять из двух (а в серверных системах – даже трех) уровней: первого (L1) и второго (L2), также отличающихся своей емкостью и временем обращения.

Конструктивно кэш уровня L1 входит в состав процессора (поэтому его иногда называют внутренним). Кэш уровня L2 либо также входит в микросхему процессора, либо может быть реализован в виде отдельной памяти. Как правило, на параметры быстродействия процессора большее влияние оказывают характеристики кэш-памяти первого уровня.

Время обращения к кэш-памяти, которая обычно работает на частоте процессора, составляет от десятых долей до единиц наносекунд, т.е. не превышает длительности одного цикла процессора.

Обмен информацией между кэш-памятью и более медленными ЗУ для улучшения временных характеристик выполняется блоками, а не байтами или словами. Управляют этим обменом аппаратные средства процессора и операционная система, и вмешательство прикладной программы не требуется. Причем непосредственно командам процессора кэш-память недоступна, т.е. программа не может явно указать чтение или запись в кэш-памяти, которая является для нее, как иногда говорят, “прозрачной” (прямой перевод используемого в англоязычной литературе слова transparent).

Одним из примеров таких устройств являются ЗУ микропрограмм, которые иногда называют управляющей памятью. Другим – вспомогательные ЗУ, используемые для управления многоуровневой памятью.

В управляющей памяти, использующейся в ЭВМ с микропрограммным управлением, хранятся микропрограммы выполнения команд процессора, а также различных служебных операций.

Вспомогательные ЗУ для управления памятью (например, теговая память, используемая для управления кэш-памятью, буфер переадресации TLB – translation location buffer) представляют собой различные таблицы, используемые для быстрого поиска информации в разных ступенях памяти, отображения ее свойств, очередности перемещения между ступенями и пр.

Емкости и времена обращения к таким ЗУ зависят от их назначения. Обычно – это небольшие (до нескольких Кбайт), но быстродействующие ЗУ. Специфика назначения предполагает недоступность их командам процессора.

4. Следующим уровнем иерархии памяти является оперативная память. Оперативное ЗУ (ОЗУ) является основным запоминающим устройством ЭВМ, в котором хранятся выполняемые в настоящий момент процессором программы и обрабатываемые данные, резидентные программы, модули операционной системы и т.п. Название оперативной памяти также несколько изменялось во времени. В некоторых семействах ЭВМ ее называли основной памятью, основной оперативной памятью и пр. В англоязычной литературе также используется термин RAM (random access memory), означающий память с произвольным доступом.

Эта память используется в качестве основного запоминающего устройства ЭВМ для хранения программ, выполняемых или готовых к выполнению в текущий момент времени, и относящихся к ним данных. В оперативной памяти располагаются и компоненты операционной системы, необходимые для ее нормальной работы. Информация, находящаяся в ОЗУ, непосредственно доступна командам процессора, при условии соблюдения требований защиты.

Оперативная память реализуется на полупроводниках (интегральных схемах), стандартные объемы ее составляют (в начале 2000-х годов) сотни мегабайт – единицы гигабайт, а времена обращения – единицы÷десятки наносекунд.

5. Еще одним уровнем иерархии ЗУ может являться дополнительная память, которую иногда называли расширенной или массовой. Первоначально (1970-е годы) эта ступень использовалась для наращивания емкости оперативной памяти до величины, соответствующей адресному пространству (например, 24-битного адреса) команд, с помощью подключения более дешевого и емкого, чем ОЗУ, запоминающего устройства.

Это могла быть ферритовая память или даже память на магнитных дисках. Конечно, она была более медленной, а хранимая в ней информация сперва передавалась в оперативную память и только оттуда попадала в процессор. При записи путь был обратный.

Затем, в ранних моделях ПЭВМ, дополнительная память также использовалась для наращивания емкости ОЗУ и представляла собой отдельную плату с микросхемами памяти. А еще позже термин дополнительная память (extended или expanded memory) стал обозначать область оперативного ЗУ с адресами выше одного мегабайта. Конечно, этот термин применим только к IBM PC совместимым ПЭВМ.

