Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Мая 2013 в 10:34, курс лекций
Раздел 1. Основы организации технических средств САПР
МЕСТО ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СРЕДИ ДРУГИХ ВИДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР
Автоматизация проектирования представляет собой 7 видов обеспечения:
- Математическое обеспечение – включает математические методы, модели и алгоритмы проектирования;
- Программное обеспечение – представляет совокупность машинных программ, состоящих из программ управления проектированием и программ управления проектными процедурами;
Технические средства САПР Лекция 05 Доцент, к.т.н., Алексеев Анатолий Васильевич
Классификация ЗУ по принципу действия запоминающего элемента
По принципу действия запоминающего элемента ЗУ можно разделить на 3 типа:
Полупроводниковые ЗУ подразделяются на статические и динамические.
В статических ЗУ запоминающим элементом является триггер. Существует целый ряд типов триггеров, отличающихся управлением и характеристиками. Рассмотрим часто используемый RS триггер.
Таблица соответствия
В динамическом ЗУ запоминающим элементом является ёмкость «затвор-исток» полевого транзистора. В связи с тем, что существуют токи утечки, с целью сохранения информации в ЗУ ёмкость затвора транзистора необходимо периодически подзаряжать (регенерировать). Для этого процессору приходится выделять дополнительное время. В ЭВМ с динамическим ЗУ центральный процессор один машинный такт тратит на выполнение программы, а другой такт на регенерацию ЗУ. Во время регенерации происходит обращение к ячейкам ЗУ, что восстанавливает необходимый заряд ёмкости «затвор-исток» полевых транзисторов.
Полупроводниковые ЗУ используются во всех типах ЗУ, кроме ВЗУ.
Магнитные ЗУ применяются для организации ВЗУ. В магнитных ЗУ используется носитель информации в виде тонкого слоя (несколько микрон) магнитного материала, нанесённого на соответствующую основу в виде ленты, диска, карточки. Значение уровней логической «1» или логического «0» двоичной информации кодируется направлением вектора намагниченности отдельных участков сплошного магнитного слоя. Вследствие явления магнитного гистерезиса, после снятия внешнего магнитного поля, участок поверхности магнитного материала остаётся намагниченным. Считывание информации основано на улавливании внешнего магнитного потока и преобразовании магнитного поля в электрический сигнал с помощью полупроводниковых ИС.
Оптические ЗУ применяются для организации ВЗУ. В качестве носителя используется оптический диск. Запись на оптический диск осуществляется либо штамповкой на предприятии изготовителя, либо с помощью луча лазера. При чтении применяется луч лазера меньшей интенсивности, чем при записи. С помощью анализа характеристик отражённого луча собирается записанная на поверхности оптического диска информация.
Операциями с ЗУ являются запись информации в ЗУ и чтение информации из ЗУ. Отсюда и классификация ЗУ:
- ЗУ, в которых возможна как запись, так и чтение информации. К этому типу относятся 95% выпускаемых ЗУ - СОЗУ, ОЗУ, БЗУ, ВЗУ. Перепрограммируемые ПЗУ, использующие принцип стирания информации с помощью ультрафиолетового света, так же относятся к данному типу ЗУ;
- ЗУ, в которых возможна однократная запись информации и многократное её считывание. К этому типу относятся рассмотренные ранее программируемые ПЗУ;
- ЗУ, в которых возможно только чтение информации. К этому типу относятся рассмотренные ранее масочные ПЗУ, информация в которые записывается на заводе изготовителе ПЗУ методом штамповки.
По организации доступа к информации различают ЗУ с произвольным (прямым) доступом и последовательным доступом.
В ЗУ с произвольным доступом время поиска информации не зависит или слабо зависит от расположения информации на носителе. К этому типу относятся СОЗУ, ОЗУ, БЗУ, ПЗУ.
