Реферат: Физические основы действия современных компьютеров

Московский ГосударственныйОткрытый Педагогический Университет

(физико-математическийфакультет)

Физические основы работы современного компьютера

(Курсовая работа)

Выполнлил:

Гуревич Г.А. (4 курс заочнойформы обучения)

Проверил:

Зайцев Г.О.

(Москва, 2000)

TOC o«1-3»

Введение… PAGEREF_Toc503678695 h 3

Двоичная система счисления и логика.… PAGEREF_Toc503678696 h 3

Схема действия компьютера.… PAGEREF_Toc503678697 h 4

Долговременная память.… PAGEREF _Toc503678698h 4

Накопители на магнитных дисках и лентах.… PAGEREF_Toc503678699 h 4

CD иDVD-ROM.… PAGEREF_Toc503678700 h 5

Полупроводниковые устройства.… PAGEREF_Toc503678701 h 6

Биполярные транзисторы.… PAGEREF_Toc503678702 h 8

Полевые транзисторы… PAGEREF_Toc503678703 h 10

Реализация других полупроводниковых приборов в интегральных схемах.… PAGEREF_Toc503678704 h 11

Оперативная память.… PAGEREF_Toc503678705 h 12

Статическое ЗУ… PAGEREF_Toc503678706 h 14

Динамическое ОЗУ… PAGEREF_Toc503678707 h 15

Системная память: взгляд в будущее… PAGEREF_Toc503678708 h 16

Шесть технологий памяти будущего. Определения… PAGEREF_Toc503678709 h 18

Центральный процессор.… PAGEREF_Toc503678710 h 20

Новые технологии.… PAGEREF_Toc503678711 h 21

Медные соединения… PAGEREF_Toc503678712 h 23

SiGe… PAGEREF_Toc503678713 h 24

Кремнийнаизоляторе(silicon-on-insulator, SOI)… PAGEREF_Toc503678714 h 24

Перовскиты… PAGEREF_Toc503678715 h 25

Заключение… PAGEREF_Toc503678716 h 25

Список использованной литературы:… PAGEREF_Toc503678717 h 26

Введение

Сейчас, когда человечество входит в третьетысячелетие, для обитателей мегаполисов незаменимой вещью, фактически правой (илилевой) рукой стал компьютер. Однако, очень мало кто действительно представляетсебе, как работает этот «черный ящик». В данной работе мы попытаемся описать нетолько структурное устройство компьютера, но и продемонстрировать, благодарякаким физическим законам он действует.

Двоичная система счисления и логика.

Для большинства людей неявляется тайной, что компьютеры работают в двоичной системе счисления. Однако,что это за система такая, и почему именно в ней — знают не все. N-ичнаяпозиционная система счисления суть такая система, где роль «десятки» выполняетчисло N. В случае двоичной системы счисления роль десятки играет число 2, и вней числа будут записываться как 0, 1, 10, 11, 100, 101, 111… и т.д. Такимобразом, число 1310 (13 в привычной нам, десятичной, системесчисления) в двоичной будет записываться как 11012.

Почему же была избранна именно двоичная система счисления? Дело в том,что компьютер, как любое электрическое устройство, может оперировать либо смодулированным сигналом, либо с наличиемотсутствием сигнала. Таким образом,если бы нам захотелось заставить компьютер считать в десятичной (привычной всемнам) системе счисления, то пришлось бы решать задачу как, например, различатьсигнал по напряжению. Например, сигнал в 1 вольт – это будет единица, 3 вольта– тройка и так до десяти. Однако, модулированный сигнал требует измерения. Аэто не очень удобно, т.к. требует дополнительного усложнения системы. Тем неменее, подобные попытки все же предпринимались, и компьютеры, измерявшиепоступивший сигнал назывались аналоговыми. Таким образом, родилась идеяиспользовать троичную систему счисления, где роль нуля, единицы и минус единицыиграли отсутствие напряжения, наличие положительного напряжения и наличиеотрицательного напряжения на входе в элемент. Однако, И это оказалось не совсемудобным (хотя многие первые компьютеры использовали именно эту систему).