6. В состав памяти ЭВМ входят также ЗУ, принадлежащие отдельным функциональным блокам компьютера. Формально эти устройства непосредственно не обслуживают основные потоки данных и команд, проходящие через процессор. Их назначение обычно сводится к буферизации данных, извлекаемых из каких-либо устройств и поступающих в них.

Типичным примером такой памяти является видеопамять графического адаптера, которая используется в качестве буферной памяти для снижения нагрузки на основную память и системную шину процессора.

Другими примерами таких устройств могут служить буферная память контроллеров жестких дисков, а также память, использовавшаяся в каналах (процессорах) ввода-вывода для организации одновременной работы нескольких внешних устройств.

Емкости и быстродействие этих видов памяти зависят от конкретного функционального назначения обслуживаемых ими устройств. Для видеопамяти, например, объем может достигать величин, сравнимых с оперативными ЗУ, а быстродействие – даже превосходить быстродействие последних.

Емкость этой ступени памяти, которая может включать в свой состав до десятков дисков, обеспечивая хранение очень большого количества данных, зависит от области применения ЭВМ. Типовая емкость жесткого диска, составляющая на начало 2000-х годов десятки гигабайт, удваивается примерно каждые полтора года.

Со временами обращения дело обстоит несколько иначе: компоненты этого времени, обусловленные перемещением блока головок чтения-записи уменьшаются сравнительно медленно (примерно вдвое за 10 лет). Компонента, обусловленная временем подвода сектора и зависящая от скорости вращения шпинделя диска, также уменьшается с ростом этой скорости примерно такими же темпами. А скорость передачи данных растет значительно быстрее, что связано с увеличением плотности записи информации на диски.

8. Все остальные запоминающие устройства можно объединить с точки зрения функционального назначения в одну общую группу, охарактеризовав ее как группу внешних ЗУ. Под словом “внешние” следует подразумевать то, что информация, хранимая в этих ЗУ, в общем случае расположена на носителях не являющихся частью собственно ЭВМ. Под это определение подпадают гибкие диски, компакт диски, накопители на сменных магнитных дисках и магнитооптические диски, твердотельные (флэш) диски и флэш-карты, стримеры, внешние винчестеры и др. Естественно, что параметры этих устройств достаточно различны. Функциональное назначение их обычно сводится либо к архивному хранению информации, либо к переносу ее од одного компьютера к другому.

Некоторые сомнения в принадлежности к данной категории могут вызвать сменные диски, устанавливаемые в салазки (rack). Такие диски, действительно, лучше отнести к предыдущей (седьмой) группе.

Устройства хранения, относящиеся к внешней памяти ПК, обеспечивают энергонезависимое хранение блоков информации на каком-либо физическом носителе. Физические принципы энергонезависимого хранения разнообразны. Наибольшее распространение получили следующие:

1. 
   Магнитный принцип основан на перемагничивании участков носителя в соответствии со значением битов записываемой информации. Этот принцип реализуется в устройствах с подвижным носителем в виде диска или ленты, где запись и считывание производится на дорожку (трек). Головка записи вызывает изменение намагниченности участков трека в соответствии с записываемой битовой последовательностью.
   
2. 
   Оптический принцип основан на изменении оптических свойств участка носителя: степени прозрачности или коэффициента отражения. Способы, какими эти изменения достигаются, различны. В первых оптических устройствах использовался механический способ записи – пробивали отверстия в перфолентах и перфокартах. В современных оптических устройствах на дисках CD и DVD изменение оптических свойств достигается с помощью лазера, выжигающего лунки.
   
3. 
   Электрический принцип основан на пороговых эффектах в полупроводниковых структурах. Этот принцип используется в твердотельной памяти – флэш-памяти и EEPROM. Здесь для изменения состояния хранящей ячейки требуется значительная энергия (довольно длительное воздействие сильного электрического поля), что и происходит в процессе записи, называемом программированием. Под твердотельностью в этих устройствах подразумевается отсутствие относительного движения носителя и головок записи-считывания.
   

