Memorii

Memorii

Obiective

Dupa aprofundarea lectiei studentii vor cunoaste

Diferite tipuri de memorii

Memorie procesor

Memorie primara

Interfatarea memoriei

Introducere

Cele mai multe calculatoare moderne au fost proiectate conform arhitecturii de baza numita Von-Neumann prezentata in figura 5.1.

Memoria stocheaza atat instructiuni cat si date. Nu se poate distinge intre date si instructiuni. CPU trebuie sa fie directionat catre adresa codului instructiunii. Memoria este conectata la CPU prin intermediul urmatoarele linii (figura 5.2):

Adrese

Date

Control

Intr-o operatie de citire a memoriei CPU incarca adresa memoriei in magistrala de adrese. In cele mai multe cazuri aceste linii sunt incarcate intr-un decodor care selecteaza locatia de memorie corespunzatoare. Apoi CPU trimite un semnal de control de citire (read). Data stocata in aceasta locatie este transferat spre procesor via linii de date.

In operatiile de scriere, dupa ce adresa este incarcata CPU trimite semnal de scriere urmat de datele ce trebuie scrise in locatia de memorie.

Memoria poate fi clasificata dupa mai multe criterii bazate pe localizare, putere consumata, cai de date stocate., etc. Memoria poate fi clasificata la nivel de baza astfel:

Memorie procesor (registri)

Memorie interna on-chip

Memorie primara

Memorie cash

Memorie secundara

Memorie procesor (Registri)

Cele mai multe procesoare au mai multi registri asociati cu unitatea aritmetica si logica (ALU). Acestia stocheaza operanzii si rezultatele instructiunilor. Ratele de transfer de date sunt foarte rapide fara sa fie necesare cicluri aditionale de ceas. Numarul registrilor variaza de la procesor la procesor. Cu cat sunt mai multi cu atat creste viteza de executie a instructiunilor. Dar complexitatea arhitecturii limiteaza cantitatea de memorie a procesorului.

Memorie interna on-chip

In unele procesoare poate exista un bloc de memorie. Acestea pot fi tratate in acelasi mod ca o memorie externa. Cu toate astea este foarte rapida.

Memorie primara

Aceasta este una care este situata in afara CPU. Poate fi situata in acelasi CHIP cu CPU. Aceste memorii pot fi statice sau dinamice.

Memoria cache

Aceasta este situata intre procesor si memoria primara. Se comporta ca un tampon pentru instructiunile sau datele pe care procesorul le anticipeaza. Pot fi mai multe niveluri de memorie cahe.

Memorie secundara

Acestea sunt tratate ca dispozitive de intrare/iesire. Sunt cele mai ieftine dar si cele mai lente dispozitive de stocare conectate prin intermediul unor circuite de interfata intrare/iesire. Sunt memorii optice sau magnetice precum Hard disk, CD Rom, etc. Aceste memorii pot fi clasificate in memorii volatile si memorii nevolatile.

Memorie volatila - este memoria al carei continut este sters cant circuitul de alimentare este intrerupt. SRAM (semiconductor random acess) fac parte din aceasta categorie.

Memorie nevolatila - memoriile nu sunt afectate chiar daca alimentarea este intrerupta. Memoriile magnetice (Hard Disk), Memoriile optice (CDROM), memoriile de tip ROM (read only memory) fac parte din acest tip de memorii.

Stocarea datelor

O memorie de m cuvinte poate stoca mxn date: m cuvinte de n biti. Un cuvant este localizat la o adresa, prin urmare pentru a adresa m cuvinte sunt necesare un numar de semnale de intrare de adrese k=log₂(m) sau k linii de adrese pot acesa m=2^k cuvinte.

De exemplu: o memorie de 4096x8

poate stoca 32768 de biti

12 semnale de intrare de adresa

8 semnale de intrare/iesire de date

Accesarea memoriei

Locatia memoriei poate fi accesata prin plasarea adresei pe liniile de adrese. Liniile de control read/write selecteaza operatia (citire scriere).Unele dispozitive de memorare sunt dispozitive multiport astfel incat pot fi accesate simultan mai multe locatii de memorie.

Caracteristicile memoriei

Caracteristicile unei memorii tipice sunt urmatoarele:

Capacitatea de stocare: numarul de biti/bytes sau cuvinte care pot fi stocate

Timpul de acces la memorie (timp de citire sau timp de scriere): cat timp este necesar pentru ca memoria sa depuna datele pe liniile de date dupa ce memoria a fost adresata sau cat de rapid poate stoca datele depuse pe liniile ei de date.