В результате, остановилисьна двоичной системе, где роль единицы и нуля играло наличие и отсутствиенапряжения на входе. Это оказалось еще удобно тем, что двоичная системасчисления очень удобно связывается с логикой, т.к. логика оперирует понятиямиистинности и ложности – чем не нуль и единица? С помощью двоичной системысчисления оказалось возможным кодировать любую информацию. Так, если одну цифру(0 или 1) считать минимальной единицей информации (ее назвали «бит), то 8 бит(23 бит) – 8 цифр 0 или 1 (называемые «байт») в виде одного числамогут принимать значение от 0000000 до 111111112 т.е. 25510.Таким образом, в один байт можно записать 256 разных значений, что вполнедостаточно для представления одним байтом всех цифр десятичной системысчисления, двух алфавитов (например, латинского и греческого), набораспециальных символов типа точек, тире, и т.п. и еще «место осталось».

Таким образом, оказалосьочень удобно использовать в компьютерах двоичную систему счисления, аинформацию мереть в битах, байтах и тысячах, миллионах, миллиардах и т.п. байт(килобайт, мегабайт, гигабайт, терабайт). Следует заметить, что килобайт – этововсе не 1000 байт, а 1024 (210 – система-то двоичная) и т.п. Как жеэти нулики и единички циркулируют в компьютере?

Схема действия компьютера.

В общем и целом, компьютерсостоит из устройств ввода-вывода, памяти и центрального процессора. Вполнепонятно, что устройства ввода – это клавиатура, мышь, сканер, дисководы,жесткие диски, накопители на магнитной ленте, CD и DVD-ROM и т.п. Устройствавывода – монитор, принтер, плоттер, а так же снова дисководы, жесткие диски,накопители на магнитной ленте, CD и DVD-ROM и т.п. Строго говоря, поименованныенакопители, которые вошли в устройства ввода и устройства вывода одновременнотак же можно отнести и к разряду памяти, но не оперативной, а долговременной.Впрочем, о них позже. Память (оперативная) – это буфер для содержания непосредственнонеобходимых для выполнения данной задачи данных, а центральный процессор –устройство, которое собственно ведает выполнением программы и управляетостальными. Именно центральный процессор занимается счетом и решениемлогических задач. Легко догадаться, что любую задачу (от похода в магазин дорасчета параметров аэрокосмического истребителя) можно задать как наборлогических и математических параметров, увязанных логическими структурами типа«если – то – иначе). Как функционирует процессора мы рассмотрим ближе к концуданного труда, а сейчас обратимся снова к памяти.

Долговременная память.Накопители на магнитных дисках и лентах.

Это самый известный намспособ хранения информации. Суть его заключается в намагничивании областей наносителе (ленте, диске) а потом считывании наличияотсутствия намагниченности.Накопители на магнитных лентах сейчас отошли в прошлое из-за крайне невысокойскорости поиски информации, а диски используются и по сю пору крайне широко.

Бегло рассмотрим параметрысовременных магнитных дисков. На данный момент используются три их вида:дискеты 5.25 дюйма диаметром, дискеты 3.14 дюйма и накопители на жесткихмагнитных дисках, в простонародье называемых “винчестерами” (что связано собъемом первых НЖМД, численно равным калибру наиболее распространенных ружейданного производителя). Диски 5.25 дюйма имеют объем до 1.2 мегабайта, такимобразом, минимальная область намагничивания (область одного бита, если можнотак выразиться) имеет площадь:

<img src="/cache/referats/4151/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">-2)2/(4*1.2*220)»

1.16*10-8м2.

По той же формулерассчитываем размеры единицы информации на диске 3.14 дюйма, которые достигаютобъемом 1.44 мегабайта. Получаем примерно 4*10-9м2.Современные же жесткие диски имеют линейные размеры 3.14 дюйма, в одной сборке(одном «винчестере») содержится до 10 дисков, а объем его может достигать сотентерабайт. Таким образом, размеры единицы информации на них по прядку величины –до 10-14м2. Понятное дело, что накопители на жесткихдисках очень чувствительны к пыли и потому содержатся в герметичных корпусах.

CDиDVD-ROM.

