 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Регистры
Регистр - последовательное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.
Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами. Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров, соединенных друг с другом при помощи комбинационных цифровых устройств.
Регистры классифицируются по следующим видам:
1. Параллельные или накопительные (регистры памяти, хранения);
2. Последовательные или сдвигающие.
В свою очередь сдвигающие регистры делятся:
· по способу ввода-вывода информация: параллельные; последовательные; комбинированные;
· по направлению передачи информации: однонаправленные; реверсивные.
Типичными являются следующие операции:
· прием слова в регистр;
· передача слова из регистра;
· поразрядные логические операции;
· сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов;
· преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратно;
· установка регистра в начальное состояние (сброс)
Элементарной ячейкой электронной памяти является триггер, способный сохранять 1 бит записанной в нем информации. Регистром называется устройство из триггеров, предназначенное для записи, хранения и выдачи информации. Каждый разряд двоичного числа записывается в своем триггере, поэтому число триггеров в регистре определяет разрядность записываемого числа. Наиболее распространенным видом регистров являются регистры сдвига.
Регистры сдвига.
Регистром сдвига называют цифровую схему, состоящую из последовательно включенных триггеров, содержимое которых можно сдвигать на один разряд влево или вправо подачей тактовых импульсов. Регистры сдвига широко применяются в цифровой вычислительной технике для преобразования последовательного кода в параллельный или параллельного в последовательный, а также при построении арифметико - логических устройств. Составляется регистр сдвига из соединенных последовательно триггеров, в которые записываются разряды обрабатываемого кода. При наличии разрешающих сигналов импульс, приходящий на тактовый вход регистра, вызывает перемещение записанной информации на один разряд влево или вправо. На рис. 1 приведена структурная схема регистра сдвига на синхронных JK-триггерах.
Рис. 3 Регистр сдвига на JK - триггерах.
Рассмотрим действие регистра при записи в него числа 0011, начиная с правого - младшего - разряда. До записи числа все триггеры устанавливают в нулевое состояние. Затем на вход схемы подается серия импульсов, соответствующая записываемому числу, а на вход С подаются тактовые импульсы. Сначала на вход поступает импульс, соответствующий первому из записываемых разрядов. В конце тактового импульса он дает Q3 = 1 на выходе левого триггера. В конце следующего тактового импульса информационный импульс продвигается на выход следующего триггера и т. д. Одновременно продвигаются вправо и другие цифры записываемого числа. После прихода четырех тактовых импульсов все число оказывается записанным в четырех триггерах, причем старший разряд числа записи в левом триггере, а младший - в правом. Чтобы записанная информация сохранилась, дальнейший сдвиг прекращается. Это осуществляется прекращением подачи тактовых импульсов. Описанный регистр называется регистром сдвига с последовательным приемом информации. Выдача информации у него может быть как параллельной, так и последовательной. При параллельной выдаче информация снимается одновременно с выходов всех триггеров. Последовательная выдача осуществляется с выхода Q0 при последующих тактовых импульсах. Параллельный прием информации может быть осуществлен подачей ее на выводы предустановки. Мы рассмотрели работу простейшего регистра, осуществляющего сдвиг в одну сторону. Существуют реверсивные регистры сдвига, переключаемые на сдвиг вправо и влево. Если 0 и 1 в регистре трактовать как двоичную запись числа, то сдвиг в одну сторону соответствует делению на 2, а в другую - умножению на 2. Как известно, умножение двух десятичных чисел "столбиком" соответствует сложению частных произведений, сдвинутых поразрядно влево. Аналогично столбиком перемножаются и двоичные числа, но эта операция выполняется проще, так как частные произведения получаются умножением единиц и нулей умножаемого числа на единицы и нули множителя. Следовательно, умножение сводится к операции сложения сдвинутых поразрядно двоичных чисел. Аналогично осуществляется и деление двоичных чисел.
Регистр К155ИР1.
Схемотехнику регистров сдвига рассмотрим на примере регистра К155ИР1, упрощенная функциональная схема и условное обозначение которого показано на рис. 4.
Рис. 4. Схема и обозначение регистра сдвига К155ИР1.