Puterea consumata si nivelul de tensiune: Puterea consumata este un factor foarte important pentru sistemele incorporate. Este necesar ca puterea consumata sa fie cat mai mica iar capacitatea respectiv gradul de comprimare cat mai mare. Din considerente de disipare a puterii dimensiunea memoriei si capacitatea de stocare sunt corelate cu puterea consumata.

Memoriile utilizate in sistemele incorporate au doua caracteristici specifice:

capacitate de scriere

randamentul stocarii

Capacitatea de scriere - este modul si viteza cu care aceasta memorie poate fi scrisa

Domeniul capacitatii scriere

cea mai buna: procesorul scrie in memorie simplu si rapid (ex. memoria RAM)

mediu: procesorul scrie in memorie dar lent (ex: FLASH, EEPROM -ellectrically erasable and programmable read only memory)

jos : sunt necesare echipamente speciale programabile pentru a scrie in memorie (EPROM, OTP ROM - one time programmable read only memory)

cea mai slaba: bitii sunt stocati numai la fabricare (ex. Mask-programmed ROM)

Randamentul (permanenta) stocarii - reprezinta abilitatea de a pastra bitii stocati. Domeniile de randament al stocarii sunt:

cel mai ridicat: nu se pierd niciodata biti (ex. mask-programmed ROM)

mediu: pastreaza bitii zile, luni sau chiar ani dupa ce sursa de alimentare a memoriei a fost intrerupta.

jos: pastreaza bitii cat timp este asigurata alimentarea memoriei (ex. ROM)

cel mai jos: incepe sa piarda bitii imediat dupa ce a fost scris (DRAM)

Memoria nevolatila este cea care mentine datele dupa ce alimentarea a fost intrerupta si este reprezentara de cele din domeniul cel mai ridicat si mediu.

Tipuri de memorii comune

ROM (Read Only Memory)

Aceasta este o memorie nevolatila. Pot fi numai citite nu si scrise de catre microprocesor in cadrul unui sistem incorporat. In mod normal acestea sunt scrise (programate) inaunte de inserarea in sistemul incorporat. Sunt utilizate pentru:

stocarea programelor software pentru procesoarelor de uz general

stocarea constantelor necesare sistemului

implementarea circuitelor combinationale

Spre exemplificare in figura 5.7. este prezentata structura unei memorii ROM. Liniile orizontale reprezinta cuvintele iar pe verticala sunt liniile de iesire date, linii de date care sunt conectate in ciclu. Daca adresa de intrare este de exemplu 010 decodificatorul pune pe linia a doua de cuvinte valoarea 1. Liniile de date Q3 si Q1 sunt puse pe 1 deoarece aici este setata conexiune. A doua linie de cuvinte nu este conectata cu liniile d edate Q2 si Q0. De aceea valoarea de iesire este 1010

Fig. 5.7.

Implementarea functiilor combinationale

Orice circuit combinational de n functii si k variabile poate fi realizat cu 2^kxn ROM. Intrarile circuitului combinational sunt adrese ale locatiilor ROM. Iesirile reprezinta cuvinte stocate in memorie la locatiile respective.

ROM cu masca programabila

Conexiunile sunt programate din fabricatie si sunt un set de masti; pot fi scrise o singura dat (la fabricare) dar stocheaza date pentru totdeauna. Sunt in mod uzual utilizate pentru proiectarea formei finale a sistemelor mari.

OTP ROM (Onet-time programmable ROM)

Conexiunile pot fi programate dupa fabricatie de catre utilizator; acesta furnizeaza fisierul cu continutul dorit al memoriei ROM. Inscrierea se face printr-un dispozitiv special numit "programator" de ROM. Fiecare conexiune programabila este arsa. Programatorul de ROM arde fuzibilele acolo unde nu exista conexiuni. Au urmatoarele caracteristici:

abilitati de scriere foarte scazute: se pot inscrie o singura data si necesita un programator

permanenta ridicata a informatiei stocate: bitii nu se schimba decit daca se face reconectarea la programator si se ard noi fuzibile

utilizare uzuala in produsul final: ieftine, greu de modificat din greaseala

EPROM (Erasable Programmable ROM)

Aceasta este cunoscuta ca read onlz memory reprogramabila. Componenta programabila este un tranzistor MOS. Acest tranzistor are o poarta flotanta inconjurata de izolator.