На этих накопителяхиспользуется оптическая система записи данных. Сам диск состоит из зеркальнойповерхности, на которой имеются углубления. Диск облучается лазером, и взависимости от наличия или отсутствия, фотодиод улавливает либо не улавливаетотраженный свет. Таким образом формируются единицы и нули.

Сравнительные характеристикиэтих накопителей:

DVD

Диаметр диска

120 мм.

Толщина диска

1.2 мм

Структура диска

Один слой

Два слоя по 0.6 мм

Длинна волны лазера

708 нм.

650 и 635 нм.

Числовая апертура

0.45

0.60

Ширина дорожки

1.6 мкм

0.74 мкм

Длинна единичного «углубления»

0.83 мкм

0.4 мкм

«Слоев» данных

1 или 2

Емкость

Около 680 мегабайт

При одном слое данных: 2*4.7 Gb, при двух – 2*8.5Gb

Само собой разумеется, чторазмеры «углублений» должны быть сравнимы с длинной волны лазера, чтобы вдостаточной мере проявлялись корпускулярные свойства его света, а волновые себяпрактически не проявляли. Впрочем, это и следует из таблицы.

Полупроводниковые устройства.

Для начала рассмотримпринцип действия полупроводниковых приборов. Поскольку для компьютера наиболееважными является транзисторы, именно ими мы рассмотрение полупроводниковыхустройств и ограничим.

Полупроводниками называютгруппу элементов и их соединений, у которых удельное сопротивление занимаетпромежуточное место между проводниками и диэлектриками. Исходным материалом дляизготовления полупроводниковых приборов являются элементы четвертой группыпериодической системы Менделеева (кремний, германия и т.п.), а так же ихсоединения. Все они являются кристаллическими веществами при нормальныхусловиях.

При повышении температурыили при облучении полупроводника лучистой энергией, часть валентных электронов,получив необходимую энергию, уходят из ковалентных связей, при этом онистановятся носителями электрических зарядов. Одновременно, при разрывековалентных связей, образуются и «дырки» – незаполненные ковалентные связи. Вхимически чистых полупроводниках, как легко догадаться, количество свободныхэлектронов равняется количеству дырок. Таким образом, полупроводник не теряетэлектрической нейтральности, т.к. кол-во дырок и кол-во свободных электронов вем равны. В электрическом и магнитных полях дырка ведет себя как частица сположительным зарядом, равным заряду электрона.

Дырка (незаполненнаяковалентная связь) может быть заполнена электроном, покинувшим соседнююковалентную связь. Одна ковалентная связь разрывается, другая –восстанавливается. Таким образом получается впечатление, что дырка перемещаетсяпо кристаллу. Разрыв ковалентных связей, в результате которого образуютсясвободный электрон и дырка называется генерацией, а восстановление ковалентнойсвязи – рекомбинацией. Рекомбинация сопровождается выделением некоторого кол-ваэнергии, а рекомбинация – поглощением.

При отсутствииэлектрического поля свободные электроны и дырки совершают хаотические тепловыеперемещения по кристаллу, что, соответственно, не сопровождается появлениемтока. При наличие же внешнего электрического поля перемещение свободныхэлектронов и дырок упорядочивается, и в результате через полупроводник начинаеттечь ток. Проводимость, обусловленная движением свободных электронов,называется электронной (n-тип от “negative” – отрицательный), а дырок – соответственнодырочной (p-тип от “positive” – положительный).

Основным для чистыхполупроводников является n-тип, т.к. электроны имеют большую подвижность. Еслиже внести в полупроводник атомы с более низкой валентностью (т.н. акцепторы),чем сам полупроводник, то он приобретет p-тип, т.к. низковалентные атомы охотнопоглотят свободные электроны.

Область, где полупроводник сэлектронным типом проводимости стыкуется с полупроводником с дырочным типомпроводимости называется p-n переходом.

Рассмотрим физическиепроцессы, проходящие в монокристалле с разными типами проводимости.

В n-области концентрацияэлектронов больше, чем в p-области и наоборот – для дырок.

