Режимы работы запоминающего элемента
Запоминающий элемент должен реализовывать следующие режимы работы:
хранение состояния;
выдача сигнала сотояния (считывание);
запись 0 или 1.
К запоминающим элементам должны поступать управляющие сигналы для задания режима работы, а также информационный сигнал при записи. При считывании запоминающий элемент должен выдавать сигнал о своем состоянии.
Триггер – общие сведения
В качестве основной памяти вычислительных машин используются различные типы запоминающих устройтсв. Запоминающие устройства с возможностью считывания и записи (ОЗУ) позволяют записывать в них данные по любому адресу, а также считывать эти данные в любой момент времени. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) допускают считывание содержимого ячеек памяти по любому адресу. Однако данные в эти устройства могут записываться только один раз в процессе изготовления.
Программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ) сходны с ПЗУ и отличаются лишь тем, что с помощью программирующего устройтсва пользователь может сам записать в них данные.
Программируемые постоянные запоминающие устройства с возможностью стирания (СППЗУ) подобны ППЗУ, за исключением того, что под действием ультрафиолетового излучения все биты устройства могут быть вновь установлены в 1.
Эти устройства представляют собой запоминающие устройства с произвольной выборкой, т.к. каждое из них имеет одинаковое время доступа ко всем ячейкам.
Постоянные запоминающие устройства. ПЗУ в рабочем режиме ЭВМ допускают только считывание хранимой информации. В зависимости от типа ПЗУ занесение в него информации производится или в процессе изготовления, или в эксплуатационных условиях путем программирования с помощью специального обоудования.
ПЗУ обычно строятся как адресные ЗУ. Функционирование ПЗУ можно рассматривать как выполнение однозначного преобразования k-разрядного кода адреса ячейки запоминающего массива вn-разрядный код хранящегося в ней слова.
По сравнению с ОЗУ, ПЗУ строятся из более простых элементов и по более простым схемам, поэтому их быстродействие и надежность выше, а стоимость ниже,чем у ОЗУ. ПЗУ широко используются для хранения рабочих программ специализированных ЭВМ и программ запуска и тестирования универсальных ЭВМ.
В ПЗУ со структурой типа 2D запоминающий массив образует системой взаимно перпендикулярных линий, в пересечениях которых устанавливаются элементы, которые либо связывают (1), либо не связывают (0) между собой горизонтальную и вертикальную линии.
В зависимости от типа запоминающих элементов различают резисторные, емкостные,индуктивные, полупроводниковые и другие ПЗУ.
Полупроводниковые интегральные ПЗУ, в отличие от ОЗУ, являются энергонезависимыми, т.е. информация в них не исчезает при выключении питания.
По способу занесения информации различают следующие типы интегральных полупроводниковых ПЗУ:
с программированием в процессе изготовления путем нанесения с помощью фотошаблонов перемычек в необходимых местах;
с программированием путем выжигания перемычек или разрушения p-n-переходов;
с электрическим программированием и ультрафиолетовым стиранием;
с электрическим программированием и электрическим стиранием информации (флэе-память).
Оперативная память. Оперативная память может быть разделена на две категории:DRAM(DynamicRandom–AccessMemory) иSRAM(StaticRandom–AccessMemory). Эти две категории имеют множество модификаций.DRAMиспользуется как системная память материнской платы.SRAMчаще применяются для создания сверхоперативной памяти ЭВМ (кэш), а также в устройствах автоматики, микроконтроллерах и т.п.
DRAM(динамическое ОЗУ) состоит из крошечных конденсаторов, сформированных внутри полупроводникового кристалла, которые удерживают заряд; уровень заряда – высокий или низкий – определяет значение памяти как 0 или 1. Для обеспечения сохранности информации необходимо периодическое восстановление (регенерация) заряда конденсатора, поскольку из-за токов утечки запоминающий конденсаторв может разряжаться. Это осуществляется с помощью периодических циклов регенерации, во время которых информация их элементов памяти считывается и вновь записывается обратно. Периодичность восстановления информации в элементах памяти называется периодом регенерации. Период регенерации резко уменьшается с увеличением температуры окружающей среды, однако для большинства выпускаемых микросхем при наихудших условиях окружающей среды максимальное значение периода регенерации не менее 2 мс. Длительность циклов регенерации обычно равна длительности циклов считывания или записи информации, но для полной регенрации информации в микросхеме необходимо несколько сотен таких циклов.
