Лекция 5. Общая организация памяти.
Память вычислительной системы обычно состоит из одной или нескольких печатных плат, которые подключены к системной шине. На каждой плате находится модуль, адресуемый старшими битами шины адреса. Как показано на рис. 101, в большинстве систем имеются модули ПЗУ и ЗУПВ. Однако следует указать, что в малых системах типа контроллеров могут быть только ПЗУ, а сама память находится на той же печатной плате (и даже в одной и той же микросхеме), что и процессор.
Рис 101 Общая организация памяти
Рис 102 Типичный модуль памяти
Общий вид модуля памяти представлен на рис 102 В его состав входят интерфейс и набор микросхем памяти, каждая из которых содержит массив запоминающих элементов; запоминающий элемент может хранить 1 бит К элементам в микросхеме можно обращаться отдельно или группами, но в любом случае соблюдаются следующие отношения
I говорит что микросхема памяти имеет организацию М х N, если она содержит М групп из N элементов, а модуль имеет организацию К х L, если он содержит К слов длиной L бит каждое. Для иллюстрации введенных определении на рис 10 3 приведены несколько модулей, реализованных на основе типичных микросхем памяти
Важнейшими критериями при проектировании памяти являются стоимость, емкость, быстродействие, потребление энергии, надежность, энергозависимость и возможности доступа.
Стоимость модуля обычно складывается из двух компонент, одна из которых не зависит oт размера модуля и называется накладными расходами, а вторая пропорциональна размеру и называется инкрементной стоимостью Накладные расходы в основном связаны с электроникой обрамления, а инкрементная стоимость соотносится со стоимостью микросхем Обе компоненты зависят от числа контактных соединений и сложности печатной платы Следовательно, микросхемы с большей емкостью требуют меньше служебных приборов и обеспечивают выигрыш в стоимости Так как накладные расходы почти не зависят от емкости модуля, но должны учитываться в каждом модуле, предпочтительнее реализовать память заданной емкости, используя минимум модулей Еще одним фактором, учитываемым в накладных расходах, является стоимость блока питания Чем меньше число напряжений питания, тем менее сложной становится разработка блока питания и платы
Быстродействие памяти характеризуется временем обращения (или доступа) , которое определяется как временной интервал от момента поступления
Рис 103 Типичные массивы микросхем памяти
стабильных сигналов адреса до получения выходных данных. Время обращения зависит от mhoihx факторов и даже связано с емкостью микросхемы Для быстродействующих транзисторов приходится отводить большую площадь кристалла, что уменьшает число запоминающих элементов Кроме тою, быстродействующие микросхемы, которые производятся по биполярной технологии, оказываются более дорогими чем по емкостной.
Потребляемая энергия очень важна для микросхем которые должны работать oт аккумуляторов или солнечных элементов (например, на космических объектах). Определяющим фактором для потребляемой каждым запоминающим элементом энергии является применяемая технология. Наиболее часто память с минимальным потреблением энергии производится по КМОП-технологии. Основной ее недостаток связан с увеличением площади кристалла для каждого запоминающего элемента, что уменьшает емкость микросхемы. К сожалению, потребляемая энергия и быстродействие связаны пропорциональной зависимостью, поэтому оптимизировать оба эти показателя сложно и дорого. Сейчас наиболее хороший компромисс между быстродействием, потреблением энергии и емкостью обеспечивает высококачественная МОП-технология.
Поскольку надежность микросхем после их тщательного контроля довольно высока, надежность модуля сильно зависит от числа паяных соединений и сложности платы. Следовательно, при уменьшении общего числа контактов надежность модуля увеличивается, что дополнительно стимулирует минимизацию числа микросхем в модуле.
Энергонезависимость и возможности доступа во многом определяются условиями применения. Если применение не требует энергонезависимости, нет никаких причин обеспечивать ее. Когда же требуется энергонезависимое ЗУПВ, приходится использовать ферритовую память, а для полупроводниковой памяти вводить резервное питание По возможности следует как можно шире применять ПЗУ как наименее дорогие, энергонезависимые, надежные и помехоустойчивые устройства, обладающие высокой плотностью упаковки