В ЗУ с последовательным доступом время поиска информации определяется местом расположения информации на носителе. К этому типу относятся ВЗУ. Так, например, для считывания информации на стримере необходимо отмотать магнитную ленту до нужного места. В случае магнитного или оптического диска, необходимо передвинуть считывающий элемент на соответствующее место диска. Для перемещения требуется время. Чем «глубже» находится информация, тем большее требуется время.
По способу размещения и поиска информации ЗУ делятся на адресные и безадресные.
В адресных ЗУ каждой единице информации (бит, байт, слово) соответствует некоторый двоичный код – адрес, однозначно определяющий расположение этой информации в ЗУ.
В безадресных ЗУ поиск информации осуществляется не по адресу, а по некоторым признакам. Среди безадресных ЗУ наиболее распространены ЗУ трёх типов:
1. Стековые ЗУ. В них информация записывается и считывается через одну и ту же ячейку памяти - вершину стека. При записи и считывании слова информация в ЗУ сдвигается, причём первым читается последнее записанное слово. Стековая память используется для запоминания состояний процессора, при обработке внешних и внутренних прерываний и т.д.
2. Магазинные ЗУ. В них информация записывается в первую ячейку памяти, а считывается из последней. Таким образом, первым читается первое записанное слово.
3. Ассоциативные ЗУ. Поиск информация в ассоциативных ЗУ происходит одновременно во всех ячейках памяти по ее содержимому (ассоциативному признаку), это позволяет в ряде случаев ускорить процесс поиска и обработки данных
Ассоциативные запоминающие устройства
Ассоциативными называются такие ЗУ (АЗУ), обращение к информации в которых происходит не по адресу, а по содержимому некоторого числа разрядов, хранящихся в ЗУ слов.
При поиске информации в АЗУ разряды всех хранящихся в ЗУ слов одновременно сравнивать с некоторой внешней информации - признаком опроса и в результате поиска за одно обращение к АЗУ обнаруживаются все слова соответствующие заданному признаку.
Слова считываются из АЗУ в соответствии с принятой системой приоритетов.
Рассмотрим структуру АЗУ.
Используемые обозначения:
БУ – блок управления
РКП – регистр кода признака, для опроса данных при поиске информации
РМ – регистр маски
РД – регистр выходных данных
РРП – регистр результата поиска
РВС – регистр выбора слов
СЧС – счетчик числа совпадений при поиске
МЭП – матрица элементов памяти
Принцип работы АЗУ заключается в следующем. Код признака подается одновременно на все строки матрицы элементов памяти (МЭП). Каждый элемент памяти имеет схему сравнения содержимого с соответствующим разрядом признака и последующей конъюнкции результатов в пределах строки для получения сигнала совпадения, который записывается в регистр результата поиска (РРП).
Разряд признака можно произвольно установить с помощью регистра маски (РМ), что позволяет опрашивать содержимое любой заданной части слова. Оставшаяся часть слова при опросе игнорируется – маскируется. Таким образом, сигнал совпадения выдаётся независимо от содержимого маскированной части разрядов каждого слова матрицы.
Регистр выбора слова (РВС) обеспечивает обращение к строке МЭП с наибольшим приоритетом. Остальные отмеченные при поиске слова временно игнорируются.
АЗУ может иметь систему адресации и использоваться в режиме обычного ЗУ.
Основными режимами работы АЗУ являются:
1. Поиск информации. При поиске информации происходит сравнение разрядов хранящихся в МЭП слов с соответствующими не маскированными разрядами признака опроса.
2. Запись. В этом режиме происходит запись не маскированных разрядов данных одновременно во все строки выбранной матрицы элементов памяти.
3. Считывание отмеченных при поиске строк.
АЗУ служит основой для построения параллельных ассоциативных процессоров для выполнения любых арифметических и логических операций. Ассоциативный процессор является одним из решений параллельных вычислительных систем. Наиболее очевидно преимущество АЗУ при решении задач структурной обработки информации - сортировка, поиск.