16293

Исследование работы оперативно запоминающего устройства

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа №12 Тема: Исследование работы оперативно запоминающего устройства. Цель работы: Исследовать работу оперативно запоминающего устройства с помощью программы EWB. Оборудование: IBM PC. Программное обеспечение: WINDOWS EWB Вопросы для повторения: 1. К...

Русский

2013-06-20

79 KB

53 чел.

Лабораторная работа №12

Тема: Исследование работы оперативно запоминающего устройства.

Цель работы: Исследовать работу оперативно запоминающего устройства с помощью программы EWB.

Оборудование:  IBM PC.

Программное обеспечение:  WINDOWS, EWB

Вопросы для повторения:

1. Какие типы памяти существуют?

4. Где в современных компьютерах используется память статического типа?

5. Чем отличается динамическая память от статической?

6. Какие типы динамической памяти используются в современных компьютерах?

7. Что такое видеопамять и как она связана с характеристиками отображаемой на дисплее информации?

8. Какие типы памяти используются в качестве видеопамяти?

9. Какое конструктивное оформление имеют микросхемы памяти?

Методические указания

( краткая теория)

  Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) являются неотъемлемой частью микропроцессорных систем различного назначения. ОЗУ делятся на два класса: статические и динамические. В статических ОЗУ запоминание информации производится на триггерах, а в динамических — на конденсаторах емкостью порядка 0,5 пФ. Длительность хранения информации в статических ОЗУ не ограничена, тогда как в динамических она ограничена временем саморазряда конденсатора, что требует специальных средств регенерации и дополнительных затрат времени на этот процесс.


Конструктивно любое ОЗУ состоит из двух блоков — матрицы запоминающих элементов и дешифратора адреса. По технологическим соображениям матрица чаще всего имеет двухкоординатную дешифрацию адреса — по строкам и столбцам. На рис. 9.45 показана матрица 16-битного статического ОЗУ. Матрица состоит из 16 ячеек памяти mem_i, схема которой приведена на рис. 9.46. Каждая ячейка памяти адресуется по входам X, Y путем выбора дешифраторами адресных линий по строкам АхО...АхЗ и по столбцам АуО...АуЗ (см. рис. 9.45) и подачи по выбранным линиям сигнала логической единицы. При этом в выбранной ячейке памяти срабатывает двухвходовой элемент И (U1), подготавливая цепи чтения-записи информации на входных DIO...DI3 или выходных DOO...D03 разрядных шинах. Разрешающим сигналом для выдачи адреса является CS (chip select — выбор кристалла), который подается на вход разрешения счетчика адреса (Addr_cnt) или такой же вход дешифраторов, подключенных к выходам счетчика.

При записи в ячейку памяти (см. задание) на соответствующей разрядной шине устанавливается 1 или 0, на входе WR/RD' устанавливается сигнал 1 и после стробирования счетчика или дешифраторов адреса сигналом CS срабатывают элементы 2И U1, U2. Положительный перепад сигнала с элемента U2 поступает на тактовый вход D-триггера U4, в результате чего в нем записывается 1 или 0 в зависимости от уровня сигнала на его D-входе. При чтении из ячейки памяти на входе WR/RD' устанавливается 0, при этом срабатывают элементы U1, U3, U5 и на вход РАЗРЕШЕНИЕ ВЫХОДА буферного элемента U6 поступает разрешающий сигнал, в результате чего сигнал с Q-выхода D-триггера передается на разрядную шину DOO...D03. Для проверки функционирования ячейки памяти используется генератор слова.  В микропроцессорных системах в качестве ОЗУ чаще всего используются динамические ОЗУ с запоминающим конденсатором, которые отличаются большим многообразием. Приведем данные по наиболее распространенным типам таких ОЗУ.  В динамической памяти ячейки выполнены на основе областей с накоплением зарядов, занимающих гораздо меньшую площадь, нежели триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении информации. При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, который сохраняется в течение нескольких миллисекунд; для постоянного сохранения заряда ячейки необходимо регенерировать (перезаписывать) ее содержимое. Ячейки микросхем динамической памяти также организованы в виде прямоугольной матрицы; при обращении к микросхеме на ее входы вначале подается адрес строки матрицы, сопровождаемый сигналом RAS (Row Address Strobe — строб адреса строки), затем, через некоторое время — адрес столбца, сопровождаемый сигналом CAS (Column Address Strobe — строб адреса столбца). При каждом обращении к отдельной ячейке регенерируются все ячейки выбранной строки, поэтому для полной регенерации матрицы достаточно перебрать адреса строк. Ячейки динамической памяти имеют сравнительно малое быстродействие (десятки — сотни наносекунд), но большую удельную плотность (порядка нескольких мегабайт на корпус) и меньшее энергопотребление.

