Universidad Normal de Mianyang
Principios de organización de las computadoras (trabajo final)
Memoria de las microcomputadoras
Autor * * *
Clase 07, Clase 7, Unit Counting College (07084207**)
Profesor * * *
El artículo fue escrito en Mayo de 2009.
Resumen
Con la rápida popularización y desarrollo de las microcomputadoras, los requisitos funcionales de las personas para las computadoras ya no se limitan a simples cálculos y procesamiento de datos, sino a la integración de imágenes, sonidos, El desarrollo de Computadoras multimedia de texto en uno y computadoras de entretenimiento a gran escala. En este proceso de desarrollo, la memoria se convirtió gradualmente en el centro de atención. Aquí, presentaremos el conocimiento relacionado con la memoria con más detalle.
Palabras clave
Indicadores de rendimiento de clasificación de memoria de microcomputadoras
La memoria es el dispositivo de almacenamiento más importante en un sistema informático. Puede almacenar una gran cantidad de programas y datos de computadora. No solo puede recibir información (datos y programas) de la computadora, sino que también puede guardar la información y también puede leer la información guardada según los comandos.
La memoria se puede dividir en memoria principal y memoria auxiliar según la función, y se puede dividir en memoria interna y memoria externa según la ubicación de almacenamiento.
Los indicadores de rendimiento de la memoria están determinados principalmente por la capacidad, la velocidad de acceso, la confiabilidad y la rentabilidad.
Clasificación de la memoria
La memoria se puede dividir en memoria principal (denominada memoria principal) y memoria auxiliar (denominada memoria auxiliar) según su función. La memoria principal es una memoria con una velocidad de acceso relativamente rápida y una capacidad pequeña, mientras que la memoria auxiliar es una memoria con una velocidad de acceso relativamente lenta y una gran capacidad.
La memoria principal también se llama memoria (denominada memoria). Está conectada directamente a la CPU y es la memoria de trabajo principal de la computadora. Los programas y datos que se ejecutan actualmente se almacenan en la memoria.
La memoria auxiliar también se denomina memoria externa (denominada memoria externa). Cuando la computadora ejecuta programas y procesa datos, la información de la memoria externa se envía a la memoria en forma de bloques o grupos antes de que pueda usarse, es decir, la computadora usa la información de la memoria externa intercambiando datos constantemente con la memoria.
El número de bytes contenidos en la memoria se denomina capacidad de almacenamiento. La capacidad de almacenamiento generalmente se expresa en KB, MB o GB, donde B es un byte, 1 KB = 1024 B, 1 MB = 1024 KB, 1 GB = 1024 MB. Por ejemplo, 640 KB son 640 × 1024 = 655360 bytes.
(1) Memoria interna
La mayoría de las memorias internas modernas son memorias semiconductoras, que utilizan circuitos integrados de gran escala o dispositivos de circuitos integrados de muy gran escala. La memoria interna se puede dividir en memoria de acceso aleatorio (RAM para abreviar) y memoria de solo lectura (ROM para abreviar) según sus diferentes métodos de trabajo.
Memoria de acceso aleatorio. La memoria de acceso aleatorio (RAM) permite almacenar o recuperar información de forma aleatoria desde una ubicación de memoria en cualquier dirección determinada, y el tiempo de acceso a cualquier dirección es el mismo. Debido a que la información se escribe en la memoria a través de señales eléctricas, la información en la RAM desaparecerá cuando se apague la energía. Los programas y datos utilizados en el trabajo informático se almacenan en la memoria. Si se modifica el programa o los datos, se deben almacenar en la memoria externa; de lo contrario, la información se perderá después del apagado. En términos generales, el tamaño de la memoria se refiere al tamaño de la RAM, normalmente en KB o MB.
Memoria de sólo lectura. La memoria de solo lectura es una memoria que solo puede leer información pero no puede escribir información a voluntad. El contenido de la ROM lo escribe de forma especial el fabricante o puede escribirlo un escritor especial. Cuando la computadora se queda sin energía, la información de la ROM no se pierde. Cuando se vuelve a encender la computadora, la información que contiene permanece sin cambios y aún se puede leer. La ROM es adecuada para almacenar información importante, como el programa de inicio para el inicio de la computadora, programas de detección después del inicio, los programas de entrada y salida más básicos del sistema, programas de control del reloj, configuración del sistema informático, parámetros del disco, etc.
