Реферат: Запоминающие устройства

Запоминающиеустройства

Запоминающие устройства можно классифицировать по следующимкритериям:

·     

·     

·     

·     

·     

·     

По типу запоминающих элементов

Полупроводниковые

Магнитные

Конденсаторные

Оптоэлектронные

Голографические

Криогенные

По функциональному назначению

ОЗУ

БЗУ

СОЗУ

ВЗУ

           ПЗУ

           ППЗУ

           РгПЗУ

По типу способу организации обращения

С последовательным поиском

С прямым доступом

Адресные

Ассоциативные

Стековые

Магазинные

По характеру считывания

С разрушением информации

Без разрушения информации

По способу хранения

Статические

Динамические

По способу организации

Однокоординатные

Двухкоординатные

Трехкоординатные

Двух- трехкоординатные

Краткиесведения об IBM РС — совместимых компьютерах

В этом разделе мы постараемсядостаточно кратко объяснить некоторые особенности IBM РС-совместимыхкомпьютеров, а также введем некоторые базовые понятия, на которые впоследствиибудем не раз ссылаться.

 Открытая архитектура(блочно-модульный принциппостроения)

  Привлекательность IBM РС-совместимыхкомпьютеров заключается в их открытой архитектуре. Это, в частности, означает,что подобные компьютеры имеют модульный принцип построения, то есть их основныеузлы и блоки выполнены в виде отдельных модулей. Таким образом, установка новыхили замена старых устройств, входящих в состав компьютера, не представляютособых сложностей. Усовершенствование таких компьютеров вполне под силу самимпользователям.

  В составе IBM РС-совместимого персональногокомпьютера можно выделить три основных компонента: системный блок, монитор иклавиатуру. В системном блоке находится вся основная электронная начинкакомпьютера: блок питания, материнская (системная) плата и приводы накопителей(дисководы) со сменным или несменным носителем. Клавиатура является стандартнымустройством ввода информации, позволяющим передавать компьютеру определенныесимволы или

управляющие сигналы. Монитор (илидисплей) предназначен для отображения на своем экране монохромной или цветной,символьной или графической информации. Все перечисленные выше основныекомпоненты соединяются друг с другом посредством специальных кабелей сразъемами.

  От типа корпуса системного блока зависят, в частности, размеры иразмещение используемой системной платы, минимальная мощность блока питания (тоесть возможное число, подключаемых устройств) и максимальное количествоустанавливаемых приводов накопителей. Корпуса компьютеров бывают напольного (tower) и настольного (desktop)исполнения. Основным отличием этих типов корпусов можно считать различноеколичество установочных мест для накопителей и соответственно мощность блокапитания. Кстати, установочные места (монтажные отсеки) для накопителей могутбыть двух типов: с внешним доступом и внутренним доступом. Таким образом, поопределению, доступ к накопителям, установленным в монтажные отсеки последнеготипа может осуществляться только при открытой крышке корпуса системного блока.Такие установочные места могут использоваться только для накопителей снесменным носителем, например, винчестеров.

  Системная плата является основой компьютера и представляет собой плоскийлист фольгированного стеклостекстолита,на котором находятся основные электронные элементы: базовый микропроцессор,оперативная память, кварцевый резонатор и другие вспомогательные микросхемы.

  В соответствии с принципом открытой архитектуры большая часть

IBM РС-совместимыхкомпьютеров имеет системные платы, которые содержат лишь основные узлы, аэлементы связи, например, с приводами накопителей, монитором и другимипериферийными устройствами, отсутствуют. В таком

случае эти отсутствующие элементырасполагаются на отдельных печатных платах, которые вставляются в специальныеразъемы расширения, предусмотренные для этого на системной плате. Этидополнительные платы называют дочерними, а системную плату — материнской.Функциональные устройства, выполненные на дочерних платах, часто называютконтролерами или адаптерами, а сами дочерние платы — платами расширения.

 Микропроцессоры и системные шины

В IBM РС-совместимыхкомпьютерах используются только микропроцессоры Intelили их клоны, имеющие подобную архитектуру.

 С основными устройствами компьютера микропроцессорсвязан через так называемую системную шину. По этой шине осуществляется нетолько передача информации, но и адресация устройств, а также обменспециальными служебными сигналами. Как правило, подключение дополнительныхустройств к системной шине производится через разъемы расширения.

