Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Ноября 2014 в 13:22, реферат
1. Жадтайтын құрылғылардың параметрлері және жіктелуі.
2. Еркін таңдайтын жартылай өткізгішті ЖҚ-лардың модульдерін ұйымдастыру.
3. Статикалық жады.
б)
25.24-сурет. Жинақты-ассоциативті кэш-жадыны ұйымдастыруға түсінік:
а) кэш құрылымы; б) кэштелетін жады адресі.
Талап етілетін блогты бейнелеуші жинақтың жолы кэш тегтерін адрестің үлкен разрядтарымен салыстыру арқылы анықталады. Сонымен қатар, әрбір жинақпен жинақ жолын (кэш-адасу болған жағдайда деректердің жаңа блогтарымен ауыстыруға тиісті) анықтайтын белгі байланысады.
Қазіргі заманғы микропроцессорлардың бірінші реттік кэштері жинақты-ассоциативтік архитектураға ие.
Толық ассоциативті кэш-жады құрылымы 5.25-суретте берілген, оның кез-келген жолы негізгі жадының кез-келген блогын бейнелейді. Кэш-жадының «тег» өрісіне кэштелген блог адресінің, тег жолдағы деректер ығысуын анықтайтын биттерден басқа, барлық биттері жазылады.
Қатынас құру кезінде талап етілген ақпарат адресінің үлкен бөлігі, тура бейнелейтін немесе жинақты ассоциативті архитектурадағы сияқты біреуімен
немесе бірнешеуімен емес, барлық жолдардың тегтерімен салыстырылады.
Олар бір-біріне сәйкес болған жағдайда және, демек, кэште негізгі жадының берілген блогындағы деректер көшірмелерінің бар екендігі анықталғанда, кэш hit сигналын тудырады және оқу кезінде деректерді деректердің жалпы шинасына береді. Егер сәйкестік жоқ болса (hit=0), яғни кэш-адасу жағдайы орын алса, онда негізгі жадыдан оқу кезінде деректер адресімен бірге кэш-жадының бос жолдарының біріне орналастырылады.
5.25-сурет. Толық ассоциативті кэш-жадының құрылымы
Деректерді адресімен бірге жазу кезінде, әдетте ол алдымен кэш-жадыға орналастырылады. Негізгі жадыға деректерді көшіру, жадыға қатынас құру жоқ кезде, арнайы контроллердің басқаруымен орындалады. Толық ассоциативті кэш-жады адрестердің функциональды икемділігі мен келіспеушіліктің болмауын қамтамасыз етеді, себебі кез-келген деректер блогын кэш-жадының кез-келген жолына орналастыруға болады. Дегенмен тегтер жадысының ұяшықтарын біртіндеп іріктеу іс жүзінде мүмкін емес, оған уақыт көп кетеді, ал барлық ұяшықтарға бір мезгілде талдау жасау аппаратураны елеулі қиындатып жібереді. Сондықтан ассоциативті архитектура әзірше шағын сыйымдылықты бірінші реттік кэш-жадылар үшін кейбір процессорларда ғана қолданылады.
5.6. Тұрақты, программаланатын
және репрограммаланатын
жадтайтын құрылғылар
Тұрақты жадтайтын құрылғылар (ТЖҚ), құрылғы жұмыс істеп тұрған барлық уақыт мезетінде, өзгеріссіз қалатын ақпаратты сақтауға және оқуға арналған. Бұл ақпарат құрылғыны қорек көзінен ажыратқан кездің өзінде де жоғалмайды, сондықтан ТЖҚ статикалық және динамикалық типті ЕТЖҚ-дан ерекшелігі, энергияға тәуелсіз жады деп те аталады. ТЖҚ ЖЭ-ң матрицалық жинағын көрсетеді және, өзінің құрылымы бойынша, еркін таңдаулысы бар құрылғы болып табылады. ТЖҚ-да, ЕТЖҚ сияқты, кез-келген ЖЭ-нен ақпаратты таңдау уақыты, оның жинақтағы орналасу орнына (адресіне) тәуелді емес.
ТЖҚ-ң негізгі жұмыс режимі ақпаратты оқу режимі болып табылады, ал кейбір ТЖҚ типтері ақпаратты енгізгеннен кейін тек оқуға ғана мүмкіндік береді. Олардың ROM(Read Only Memory – тек оқуға арналған жады) немесе
ТЖҚ(тұрақты жадтайтын құрылғы)-деп ортақ аталуы осымен түсіндіріледі.