  Обычные ОЗУ называют часто асинхронными, так как установка адреса и подача управляющих сигналов могут выполняться в произвольные моменты времени, необходимо только соблюдение временных соотношений между этими сигналами. В них включены так называемые охранные интервалы, необходимые для установления сигналов. Существуют также синхронные виды памяти, получающие внешний синхросигнал, к импульсам которого жестко привязаны моменты подачи адресов и обмена данными; они позволяют более полно использовать внутреннюю конвейеризацию и блочный доступ.

FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM — динамическая память с быстрым страничным доступом), активно используется в последнее время. Память со страничным доступом отличается от обычной динамической памяти тем, что после выбора строки матрицы и удержания сигнала RAS допускает многократную установку адреса столбца, стробируемого сигналом CAS, а также быструю регенерацию по схеме "CAS прежде RAS". Первое позволяет ускорить блочные передачи, когда весь блок данных или его часть находятся внутри одной строки матрицы, называемой в этой системе страницей, а второе — снизить затраты времени на регенерацию памяти.

EDO (Extended Data Out — расширенное время удержания данных на выходе) фактически представляют собой обычные микросхемы FPM, на выходе которых установлены регистры-защелки данных. При страничном обмене такие микросхемы работают в режиме простого конвейера: удерживают на выходах данных содержимое последней выбранной ячейки, в то время как на их входы уже подается адрес следующей выбираемой ячейки. Это позволяет примерно на 15% по сравнению с FPM ускорить процесс считывания последовательных массивов данных. При случайной адресации такая память ничем не отличается от обычной.

BEDO (Burst EDO — EDO с блочным доступом) — память на основе EDO, работающая не одиночными, а пакетными циклами чтения/записи. Современные процессоры благодаря внутреннему и внешнему кэшированию команд и данных обмениваются с основной памятью преимущественно блоками слов максимальной ширины. При наличии памяти BEDO отпадает необходимость постоянной подачи последовательных адресов на входы микросхем с соблюдением необходимых временных задержек, до- ' статочно стробировать переход к очередному слову отдельным сигналом.

SDRAM (Synchronous DRAM — синхронная динамическая память) — память с синхронным доступом, работающая быстрее обычной асинхронной (FPM/EDO/BEDO). Кроме синхронного доступа, SDRAM использует внутреннее разделение массива памяти на два независимых банка, что позволяет совмещать выборку из одного банка с установкой адреса в другом. SDRAM также поддерживает блочный обмен. Основное преимущество SDRAM состоит в поддержке последовательного доступа в синхронном режиме, где не требуется дополнительных тактов ожидания. При случайном доступе SDRAM работает практически с той же скоростью, что и FPM/EDO.

РВ SRAM (Pipelined Burst SRAM — статическая память с блочным конвейерным доступом) — разновидность синхронных SRAM с внутренней конвейеризацией, за счет которой примерно вдвое повышается скорость обмена блоками данных.

Кроме основного ОЗУ, устройством памяти снабжается и устройство отображения информации — видеодисплейная система. Такая память называется видеопамятью и располагается на плате видеоадаптера. Видеопамять служит для хранения изображения. От ее объема зависит максимально возможное разрешение видеокарты — АхВхС, где А — количество точек по горизонтали,

В — по вертикали,С— количество возможных цветов каждой точки. Например, для разрешения 640х480х16 достаточно иметь видеопамять 256 Кбайт, для 800х600х256 — 512 КБ, для 1024х768х65536 (другое обозначение — 1024x768x64k) — 2 Мбайт и т.д. Поскольку для хранения цветов отводится целое число разрядов, количество цветов всегда является целой степенью 2 (16 цветов — 4 разряда, 256 — 8 разрядов, 64k — 16 и т.д.).

В видеоадаптерах используются следующие типы видеопамяти.

FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM — динамическое ОЗУ с быстрым страничным доступом) — основной тип видеопамяти, идентичный используемой в системных платах. Активно применялась до 1996 г. Наиболее распространенные микросхемы FPM DRAM — четырехразрядные DIP и SOJ, а также шестнадцатиразрядные SOJ.

VRAM (Video RAM — видео-ОЗУ) — так называемая двухпортовая DRAM с поддержкой одновременного доступа со стороны видеопроцессора и центрального процессора компьютера. Позволяет совмещать во времени вывод изображения на экран и его обработку в видеопамяти, что сокращает задержки и увеличивает скорость работы.