Этот регистр содержит четыре тактируемых фронтом D-триггера, соединенных последовательно с помощью ячеек И-ИЛИ. Если на вход V (вывод 6) регистра подан потенциал "нуль", то выход каждого предыдущего триггера оказывается соединенным через ячейку И-ИЛИ со входом D последующего. При этом импульсы, приходящие на тактовый вход C2, будут каждый раз устанавливать последующий триггер в состояние, в котором до этого находился предыдущий. Таким образом осуществляется сдвиг информации вправо. Вход I регистра, связанный со входом D первого триггера, служит для приема информации в виде последовательного кода. С каждым тактовым импульсом на этот вход должен подаваться код нового разряда входной информации. После приема четырех разрядов последовательного кода соответствующий параллельный код может быть получен с выходов триггеров Q1-Q4. Запись параллельного кода в регистр идет по входам D1-D4 при подаче потенциала "I" на вход V и тактового импульса на вход C1. Устанавливая затем V=0 и подавая тактовые импульсы на вход С2, мы обеспечим сдвиг записанного кода. При этом с выхода Q4 последнего триггера снимается последовательный выходной код. Иногда требуется производить в регистре сдвиг информации как вправо, так и влево. В рассматриваемом устройстве (рис. 2) такая возможность появляется, если попарно соединить выводы Q4 и D3, Q3 и D2, Q2 и D1. Вход V в этом случае будет играть роль переключателя направления сдвига: если V=1, то тактовые импульсы С1 сдвигают информацию влево, а вход D4служит для приема последовательного кода; если же V=0, то, как указывалось выше, импульсы С2 будут сдвигать информацию вправо.
Шифратор и дешифратор являются типовыми узлами ЭВМ.
Шифратор (кодер) преобразует единичный сигнал на одном из входов в n-разрядный двоичный код. Наибольшее применение он находит в устройствах ввода информации (пультах управления) для преобразования десятичных чисел в двоичную систему счисления. Предположим, на пульте десять клавиш с гравировкой от 0 до 9. При нажатии любой из них на вход шифратора подается единичный сигнал (Х0,..., Х9). На выходе шифратора должен появиться двоичный код (Y0,..., Y9) этого десятичного числа. Как видно из таблицы истинности (таблица В), в этом случае нужен преобразователь с десятью входами и четырьмя выходами.
Таблица В.
| Входы | Выходы | |||
| X | Y3 | Y2 | Y1 | Y0 |
На выходе Y0 еденица должна появиться при нажатии любой нечетной клавиши Х1, Х3, Х5, Х7, Х9, т.е. Y0=X1+X3+X5+X7+X9.
Y1=X2+X3+X6+X7; Y2=X4+X5+X6+X7; Y3=X8+X9.
Cледовательно, для реализации шифратора понадобится четыре элемента ИЛИ: пятивходовый, два четырех входовых и двухвходовый (рис.13.1.)
Дешифратор (декодер) - это узел, преобразующий код, поступающий на его входы, а сигнал только на одном из его выходов. Дешифраторы широко применяются в устройствах управления, в системах цифровой индикации с газоразрядными индикаторами, для построения распределителей импульсов по различным цепям и т.д. Схема используется я перевода двоичных цифр в десятичные. Дешифратор двоичного n-разрядного кода имеет 2n выходов, т.к. каждому из 2n значений входного кода должен соответствовать единичный сигнал на одном из выходов дешифратора.
Таблица истинности для дешифратора трехразрядного двоичного кода десятичных цифр:
Таблица С.
| Входы | Выходы (Y) | ||
| Х2 | Х1 | Х0 | |
Логические функции, описывающие работу такого дешифратора:
Y0= 
× 
× 
Y1= × × X0
.
.
.
Y7=X2× X1× X0
На рисунке 13.2. показаны функциональная схема и условное обозначение одноступенчатого дешифратора на 3 входа.
Оперативная память
[править | править вики-текст]
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 1 февраля 2015; проверки требует 1 правка.
Запрос «ОЗУ» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
У этого термина существуют и другие значения, см. Оперативная память (значения).
Модули ОЗУ для ПК.
Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с ЦП.