В блоках устройств могут применять различные способы адресации. Наиболее простой и удобной является линейная адресация логических блоков, при которой каждый блок хранимых данных адресуется одномерным адресом (числом) LBA (Logical Block Address – адрес логического блока). Существуют и иные способы адресации; для дисковых устройств это трехмерная адресация CHS (Cylinder Head Sector – цилиндр – головка - сектор).

В устройствах последовательного доступа произвольное чередование операций записи и чтения, относящихся к произвольным адресам блоков, невозможно. Традиционными устройствами с последовательным доступом являются накопители на магнитных лентах, они же стримеры. Здесь для доступа к блокам информации с произвольными адресами приходится считывать вхолостую все блоки, находящиеся между ними. Необходимость последовательного сканирования блоков – неотъемлемое свойство устройств с последовательным доступом с подвижным носителем. Устройствами с последовательным доступом являются и оптические диски CD и DVD. В этих устройствах информация записывается последовательно на один спиральный трек.

Главная характеристика устройства хранения – емкость, измеряемая в килобайтах (10³), мегабайтах (10⁶), гигабайтах (10⁹), и терабайтах (10¹²).

Устройства внешней памяти могут иметь сменные или фиксированные носители информации. Применение сменных носителей позволяет хранить информацию в неограниченных объемах. Существуют устройства с автоматической сменой носителя – ленточные карусели, дисковые устройства Jukebox. Это довольно дорогостоящие устройства применяются в крупных хранилищах данных. Для ПК имеются накопители CD-ROM с несколькими дисками (CD-changer), сменяемыми автоматически.

1. 
   Какие устройства относятся к внешним ЗУ?
   
2. 
   Основные физические принципы хранения информации на внешних ЗУ?
   
3. 
   Способы адресации, применяемые в ЗУ?
   
4. 
   Методы доступа к информации, применяемые во внешних устройствах памяти.
   
5. 
   Основные характеристики внешних ЗУ.
   

• 
  оперативной памяти,
  
• 
  кэш-памяти,
  
• 
  постоянной памяти,
  
• 
  полупостоянной памяти,
  
• 
  буферной памяти,
  
• 
  внешней памяти.
  

• 
  Большой объем, исчисляемый сотнями Мбайт и даже гигабайтами;
  
• 
  Быстродействие и производительность, позволяющие реализовать вычислительную мощность современных процессоров;
  
• 
  Высокая надежность хранения данных – ошибка даже в одном бите может привести к ошибкам вычислений, к искажению и потере данных, причем иногда и на внешних носителях.
  

Разумным компромиссом для построения экономичных и производительных систем явился иерархический способ организации оперативной памяти. Идея заключается в сочетании основной памяти большого объема на DRAM с относительно небольшой кэш-памятью на быстродействующих микросхемах SRAM.

В переводе слово "cache" (кэш) означает "тайник". Тайна этого склада заключается в его "прозрачности". Кэш является дополнительным быстродействующим хранилищем копий блоков информации из основной памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика. Кэш не может хранить копию всей основной памяти, поскольку его объем гораздо меньше объема основной памяти. Он хранит лишь ограниченное количество блоков данных и каталог – список их текущего соответствия областям основной памяти. Кэшироваться может не вся оперативная память, доступная процессору: во-первых, из-за технических ограничений может быть ограничен максимальный объем кэшируемой памяти; во-вторых, некоторые области памяти могут быть объявлены некэшируемыми (настройкой процессора). Если установлено больше оперативной памяти, чем возможно кэшировать, обращение к некэшируемой области ОЗУ будет медленным.