Микросхемы динамических ОЗУ отличаются от микросхем статистических ОЗУ большей информационной емкостью, что обусловлено меньшим числом компонентов в одном элементе памяти, и, следовательно, более плотным из размещением в полупроводниковом кристалле. Однако динамические ОЗУ сложнее в применении, поскольку нуждаются в организации принудительной регенерации, в дополнительном оборудовании и более сложных устройствах управления. Регенерация требует, как правило, прерывания работы процессора и поглощает заметную часть процессорного времени (5-10 %), что крайне нежелательно в системах реального времени.
SRAMиспользует другие методы хранения информации. Вместо хранения электрического зарядаSDRAMиспользует переключатели (статистические триггеры на транзисторах) для обозначения 0 или 1.
Как известно, статистический триггер способен при наличии напряжения питания сохранить свое состояние неограниченное время. Число состояний, в которых может находиться триггер, равно 2, что позволяет использовать его для хранения двоичной единицы информации. Положение переключателя – закрыто или открыто – определяет значение памяти как 1 или 0. Этот тип памяти, в отличие от конденсаторной, не нуждается в перезарядке, поэтому работает быстрее.
На обоих входах триггера в исходном состоянии присутсвуют логические нули. Если на вход Sподать логическую 1, то сигнал на выходеQпримет значение, 1. (рис 3).
Рис
3.
Так как выход Qсоединен с одним из входов нижнего вентиля ИЛИ, значение сигналаQостанется равным 1 даже после того, как на входеSвновь установится 0. Для того, чтобы на выходеQпоявился 0, на входRнеобходимо подать логику 1. Таким образом триггер можно использовать для хранения 1 бита информации. Ниже на рис 4. Приведено условное обозначение и таблица истинностиR-Sтриггера.
-
S
R
Q
0
0
Предыдущее Q
0
1
0
1
0
1
1
1
Не определено
Рис 4.
На
рис. 5 приведена таблица истинности
более сложного триггера –D-триггера,
срабатывающего по положительному фронту
импульса синхронизации. Этот триггер
имеет два входа –C(вход
тактовых импульсов) иD(вход данных).Каждый раз, когда на входе
С происходит изменение сигнала из 0 в
1, сигнал, присутствующий на входеD,
передается на выходеQ.
Все остальное время значение сигнала
на выходеQне изменяется,
а сигнал на входеDне
воспринимается.
D-триггеры соединяются друг с другом, что позволяет получать регистры, осуществляющие хранение многоразрядных чисел в вычислительных машинах.
Например, с помощью 16 D-триггеров можно построить регистр для хранения 16-разрядного двоичного числа.
-
C
R
Q
0-1
0
0
0-1
1
1
0
X
Предыдущее Q
1
Х
Предыдущее Q
Р
ис
5
Конструктивно DRAMделятся на две категории: 1-чиповые и модульные , 1-чиповые сейчас не популярны.
Модули памяти бывают SIMM (Single in-line Memory Modules) и SIPP (Single in-line Pin Packages).SIMM наиболее распространены. При использованииSIMMи\илиSIPPустановка памяти стала очень простой. Она заключается во вставке соответветсвующего числа модулей в соответствующие гнезда.SIMMбывают 30-Pinовые (8-разрядные) и 72 (16-ти). ПоявилисьDIMM32-разрядные (168-контактные)DIMM.
При установке модулей памяти очень рекомендуется использовать изделия одного и того же производителя и одинаковой скорости. Для Pentiumдаже существенно использоватьDIMMиз одной партии выпуска. При хранении, переноске и т.п. модули лучше заворачивать в фольгу или специальные пакеты – они очень чувтсвительны к статическим зарядам. При их установке необходимо снять статический заряд с корпуса компьютера и, в идеале, пользоваться заземляющими браслетами.