ОЗУ та ПЗУ
Всі види пам'яті, які ми розглядали досі, мають одну спільну властивість: у них можна записувати інформацію, і зчитувати її. Така пам'ять називаєтьсяОЗУ (оперативний пристрій). Існує два типи ОЗУ: статичне і динамічне.Статичне ОЗУ конструюється з використанням D-тригерів. Інформація в ОЗП зберігається протягом усього часу, доки до нього подається харчування: секунди, хвилини, годиниі навіть дні. Статична ОЗУ працює дуже швидко. Зазвичай час доступу становить кілька наносекунд. З цієї причини статична ОЗУ часто використовується як кеш-пам'ять другого рівня.
У динамічному ОЗУ, навпаки, тригери не використовуються. Динамічне ОЗУ є масив осередків, кожна з яких містить транзистор і крихітний конденсатор. Конденсатори можуть бути зарядженими та розрядженими, що дозволяє зберігати нулі та одиниці. Оскільки електричний заряд має тенденцію зникати, кожен біт у динамічному ОЗУ повиненоновляться (перезаряджатися) кожні кілька мілісекунд, щоб запобігти витоку даних. Оскільки про оновлення повинна дбати зовнішня логіка, динамічна ОЗУ потребує складнішого сполучення, ніж статична, хоча цей недолік компенсується великим обсягом.
Оскільки динамічному ОЗУ потрібен лише 1 транзистор і 1 конденсатор на біт (статичному ОЗУ потрібно у разі б транзисторів на біт), динамічне ОЗУ має дуже високу щільність записи (багато бітів однією мікросхему). Тому основна пам'ять майже завжди будується на основі динамічних ОЗУ. Однак динамічні ОЗП працюють дуже повільно (час доступу займає десятки наносекунд). Таким чином, поєднання кеш-пам'яті на основі статичного ОЗП та основної пам'яті на основідинамічного ОЗУ поєднує у собі переваги обох пристроїв.
Існує кілька типів динамічних ОЗП. Найдавніший тип, який все ще використовується, -FPM (Fast Page Mode - швидкий посторінковий
FPM поступово заміщаєтьсяEDO 1 (Extended Data Output — пам'ять із розширеними можливостями виведення), що дозволяє звертатися до пам'яті ще до того, як закінчилося попереднє звернення. Такий конвеєрний режим не прискорює доступ до пам'яті, зате збільшує пропускну здатність, видаючи більше слів на секунду.
І FPM і EDO є асинхронними. На відміну від них так званесинхронне динамічне ОЗП керується одним синхронізуючим сигналом. Даний пристрій є гібридом статичного і динамічного ОЗУ. Синхронна динамічна ОЗУ часто використовується при виробництві кеш-пам'яті великого обсягу. Можливо, дана технологія в майбутньому стане найкращою і у виготовленні основної пам'яті.
ОЗП - не єдиний тип мікросхем пам'яті. У багатьох випадках дані повинні зберігатися, навіть якщо живлення відключено (наприклад, якщо йдеться про іграшки, різні прилади та машини). Більше того, після встановлення ні програми, ні дані не повинні змінюватись. Ці вимоги призвели до появиПЗУ (постійних запам'ятовуючих пристроїв), які не дозволяють змінювати і стирати інформацію, що зберігається в них (ні навмисне, ні випадково). Дані записуються в ПЗП у процесі виробництва. Для цього виготовляється трафарет з певним набором бітів, який накладається на чутливий матеріал, а потім відкриті (або закриті) частини поверхні витравлюються. Єдиний спосіб змінити програму в ПЗП – змінити цілу мікросхему.
ПЗУ коштують набагато дешевше за ОЗУ, якщо замовляти їхвеликими партіями, щоб сплатити витрати на виготовлення трафарету. Однак вони не допускають змін після випуску з виробництва, а між поданням замовлення на ПЗП та його виконанням може пройти кілька тижнів. Щоб компаніям було простіше розробляти нові пристрої, засновані на ПЗУ, були випущені програмовані ПЗУ. На відміну від звичайних ПЗУ, їх можна програмувати в умовах експлуатації, що дозволяє скоротити час виконання замовлення. Багато програмованих ПЗУ містять масив крихітних плавких перемичок. Можна перепалити певну перемичку, якщо вибрати потрібний рядок і стовпець, а потім прикласти високу напругу до певного висновку мікросхеми.
Наступна розробка цієї лінії — програмованеПЗУ, що стирається, яке можна не тільки програмувати в умовах експлуатації, але й стирати з нього інформацію. Якщо кварцове вікно в даному ПЗУ піддаватиме впливу сильного ультрафіолетового світла протягом 15 хвилин, всі біти встановляться на 1. Якщо потрібно зробити багато змін під час одного етапу проектування, ПЗУ, що стираються набагато економічніше, ніж звичайні програмовані ПЗУ, оскільки їх можна використовувати багаторазово. Стираються ПЗУ, що програмуються, зазвичай влаштовані так само, як статичні ОЗУ. Наприклад, мікросхема 27С040 має структуру, яка показана на рис. 3.30,а,а така структура типова для статичного ОЗП.
