Класифікація систем пам'яті

Розділ 4

Система пам'яті є функціональною частиною мікропроце­сорної системи, призначеною для запису, зберігання та видачі інформації. Технічні засоби, що реалізують функції пам'яті, називаються запам'ятовувальними пристроями (ЗП).

Однією з ознак класифікації ЗП є фізична природа середо­вища, яке використовується для зберігання інформації. За цією ознакою виділяють такі види ЗП: електронні (на при­строях із зарядовим зв'язком — ПЗЗ), магнітні (на циліндрич­них магнітних доменах), ультразвукові лінії затримки (маг­нітострикційні, кварцові, зі спеціальних сплавів скла), кріо­генні, голографічні.

За швидкістю обміну інформацією з АЛП розрізняють такі типи пам'яті (рис. 4.1): надоперативний ЗП (НОЗП) або регістрова пам'ять МП, внутрішня кеш-пам'ять, зовнішня кеш-пам'ять, оперативна пам'ять (ОЗП), постійна пам'ять (ПЗП), зовнішня пам'ять, або зовнішня запам'ятовувальна пам'ять (ЗЗП).

Надоперативний запам'ятовувальний пристрій, або регі­строва пам'ять мікропроцесора, — це сукупність регістрів загального призначення. Звернення до НОЗП не потребує від МП виставлення адреси на шину АВ під час зчитування-запису інформації, тому операції з НОЗП є найбільш швид­кодіючими. Тривалість вибірки НОЗП становить 5 — 7 не. Загальна кількість 8- або 16-розрядних регістрів у МП, як правило, від 16 до 64.

Внутрішня кеш-пам'ять — оперативний ОЗП статичного типу ємністю 1 — 16 Кбайт, який вбудовано безпосередньо в МП. Внутрішня кеш-пам'ять працює на тактовій частоті процесора. У моделях і 386, і 486 кеш-пам'ять є спільною для даних і команд. У МП Pentium кеш-пам'ять використовуєть­ся окремо для команд і даних.

Зовнішня кеш-пам'ять так само, як і внутрішня, є ОЗП статичного типу, однак має значно більшу ємність. її вста­новлюють на системній платі і вона працює на частоті шини. Зовнішня кеш-пам'ять призначена для зменшення кількості звернень до інших менш швидкодіючих пристроїв пам'яті. Ємність зовнішньої кеш-пам'яті в сучасних ПЕОМ, як правило, 64 К6айт...1 Мбайт і має тенденцію до збільшення.

Оперативна пам'ять — ОЗП статичного або динамічного типу. В мікросхемах статичного типу елементом пам'яті є тригер на біполярних транзисторах або транзисторах зі струк­турою метал — діелектрик — напівпровідник (МДН). В ОЗП динамічного типу елементом пам'яті є конденсатор. Опера­тивна пам'ять припускає зміну свого вмісту під час виконан­ня процесором обчислювальних операцій з даними і може працювати в режимі запису, зчитування і зберігання інфор­мації. Оперативна пам'ять призначена для зберігання змінної інформації — поточних даних, результатів обчислень. її ємність становить 1...64 Мбайт, тривалість доступу 70 — 200 нс. Оперативний запам'ятовувальний пристрій є енергозалежним, оскільки інформація, записана в ньому, втрачається після вимкнення живлення.

Постійна пам'ять — спеціальна мікросхема, що містить інформацію, яка не повинна змінюватися у процесі виконання програми. Ця інформація заноситься у ПЗП під час виготовлення або на етапі його програмування у спеціальному при­строї — програматорі, і в процесі роботи мікропроцесорної системи може лише зчитуватися. Постійна пам'ять у МПС працює в режимах зберігання та зчитування і використо­вується для зберігання таблиць, констант, кодів команд про­грам, стандартних підпрограм, наприклад, підпрограм BIOS, POS. Як правило, ПЗП має ємність 64...128 Кбайт. Запи­сана в ПЗП інформація зберігається під час вимкнення живлення. Цю властивість ПЗП називають енергонезалежністю.

Рис. 4.1. Типи пам'яті в МПС

Зовнішня пам'ять реалізується у вигляді накопичувачів зі змінними і незмінними носіями: на твердих і гнучких маг­нітних дисках, стримерах, оптичних і лазерних компакт-дисках (CD ROM). Обмін інформацією з пристроями пам'яті цього типу є найповільнішим, але ця пам'ять є найбільшою за ємністю. Ємність накопичувачів на твердих дисках стано­вить 1...100 Гбайт. Низька швидкодія зовнішніх ЗП на маг­нітних носіях зумовлюється наявністю електромеханічних пристроїв.

Наявність того чи іншого типу пам'яті поза мікросхемою МП (див. рис. 4.1) зумовлюється функціональним призна­ченням МПС.

Запам'ятовувальні пристрої характеризуються такими ос­новними параметрами:

розрядністю даних (визначається розрядністю комір­ки пам'яті);

інформаційною ємністю (визначається кількістю оди­ниць інформації у бітах, яку ЗП може зберігати одночасно). Інформаційну ємність часто позначають через N хп, де п — розрядність шини даних; N — кількість n -розрядних слів. Так, запис значення інформаційної ємності ЗП 2048 ´ 8 або 2К ´ 8 означає, що ЗП може зберігати 2048 байт або 16 384 біт;

тривалістю вибірки (визначається як інтервал від моменту видавання запиту на передавання даних з пам'яті до моменту появи інформації на виході ЗП);

тривалістю циклу звернення (циклу пам'яті) t_u (ви­значається мінімально допустимим інтервалом часу між дво­ма послідовними зверненнями до ЗП); напругою живлення U_ж;

потужністю енергоспоживання Р_СП (визначається добутком струму споживання і напруги джерела живлення). Для деяких типів ЗП наводять два значення потужності енер­госпоживання — одне для режиму звернення, коли здійснюєть­ся запис або зчитування, інше — для режиму зберігання. Потужність енергоспоживання у режимі зберігання, як пра­вило, істотно менша, ніж потужність енергоспоживання ре­жиму звернення;

питомою вартістю (визначається відношенням вар­тості ЗП до його інформаційної ємності).