Айта кету керек, ТЖҚ-да, статикалық типті ЕТЖҚ-дағы сияқты, ақпаратты оқу кезінде ол бүлінбейді. ТЖҚ-ға ақпаратты жазу «программалау» деп аталады және бұл процесс оқу процесіне қарағанда едәуір күрделі, сондай-ақ оқуға қарағанда уақыттың, энергияның және құрал жабдықтардың үлкен шығынын талап етеді. Программалау тәсілдері бойынша ТЖҚ-ң мынадай негізгі типтері бар: маскалық, программаланатын және қайта программаланатын.
Қалкалық ТЖҚ-ға, жасалу процесі кезінде программаланатын ROM шағынсұлбалары жатады. PROM (Рrogrammable ROM) шағынсұлбалары түрінде шығарылатын, программаланатын ТЖҚ-ға ақпарат олардың, тұтыну қасиеттеріне және қолдану саласына сәйкес, арнаулы құрылғыға орнатылуы алдында бір рет жазылады және де программалау балқығыш мойнақтарды күйдіру жолымен жүзеге асырылады.
Қайта программаланатын ТЖҚ (ҚПТЖҚ) немесе көп мәрте программаланатын ТЖҚ өшірілетін ТЖҚ (ӨТЖҚ) деп те аталады. Өшіру процедурасы жазудан әдетте әлдеқайда ұзақ.
ТЖҚ-ң маңызды параметрлеріне сақтау уақыты және электрлік әсерлерге төзімділігі, ал ӨТЖҚ үшін – сонымен қатар, қайта программалау циклдарының кепілдік саны мен программалау кернеуі және т.б.жатады.
ҚПТЖҚ-да ЖЭ-дегі ақпаратты өшіру тұтастай шағынсұлба үшін орындалады, болмаса белгілі бір блогтың немесе бір ұяшықтың (байт) көлемінде орындалады. Мынаны ескеру керек, ТЖҚ-да, оның типіне тәуелсіз, ақпарат адрестер шинасы (АШ) мен деректер шинасы (ДШ) арасында байланыстың бар немесе жоқ болуы түрінде беріледі. Ақпарат көп разрядты сөздер түрінде сақталады, сондықтан ТЖҚ құрылымы бір координатты (бір адрестік) таңдау принципі бойынша құрылады. Егер ТЖҚ-да сақталатын ақпараттық сөздің разрядтылығы, қажетті шығыс сөзінің разрядтылығынан асып кетсе, онда ЖЭ матрицасының шығысында шығыс сөзінің қосымша селекторлары қолданылады. ТЖҚ-ң негізгі типтерін толығырақ қарастыралық.
Қалкалық ТЖҚ
Қалкалық ТЖҚ-ға ақпарат осы құрылғыны дайындаудың соңғы технологиялық кезеңдерінің бірінде жазылады. ТЖҚ-да жады элементтерін (ЖЭ), АШ мен ДШ шиналары арасындағы түйіндерге қосылған, биполярлық және МДЖ-транзисторлар түзеді.
Бастапқы материалға құрылым «суретін» түсіру фотолитографияның бірнеше тізбекті циклдарының көмегімен орындалады. Қалыптасатын жартылай өткізгішті аспаптардың жекелеген элементтері (мысалы, биполярлық транзисторлардың эмиттерлік және коллекторлық өтулері немесе МДЖ-транзисторлардың бастауы мен құйма шығулары) маска-фотошаблондарды қолдану арқылы орындалады. Берілген типті ТЖҚ-ң қалкалық деп аталуы осымен түсіндіріледі. Алдымен, ТЖҚ-дан барлық адрестер бойынша бірдей сигнал (мысалы, логикалық 1) оқылатындай етіп, барлық АШ мен ДШ-н қосылуын қамтамасыз ететін фотошаблондар дайындалады. Әрі қарай, тапсырыс бойынша нақты ақпаратты (оның шындық кестесіне сәйкес) қамтитын әрбір ТЖҚ үшін тағы бір шаблон дайындалады, оның көмегімен АШ және ДШ шиналары арасындағы, аспаптардың кейбір аумақтары (мысалы коллекторлық өтулер немесе транзисторлар құймаларының шығулары) орналасатын, қосылыс учаскісінің нақты формасы мен координатасы беріледі. Бұл әдіс, ақпараттары әртүрлі ТЖҚ-ны дайындау үшін, тек бір фотошаблонды ғана өзгертуге мүмкіндік жасап, өндіріс процесін едәуір жеңілдетеді және тездетеді.