 Для подключения плат расширения на системнойшине компьютеров на базе микропроцессора i8088 (IBM РС и IBM РС/ХТ)используются 62-контактные разъемы. В частности, эта системная шина включает 8линий данных и 20 адресных линий, которые ограничивают адресное пространствокомпьютера пределом в

1 Мбайт. В компьютерах PC/AT286впервые стала применяться новая системная шина ISA (IndustryStandart Architecture), покоторой можно было передавать параллельно уже 16 разрядов данных, а благодаря24 адресным линиям напрямую обращаться к 16 Мбайтам системной памяти. Этасистемная шина отличается от предыдущей наличием дополнительного З6-контактногоразъема для соответствующих плат расширения. Компьютеры на баземикропроцессоров i80386/486 стали применять специальные шины для памяти, чтопозволило максимально использовать ее быстродействие. Тем не менее некоторыеустройства, подключаемые через разъемы расширения системной шины, не могутдостичь скорости обмена, сравнимой с микропроцессором. В основном это касаетсяработы с контролерами накопителей и видеоадаптерами. Для решения этой проблемы,стали использовать так называемые локальные (local)шины,

которые непосредственно связываютмикропроцессор с контролерами этих периферийных устройств. В настоящее времяизвестны две стандартные локальные шины: VL-bus (VESALocal-bus) и PCI (PeripheralComponent Interconnect).Для

подключения устройств к такимшинам на системной плате компьютера имеются специальные разъемы.

Порты,прерывания, прямой доступ к памяти

Все устройства на системной шинемикропроцессор рассматривает либо как адресуемую память, либо как портыввода-вывода. Вообще говоря, под портом понимают некую схему сопряжения,которая обычно включает в себя один или несколько регистров ввода-вывода(особых ячеек памяти).

 О совершении некоего события микропроцессорможет узнать по сигналу, называемому прерыванием. При этом исполнение текущейпоследовательности команд приостанавливается (прерывается), а вместо нееначинает выполняться другая последовательность, соответствующая данномупрерыванию. Обычно прерывания подразделяются на аппаратные, логические ипрограммные.

 Аппаратные прерывания (IRQ) передаются поспециальным линиям системной шины и связаны с запросами от внешних устройств(например, нажатие клавиши на клавиатуре). Логические прерывания возникают приработе самого микропроцессора (например, деление на ноль), а программныеинициируются выполняемой программой и обычно используются для вызоваспециальных подпрограмм.

 В первых компьютерах IBM PC использоваласьмикросхема контролера прерываний i8259 (Interrupt Controller), которая имеет восемь входов для сигналовпрерываний (IRQ0-IRQ7). Как известно, в одно и то же время микропроцессор

может обслуживать только однособытие и в выборе данного события ему помогает контролер прерываний, которыйустанавливает для каждого из своих входов определенный уровень важности — приоритет. Наивысший приоритет имеет линия запроса прерывания IRQ0, анаименьший — IRQ7, то есть приоритет убывает в порядке возрастания номералинии. В IBM PC/AT восьми линий прерывания стало уже недостаточно и ихколичество было увеличено до 15. В первых моделях для этого использовалоськаскадное включение двух микросхем i8259. Оно осуществлялось путемподсоединения выхода второго контролера ко входу IRQ2 первого.

 Важно для понимания здесь следующее. Линиипрерывания IRQ8 — IRQ15 (то есть входы второго контролера) имеют приоритет нижечем IRQ1, но выше IRQ3.

В режиме прямого доступа (DMA, Direct Memory Access)периферийное устройство связано с оперативной памятью непосредственно, а нечерез внутренние регистры микропроцессора. Наиболее эффективной такая передачаданных бывает в ситуациях, когда требуется высокая скорость обмена для

большого количества информации.Для инициализации процесса прямого доступа на системной шине используютсясоответствующие сигналы.

 В компьютерах, совместимых с IBM РС и PC/XT,для организации прямого доступа в память используется одна 4-канальнаямикросхема DMA i8237, канал 0 которой предназначен для регенерации динамическойпамяти. Каналы 2 и 3 служат для управления высокоскоростной передачей данныхмежду дисководами гибких дисков, винчестером и оперативной памятьюсоответственно.

IBM PC/AT-совместимые компьютерыимеют 7 каналов прямого доступа к памяти. В первых компьютерах это достигалоськаскадным включением двух микросхем i8237, как и в случае контролеровпрерываний.

Памятькомпьютера

Все персональные компьютерыиспользуют три вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю (различныенакопители). Оперативная память предназначена для хранения переменнойинформации, так как она допускает изменение своего содержимого в ходевыполнения микропроцессором

соответствующих операций.Поскольку в любой момент времени доступ может осуществляться к произвольновыбранной ячейке, то этот вид памяти называют также памятью с произвольнойвыборкой — RAM (Random AccessMemory).

 Все программы, в том числе и игровые,выполняются именно в оперативной памяти. Постоянная память обычно содержиттакую информацию, которая не должна меняться в течение длительного времени.Постоянная память имеет собственное название — ROM (ReadOnly Memory), котороеуказывает на то, что ею обеспечиваются только режимы считывания и хранения.