Под действием градиентаконцентрации возникает диффузия основных носителей заряда. Электроны диффундируютв p-область, а дырки – в n-область. Возникают области с избыточнымиконцентрациями неподвижных зарядов неосновного носителя для данного типаполупроводника. Таким образом возникает внутреннедиффузионное поле Езап p-n перехода, и устанавливается контактнаяразность потенциалов между двумя типам полупроводника, которая зависит отматериала, примеси и степени ее концентрации.

Под действием внутреннегодиффузионного поля основные носители оттесняются от границы полупроводников,таким образом, на границе образуется тонкий слой, практически лишенный основныхносителей заряда, обладающий высоким сопротивлением. Этот слой называетсязапирающим.

Неосновные носители свободнопроходят через внутренне поле p-n перехода, т.к. оно для них являетсяразгоняющим, и производят ток проводимости (дрейфа). Основные носителя,преодолевая диффузионное поле, создают диффузионный ток. При отсутствиивнешнего поля диффузионный ток и ток дрейфа равны. Такое состояние называетсяравновесным.

Если к p-n переходуприложить внешнее прямое напряжение (положительный полюс подсоединен кp-области, отрицательный – к n. Внешнее электрическое поле этого источникапротивоположно внутреннему диффузному полю. Напряженность поля перехода падает,ширина запирающего слоя уменьшается, а вместе с ней – и высота потенциальногобарьера. Из-за уменьшение высоты потенциального барьера возрастает диффузионныйток, а токи дрейфа уменьшаются. В результате образуется результирующий т.н. прямой ток Iпр, текущий внаправлении от p к n-области.

Если же приложит напряжениеобратной направленности (т.н. обратное включение), то напряженность внутреннегополя p-n перехода возрастает, диффузионные токи уменьшаются практически до нуля(растет потенциальный барьер). Ток же дрейфа практически не меняет своегозначения. Возникает обратный ток – Iобр,который пропорционален количеству неосновых носителей в полупроводнике и многоменьше (примерно на 6 порядков) прямого тока. Таким образом, можно считать, чтополупроводник с p-n переходом имеет одностороннюю проводимость.

При работе в p-n переходеможет наблюдаться его пробой при обратном напряжении, т.к. при росте обратногонапряжения растет напряженность внутреннего поля перехода, ведущий к роступодвижности носителей, формирующих обратный ток. При их достаточной скорости из-заразрыва ковалентных связей образуются добавочные электроны и дырки, которые, всвою очередь могут при соударениях могут создавать новые и новые носители. Этотпроцесс называется лавинным размножением и ведет к быстрому нарастаниюобратного тока. Данный процесс обратим, пока он не перешел в тепловой. Наличиеобъемных зарядов и электрического поля в обедненном слое придает p-n переходусвойства электрической емкости ( т.н. барьерная емкость p-n перехода). Оназависит от площади перехода и подаваемого к нему напряжения.

<img src="/cache/referats/4151/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1026">
(удельнаяэлектрическая проницаемость на площадь p-n перехода, деленная на четыре пи наширину запорного слоя.

Физические характеристики,такие как ток пробоя, допустимые температуры работы, допустимая мощностьрассеяния, мощность прибора и т.п. зависят от материала и и способа исполненияприбора.

Биполярные транзисторы.

Биполярный транзистор –монокристалл полупроводника, в котором созданы три области с чередующимисятипами проводимости (p-n-p или n-p-n). Среднюю область называют базой, акрайние – коллектором и эмиттером. Переход между эмиттером и базой – эмиттерныйпереход, между базой и коллектором – коллекторный.

Инжекция эмиттерногоперезода оценивается через коэффициент инжекции:

(отношение эмиттерного тока,обусловленного носителями эмиттера к общему току эмиттера, созданному какосновными носителями эмиттера, так и основными носителями базы). Для повышенияэффективности эмиттера и уменьшения составляющей тока основных носителей базыобласть эмиттера делают с большей концентрацией основных носителей, нежелиобласть базы.

Для базы инжектированныеэмиттером носителями являются неосновными. При прямо смещении эмиттерногоперехода вблизи него в базе возникает значительный рост неосновных носителей.Создается диффузионный поток от эмиттерного перехода к коллекторному (где ихнаоборот – недостаток). Под действием ускоряющего поля неосновные носители базывтягиваются в область коллектора, что создает управляемый коллекторный ток Iкув его цепи.

