Структура адресных ЗУ

Организация памяти ЭВМ

Общие сведения и классификация ЗУ

Памятью ЭВМ называют совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации.

Производительность и вычислительные возможности ЭВМ в значительной степени определяются составом и характеристиками запоминающих устройств (ЗУ).

В составе ЭВМ, как правило, применяется одновременно несколько типов ЗУ, отличающихся принципом действия, характеристиками и назначением.

Важнейшие характеристики памяти:

— емкость Б, кБ...

— удельная емкость Б/мм²

— быстродействие

t_обр ^счит = t_дост^счит + t _счит

t_обр^зап = t_дост^зап + t_зап

t_дост^счит= t_дост^зап = t_дост

t_обр = max(t_обр^счит, t_обр^зап)

По способу организации доступа различают устройства с непосредственным (произвольным) доступом, с прямым (циклическим) и последовательным доступом.

В памяти с непосредственным доступом время доступа не зависит от места расположения участка памяти.

Прямой доступ — диски с постоянным вращением.

Последовательный доступ — магнитные ленты.

Требования к емкости и быстродействию противоречивы. Чем больше быстродействие, тем труднее достигается и дороже обходится увеличение емкости. Стоимость памяти составляет значительную часть общей стоимости ЭВМ. Поэтому память ЭВМ организуется в виде иерархической структуры запоминающих устройств (ЗУ), обладающих различным быстродействием и емкостью.

Оперативной (основной) памятью называется устройство, которое служит для хранения информации (данных, программ), непосредственно используемой в процессе выполнения операций в ALU и устройстве управления процессора.

Характеристики ОП непосредственно влияют на основные показатели ЭВМ.

В ряде случаев быстродействие ОП оказывается недостаточным и в состав машины приходится включать СОП (буферную или КЭШ-память) с циклом обращением несколько десятков наносекунд. Быстродействие СОП должно соответствовать скорости работы ALU и устройств МП.

Адресная, ассоциативная и стековая

Организация памяти.

В памяти с адресной организацией размещения и поиск информации в ЗМ основаны на использовании адреса хранения слова. Адресом служит номер ячейки.

При записи/считывании слова в ЗМ команда должна указывать адрес, по которому производится запись/считывание.

Ассоциативная память

В памяти этого типа поиск нужной информации производится не по адресу, а по ее содержанию (ассоциации). При этом поиск по ассоциативному принципу происходит параллельно во времени для всех ячеек ЗМ. Во многих случаях ассоциативный поиск позволяет существенно упростить и ускорить обработку данных. Это достигается за счет того, что в памяти этого типа операция считывания совмещается с выполнением ряда логических операций.

n=1 — ячейка памяти 0 — свободна

Рг АП — регистр ассоциативного признака

ЗМ содержит N (n+1) разрядных ячеек. Для указания занятости используется n-ый разряд.

По входной шине в Рг АП в разряды 0...n-1 поступает n-разрядный ассоциативный запрос, а в регистр маски — код маски поиска, при этом n-ый разряд Рг М устанавливается в 0. Ассоциативный поиск производится лишь для совокупности разрядов Рг АП, которым соответствуют 1 в Рг АП (незамаскированные разряды). Для слов, в которых цифры в разрядах совпали с незамаскированными разрядами Рг АП, комбинационная схема КС устанавливает 1 в соответствующие разряды. Таким образом значение j-ого разряда в Рг Св определяется выражением:

Комбинационная схема формирования результата ассоциативного обращения ФС формирует из слова в Рг Св сигналы a₀, a₁, a₂, соответствующие случаям отсутствия слов в ЗМ, удовлетворяющих ассоциативному признаку и наличию одного и более такого слова.

Формирование содержимого РгСв и сигналов a₀, a₁, a₂ называется операцией контроля ассоциации. Эта операция является составной частью операции записи-считывания, хотя имеет и самостоятельное назначение.

При считывании сигнала производится контроль ассоциации по ассоциативным признакам в Рг АП. Затем при a₀ = 1 считывание отменяется из-за отсутствия информации. При a₁ = 1 считывается в Рг И искомое слово, при a₂ = 1 — в Рг И считывается слово с наименьшим номером среди ячеек, отмеченных 1 из Рг Св.

При записи сначала отыскивается свободная ячейка. Для этого выполняется операция контроля ассоциации, при Рг АП = 111...10 и Рг М = 000...01, при этом свободная ячейка отмечается 1 в Рг Св. Для записи выбирается свободная ячейка с наименьшим номером. В нее записывается слово, поступившее с Ш вхв Рг И.

С помощью операции контроля ассоциации можно, не считывая слов из памяти, удовлетворять ассоциативные признаки. При соответствии КС возможен поиск min, max.

Стековая память

Также как и ассоциативная является безадресной. Стековую память можно рассматривать как совокупность ячеек, связанных друг с другом цепями передачи данных. Запись нового слова производится в ячейку 0, при этом все ранее записанные слова смещаются вниз. (При считывании сдвиг вверх) (буфер LIFO)

Обычно стековую память организуют, используя адресную память и указатель стека.

Структура адресных ЗУ.

3 типа структур:

— 2 D;

— 3 D;

— 2,5 D.

ЗУ типа 2 D:

ЗМ состоит из 2^k ячеек по n- разрядов.

Основа адресного формирователя — дешифратор с 2^k выходами, управляющие сигналы зап, чт адресного формирователя настраивают выбранные элементы на чтение или запись.

При записи ЗЭ_ij <— Ус зап_j

При чтении Ус чт._j <— ЗЭ _ij

Отрицательная сторона данного типа ЗУ — сложность построения дешифратора с 2^k выходами.

ЗУ типа 3 D:

ЗМ ЗУ типа 3D выполнены в виде пространственной матрицы, составленной из n плоских матриц.

ЗЭ для разряда сгруппированы в квадратную матрицу из Ц 2^k рядов по Ц 2^k ЗЭ в каждом.

Адресный формирователь — 2 * 2 ^k/2 << 2 ^k

Объем ЗУ увеличен.

Трудность реализации данного типа ЗУ состоит в записи в ЗЭ с тремя входами.