- •Вычислительные машины, системы и сети
- •Тема 1. Введение в предмет
- •Умножение чисел в дополнительных кодах
- •Операция умножения над обратными кодами сомножителей
- •Выполнение операции сложения над числами с плавающей запятой
- •6. Стадии выполнения команды и способы адресации
- •Тема 2. Оcновные архитектурные понятия Лекция 4. Определение понятия "архитектура"
- •Архитектура системы команд. Классификация процессоров (cisc и risc)
- •Лекция 5. Методы адресации и типы данных Методы адресации
- •Типы команд
- •Команды управления потоком команд
- •Типы и размеры операндов
- •Тема 3. Функциональная структура и организация процессора
- •Структура конвейера процессора р6
- •Процессор Pentium Pro
- •Характеристики процессоров р6
- •Характеристики процессоров amd
- •Форматы чисел блоков sse
- •Лекция 12: Сравнительный анализ процессоров с различной архитектурой Особенности процессоров с архитектурой sparc компании Sun Microsystems
- •Процессоры pa-risc компании Hewlett-Packard
- •Процессор mc88110 компании Motorola
- •Особенности архитектуры Alpha компании dec
- •Особенности архитектуры power компании ibm и PowerPc компаний Motorola, Apple и ibm
- •Архитектура power
- •Эволюция архитектуры power в направлении архитектуры PowerPc
- •Тема 4. Структурные модели современных системных плат
- •Тема 5. Организация памяти в эвм
- •2. Постоянные и полупостоянные запоминающие устройства
- •3. Оперативные запоминающие устройства
- •4. Характеристики обмена и типы оперативной памяти
- •7. Сегментация памяти
- •8. Страничная организация памяти
- •Тема 6. Организация ввода-вывода
- •Системные и локальные шины
- •Устройства ввода/вывода Основные типы устройств ввода/вывода
- •2.1. Шины микропроцессорной системы
- •2.2. Циклы обмена информацией
- •2.3. Прохождение сигналов по магистрали
- •Тема 2. Оценка производительности вычислительных систем
- •Тема 5. Многопроцессорные системы Лекция 18: Классификация систем параллельной обработки данных
- •Многопроцессорные системы с общей памятью
- •Многопроцессорные системы с локальной памятью и многомашинные системы
- •Тема 9. Организация микроконтроллеров
- •4.1. Классификация и структура микроконтроллеров
- •4.2. Процессорное ядро микроконтроллера
- •Тема 10. Однокристальные микроконтроллеры серии pic
- •5.1. Основные особенности микроконтроллеров серии pic
- •5.2. Микроконтроллеры подгруппы pic16f8x
- •Тема 11. Проектирование устройств на микроконтроллерах
- •6.1. Разработка микропроцессорной системы на основе микроконтроллера
- •Тема 12. Системы высокой готовности и отказоустойчивые системы
- •Подсистемы внешней памяти высокой готовности
- •Требования, предъявляемые к системам высокой готовности
- •Конфигурации систем высокой готовности
- •Требования к системному программному обеспечению
- •Требования высокой готовности к прикладному программному обеспечению
- •Требования к сетевой организации и к коммуникациям
- •Базовая модель vax/vms кластеров
- •Критерии оценки кластеров Gartner Group
- •Кластеры Alpha/osf компании dec
- •Unix-кластеры компании ibm
- •Кластеры at&t gis
- •Кластеры Sequent Computer Systems
- •Системы высокой готовности Hewlett-Packard
- •Кластерные решения Sun Microsystems
- •Отказоустойчивые решения Data General
- •Список сокращений
3. Оперативные запоминающие устройства
Для построения ОЗУ большой емкости используются элементы статической или динамической памяти, которые строятся на простейших элементах транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), инжекционной логики (И2Л), эмиттерносвязной логики (ЭСЛ) и других технологий [5].
В основе динамических ОЗУ (DRAM) используется заряд межэлектродных конденсаторов Cij емкостью менее 0.1 пФ и током заряда менее 10-10 А. Схема i-го разряда ячейки памяти динамического ОЗУ (DRAM) представлена на рис. 3.3. Для записи логической “1” в элемент памяти активизируются информационная шина Dj и адресная шина Аi. При этом униполярный (полевой) транзистор открывается и через него конденсатор Cij заряжается. При отсутствии открывающего напряжения на шине Аi транзистор закрыт, конденсатор Cij заряжен и хранит информацию. При подаче напряжения чтения на шину Аi транзистор VTij открывается и напряжение конденсатора Cij подается на шину Dj, и он разряжается. Ток разряда Cij усиливается и фиксируется в информационном регистре ОЗУ.