Қалкалық ТЖҚ-лар бір масканың көмегімен шағынсұлбалардың үлкен көлемін (санын) программалауға болатын ірі сериялы өндірісте ерекше пайдалы. Биполярлық және МДЖ-транзисторларда орындалған маскалық ТЖҚ-дың ЖЭ-тер матрицаларының үзінділерін қарастырайық (5.26, а және б-сурет). 5.26-суретте деректердің РШ разрядтық шинасы ретінде белгіленген, деректердің шығыс шинасы, НЕМЕСЕ-ЕМЕС сұлбасы бойынша қосылған, бағандағы (ЖЭ функциясын атқаратын) барлық транзисторлар үшін ортақ болып табылады. Қалыпты жағдайда бұл шинада жоғары деңгейлі (логикалық 1) кернеу болады және бұл кернеу, АШ шинаның дешифрленген адресі(жолды ТТi таңдау линиясы) есебінен, тек оқу кезінде ғана төмен бола алады. Мысалы, базасы ТТi жолды таңдаудың i-ші тізбегіне қосылынған T1 (5.26, а-сурет) байланыстырғыш биполярлық транзистор толық орындалса, онда осы i-ші тізбекте жоғары деңгейлі кернеу пайда болған жағдайда T1 транзисторы ашылады және осының әсерінен, деректердің РШ разрядтық шинасында төменгі деңгейлі кернеу(логикалық 0) қалыптасады. Егер транзистордың, мысалы T2-нің, дайындалуы барысында оның коллекторлық өтуі жасалынбаса, онда ТТi+1 тізбегінде жоғары деңгейлі кернеудің пайда болуы T2 транзисторын ашпайды, сондықтан да деректердің разрядтық шинасында логикалық 1 кернеуі өзгеріссіз қалады.
5.26-сурет. Биполярлық (а) және nМДЖ-транзисторлардағы
(б)
Басқа сұлбада (5.26, б-сурет) таңдау тізбектеріндегі сигналдармен НЕМЕСЕ-ЕМЕС операциясын орындау қалыпты жағдайда жабық nМДЖ-транзисторлардың көмегімен жүзеге асырылады. Алдыңғы сұлбадағы сияқты, бұл жерде Т1 nМДЖ-транзистордың құйма шығуының болуы осы разрядтағы логикалық 0-ге, ал жоқтығы – логикалық 1-ге сәйкес келеді. Айту керек, маскалық ТЖҚ (ROM) өте жоғары жылдамдыққа ие (қатынас құру уақыты 30-70 мс). Сонымен қатар, олардың құрылымы қарапайым және жүйелі келеді, бұл ақпараттың үлкен көлемін сақтауға қабілетті шағынсұлбалар дайындауға мүмкіндік береді. Дегенмен ROM микросхемалары қалкалардың қымбаттылығына және, сол себепті, олардың құрамын модификациялаудың күрделілігіне байланысты қазіргі заманғы компьютерлерде кең қолданыс таба алған жоқ.
PROM типті
ТЖҚ-да (бір мәрте) программалау арнайы
мойнақтарды алып тастау(жою) немесе
құру арқылы жүзеге асырылады.
Мойнақтар металлдан немесе
Жады элементтер (ЖЭ) матрицасы біркоординаталы (бір адрестік) түрде ұйымдастырылған, балқымалы мойнақтары бар құрылымы 2 D типті программаланатын ТЖҚ(ПТЖҚ)-ң жұмыс принципін қарастыралық (5.27-сурет). 32 бағаннан және 8 жолдан тұратын ЖЭ-ң матрицасы 8-эмиттерлік транзисторларда құрастырылған, ондағы әрбір база-эмиттер p-n-өтуі бір ЖЭ-ке сәйкес келеді. Базалары, жолдар адрестері дешифраторының шығыстарындағы таңдау тізбектеріне, қосылынған көпэмиттерлік
транзисторлар (КЭТ) эмиттерлік қайталағыш режимінде жұмыс жасайды.