При каждом обращении к памяти контроллер кэш-памяти по каталогу проверяет, есть ли действительная копия затребованных данных в кэш. Если она там есть, то данные берутся из кэш-памяти. Поиск блока в списке должен происходить быстро. Обращение к основной памяти может начинаться одновременно с поиском в каталоге. Это экономит время.

1. 
   из каких составляющих состоит электронная память?
   
2. 
   какая память является основной?
   
3. 
   каковы требования к основной памяти?
   
4. 
   что такое кэш-память?
   
5. 
   какая память называется постоянной и полупостоянной?
   
6. 
   какова структура ОЗУ?
   
7. 
   как происходит кэширование оперативной памяти?
   

Основное отличие оперативной памяти (RAM) от постоянной (ROM) состоит в возможности оперативного изменения содержимого всех ячеек памяти с помощью дополнительного управляющего сигнала записи WR. Каждая ячейка оперативной (статической) памяти представляет собой, по сути, регистр из триггерных ячеек, в который может быть записана информация и из которого можно информацию читать. Выбор того или иного регистра (той или иной ячейки памяти) производится с помощью кода адреса памяти. Поэтому при выключении питания вся информация из оперативной памяти пропадает (стирается), а при включении питания информация в оперативной памяти может быть произвольной.

Отметим, что существует также еще одна разновидность оперативной памяти, так называемая динамическая (в отличие от статической), в которой информация хранится не в регистрах (не в триггерных ячейках), а в виде заряда на конденсаторах. Эта память отличается более низкой стоимостью, меньшим быстродействием и необходимостью регулярной регенерации ("Refresh" - "освежение") информации в ней (так как конденсаторы со временем разряжаются). Область применения динамической памяти гораздо уже, чем статической, в основном она используется в качестве системной оперативной памяти компьютеров, где соображения стоимости выходят на первый план. Поэтому здесь мы о ней говорить не будем, хотя многие особенности использования статической памяти относятся и к динамической памяти.

Постоянная память в принципе может быть заменена оперативной, только карту прошивки в данном случае придется записывать в память каждый раз заново после включения питания. Аналогично, многое из сказанного в данном разделе про оперативную память справедливо и для постоянной памяти, но только информацию в постоянной памяти менять невозможно. Однако существуют также и специфические области применения оперативной памяти, которым и будет уделено здесь особое внимание.

********** Оперативная память бывает двух основных видов: с раздельными шинами входных и выходных данных (в основном это одноразрядная память) и с двунаправленной (совмещенной) шиной входных и выходных данных (многоразрядная память).

ОЗУ для временного хранения информации

Другим словами, временное хранение предполагает, что к памяти имеется возможность доступа от какого-то устройства или от какой-то другой части схемы как с операцией записи, так и с операцией чтения (считывания). В зависимости от того, в каком порядке может записываться или читаться информация, существуют две разновидности ОЗУ:

• 
  ОЗУ с параллельным или произвольным доступом (это наиболее универсальная схема);
  
• 
  ОЗУ с последовательным доступом (это более специфическая схема).
  

Последовательный доступ к памяти предполагает более простой порядок общения с памятью. В этом случае не надо задавать код адреса записываемой или читаемой ячейки, так как адрес памяти формируется схемой автоматически. Для записи информации надо всего лишь подать код записываемых данных и сопроводить его стробом записи. Для чтения информации надо подать строб чтения и получить читаемые данные. Автоматическое задание адреса при этом осуществляется внутренними счетчиками, меняющими свое состояние по каждому обращению к памяти. Например, десять последовательных циклов записи запишут информацию в десять последовательно расположенных ячеек памяти. Недостаток такого подхода очевиден: мы не имеем возможности записывать или читать ячейки с произвольными адресами в любом порядке. Зато существенно упрощается и ускоряется процедура обмена с памятью (запись и чтение). Мы будем в данном разделе рассматривать именно этот тип памяти, этот тип доступа.

Можно выделить три основных типа оперативной памяти с последовательным доступом:

• 
  память типа "первым вошел - первым вышел" (FIFO, First In - First Out);
  
• 
  память магазинного, стекового типа, работающая по принципу "последним вошел - первым вышел" (LIFO, Last In - First Out).
  