(2) Almacenamiento externo
El almacenamiento externo comúnmente utilizado en las PC son los disquetes (disquetes para abreviar) y los discos duros (discos duros para abreviar).
Actualmente, el uso de discos ópticos es cada vez más popular. Las siguientes son tres memorias externas de uso común:
Disquete: Actualmente, los disquetes comúnmente utilizados en las computadoras se dividen en discos de 5,25 pulgadas (discos de 5 pulgadas para abreviar) y discos de 3,5 pulgadas (3- discos en pulgadas para abreviar).
La principal diferencia entre los dos es: el disco de 3,5 pulgadas es más pequeño que el disco de 5,25 pulgadas y está hecho de plástico duro, que no es fácil de doblar ni dañar; un control deslizante de metal móvil en el borde para proteger el disco. La ranura de lectura y escritura está ubicada debajo del control deslizante de metal y generalmente está cubierta: los discos de 3,5 pulgadas no tienen orificios de índice; el dispositivo de protección contra escritura para los discos de 3,5 pulgadas es un orificio cuadrado en la esquina del disco y un control deslizante. Cuando la diapositiva cierra el orificio, el disco se puede leer y escribir; cuando el orificio está abierto, el disco está protegido contra escritura.
El formato para grabar información en un disquete consiste en dividir el disco en muchos círculos concéntricos, llamados pistas. Las pistas están numeradas de exterior a interior y la información se registra en las pistas. Además, varias líneas que parten de círculos concéntricos dividen cada pista en sectores, que están numerados secuencialmente. De esta manera, la ubicación de la información almacenada en el disquete se puede encontrar mediante el número de pista y el número de sector. Un sistema completo de almacenamiento en disquete consta de un disquete, una unidad de disquete y una tarjeta adaptadora de unidad de disquete.
Los disquetes sólo pueden almacenar datos. Si desea leer o escribir datos, también debe tener una unidad de disquete. La disquetera está ubicada en el chasis principal y consta de dos partes: el cabezal magnético y la unidad de disco. El cabezal magnético se utiliza para posicionar la pista y el dispositivo de accionamiento se utiliza para girar el disco a alta velocidad para leer y escribir en el disco. La tarjeta adaptadora de unidad de disquete es una placa de interfaz especial que conecta la unidad de disquete a la placa base. Está conectada a la unidad de disquete a través de un cable plano de 34 núcleos.
Disco duro: en términos de principios de almacenamiento de datos y formatos de almacenamiento, los discos duros y los disquetes son exactamente iguales. Pero el material magnético de un disco duro está recubierto sobre un sustrato de disco duro hecho de metal, cerámica o vidrio, mientras que el sustrato de un disquete es de plástico. En comparación con los disquetes, los discos duros tienen principalmente mayor espacio de almacenamiento. Ahora la capacidad de los discos duros es de más de 160 GB. Los discos duros se componen principalmente de varios discos. En este momento, además de dividir cada disco en varias pistas y sectores, las pistas correspondientes a múltiples superficies de disco formarán múltiples cilindros concéntricos en el espacio.
Normalmente, el disco duro se instala en el chasis principal del ordenador, pero ahora existen muchos tipos de discos duros móviles. Este tipo de disco duro móvil se conecta a la computadora a través de una interfaz USB, lo que hace que sea conveniente para los usuarios transportar datos de gran capacidad.
Discos ópticos: Con la popularización de la tecnología multimedia, los discos ópticos se están volviendo rápidamente populares debido a su gran capacidad, larga vida útil y bajo costo. A diferencia de los discos magnéticos, los discos ópticos se leen y escriben con rayos láser a través de un cabezal óptico en una unidad de disco óptico. Actualmente, existen tres tipos de discos ópticos utilizados en los sistemas informáticos: CD-ROM, CD-R y CD-RW.