Dj
VTij
Cij
Ai
Рис. 3.3. Элемент динамического ОЗУ
Для устранения искажений информации в результате утечки заряда с конденсатора элементы памяти периодически, через 2 мс или более, в зависимости от типа ИС, необходимо перезаряжать в цикле регенерации. Преимуществом динамических ОЗУ является высокая степень интеграции элементов памяти и малая потребляемая мощность. Недостатком их является большое время доступа 50-70 нс по сравнению со статической памятью, где оно равно менее 15 нс.
Статическая оперативная память (SRAM) строится на быстродействующих биполярных транзисторах, например, двухэмиттерных транзисторах TTL (рис. 3.4). В режиме хранения информации между шинами Аx и Аy поддерживается минимальное напряжение (около 0.2 В), сохраняя один из транзисторов открытым (логический “0”), другой закрытым (логическая “1”). На обоих проводах информационной парафазной шины ( ) устанавливается положительное напряжение, которое обеспечивает нулевой ток через эмиттеры Э2. Элемент памяти (ЭП) находится в пассивном режиме хранения информации с наименьшим уровнем потребления энергии.
Рис. 3.4. Элемент статического ОЗУ
В режиме чтения информации шины Аx и Аy возбуждаются и на них подаются потенциалы, обеспечивающие быстрое чтение разных токов, поступающих с эмиттеров Э2 на провода в усилитель чтения. В зависимости от величины токов в проводах, после их усиления триггер Т2 (см. рис. 3.5, а) информационного регистра ОЗУ устанавливается в “1” или “0”. При этом состояние ЭП не изменяется и он может быть переведен в режим хранения предыдущего состояния.
Для записи информации в бистабильный ЭП возбуждаются адресные шины Аx и Аy и соответствующий один провод или под действием управления с усилителя записи. Противоположный возбужденному проводу ( ) транзистор VT1 (VT2) открывается, т.к. через его эмиттер Э2 протекает больший ток под действием большей разности потенциалов . ЭП переходит в устойчивое состояние: VT1 открыт, а VT2 закрыт.
На статических и динамических ЭП изготавливают ИС различной емкости и разрядности. На рис. 3.5, б приведена типичная ИС емкостью
N = 2L = m n (бит).
Массив ЭП состоит из n строк и m столбцов. Каждый ЭП хранит один бит информации.
а б
Рис. 3.5. Структура ИС ОЗУ: а – 1- битная схема ОЗУ, б – обобщенная схема ОЗУ
Адрес ЭП, участвующего в операции чтения /записи, определяется L-разрядным двоичным кодом, поступающим с шины адреса ША в регистр адреса RGA. Младшие l1 разряда адреса в режиме чтения или записи информации в ОЗУ с появлением сигнала выборки строки RAS поступают на дешифратор строк DCx. Старшие l2 разряда адреса с появлением сигнала выборки столбца CAS поступают на дешифратор столбцов DCy.
В соответствии с двоичным кодом адреса каждый из дешифраторов возбуждает только одну выходную шину. На пересечении возбужденных шин Аx и Аy соответствующий ЭП подключается к внутренней информационной парафазной шине .
В режиме записи (W=0, CAS=0, RAS=0) УУ включает усилитель записи (УЗ) и подсоединяет его к шине . Одновременно к шине дешифраторами DCx и DCy подключается один ЭП, который УЗ устанавливается в устойчивое состояние, задаваемое триггером Т1. Триггер Т1 перед началом записи воспринимает один бит информации через коммутатор К с внешней шины данных ШД.
В режиме чтения (W=1, RAS=0, CAS=0) УУ отключает УЗ от шины и подключает к ней усилитель чтения (УЧ). Одновременно выход триггера Т2 через К подсоединяется к ШД. В соответствии с кодом адреса усилителем чтения (УЧ) устанавливается состояние триггера Т2, соответствующее состоянию возбужденному ЭП дешифраторами DCx и DCy. В следующий момент времени информация с триггера Т2 передается на ШД.
При хранении информации (CAS=RAS=1) коммутатор К отключает от ШД ОЗУ. На всех шинах Аx, Аy, устанавливаются потенциалы, обеспечивающие пассивный режим сохранения состояний ЭП.