• 
  память для хранения массивов данных.
  

Для памяти FIFO требуется хранение двух кодов адреса (адрес для записи и адрес для чтения), для памяти LIFO достаточно одного кода адреса.

Хранение массивов в памяти предполагает, что сначала в память записывается целиком большой массив данных, а потом этот же массив целиком читается из памяти. Эта память также может быть устроена по двум принципам (FIFO и LIFO). В первом случае (FIFO) записанный массив читается в том же порядке, в котором и был записан, во втором случае (LIFO) - в противоположном порядке (начиная с конца). В обоих этих случаях для общения с памятью требуется хранить только один код адреса памяти.
Динамическая память
Динамическая память (Dynamic RAM) получила свое название от принципа действия ее запоминающих ячеек, которые выполнены в виде конденсаторов. При записи логической единицы в ячейку конденсатор заряжается, при записи нуля – разряжается. При отсутствии обращения к ячейке конденсатор разряжается и информация теряется, поэтому, такая память требует постоянной периодической подзарядки конденсаторов (обращения к каждой ячейке), т.е. память может работать только в динамическом режиме. Этим она принципиально отличается от статической памяти, реализуемой на триггерных ячейках и хранящей информацию без обращений к ней сколько угодно времени (при включенном питании).

Динамическая память DRAM в настоящее время незаменима в качестве основной оперативной памяти ПК. Динамическая память чаще всего применяется в виде модулей с разрядностью 1, 2, 4 и 8 байт, которые могут устанавливаться пользователем без каких-либо приспособлений. Модули стандартизированы, поэтому обеспечивается взаимная совместимость.

• 
  SIPP SIMM – самые первые модули с однобайтной организацией, применялись вплоть до процессора класса 486.
  
• 
  SIMM-72-pin – 4-байтные модули, применявшиеся на системных платах для процессоров классов 48 и Pentium.
  
• 
  DIMM-168 – 8-байтные модули для Pentium и выше.
  
• 
  DIMM-184 – 8-байтные модули DDR2 SDRAM для системных плат 6-8-го поколений процессоров.
  
• 
  DIMM-240 – 8-байтные модули DDR2 SDRAM для системных плат 7-8-го поколений процессоров.
  
• 
  RIMM – 2-байтные модули RDRAM для системных плат 6-7-го поколений процессоров.
  
• 
  SO DIMM малогабаритные варианты модулей для блокнотных ПК.
  
• 
  AIMM – 66-контактные 32- или 16-битные модули SDRAM, предназначенные для расширения памяти графических адаптеров, встроенных в системную плату.
  

Вопросы:

1. 
   структура оперативной памяти.
   
2. 
   что называется банком памяти?
   
3. 
   в чем заключается иерархический способ построения ОП?
   
4. 
   как организованы функции динамической памяти?
   
5. 
   назовите основные модули DRAM.
   

Разрядность шины данных характеризует процессор. Когда говоря о 16, 32 или 64-разрядном компьютере, имеют в виду разрядность шины данных МП. По ней можно оценить производительность МП и всего ПК.

Если разрядность внутренних регистров больше, чем шины данных, то для полной их загрузки необходимо несколько циклов считывания. Данные передаются из регистров на системную шину.

Можно представить себе следующее. Если шина данных – это автострада, а ее разрядность количество полос движения, то с шиной адреса можно сравнить нумерацию домов. Количество линий в шине эквивалентно количеству цифр в номере дома. Например, если вы живете на улице, где по каким-то причинам номера домов не могут состоять более чем из двух цифр, то количество домов на ней не может быть больше 100.

В ПК мы уже знаем применяется двоичная система счисления, поэтому при двух разрядной адресации можно выбрать только четыре ячейки с адресами 00, 01, 10, 11, при трехразрядной – восемь от 000 до 111.

