АРХИТЕКТУРА ПОДСИСТЕМЫ ПАМЯТИ МПС. ФУНКЦИИ ПАМЯТИ. МНОГОУРОВНЕВАЯ СТРУКТУРА ПАМЯТИ МПС

Память микропроцессорной системы выполняет функцию временного или постоянного хранения данных и команд; состоит из внутренней памяти (модулей ОЗУ и ПЗУ), памяти на внешних носителях (ВЗУ), внутренней регистровой памяти микропроцессора (РОН) и регистров внешних устройств (ВУ).

Внутренняя память состоит из энергонезависимого постоянного ЗУ (ПЗУ) и энергозависимого оперативного ЗУ (ОЗУ). ОЗУ позволяет осуществлять режим записи, хранения и считывания информации, а ПЗУ - режим программирования, хранения и считывания информации.

Иерархическая память состоит из нескольких запоминающих устройств, отличающихся емкостью, скоростью доступа и стоимостью: регистры, кэш-память, основная память, жесткий диск, сьемные носители

Иерархическая организация памяти. Одной из основ­ных функциональных частей микроЭВМ является па­мять — совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для записи, хранения и выдачи инфор­мации.

Память ЭВМ имеет иерархическую (многоуровневую) структуру. Более низкий уровень иерархии характери­зуется меньшим быстродействием и большим объемом. В больших и суперЭВМ число уровней памяти дости­гает 5—6. В микроЭВМ принято выделять три уровня: сверхоперативную (СОЗУ), оперативную (ОЗУ) и внеш­нюю (ВЗУ) память.

-Сверхоперативная память. СОЗУ имеет самые низкие время доступа (для БИС ТТЛ 50—100 не) и объем (8— 32 ячейки) и используется для временного хранения команд и данных, как правило, в течение выполнения одной или нескольких операций.

-Оперативная память. ОЗУ характеризуется тем, что время поиска ячейки, в которой хранится информация, не зависит от ее адреса (расположения в памяти), а раз­рядность обычно равна разрядности шины данных и крат­на восьми.

-Постоянная память (ПЗУ). Помимо оперативной памяти, микроЭВМ обычно имеют и постоянную память, в которой хранятся системные программы, тесты, транс­ляторы, прикладные программы. Информация, записанная в ПЗУ, не подлежит изменению и предназначена только для чтения. Отсюда иногда встречающееся название ПЗУ — ROM (от англ. read only memory — память только для чтения). Для размещения ПЗУ в адресном пространстве микроЭВМ ему необходимо предоставить часть адресного пространства, свободную от ОЗУ.

- Внешняя память. ВЗУ имеет наибольший объем — десятки и сотни мегабайт и самое большое время поиска, записи и считывания информации. В отличие от СОЗУ, ОЗУ (ПЗУ), называемых иногда внутренней памятью, ВЗУ в основном использует магнитные носители инфор­мации и не участвует непосредственно в процессе вычис­лений.

ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНОЙ ПАМЯТИ МПС. ПРОЦЕДУРА РАССЛОЕНИЯ ОБРАЩЕНИЙ К ПАМЯТИ.ЗАЩИТА ОСНОВНОЙ ПАМЯТИ.

Модуль памяти ОП (или основная память) МПС содержит постоянное запоминающее устройство ПЗУ и оперативное запоминающее устройство ОЗУ. В большинстве системах ОП физически реализуется в виде многоуровневой иерархической системы. Верхние уровни памяти строятся на основе полупроводниковых ПЗУ и ОЗУ, а нижние - на основе магнитных ВЗУ.

Основная память является одним из важнейших компонентов любой МПС и предназначена для хранения программ и данных, используемых или генерируемых выполняющимися программами. Главная характеристика основной памяти - объем или емкость. В МПС используются две единицы измерения емкости основной памяти - байт и слово.

Байт - это последовательность из 8 бит, рассматриваемая как один элемент данных или памяти. Биты в байте нумеруются от 0 до 7 в порядке справа налево, причем бит 0 считает младшим, а бит 7 - старшим в байте Каждый байт памяти имеет свой адрес. Другая, более крупная единица измерения емкости ОП - слово, которое состоит из двух байт и рассматривается как один элемент.

Память с расслоением

Наличие в системе множества микросхем памяти позволяет использовать потенциальный параллелизм, заложенный в такой организации. Для этого микросхемы памяти часто объединяются в банки или модули, содержащие фиксированное число слов, причем только к одному из этих слов банка возможно обращение в каждый момент времени. Как уже отмечалось, в реальных системах имеющаяся скорость доступа к таким банкам памяти редко оказывается достаточной . Следовательно, чтобы получить большую скорость доступа, нужно осуществлять одновременный доступ ко многим банкам памяти. Одна из общих методик, используемых для этого, называется расслоением памяти. При расслоении банки памяти обычно упорядочиваются так, чтобы N последовательных адресов памяти i, i+1, i+2, ..., i+ N-1 приходились на N различных банков. В i-том банке памяти находятся только слова, адреса которых имеют вид kN + i (где 0 ( k ( M-1, а M число слов в одном банке). Можно достичь в N раз большей скорости доступа к памяти в целом, чем у отдельного ее банка, если обеспечить при каждом доступе обращение к данным в каждом из банков. Имеются разные способы реализации таких расслоенных структур. Большинство из них напоминают конвейеры, обеспечивающие рассылку адресов в различные банки и мультиплексирующие поступающие из банков данные.

Защита памяти. Если в памяти одновременно могут находиться несколько независимых программ, необходимы специальные меры по предотвращению или ограничению обращений одной программы к областям памяти, используемым другими программами. Надо исключить воздействие программы пользователя на работу программ других пользователей и программ операционной системы.

Чтобы воспрепятствовать разрушению одних программ другими, достаточно защитить область памяти данной программы от попыток записи в нее со стороны других программ, а в некоторых случаях и своей программы (защита от записи), при этом допускается обращение других программ к этой области памяти для считывания данных.

В других случаях, например при ограничениях на доступ к информации, хранящейся в системе, необходимо иметь возможность запрещать другим программам производить как запись, так и считывание в данной области памяти. Такая защита от записи и считывания помогает отладке программы, при этом осуществляется контроль каждого случая выхода за область памяти своей программы.

Для облегчения отладки программ желательно выявлять и такие характерные ошибки в программах, как попытки использования данных вместо команд или команд вместо данных в собственной программе, хотя эти ошибки могут и не разрушать информацию.