Организация памяти ЭВМ. Статические и динамические ОЗУ.

Памятью ЭВМ называется совокупность запоминающих устройств, предназначенных для запоминания и выдачи данных, представленных в кодовой форме.
Практически повсеместное распространение получило кодирование информации в двоичной системе счисления. Это позволяет применять для хранения информации наиболее простые и надёжные элементы с двумя устойчивыми состояниями (бистабильные элементы).
Решение задач на ЭВМ связано с необходимостью хранения программ вычислений, исходных данных решаемых задач, различных констант, а также промежуточных и окончательных результатов решения. Хранение всей этой информации осуществляется в запоминающих устройствах вычислительной машины.
Независимо от назначения и принципов построения в любом ЗУ можно выделить следующие элементы (рис. 4.1).

Цепь регенерации

КШПп
(КША)

Рис. 4.1. Общая структура запоминающего устройства

Накопитель предназначен для хранения информации и состоит из запоминающих элементов (ЗЭ), каждый из которых может хранить единицу информации (обычно двоичную-бит). Запоминающие элементы объединяются в ячейки памяти (ЯП), в каждой из которых может храниться байт или машинное слово, часть слова или несколько слов. Будем считать, что в одной ячейке хранится один байт.
Каналом поиска слов называется часть ЗУ, осуществляющая поиск ячейки, в которой хранится искомая информация или в которую надо записать информацию.
Канал записи обеспечивает запись в выбранную ячейку информации, которая поступает по кодовым шинам записи (КшЗп).
Канал воспроизведения осуществляет считывание информации из выбранной ячейки накопителя и передачу её по кодовым шинам чтения (КшЧт) потребителю.
Блок местного управления (БМУ) предназначен для выработки управляющих сигналов, необходимых для записи и считывания информации.

1. ПО МЕТОДУ ПОИСКА ИНФОРМАЦИИ ЗУ подразделяются на адресные и безадресные.
В адресных ЗУ поиск информации осуществляется по адресу ячейки памяти, в которой она хранится. Безадресные ЗУ можно разделить на ассоциативные и стековые (магазинные).
В аcсоциативных ЗУ поиск информации осуществляется по признакам самой информации (по содержанию ячейки). В стековых ЗУ (в отличие от адресных и ассоциативных) обращение к ячейкам возможно только в определённом порядке, при этом чтение производится в обратной последовательности, по сравнению с записью.
2. ПО СПОСОБУ ЗАПИСИ И СЧИТЫВАНИЯ многоразрядных слов информации ЗУ делятся на параллельные и последовательные.
В параллельных ЗУ n-разрядное слово записывается и считывается одновременно всеми своими разрядами. В связи с этим в устройстве должно содержаться n идентичных записывающих и считывающих элементов.
В последовательных ЗУ запись и считывание производится последовательно во времени - разряд за разрядом. Это увеличивает время обращения к ЗУ, однако, объём оборудования уменьшается. Существуют и параллельно-последовательные ЗУ.
3. ПО СПОСОБУ ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ в запоминающей среде различают статистические и динамические ЗУ.
В статистических ЗУ хранимая информация фиксируется (неподвижна по отношению к носителю в течение всего времени хранения).
В динамических ЗУ информация находится в непрерывном движении по отношению к запоминающей среде. В таких ЗУ слова информации хранятся путём непрерывной их циркуляции по некоторой замкнутой цепи.
4. ПО ХАРАКТЕРУ ОБРАЩЕНИЯ К ЯЧЕЙКАМ ПАМЯТИ различают ЗУ с последовательным и произвольным обращением.
Для ЗУ с последовательным обращением время обращения непостоянно и зависит от расположения ячейки на носителе по отношению к записывающим и считывающим элементам.
ЗУ с произвольным обращением времени - ЗУ, позволяющие в произвольной последовательности обращаться к любой ячейке без существенных различий во времени обращения к памяти. В ЗУ с произвольным обращением время, необходимое для записи или считывания информации, является постоянной величиной, не зависящей от того, к какой ячейке ЗУ производится обращение и определяется только быстродействием схем, осуществляющих выборку. Примером такого ЗУ может служить ЗУ на ферритовых сердечниках.
5. ПО СПОСОБУ СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ ЗУ делятся на устройства со считыванием без разрушения информации и устройства с разрушающим считыванием.
В последнем случае для сохранения информации необходимо её восстановление.
6. ПО ФУНКЦИОНАЛЬНОМУ НАЗНАЧЕНИЮ общепринятой считается следующая классификация запоминающих устройств ЭВМ:
внешние запоминающие устройства;
сверхоперативные запоминающие устройства;
оперативные запоминающие устройства;
постоянные запоминающие устройства.
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЗУ. К ним относятся режимы записи и чтения (считывания).
Режим записи представляет собой процесс занесения данных в ЗУ.
Режим работы, в процессе которого осуществляется получение данных из ЗУ, называется чтением
В режимах чтения и записи обращения к ячейкам осуществляются по адресу, зафиксированному в регистре адреса. Информация, подлежащая записи, заносится в регистр числа (слова). Он же является выходным регистром числа при считывании информации.
Режим записи состоит из двух этапов - поиска нужной ячейки и записи в неё информации.
В ряде случаев в зависимости от типа запоминающих элементов процессу записи информации должен предшествовать процесс стирания информации в выбранной ячейке (иногда этот процесс называют "очисткой" ячейки).
Стирание информации в ячейке заключается в переводе всех запоминающих элементов ячейки в нулевое состояние. Режим записи в этом случае состоит из трёх этапов:
поиска ячейки; очистки ячейки; записи в неё информации.
Режим чтения (воспроизведения) заключается в считывании информации из выбранной ячейки. В ЗУ с неразрушающим считыванием режим чтения состоит из двух этапов - поиска ячейки и считывания из неё информации. В ЗУ с разрушающим считыванием режим чтения состоит из трёх этапов - поиска ячейки, считывания и восстановления (регенерации) информации.
Восстановление информации состоит в записи информации с регистра числа (слова) в ту же ячейку памяти (путь информации при восстановлении показан на рисунке 4.1 пунктиром).
4.1.2. Адресная и стековая организация памяти
Адресная память. В памяти с адресной организацией размещен и поиск информации в запоминающем массиве (ЗМ) основаны на использовании адреса хранения слова (числа, команды)