5.27-сурет. Балқымалы мойнақтары бар программаланатын ТЖҚ сұлбасы
ЖЭ матрицасының, бір уақытта кірістері де (программалау кезінде) және шығыстары да (оқу кезінде) болып табылатын КЭТ эмиттерлері сыртқы деректер шинасымен (ДШ), терістеуіш шығыстары бар буферлік каскадтар – тристабильді сұлбалар (элемент 1 және 2) арқылы қосылған. Бастапқы дайындамада барлық мойнақтар болады, ал программалау кезінде мойнақтардың кейбір бөлігі, олар арқылы шамасы (бірнеше ондаған миллиампер) және ұзақтығы жеткілікті дәрежеде үлкен импульстік токтарды өткізу жолымен күйдіріледі (алып тасталынады).
Программалау кезінде программалау импульстерін қалыптастырғыштар-дың жұмысына рұқсат беретін ОЕ2 сигналы активті мәнге ие (ОЕ2 = 1), ал деректерді оқу процесіне ОЕ1 рұқсат сигналы жоқ (ОЕ1 = 0) болады. Бұл кезде үштұрақтылы жағдайы бар сұлбалар (1 элементтері) жоғарыкедергілі күйге ауысады және программалау процесіне әсер етпейді, сонымен бірге ЖЭ матрицасынан сыртқы ДШ-на деректердің беруілуіне тыйым салады. ПТЖҚ-ға жазылатын ақпарат байты, сыртқы ДШ-ң D7...D0 разрядтық тізбектерінен импульстердің қалыптастырғыштары (2 элементтері) арқылы, адрестік дешифратор таңдаған ЖЭ матрицасының жолына беріледі. Бұл кезде ақпарат байтының, мысалы, 1-лері бар разрядтары қалыптастырғыштардың шығыстарында терістеледі де, КЭТ-ң сәйкес эмиттерлерінде төменгі деңгейлі
кернеу болады. КЭТ-ң эмиттерлік p-n-өтулері арқылы мойнақтарды күйдіретін токтар ағады.
Оқу кезінде ОЕ1 сигналы активті мәнге ие (ОЕ1 = 1), ал ОЕ2 сигналы болмайды (ОЕ2 = 0), сондықтан 2-ші элементтер шығыстарында кернеудің жоғары деңгейлері қалыптасады, сондықтан олар деректерді оқу процесіне әсерін тигізе алмайды. Мысалы, егер ЖЭ-де ұстатқыш жоқ (жойылған) болса, онда үш тұрақты күйі бар сұлбаның (1-ші элемент) кірісіне төменгі деңгейлі кернеу келіп түседі. 1-ші элемент терістеуші болғандықтан, оның шығысынан сыртқы ДШ-ң разрядтық тізбегіне бірлік сигналы беріледі, яғни
программалау кезінде жазылатын сигнал беріледі.
Балқымалы мойнақтар микросхема кристалында көп орын алады, сондықтан осындай мойнақтары бар ПТЖҚ-ң интеграциялау дәрежесі маскалық ТЖҚ-ға қарағанда едәуір төмен. Соған қарамастан, микросхемаларды программалау мүмкіндігін қолданушылардың өздері атқара алатындықтан, ПТЖҚ BIOS кодтарын сақтауда және графикалық адаптерлерде кең қолданылады.
Қайта программаланатын ТЖҚ-ң микросхемаларын программалау және ондағы ақпаратты өшіру программаторда, болмаса (жазу интерфейсінің қарапайымдылығына байланысты) арнаулы құрылғының өзінде (егер онда сәйкес құрал-жабдықтар қарастырылған болса) орындалуы мүмкін. Арнаулы құрылғыдан (РС) алынбайтын микросхемалар үшін, оларды қайта программалаудың екі тәсілі бар:
Қайта жазу процесі (ескі ақпаратты өшіру және оны жаңасымен алмастыру) оны оқу уақытысынан әлдеқайда (бірнеше ретке) артық уақытты талап етеді. Оқу процесі ҚПТЖҚ-ң жұмыс режимінде жеткілікті дәрежедегі жылдамдықпен орындалады. Ақпаратты өшіру тұтастай микросұлба үшін, немесе белгілі бір блок үшін, немесе бір ұяшық (байт) үшін орындалады. Өшіру өшірілетін аумақтың барлық биттерін бір күйге (әдетте барлығын бірлік күйге, анда-санда нөлдікке) келтіреді. Өшіру процедурасы әдетте жазу процесімен салыстырғанда ұзағырақ.
Информация о работе Жартылай өткізгішті жадтайтын құрылғылар