Тақырып 9. Тұрақты жадыда сақтау құрылғылары. КЭШ-жадыны ұйымдастыру. Сыртқы жадылар

SRAM және DRAM микросхемалары энергияға тәуелді болғандықтан, қорек көзінен суырылған уақытта ондағы ақпарат бірден жойылады. Алайда қорек көзіне тәуелсіз түрде ақпаратты сақтау мүмкіншіліг бар жады құрылғылары керек.

SRAM және DRAM микросхемалары энергияға тәуелді болып келеді, қорек көзі өшірілген соң, ондағы сақталынған ақпарат жойылады. Алайда көптеген құрылғылар мен компоненттерге қорек көзі өшкеннен кейін де ақпаратты сақтайтын жады керек. Мұндай құрылғыларға мысал ретінде кәдімгі компьютерлердің үлкен көлемді ақпараттарды сақтауға, сондай ақ операциялық жүйенің программалық қамтамаларын сақтауға арналған қатаң дискілер жатады. Компьютер өшкен кезде программалық қамтама дискіден негізгі жадыға жүктелінеді. Бұл жұмысты арнайы жүктеу программасы атқарады. Бұл жүктеу программасының кодасы өте үлкен болғандықтан, оның да үлкен бөлігі дискіде сақталынады. Процессор программаны жадыға жүктейтін арнайы командаларды орындайды. Егер жадының барлығы энергияға тәуелді микросхемалардан тұратын болса, процессор бұл командаларға қатынас құра алмас еді. Сондықтан компьютер әдетте компьютер қосылған кезде бірінші болып орындалатын және жүктеу программаларын дискіден негізгі жадыға.

Энергияға тәуелді жадылар әдетте орнатылған жүйелерде жиі қолданылады. Мұндай жүйелерде дискілік жады құрылғылары болмайды, және де олардың программалары энергияға тәуелсіз жартылайөткізгішті жадыларда сақталынады. Энергияға тәуелсіз жадылардың бірнеше түрлері болады. Ереже бойынша жады құрамындағылар SRAM және DRAM жадыларындағыдай оқылады, ал жазу үшін арнайы программалар қолданылады. Жұмыс режимінде мұндай жадының құрамындағыларды тек оқуға болады. Сондықтан мұндай жадыларды тек оқуға арналған жадылар (Read Only Memory, ROM) деп атайды.

ROM.

9.1-суретте ROM ұяшықтарының құруға мүмкін конфигурациялардың біреуі көрсетілген. Логикалық 0 мәні ұяшықта Р нүктесінде транзистор «жермен» жалғанған жағдайда ғана сақталынады, қарсы жағдайда онда логикалық 1 сақталынады. Бит желісі резистор арқылы қорек көзімен жалғанған. Ұяшық күйі туралы ақпаратты оқу үшін СӨЗ желісін белсенді ету керек. бұл жағдайда транзисторлы кілт жабылады және транзистор мен «жер» арасында байланыс болса, бит желісіндегі кернеу нөлге дейін төмендейді. Егер транзистор мен «жер» арасында байланыс жоқ болса, бит желісінде Логикалық 1-ге сәйкес жоғары кернеу байқалады. Деректер RОМ жадыға оның өндірісі кезінде жазылады.

9.1-сурет. PROM ұяшығы.

РRОМ.

RОМ микросхемаларының кейбірі деректерді қолданушылар жаза алатындай етіліп жасалынады. Бұл жағдайда жады программаланатын RОМ жады (Programmable ROM, PROM) деп аталады. РRОМ микросхемаларын программалау үшін, яғни оған деректерді жазу үшін балқымалы ілмектер қолданылады (9.1-суретіндегі Р нүктесі). Программалауға дейін барлық ұяшықтарда нөлдер сақталынады. Қажетті ұяшықтарға бірді жазу үшін, қолданушы балқымалы ілмекті күшейтілген тоқ импульстерінің көмегімен күйдіреді. Бірақ бұл процессті қайта қалпына келтіру мүмкін емес. РRОМ жадычы RОМ жадысына қарағанда икемділеу және ыңғайлы. Соңғысы өзгермейтін (тұрақты) программалар мен деректерді сақтау үшін қолданылады. RОМ жадыға ақпарат жазуға арналған шаблондарды дайындау процесінің қымбат болуына байланысты мұндай микросхемалардың шағын тиражын өндірім шығару тиімді болмайды. Осы себептен қолданушылармен программаланатын РRОМ микросхемаларын жасау пайдалы.