Índice de rendimiento de la memoria
1. Capacidad de la memoria La capacidad de la memoria se refiere a la cantidad total de información binaria que la memoria puede contener, es decir, el número total de bits de información almacenados. Supongamos que el número de bits de la línea de dirección y la línea de datos del microordenador es p y q respectivamente, entonces el número total de unidades de dirección del chip de memoria es 2p y la capacidad de bits del chip de memoria es 2p × q. si el chip de memoria es 6116, hay 11 líneas de direcciones y 8 líneas de datos, la capacidad de bits del chip es: capacidad de bits = 211 × 8 = 2048 × 8 = 16384. Por tanto, la capacidad de la memoria a veces se expresa en bytes. Por ejemplo, la capacidad del chip 6116 mencionado anteriormente es de 2 KB, registrado como 2 K × 8, donde: 1 kB = 1024 b (byte) = 1024 × 8 = 8192. En la actualidad, la capacidad de los chips de memoria es cada vez mayor y el precio es cada vez más bajo, lo que se debe principalmente al desarrollo de circuitos integrados a gran escala.
2. Velocidad de acceso La velocidad de la memoria afecta directamente a la velocidad del ordenador. La velocidad de acceso se puede medir utilizando dos parámetros de tiempo: tiempo de acceso y ciclo de almacenamiento. El tiempo de acceso se refiere al tiempo necesario para que la CPU emita una dirección de memoria válida para iniciar una operación de lectura y escritura de memoria hasta que se complete la operación de lectura y escritura. Cuanto menor sea este tiempo, más rápida será la velocidad de acceso. Actualmente, los tiempos de acceso a la caché son inferiores a 5 ns. El período de almacenamiento es el intervalo de tiempo mínimo requerido para iniciar dos operaciones de memoria independientes en sucesión y generalmente es ligeramente más largo que el tiempo de acceso.
3. Confiabilidad
La confiabilidad de la memoria se mide por MTBF (tiempo medio entre fallas).
Cuanto más largo sea el MTBF, mayor será la confiabilidad. La tecnología de codificación de corrección de errores se utiliza a menudo para ampliar el MTBF y mejorar la confiabilidad.
4. Relación rendimiento-precio
Este es un indicador integral que incluye principalmente los tres indicadores anteriores: capacidad de almacenamiento, velocidad de almacenamiento y confiabilidad. Los diferentes usos de la memoria tienen diferentes requisitos. Por ejemplo, algunas memorias requieren capacidad de almacenamiento, por lo que la capacidad de almacenamiento es el factor principal; algunas memorias, como las cachés, se basan principalmente en la velocidad de almacenamiento;
Hoy en día la memoria general
1. Clasificación de las características de la memoria semiconductora
1. Características de la memoria semiconductora
(1) Alta velocidad. , El tiempo de acceso puede alcanzar el nivel ns;
(2) Alta integración, no solo la unidad de almacenamiento ocupa poco espacio, sino que también se puede decodificar.
Los circuitos, registros de búfer, circuitos de lectura y escritura, etc. se fabrican en el mismo chip. En la actualidad ha alcanzado los 1024Mb (equivalente a 128 MB) en un solo chip.
(3) Lectura no destructiva, es decir, la información en la unidad de almacenamiento todavía está allí después de leer la información, especialmente la RAM estática, que no necesita regenerarse después de la lectura.
(4) La volatilidad de la información (para la RAM), es decir, la información se pierde después de un corte de energía.
5] La volatilidad de la información (para DRAM), es decir, la información almacenada se perderá después de un cierto período de tiempo, por lo que debe regenerarse (actualizarse) periódicamente.
Bajo consumo energético, especialmente memoria CMOS.
Una vez que el volumen de operaciones sea pequeño, el precio seguirá cayendo.
2. Clasificación de las memorias semiconductoras
Se divide principalmente en dos categorías, memoria RAM de lectura-escritura y memoria ROM de solo lectura.