Коэффициент переносапоказывает какая часть инжектированных эмиттером носителей достигаетколлекторного перехода (т.к. естественно, достигают не все). Этот коэффициентопределяется как отношение управляемого коллектором тока к току эмиттера,созданного основными носителями.

Также важным параметромявляется коэффициент передачи тока эмиттера (приращение тока коллектора кприращению тока эмиттера при неизменно напряжении на коллекторном переходе).

<img src="/cache/referats/4151/image012.gif" v:shapes="_x0000_s1029">
Этот коэффициент малоотличается от единицы (от 0.95 до 0.99). Но кроме коллекторного тока,созданного инжекцией, в коллекторной цепи течет еще и небольшой по величинеобратный ток коллекторного перехода Iкбо, обусловленный неосновныминосителями коллектора и базы. При изменении окружающей температуры обратный токнарушает стабильность работы транзистора., т.к. Iк = Iку+ Iкбо.

Можно также упомянуть, чтокаждый транзистор обладает рядом параметров. Часть из них можно назватьпараметрами транзисторов при малых токах, а остальные – физическими параметрамитранзистора.

Рассмотрим для началапараметры при малых токах. При малых токах транзистор можно рассматривать каклинейный активный четырехполюсник, описываемый следующими уравнениями:

<img src="/cache/referats/4151/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1028">U1=h11I1+h12U2

I2=h21I1+h22U2

Где h11 – входноесопротивление при коротком замыкании на выходе

h12 – коэффициентобратной передачи при холостом ходе на входе

h21 – коэффициентусиления по току при коротком замыкании на выходе

h22 – выходнаяпроводимость при холостом ходе на входе.

К физическим параметрамтранзисторов относятся: rэ – сопротивление эмиттерного перехода сучетом объемного сопротивления эмиттерной области (обычно – несколько десятковОм); rк – сопротивление коллекторного перехода (от нескольких сотенкилоом до мегаома); rб – объемно сопротивление базы (несколько сотОм).

Также любой транзисторобладает т.н. предельным характеристиками: предельной температурой переходов(для кремниевых транзисторов до 200 градусов по Цельсию, для германиевых – до100) и максимальная мощность, рассеиваемая транзистором:

где Tокр –температура окружающей среды, RTокр – тепловое сопротивление, Tnmax– предельная температура переходов.

От температуры зависят идругие характеристики транзисторов, как то, например, при повышении температурына 10 градусов ток Iкбо возрастает в 2 раза, что нарушает режимработы транзистора в сторону больших токов. Поэтому в промышленностиприменяются транзисторы из более термостойких материалов (кремниевые) иразличные методы охлаждения схемы.

Однако, биполярныетранзисторы обладают весьма небольшим входным сопротивлением и высокойинерционностью. Поэтому в компьютерах используются в основном полевыетранзисторы, которые (к тому же) гораздо легче поддаются миниатюризации.Биполярные транзисторы дают большее быстродействие.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы бываютдвух типов – канальные и с изолированным затвором. Последние и применяются вкомпьютерах, их мы и рассмотрим.

(здесь и далее серым цветомобозначается окисел кремния SiO2).

Металлический электродзатвора изолирован от канала тонким слоем диэлектрика (двуокисью кремния SiO2).Концентрация примеси в областях стока и истока значительно больше, чем вканале. Основанием для транзистора служит полупроводник p-типа. Исток, сток изатвор имеют металлические выводы, с помощью которых транзистор и подключаетсяк схеме. Такой транзистор также называется МОП-транзистором(металл-окисел-полупроводник).

МОП-транзисторыхарактеризуются следующими статическими параметрами режима насыщения:

<img src="/cache/referats/4151/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> приUc=const,

где S – крутизнахарактеристик, D

Ic – изменениетока стока, DUзи – изменениенапряжения на затворе при постоянном напряжении на стоке.