ЕPRОМ.

RОМ микросхемаларының тағы бір типі деректерді тек жазып қана қоймай, оларды қайта жазуға мүмкіндік береді. Мұндай жады өшірілетін қайтапрограмалаланатын RОМ жады деп аталады (Егаsable Programmable ROM, EPROM). ЕРRОМ ақпаратты ұзақ уақыт сақтай алатындықтан, ол RОМ орнына программалық қамтамаларды сақтау үшін қолданылады және ол белгілі бір уақыт өткеннен кейін жаңартылып отыруы керек.

ЕРRОМ ұяшықтарының құрылымы 9.1-суретте көрсетілген RОМ құрылымына ұқсас. Алайда онда «жермен» біріктіретін ілмек барлық уақытта болады қарапайым немесе өшірілген түрде жұмыс істей алатын ерекше транзистор қолданылады. Бұл транзисторды үнемі ашық кілт болатындай етіп программалауға болады. Сонымен ЕРRОМ жоғарыда RОМ жадылы құрылымдай жады құруға болады.

ЕРRОМ микросхемасының мағызды артықшылығы ондағы ақпаратты өшіріп, қайталап жазуға болады. Өшіру үшін ультракүлгін сәулелер көмегімен жады ұяшығындағы транзисторларда орналасқан зарядтарды өшіру керек. Сондықтан ЕРRОМ микросхемалар мөлдір емес корпустарға салынады.

ЕEPRОМ.

EPRОМ жадының екі кемшілігі бар: біріншіден, чипті қайтапрограммалау үшін оны сұлбадан шығару керек, ал екіншіден, қайтапрограммалау кезінде ультракүлгін сәуле ондағы ақпараттың барлығын жояды. Өшірілетін қайтапрограммаланатын RОМ жадының басқа түрі де болады, мұнда жоғарыда айтылған процесстерді электрлік жэолмен орындауға болады. Мұндай микросхемалар өшіруге және қайта жазуға арналған электронды-қайтапрограммаланатын тұрақты жады (Electrically Егаsable Programmable ROM, EEPROM) деп аталады. Сонымен қатар, ондағы ақпараттарды таңдап өшіру мүмкіндігі бар. EEPROM жадының жалғыз кемшілігі ондағы ақпаратты оқу және жазу үшін әртүрлі кернеу керек.

Флэш-жады.

Кейінгі кездерде шыққан EEPROM жадыға ұқсас жадылардың бірі флэш-жады. Мұндай жадының ұяшығы EEPROM жады ұяшығындағыдай «тұтқындалған» зарядпен басқарылатын бір транзистордан тұрады. Алайда технологиялық ұқсастықтарына қарамастан флэш-жады мен EEPROM айырмашылықтары бар: EEPROM бір ұяшықтың құрамындағыны оқуға және жазуға мүмкіндік берсе, флэш-жады ұяшықтарды бір бірден оқитын болса, ал жазу операциясын тек блоктармен жүргізіледі. Жазу алдында блок құрамындағы деректер өшіріледі. Флэш-жады ұяшықтары өте тығыз орналастырылған және биттер есебінен бағасы арзан. Ол үшін бір деңгейлі кернеулер жеткілікті, сонымен қатар, ол үнемді.

Өзінің үнемділігіне байланысты флэш-жады батареяда жұмыс істейтін портативті жүйелерде жұмыс істеу үшін ыңғайлы. Нақты айтқанда ол портативті компьютерлерде, ұялы телефондарда, цифрлы бейнекамераларда және МРЗ-плеерлерде қолданылады. Портативті компьютерлерде және ұялы телефондарда қолданған жағдайда флэш-жады құрамында программалық қамтамалар болады да, ол дискілік құрылғының қызметін атқарады. Цифрлық бейнекамераларда ол бецйнелерді сақтау үшін қолданылады, ал МРЗ-плеерлерде дыбысты сақтау үшін қолданылады. Ұялы телефондардың, цифрлық бейнекамералардың және МРЗ-плеерлердің электронды компонеттері орнатылған жүйелерге мысал бола алады.

