Классификация запоминающих устройств

По способу доступа к данным:

1. Адресные (указывается адрес и происходит обращение, ячейки адресной памяти равнодоступны, самый многочисленный тип из которого делаются все остальные)

- ROM

- RAM

2. Последовательные (в них образуется некоторая очередь, считывание происходит из очереди слово за словом (FIFO) или в обратном порядке (FILO))

- FIFO

- Стековые (FILO)

- Файловые (организуются структуры подобные файлам)

- циклические (способ организации памяти, при котором последовательно размещенные ячейки памяти доступны одна за другой с периодом определяемым емкостью памяти)

3. Ассоциативные (поиск информации реализуется не по адресу или месту в последовательности, а по некоторому признаку. Основное применение - кэш память).

- Полностью ассоциативная

- С прямым размещением

- Наборно-ассоциативные

Запоминающие устройства типа постоянная память

ROM – память “только для чтения”:

- ROM (M), ROM (L) – масочные, лазерные ПЗУ, информация заносится при создании

- PROM, EPROM-OTP – однократно программируемые ППЗУ, в лабораторных условиях или при помощи специальных программаторов или специальных режимов, без изъятия микросхемы из устройств

- EPROM – многократно программируемая ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием (РПЗУ-УФ)

- EEPROM – программируемый ROM с электрическим стиранием (РПЗУ-ЭС)

- Flash memory – флэш-память относится к классу EEPROM, но имеет структурные и технологические особенности, что позволило выделить ее в отдельный класс. Флэш-память командная, запись идет блоками, ячейки не равнодоступные.

RAM

- Статические – хранит ячейку в триггерах; дороже; отличается высоким быстродействием; применение – на земле кэш, FIFO, LIFO; в космосе - вся память статическая.

a. Асинхронные (стандартные). При обращении к асинхронному ЗУ до выдачи данных проходит время, являющееся параметром памяти, не связанным с тактированием процессора.

b. Синхронные – длительность рабочих этапов жестко связана с тактовыми сигналами процессора. Выдача и запись производится в соответствии с внешней синхронизацией. Синхронные ЗУ работают быстрее.

В многопортовых ЗУ возможно одновременное обращение более чем к 1 ячейке(слову) памяти. Например двухпортовые ЗУ могут осуществлять одновременную запись в одну ячейку и считывание из другой. (используется при организации многопроцессорных систем с разделением памяти - несколько процессоров, а память одна).

- Динамические – данные хранятся в виде заряда конденсатора; более высокая информационная емкость; в 4-5 раз дешевле статической; быстродействие в 2-3 раза ниже; саморазряд разрушает хранимые данные, поэтому они каждые несколько секунд должны регенерироваться с помощью специальных контроллеров. Сейчас системы имеют внутренние системы регенерации. Это основная память компьютеров и всех микропроцессорных систем, в космосе она не применяется, однако в последнее время появилась радстойкая динамическая память. В отечественной космонавтике не используется, и еще долго не будет использоваться.

Перспективные ЗУ

- FRAM – ферроэлектрическая память. Достоинства: высокое быстродействие, высокая емкость, энергонезависимость.

- MRAM – магниторезистивное ЗУ. Достоинства: высокая емкость, энергонезависимость, среднее быстродействие, не чувствительная к космической радиации. Массовая память.

- PFRAM – полимерные фотоэлектрические ЗУ. Достоинства: высокая емкость, дешевизна, невысокое быстродействие, энергонезависимая.

- OUM – интегральная память, которая использует физические эффекты, свойственные компакт дискам. Достоинства: энергонезависима, дешевизна.

Основные структуры запоминающих устройств

Структура ЗУ типа 2D

Рисунок – для небольших объемов, простая, почти не используется. ЗЭ (запоминающие элементы) образуют матрицу размеров k*m, k – число хранимых слов, m – разрядность, дешифратор DC при наличии разрешающего сигнала Chip Select CS в соответствии с пришедшим адресом A активизирует только одну строку матрицы, разрешая одновременный доступ ко всем запоминающим элементам выбранной строки. Элементы столбцов соединены вертикальной линией с усилителями записи и чтения. Направление обмена определяется сигналом RW.

Данная структура может применяться для запоминающих устройств малой емкости, т.к. при росте емкости резко проявляется ее недостаток.

Недостатки:

1. Дешифратор адреса сложен, т.к. количество линий большое. Число его выходов равно числу хранимых слов.

2. Форма матрицы далека от квадратной.

Структура ЗУ типа 3D

 Данная структура упрощает дешифратор адреса, матрица имеет вид квадрата, за счет двухкоординатной выборки запоминающих элементов.

Адрес разрядностью n делится на 2 половины, каждая из которых декодируется отдельно. Одна половина дешифрирует адрес строки, другая – адрес столбца. Выбирается тот ЗЭ, который находится на пересечении активных линий выходов обоих дешифраторов. Значительно упрощаются дешифраторы. Суммарное число выходов обоих дешифраторов Недостатки: усложнение элемента памяти, требуется двухкоординатная выборка.

Такие структуры имеют ограниченное применение, так как есть структура ЗУ типа 2DM.

В структуре 2DM матрица запоминающих элементов адресуется от дешифратора DC. Возбужденный выход дешифратора выбирает целую строку, выходы строки подаются на мультиплексор и демультиплексор.

Однако, в отличие от структуры 2D, длина строки не равна разрядности хранимых слов, а многократно ее превышает. При удлинении строк их число уменьшается, уменьшается число выходов дешифратора, матрица становится квадратной или близкой к квадратной. Для выбора строки используется старшая часть адресного кода. Остальные разряды выбирают с помощью мультиплексора слово из такого их множества, которое содержится в длинной строке. Из каждого отрезка строки длиной 2k мультиплексор выбирает один бит. На выходах мультиплексоров формируется выходное слово. При записи сигнал RW переключает блоки в режим демультиплексора, через которые разряды входного слова подаются на соответствующие столбцы матрицы и затем записываются в ЗЭ выбранной строки