<img src="/cache/referats/4151/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1032"> приUзи=const,

где Ri –внутренне сопротивление, D

Uc – изменениенапряжения на стоке, DIc – изменениетока стока при постоянном напряжении на затворе.

<img src="/cache/referats/4151/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> приIс=const,

где m

– коэффициент усиления, показывающий, восколько раз сильнее влияет на ток стока изменение напряжения на затворе, чемизменение напряжения на стоке.

Uзи отс –обратное напряжение на затворе (напряжение отсечки), при котором токопроводящийканал оказывается перекрытым.

Входное напряжение междузатвором и истоком определяется при максимально допустимом напряжении междуэтими электродами.

На высоких частотах такжеочень важными являются междуэлектродные емкости: входная, проходная и выходная.

К важнейшим достоинствамполевых транзисторов относятся:

1)

Высокое входноесопротивление (до 1015 Ом).

2)

Малый уровень собственныхшумов

3)

Высокая устойчивость противтемпературных и радиоактивных воздействий

4)

Высокая плотность элементовпри использовании в интегральных схемах

5)

Низкая инерционность.Реализация других полупроводниковых приборов винтегральных схемах.

Конденсатор(используется барьерная емкость обратно включенного p-n перехода)

Резистор(базовые – высокоомные, эмиттерные – низкоомные. В качествепеременного резистора можно использовать униполярый транзистор).

Индуктивности обычно неиспользуются, т.к. схемы проектируют так, чтобы избежать их использования,однако, если все же возникает необходимость введения в схему отдельнойиндуктивности, на поверхность окисла кремния металлической спирали.

Диодыb и e – на основе коллекторного перехода имеют наибольшее обратное напряжение.На основе эмиттерного перехода (a, d) – имеют наибольшее быстродействие инаименьший обратный ток. На основе параллельного включения переходов (с) –наименьшее быстродействие и наибольший прямой ток..

Таким образом, с помощьютранзисторов в микросхемах исполняются практически все необходимыерадиоэлементы. Далее мы рассмотрим, где и как они применяются.

Оперативная память.

Оперативная память являетсяполупроводниковым устройством, и выполнена в виде матрицы. Как легкодогадаться, полупроводниковые запоминающие устройства, в отличие отвышеописанных – энергозависимы, т.е. нуждаются в постоянной подпитке энергиейили обновлении. В самом примитивном подходе элемент памяти состоит из триггера(статическая память) или конденсатора (динамическая). Соответственно, элементпамяти хранит только один бит информации. Расположены они, как уже упоминалось,в виде матрицы, на пересечении строк и столбцов. Для обращения к нужномуэлементу памяти необходимо возбудить адресные шины (выходы) нужных строки истолбца, на пересечении которых находится необходимый элемент. На всех другихадресных шинах должен быть сигнал нулевого уровня. Такая схема адресацииназывается двухкоординатной. Сигналы выборки формируются внешним либовнутренним дешифратором кода адреса.

Как было уже сказано, в элемент памяти записывается (или считывается снего) 0 или 1. Запись и считывание производится по информационным (разрядным)шинам, которые соединены с усилителями записи и считывания, которые в своюочередь, формируют сигналы с требуемыми параметрами. Поскольку для считывания изаписи используется одни и те же разрядные шины, соединенные со всемиэлементами памяти, то операции считывания и записи на каждый элемент памятиразделены по времени как между собой, так и между считыванием и записью вдругие элементы памяти данной микросхемы.

<img src="/cache/referats/4151/image028.jpg" v:shapes="_x0000_i1037">Схема устройства статического ОЗУ

Для хранениячетырехразрядного числа необходимо иметь 4 матрицы накопителя (понятное дело,что обычно используются восьмиразрядные числа, но описание его хранения слишкомсложно для восприятия, хотя от четырехразрядного варианта отличается тольколишь количеством элементов). Адресные входы матриц-накопителей соединяютсяпараллельно и подключаются к дешифратору.