EDO DRAM (Extended Data Out DRAM — динамическое ОЗУ с расширенным временем удержания данных на выходе) — память с элементами конвейеризации, позволяющей несколько ускорить обмен блоками данных с видеопамятью.

SGRAM (Synchronous Graphics RAM — синхронное графическое ОЗУ) — вариант DRAM с синхронным доступом, когда все управляющие сигналы изменяются одновременно с системным тактовым синхросигналом, что позволяет уменьшить временные задержки.

WRAM (Window RAM — оконное ОЗУ) — EDO VRAM, в котором окно, через который обращается видеоконтроллер, сделано меньшим, чем окно для центрального процессора.

MDRAM (Multibank DRAM — многобанковое ОЗУ) — вариант DRAM, организованный в виде множества независимых банков объемом по 32 Кбайт каждый, работающих в конвейерном режиме.

Увеличение скорости обращения видеопроцессора к видеопамяти, кроме повышения пропускной способности адаптера, позволяет повысить максимальную частоту регенерации изображения, что снижает утомляемость глаз оператора.

Микросхемы памяти имеют четыре основные характеристики — тип, объем, структуру и время доступа. Тип обозначает статическую или динамическую память, объем показывает общую емкость памяти, а структура — количество ячеек памяти и разрядность каждой ячейки. Например, 28/32-выводные DIP-микросхемы SRAM имеют 8-разрядную структуру (8kx8, 16kx8, 32kx8, 64kx8, 128kx8), кэш объемом 256 Кбайт состоит из восьми микросхем 32kx8 или четырех микросхем 64kx8 (речь идет об области данных, дополнительные микросхемы для хранения признаков могут иметь другую структуру). Две микросхемы по 128kx8 поставить уже нельзя, так как нужна 32-разрядная шина данных, что могут обеспечить только четыре микросхемы. Распространенные РВ SRAM в 100-выводных корпусах PQFP имеют 32-разрядную структуру 32kx32 или 64kx32 и используются по две или по четыре в платах для Pentium.

Ход работы.

1. Изучите краткую теорию и ответьте на контрольные вопросы.

2.Соберите и исследуйте работу ячейки памяти.

.

3. Объясните принцип работы и полученные результаты.

4. Заполните таблицу.

Статическая

Динамическая

Видео

Характеристики

5. Сделайте вывод

Литература.

  1.  Бабич Н.П , Жуков И.А. Основы цифровой схемотехники: Учебное пособие. – М. Издательский дом «ДОДЭКА – XXI», К.: «МК-Пресс»,2007.-480с.
  2.  Калабеков Б.А.  Цифровые устройства и микропроцессорные системы: Учебник для техникумов связи. – М: Горячая линия - Телеком, 2000.- 336


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55082. Створення, відкриття, збереження файлів книг. Введення й редагування діапазонів 775 KB
  Для запуску програми виконайте такі дії: Натисніть на кнопку Пуск. Відшукайте в ньому програму Microsoft Excel і натисніть на ній. Щоб покинути Excel і повернутися до робочого столу Windows 95 виконайте будьяку з цих операцій: Відкрийте меню Файл і натисніть на Вихід. Натисніть на кнопку Закрити в правому кутку заголовка вікна Excel.
55083. Налоговая система и ее элементы 20.05 KB
  Налоговая система представляет собой единую совокупность однородных элементов, объединенных в единое целое и выполняющих единую задачу - изъятие налогов и сборов с субъектов налога в соответствующие бюджеты и внебюджетные фонды территориальных образований.
55084. Налоги и их функции 19.75 KB
  Налог – это принудительно изымаемые государством или местными властями средства с физических и юридических лиц, необходимые для осуществления государством своих функций.
55085. Бюджетный дефицит: виды и методы финансирования 32.98 KB
  Бюджет любого государства представляет собой официальный документ, в котором содержится свод доходов и расходов на очередной финансовый год. Согласно этому законодательному акту страна живет в течение всего года; вся деятельность любой власти подчинена одному
55088. Розрахунки по сепаруванню і нормалізації молока 236.5 KB
  Мета: Набути практичні навики при проведенні розрахунків по сепаруванню і нормалізації молока. Розрахунки по сепаруванню молока. Під час сепарування молока його розподіляють на дві фракції: вершки і знежирене молоко.
55089. Розрахунки різних видів питного молока та вершків 144.5 KB
  Мета: Набути практичні навики при проведенні розрахунків різних видів питного молока та вешків. Пастеризоване молоко Масу вершків Мв одержаних під час нормалізації незбираного молока в потоці розраховують за формулою...