Логическаяорганизация памяти

Как известно, используемый в IBMРС, PC/XT микропроцессор i8088 через свои 20 адресных шин предоставляет доступвсего к 1-Мбайтному пространству памяти. Первые 640 Кбайт адресуемогопространства в IBM РС-совместимых компьютерахназывают обычно стандартной памятью (conventional memory). Оставшиеся 384 Кбайта зарезервированы длясистемного использования и носят название памяти в верхних адресах (UMB, Upper Memory Blocks,High DOS Memory или UM Area — UMA).Эта область памяти резервируется под размещениесистемной ROM BIOS (Read OnlyMemory Basic Input Output System),под видеопамять и ROM-память дополнительных адаптеров.

Дополнительная(expanded) память

Почти на всех персональныхкомпьютерах область памяти UMB редко оказывается заполненной полностью.Пустует, как правило, область расширения системного ROM BIOS или частьвидеопамяти и области под дополнительные

модули ROM. На этом и базируетсяспецификация дополнительной памяти EMS (Ехpanded Memory Specification), впервыеразработанная фирмами Lotus Development,Intel и Microsoft (поэтомуназываемая иногда LIM-cпeцификацией). Этаспецификация позволяет использовать оперативную память свыше стандартных 640Кбайт для прикладных программ. Принцип использования дополнительной памятиоснован на переключении блоков (страниц) памяти. В области UMB, междувидеобуфером и системным RGM BIOS, выделяется незанятое 64-Кбайтное«окно», которое разбито на страницы. Программные и аппаратныесредства позволяют отображать любой сегмент дополнительной памяти в любую извыделенных страниц «окна(TM). Хотя микропроцессор всегда обращается кданным, хранимым в „окне“ (адрес ниже 1 Мбайта), адреса этих данныхмогут быть смещены в дополнительной памяти относительно „окна“ нанесколько мегабайт (см. рис. 1).

 В компьютерах на процессоре i8088 дляреализации дополнительной памяти должны применяться специальные платы саппаратной поддержкой „подкачки“ блоков (страниц) памяти исоответствующий программный драйвер. Разумеется,

платы дополнительной памяти могутустанавливаться и в компьютер на базе процессоров i80286 и выше.

Расширенная (extended) память

Компьютеры, использующиепроцессор l80286 с 24-разрядными адресными шинами, физически могут адресовать16 Мбайт, а в случае процессоров i80386/486 — 4 Гбайта памяти. Такаявозможность имеется только для защищенного режима работы процессора, которыйоперационная система MS-DOS не поддерживает. Расширенная память (extended) располагается выше области адресов 1 Мбайт (ненадо путать 1 Мбайт ОЗУ и 1 Мбайт адресного пространства). Для работы срасширенной памятью микропроцессор должен переходить из реального в защищенныйрежим и обратно. В отличие от l80286 микропроцессоры i80386/486 выполняют этуоперацию достаточно просто, именно поэтому для них в составе MS-DOS имеетсяспециальный драйвер — менеджер памяти ЕММ386 (см. рис. 2).

 Кстати, при наличии соответствующего драйверарасширенную память можно эмулировать как дополнительную. Аппаратную поддержку вэтом случае должен обеспечивать микропроцессор не ниже i80386 иливспомогательный набор специальных микросхем (например, наборы NEAT фирмы Chips and Technologies).Следует заметить, что многие платы памяти, поддерживающие стандарт LIM/EMS,могут использоваться также и в качестве расширенной памяти.

Expanded- память

Область HMA

Область НМА — память

1024 K

10000 h

Системный ROM BIOS

ROM BIOS

960 K

F000 h

Расширение ROM BIOS

896 K

E000 h

» Окно EMS "

...

...

Hard Disk ROM BIOS

I/O ROM BIOS

C800 h

784 K

EGA/VGA ROM BIOS

C000 h

Видеопамять

768 K

Дисплей CGA

ОЗУ

736 K

Монохромный дисплей

B000 h

Дисплей EGA/VGA

...

...

...

A000 h

Драйвер ЕМM.SYS

TSR-прогрсммы

DOS

DOS

0 K

Рис. 1   Дополнительная память

Рис. 2   Расширенная память

Кэш-память

Кэш-память предназначена для согласования скорости работысравнительно медленных устройств, таких, например как динамическая память сбыстрым микропроцессором. Использование кэш-памяти позволяет избежать цикловожидания в его работе, которые снижают производительность всей системы.

С помощью кэш-памяти обычно делается попытка согласоватьтакже работу внешних устройств, например, различных накопителей, имикропроцессора. Соответствующий контролер кэш-памяти должен заботиться о том,чтобы команды и данные, которые будут необходимы микропроцессору в определенныймомент времени, именно к этому моменту оказывались в кэш-памяти.