<img src="/cache/referats/4151/image030.jpg" v:shapes="_x0000_i1038">Схем включения блоков памяти

Так как матрица-накопитель одной рассматриваемоймикросхемы содержит 16 элементов памяти, то при параллельном включении четырехтаких микросхем получается запоминающее устройство, которое может одновременнохранить 16 четырехразрядных чисел (заметим в скобках, что современныеустройства памяти оперируют 64-разрядными числами). Для адресации этих чиселнеобходимо иметь 16 различных адресных сигналов, что можно получить причетырехэлементном коде адреса. Например, при коде адреса 0000 сигналыединичного уровня появятся на шинах с номерами 1, которые на всех схемахвыбирают элемента памяти с адресом 1.1. Таким образом, в первой схеме запишется1й разряд числа, во второй – второй и т.д. Часть запоминающего устройства,предназначенная для хранения многоразрядного числа, называется ячейкой памяти.

Статическое ЗУ

Как уже отмечалось, встатическом ЗУ роль элемента памяти выполняет триггер. Возьмем матрицу из16*16=256 элементов, т.е. организация накопителя будет 256*1 бит. Для обращенияк такому ОЗУ необходимо подвести к нему сигнал,. разрешающий работу (ВМС –выборка микросхемы), к информационным входу и выходу, и восьмиразрядный кодадреса к адресным входа дешифраторов.

Дешифратор управляет ключамивыборки строк и столбцов, которые, в свою очередь вырабатывают сигналы,соединяющий выбранный элемент памяти и шину ввода-вывода. Сигналомзапись-считывание (ЗС) устанавливается режим работы микросхемы.

При поступлении единичногоуровня сигналов ЗС и ВМС открывается схема ввода информации. Через шинуввода-вывода и открытый ключ выборки столбца информация через вход поступает навыбранный элемент памяти.

При нулевом сигнале ЗС исигнале ВМС открывается схема вывода информации на выход. При отсутствиисигналов ЗС и ВМС выход микросхемы отключается от внешней шины.

<img src="/cache/referats/4151/image031.gif" v:shapes="_x0000_i1039">Схема работы статической памяти.

Динамическое ОЗУ

Динамическому ОЗУ нужнапериодическая перезапись (регенерация) информации для ее хранения. Возьмем,например схему с емкостью 4096*1 бит с матрицей 64*64=4096 элементов памяти. Вней необходимо иметь 64 усилителя считывания, и два шестиразрядных регистра дляхранения кода адреса, дешифраторы строк столбцов с 64 выходами каждый,устройство ввода-вывода и устройство управления и синхронизации, которое будетформировать управляющие сигналы. Элементом память в данном случае будетконденсатор, который с помощью ключевой схемы на транзисторе будет подключатьсяк разрядной шине. При совпадении выходного сигнала дешифратора столбца иуправляющего сигнала F3 открываются ключи выборки столбцов, шины ввода-выводасоединяются с выбранной разрядной шиной – производится считывание или записьинформации.

Микросхема управляетсячетырьмя сигналами: кодом адреса, тактовым сигналом, выборки микросхемы изаписи-считывания.

Сигналы адреса (выборкаэлементов памяти_ поступают на регистры строк и столбцов для выбора элемента памяти.Обращение к матрице по адресным входам разрешается тактовым сигналом. Кодадреса после записи в регистрах дешифруется. Одновременно запускаютсяформирователи F1 и через него — F2, управляющие выбором строки. Также от F1селектором строк разрядные шины подключается к конденсаторам опорных элементов.Из-за того, что собственная емкость шин больше, чем емкость запоминающегоконденсатора, разность потенциалов между ними при их подключении друг к другубудет незначительна. Поэтому необходим весьма чувствительный усилительсчитывания.

Сигнал F2 включает усилительсчитывания и происходит регенерация информации во всех элементах памятивыбранной строки.

По сигналу ВМС запускаетсяформирователь F3 и через него F4, которые коммутируют цеп вывода информации ишины ввода-вывода с разрядной шиной через транзисторные ключи. Информациясчитывается. С окончанием тактового сигнала все узлы микросхемы возвращаются висходное состояние.

Пос

еще рефераты

Еще работы по компьютерам и переферийным устройствам

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Цифровые ЭВМ

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Новые технологии в организации PC

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Шина USB

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Системный блок (основные компоненты)

29 Августа 2013