Шины данных и адреса независимы и разработчики микросхем выбирают их разрядности по своему усмотрению, но, как правило, чем больше разрядов в шине данных, тем больше их и в шине адреса. Разрядности этих шин являются показателями возможностей процессора: количеством разрядов в шине данных определяется способность процессора обмениваться информацией, а разрядностью шины адреса – то, с каким объемом памяти он может работать.

Быстродействие процессора. Быстродействие – это одна из важных характеристик МП. Быстродействие определяется тактовой частотой, измеряемой в Мгерцах.

Наименьшей единицей времени является период тактовой частоты, или просто такт. На каждую операцию затрачивается как минимум один такт. Количество тактов, затраченных на выполнение команд, непостоянно. В первых процессорах 8086 и 8088 выполнение одной команды занимал в среднем 12 тактов.

На сегодняшний день выпускается множество разновидностей процессоров с разным быстродействием, рассчитанных на работу при той или иной тактовой частоте системной платы. Два ПК можно сравнить по их тактовым частотам. Однако, проводить такое сравнение нужно осторожно, т.к. на быстродействие ПК влияют и другие факторы. Например, неудачное построение системного ОЗУ иногда приводит к тому, что реальная производительность ПК оказывается ниже той, которой следовало ожидать, исходя из тактовой частоты.


принтер

Системная шина

монитор

Структурная схема ПК, работающего на базе микропроцессора

При работе ПК выполняются следующие действия:

1. 
   программа или данные вводятся с помощью устройств ввода из внешней памяти в ОП.
   
2. 
   микропроцессор выбирает команды из ОП в строгом порядке, в котором их следует выполнять. Микропроцессор считывает указанные в этих командах данные и производит указанные в этих командах действия. Адреса и данные передаются через системную шину, соединяющую ЦП, память и устройства ввода/вывода.
   
3. 
   данные, полученные в результате обработки команд, МКП пересылает в ОП или на устройство вывода (монитор, принтер, внешняя память и т.д.)
   

Главное, что должен делать процессор, - это упрощать работу со следующими объектами вычислительной системы:

• 
  присваивания и арифметические выражения;
  
• 
  безусловные/условные переходы;
  
• 
  логические выражения;
  
• 
  циклы;
  
• 
  массивы/структуры данных;
  
• 
  подпрограммы;
  
• 
  устройства ввода/вывода.
  

Стандартная архитектура ЦП должна включать:

• 
  набор регистров для адресации данных и выполнения арифметических операций
  
• 
  устройство управления для исполнения команд;
  
• 
  арифметико-логическое устройство (АЛУ) для выполнения арифметических и логических операций;
  
• 
  секцию управления вводом/выводом.
  

Сигналы принимаются и передаются через мультиплексную шину микропроцессором, который делится на две части – операционное устройство и шинный интерфейс.

Микропроцессоры семейства Intel 80х86 имеют 14 16 – разрядных регистров, доступных для программиста. Начиная с микропроцессора i80386 пользовательских регистров стало 16. Регистры позволяют свести операции к командам, имеющим не более одного операнда, находящегося в памяти.

Память ПК состоит из последовательных ячеек, каждая из которых имеет адрес. Память – это область хранения информации, доступ к которой осуществляется по шине адреса.

Микропроцессор работает в одном из следующих режимов:

• 
  реальный режим – режим, в котором работал процессор 8086;
  
• 
  защищенный режим – режим, позволяющий максимально реализовать возможности процессора 80х86 (начиная с процессора 80286 в этом режиме физический адрес формируется не так, как в реальном режиме);
  
• 
  режим виртуального 8086 – режим, возможный при работе процессора в защищенном режиме; в этом режиме могут работать несколько программ, разработанных для 8086; процесс формирования физического адреса для этих программ производиться как в реальном режиме;
  
• 
  режим системного управления – режим, появившийся в МКП Pentium; функционирование процессора в этом режиме по общим принципам подобно работе в реальном режиме.