La RAM se divide en RAM estática (SRAM) y RAM dinámica (DRAM). La memoria principal en los ordenadores actuales es la DRAM, que presenta una alta integración y un bajo consumo energético. La desventaja es que requiere regeneración. La SRAM no es volátil y no requiere regeneración, pero está menos integrada que la DRAM. La mayoría de las memorias caché de las computadoras utilizan SRAM. Ahora hay algunas RAM nuevas, como la RAM combinada (IRAM), que integra el circuito de actualización con la RAM d. La RAM no volátil (NVRAM) en realidad se compone de SRAM y EEPROM. En circunstancias normales, es lo mismo que la SRAM normal, excepto que la información de la SRAM se almacena en la EEPROM en el momento del corte de energía para que la información no se pierda. La característica de la ROM es que los usuarios solo pueden leer la información que contiene, pero no pueden modificarla ni escribirla. En los últimos años ha surgido un nuevo tipo de memoria llamada memoria flash, que es una memoria de sólo lectura, no volátil y borrable eléctricamente.
2. La composición de la memoria semiconductora
Generalmente consta de bancos de memoria, circuitos de selección de direcciones, circuitos de entrada y salida y circuitos de control.
1, tarjeta de memoria
El banco de memoria es una entidad de circuito que almacena información 1 y 0. Consta de muchas celdas de memoria, cada celda de memoria generalmente consta de varios bits (8 bits). Cada bit requiere una ubicación de memoria y cada ubicación de memoria tiene un número llamado dirección. La dirección de la memoria está representada por un conjunto de números binarios. La relación entre el número de líneas de dirección n y el número de celdas de memoria n es 2n = n
2 circuito de selección de dirección.
Selección de dirección El circuito incluye un decodificador de dirección y un registro de código de dirección. El decodificador de direcciones se utiliza para decodificar direcciones. Suponga que hay n líneas de dirección en el extremo de entrada y n líneas de dirección en el extremo de salida, correspondientes a 2n códigos de dirección diferentes como líneas de selección de la unidad de dirección. Las líneas de selección para estas salidas también se denominan líneas de palabras. Hay dos métodos para decodificar direcciones:
(1) Modo de decodificación única
Todos los códigos de dirección se decodifican solo a través de un circuito y la línea de selección de palabras decodificadas selecciona directamente la unidad de almacenamiento correspondiente. . Este método requiere una gran cantidad de líneas de selección y solo es adecuado para memorias de pequeña capacidad.
⑵Modo de decodificación dual (o decodificación matricial)
Divide el código de dirección en dos partes, X e Y, y se decodifica mediante dos circuitos decodificadores. La decodificación en la dirección x se llama decodificación de filas y su línea de salida se llama línea de selección de filas, que selecciona todas las celdas de memoria en una fila en la matriz de memoria.
La decodificación en la dirección Y también se denomina decodificación de columnas y su línea de salida se denomina línea de selección de columnas, que selecciona todas las celdas de una columna. Sólo se puede leer y escribir la celda de memoria de un bit seleccionada por las líneas de selección de dirección X e Y. Como se puede ver en la figura, el banco de memoria con 1024 unidades básicas está dispuesto en una matriz de 32 × 32, y sus decodificadores en dirección X e Y tienen cada uno 32 líneas de salida de decodificación, ***64. Si se utiliza un único método de decodificación, se requieren 1024 líneas de salida de decodificación. Por tanto, el método de decodificación dual requiere menos líneas de selección y simplifica la estructura de la memoria, por lo que es adecuado para memorias de gran capacidad.
3. Circuito de control de lectura y escritura
El circuito de control de lectura y escritura incluye amplificadores de lectura y escritura, registros de datos (buffers bidireccionales de tres estados), etc. Es el canal de entrada y salida de información de datos. Las señales de control externas de la memoria incluyen la señal de lectura RD, la señal de escritura WR y la señal de selección de chip CS.
Referencias
1. Principios de composición informática, segunda edición, editado por Tang Shuofei, Higher Education Press, 2008 0.
2. "Principios y aplicaciones de microcomputadoras", editado por Xiao Jinli, Electronic Industry Press, 2003-1.
3. La guía experimental y el conjunto de ejercicios de "Principios de composición informática" (Wang Cheng, Zhou Jiqun, Cai) son publicados por Tsinghua University Press.
4. "Study Guidance and Training of Computer Composition Principles" (editado por Kuang, Jiang Hanyang) es una publicación de China Water Conservancy and Hydropower Press.