Операти́вная па́мять (англ. Random Access Memory, RAM, память с произвольным доступом; ОЗУ ( оперативное запоминающее устройство ); комп. жарг. память, оперативка) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором.
Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:
1. непосредственно;
2. через сверхбыструю память 0-го уровня — регистры в АЛУ, либо при наличии аппаратного кэша процессора — через кэш.
Содержащиеся в современной полупроводниковой оперативной памяти данные доступны и сохраняются только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение. Выключение питания оперативной памяти, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному разрушению хранимой информации.
Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим сна, что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. В режиме гибернации питание ОЗУ отключается. В этом случае для сохранения содержимого ОЗУоперационная система (ОС) перед отключением питания записывают содержимого ОЗУ на устройство постоянного хранения данных (как правило, жёсткий диск). Например, в ОС Windows XP содержимое памяти сохраняется в файл hiberfil.sys, в ОС семейства Unix — на специальный swap-разделжёсткого диска.
В общем случае, ОЗУ содержит программы и данные ОС и запущенные прикладные программы пользователя и данные этих программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер под управлением ОС.
Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти.
ОЗУ может изготавливаться как отдельный внешний модуль или располагаться на одном кристалле с процессором, например, в однокристальных ЭВМили однокристальных микроконтроллерах.
История вычислительной техники
В 1834 году Чарльз Бэббидж начал разработку аналитической машины. Одну из важных частей этой машины он называл «складом» (store), эта часть предназначалась для хранения промежуточных результатов вычислений. Информация в «складе» запоминалась в чисто механическом устройстве в виде поворотов валов и шестерней.
ЭВМ первого поколения можно считать ещё полуэкспериментальными, поэтому в них использовалось множество разновидностей и конструкций запоминающих устройств, основанных на различных физических принципах:
· на электромагнитных реле;
· на акустических линиях задержки;
· на электронно-лучевых трубках;
· на электростатических трубках.
В качестве ОЗУ использовались также магнитные барабаны, обеспечивавшие достаточно малое для ранних компьютеров время доступа; также они использовались в качестве основной памяти для хранения программ и данных.
Второе поколение требовало более технологичных, дешёвых и быстродействующих ОЗУ. Наиболее распространённым видом ОЗУ в то время сталапамять на магнитных сердечниках.
Начиная с третьего поколения большинство электронных узлов компьютеров стали выполнять на микросхемах, в том числе и ОЗУ. Наибольшее распространение получили два вида ОЗУ:
· динамическая память; информация сохраняется с помощью заряда конденсаторов;
· статическая память; информация сохраняется с помощью триггеров.
Статическая и динамическая память не сохраняли информацию при отключении питания. Сохранять информацию при отключении питания способнаэнергонезависимая память.
Сейчас применяются три основных вида ОЗУ:
· статическое (SRAM); память в виде массивов триггеров;
· динамическое (DRAM); память в виде массивов конденсаторов;
· основанном на изменении фазы (PRAM).
В SRAM бит данных хранится в виде состояния триггера. Этот вид памяти является более дорогим в расчёте на хранение 1 бита, но, как правило, имеет наименьшее время доступа и меньшее энергопотребление, чем DRAM. В современных компьютерах часто используется в качестве кэш-памяти процессора.
DRAM хранит бит данных в виде заряда конденсатора. Однобитовая ячейка памяти содержит конденсатор и транзистор. Конденсатор заряжается до более высокого или низкого напряжения (логические 1 или 0). Транзистор выполняет функцию ключа, подключающего конденсатор к схеме управления, расположенного на том же чипе. Схема управления позволяет считывать состояние заряда конденсатора или изменять его. Так как хранение 1 бита информации в этом виде памяти дешевле, чем в SRAM, DRAM сейчас преобладает в компьютерах.
Статические и динамические ОЗУ являются энергозависимыми, так как информация в них теряется при отключении питания. Энергонезависимые (постоянная память, ПЗУ) устройства сохраняют информацию вне зависимости от наличия питания. К ним относятся флэш-накопители, карты памяти для фотоаппаратов и портативных устройств и т. д.