Жоғарыда аталған жүйелер үшін флэш-жадының бір микросхемасы жеткіліксіз. Бұл жүйелерде көптеген микросхемалардан тұратын үлкен модульдер қолданылады. Мұндай модульдердің кеңінен таралған екі түрі бар: флэш-карталар және флэш-дискілер.

Флэш-карталар.

Флэш-микросхемалардыың үлкен модулін жасау үшін оларды аса үлкен емес карталарға орналастыруға болады. Мұндай карталалардың стандартты интерфейстері болады, сондықтан оларды түрлі құрылғыларда қолдануға болады. Олардың сыйымдылығы әр түрлі болуы мүмкін, мысалы 8,32 немесе 64 Мбайт. МРЗ форматындағы бір минутты музыкалық жазбаны сақтау үшін шамамен 1 Мбайт жады қажет, сондықтан 64 Мбайтты сйымдылығы бар флэш-картаға 1 сағат ойналатын музыканы жазуға болады. Флэш-картаны құрылғыға орналастыру оңай: ол ыңғайлы ұяшыққа кигізіледі.

Флэш-дискілер.

Флэш-жадылардың жоғарыда айтылған көлемнен үлкен де ірі модульдері бар, олар қатаң дискілерді амастыру үшін қолданылады. Мұндай модульдің әрбіреуі қатты дискіні толығымен эмуляциялайды және өзіне арналған ұяшыққа орналастырылады. Алайда флэш-дискінрің сйымдылығы айтарлықтай кішкентай. Қарапайым қатты дискі ондаған гигабайты деректерді сақтай алағанымен, қазіргі кездегі флэш-дискінің шектік сыйымдылығы 1 Гбайтты құрайды.

Флэш-дискінің маңыздылығы – оның құрамында қозғалмалы элементтер болмайтын стационарлы электрондық құрылғы болып табылады. Қарапайым қатты дискімен салыстырғанда іздеу және қатынас құру уақыты аз, яғни жауап беру уақыты да аз болады. Сонымен қатар, флэш-диск қорек көзін аз тұтынатындықтан, батареядан жұмыс істейтін ыңғайлы компонент бола алады. Сондай ақ, флэш-диск вибрацияға төзімді.

Флэш-дискінің кемшілігі - оның сыйымдылығы аз, және де биттік тұрғыда айтарлықтай қымбаттылығында. Сонымен қатар, белгілі мөлшерде жазу операциялары орындалып біткен соң, флэш-диск біртіндеп жойыла бастайды, алайда, белгілі бір мөлшер деп отырғанымыз – бір ұяшықты кем дегенде миллион рет жазуға болады.

КЭШ жады

КЭШ – құрылғы жұмысын жылдамдатуға арналған, тактылық жиілігі ЭЕМ-ң ең жылдам құрылғысы – процессордың тактылық жиілігінен төмен.

Буферлік ЕСҚ - ішінде КЭШ – жады ерекше мәнге ие. Қазіргі ЭЕМ – де КЭШ – жады біртекті емес құрылымға ие:

Біріншіден, L1 және L2 деңгейлі КЭШ – жады бар.

L1 деңгейі – процессор шағынсұлбасына интеграцияланған, көлемі ~ 10 г Кбайт, жылдамдығы жоғары;

L2 деңгейі - жеке корпуста шығарылады (SRAM) мат. Платада орнатылады.

Екіншіен, КЭШ – жады ның екі түрі бар:

Командалар КЭШ –жадысы;

Деректер КЭШ – жадысы.

Көппроцессорлы жүйелерде бір деңгей дің бірнеше КЭШ-і болуы мүмкін.

Негізгі әдебиет: 4[182-199], 7[51-82]

Қосымша әдебиет: 9[236-283], 10[35-61]

Бақылау сұрақтары:

1. Есептеу техникасы жабдықтарының еске сақтау құрылғыларының жіктелуі.

2. ЕСҚ иерархиялық құрылымы.

3. Жедел жадының сипаттамасы.

4. Статикалық жадының динамикалық жадыдан айырмашылығы?

5. Синхронды және асинхронды жадыны ұйымдастыру?

6. Буферлік ЕСҚ түрлері атқаратын қызметтері.

Тақырып 10. Аналогты-цифрлық және цифрлы-аналогтық түрлендіргіштер.