Динамічна нам'ять типу EDO витіснила звичайну динамічну пам'ять, що працює на режимі FPM, в середині 90-х років. -Прімеч. навчи, ред.
Розділ 3. Цифровий логічний рівень
Наступний етап — електронно-перепрограмоване ПЗП, з якого можна прати інформацію, додаючи до нього імпульси, і яке не потрібно для цього поміщати в спеціальну камеру, щоб піддатидії ультрафіолетових променів. Крім того, щоб перепрограмувати даний пристрій, його не потрібно вставляти в спеціальний апарат для програмування, на відміну від програмованого ПЗП, що стирається. Але з іншого боку, найбільші електронно-перепрограмовані ПЗУ в 64 рази менше звичайних ПЗУ, що стираються, і працюють вони вдвічі повільніше. Електронно-перепрограмовані ПЗУ не можуть конкурувати з динамічними та статичними ОЗП, оскільки вони працюють у 10 разів повільніше, їх ємність у 100 разів менша і вони коштують набагато дорожче. Вони використовуються лише в тих ситуаціях, коли необхідне збереження інформації при вимкненні живлення.
Більш сучасний тип електронно-перепрограмованого ПЗП - флеш-пам'ять. На відміну від ПЗУ, що стирається, яке стирається під впливом ультрафіолетових променів, і від електронно-програмованого ПЗУ, яке стирається по байтах, флеш-пам'ять стирається і записується блоками. Як і будь-яке електронно-перепрограмоване ПЗУ, флеш-пам'ять можна прати, не виймаючи її з мікросхеми. Багато виробників виготовляють невеликі друковані плати, що містять десятки мегабайтів флеш-пам'яті. Вони використовуються для зберігання зображень у цифрових камерах та для інших цілей. Можливо, колись флеш-пам'ять витіснить диски, що буде грандіозним кроком вперед, враховуючи час доступу в 100 не. Основною технічною проблемою в даний момент є те, що флеш-пам'ять зношується після 10 000 стирань, а диски можуть служити роками незалежно від того, скільки разів вони перезаписувалися. Короткий опис різних типів пам'яті наведено в табл. 3.2.
Таблиця 3.2. Характеристики різних видів пам'яті
| Тип запо- | Категорія | Стирання | Зміна | Енерго- | Застосування |
| мінаючого | записи | інформації | залежить- | ||
| пристрої | по байтах | мість | |||
| Статичне | Читання/ | Електричне | Так | Так | Кеш-пам'ять |
| ОЗУ (SRAM) | запис | другого рівня | |||
| Динамічне | Читання/ | Електричне | Так | Так | Основна пам'ять |
| ОЗУ (DRAM) | запис | ||||
| ПЗУ(ЯОМ) | Тільки | Неможливо | Ні | Ні | Пристрої |
| читання | великого розміру | ||||
| Програм- | Тільки | Неможливо | Ні | Ні | Пристрої |
| мійне | читання | невеликого | |||
| ПЗП (PROM) | розміру | ||||
| Стирається | Переймаю- | Ультра- | Ні | Ні | Моделювання |
| програм- | істотно | фіолетовий | пристроїв | ||
| мійне | читання | світло | |||
| ПЗУ(ЕРРЮМ) | |||||
| Електронно- | Переймаю- | Електричне | Так | Ні | Моделювання |
| перепрограм- | істотно | пристроїв | |||
| моване ПЗУ | читання | ||||
| (EEPROM) | |||||
| флеш-пам'ять | Читання/ | Електричне | Ні | Ні | Цифрові камери |
| (Flash) | запис |
Мікросхеми процесорів та шини 177
Мікросхеми процесорів та шини
Оскільки нам вже відома деяка інформація про МІС, СІС та мікросхеми пам'яті, то ми можемо скласти всі складові разом і вивчати цілі системи. У цьому розділі спочатку ми розглянемо процесори нацифровий логічний рівень, включаючи цоколівку (тобто значення сигналів на різних висновках). Оскільки центральні процесори тісно пов'язані з шинами, які вони використовують, ми коротко викладемо основні принципи розробки шин. У наступних розділах ми докладно опишемо приклади центральних процесорів та шин для них.
Усі сучасні процесори розміщуються на одній мікросхемі. Це робить цілком певною їхню взаємодію з іншими частинами системи. Кожна мікросхема процесора містить набір висновків, якими відбувається обмін інформацією із зовнішнім світом. Одні висновки передають сигнали від центрального процесора, інші приймають сигнали з інших компонентів, треті роблять і те й інше. Вивчивши функції всіх висновків, ми зможемо дізнатися, як процесор взаємодіє з пам'яттю та пристроями вводу-виводу на цифровому логічному рівні.
Розділ 3. Цифровий логічний рівень
операцію. Отже, мікросхема з 32 інформаційними висновками працює набагато швидше, але й коштує набагато дорожче.
1. Управління шиною.
3. Арбітраж шини.
Адресація