В устройствах управления энергозависимой памяти (SRAM или DRAM) часто включают специальные схемы для обнаружения и/или исправления ошибок. Это достигается введением избыточных битов в хранимые машинные слова, используемые для проверки (например, биты чётности) или коррекции ошибок.
Точнее, термин RAM относится только к устройствам твёрдотельной памяти DRAM или SRAM — основной памяти большинства современных компьютеров. Для оптических дисков термин DVD-RAM не совсем корректен, так как, в отличие от дисков типа CD-RW или DVD-RW, старые данные не должны стираться перед записью новых. Тем не менее, информационно DVD-RAM похож на жёсткий диск, хотя время обращения к нему намного больше.
ОЗУ современных компьютеров[править | править вики-текст]
ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые ИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на той же площади кремниевого кристалла разместить больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая память, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим основную оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кэш-памяти внутри микропроцессора.
Память динамического типа [править | править вики-текст]
Основная статья: DRAM
Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариантах два конденсатора). Такой вид памяти, во-первых, дешевле (один конденсатор и один транзистор на 1 бит дешевле нескольких транзисторов триггера), и, во-вторых, занимает меньшую площадь на кристалле (там, где в SRAM размещается один триггер, хранящий 1 бит, можно разместить несколько конденсаторов и транзисторов для хранения нескольких бит). Но DRAM имеет и недостатки. Во-первых, работает медленнее, поскольку, если в SRAM изменение управляющего напряжения на входе триггера сразу очень быстро изменяет его состояние, то для того, чтобы изменить состояние конденсатора, его нужно зарядить или разрядить. Перезаряд конденсатора гораздо более длителен (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если ёмкость конденсатора очень мала. Второй существенный недостаток — конденсаторы со временем разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их электрическая ёмкость и больше ток утечки, в основном, утечка через ключ.
Именно из-за того, что заряд конденсатора динамически уменьшается во времени, память на конденсаторах получила своё название DRAM — динамическая память. Поэтому, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов периодически восстанавливается («регенерируется») через определённое время, называемое циклом регенерации (обычно 2 мс). Для регенерации в современных микросхемах достаточно выполнить циклограмму «чтения» по всем строкам запоминающей матрицы. Процедуру регенерации выполняет процессор или контроллер памяти. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливается обращение к памяти, это снижает среднюю скорость обмена с этим видом ОЗУ.
Память статического типа [править | править вики-текст]
Основная статья: SRAM (память)
ОЗУ, которое не надо регенерировать (обычно схемотехнически выполненное в виде массива триггеров), называют статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры являются соединением нескольких логических вентилей, а время задержки на вентиль очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, чем ячейка динамической памяти, даже если они изготавливаются групповым методом миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше площади на кристалле, чем ячейка динамической памяти, поскольку триггер состоит минимум из 2 вентилей (шести-восьми транзисторов), а ячейка динамической памяти — только из одного транзистора и одного конденсатора. Используется для организации сверхбыстродействующего ОЗУ, обмен информацией с которым критичен для производительности системы.
Постоянное запоминающее устройство
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 20 ноября 2011; проверки требуют 24 правки.
У этого термина существуют и другие значения, см. ПЗУ.
| Типы компьютерной памяти |
| Энергозависимая |
| · Современные распространённые типы · DRAM (в том числе DDR SDRAM) · SRAM · Перспективные · T-RAM · Z-RAM · TTRAM · Устаревшие типы · Память на линиях задержки · Запоминающая электростатическая трубка (англ.) · Запоминающая ЭЛТ |
| Энергонезависимая |
| · ПЗУ · PROM · EPROM · EEPROM · Флеш-память · Первые разработки · FRAM · MRAM · PRAM · Перспективные · CBRAM · SONOS · RRAM · Беговая память (Racetrack) · Nano-RAM · Millipede · Устаревшие типы · Магнитный барабан · Память на магнитных сердечниках · Память на магнитной проволоке · Память на ЦМД · Память на твисторах |
Микросхема EPROM Intel 1702 с ультрафиолетовым стиранием.
Микросхема ПЗУ AMD AM2716 выпущенная в 1979 году.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.
Содержание
Поиск по сайту: