Курсовая работа: Динамічна пам'ять, принципи її організації і роботи
Курсовая работа: Динамічна пам'ять, принципи її організації і роботи
Курсова робота
на тему
«Динамічна пам'ять, принципи її організації і роботи»
ЗАВДАННЯ ДО КУРОСОВОЇ РОБОТИ
Варіант 3
Згідно з номером свого варіанта виконати курсову роботу у слідкуючій послідовності:
1. Розкрити тему - динамічна пам'ять, принципи її організації і роботи.
2. Розкрити тему «Представлення даних в ЕОМ».
3. Використовуючи таблицю ASCII кодів перекладіть своє прізвище або ім’я (але менш чим 5 літер) у послідовність цифр 16-річної системи числення, а потім у послідовність двійкових біт.
4. Користуючись викладеним теоретичним матеріалом доповніть послідовність двійкових біт бітами коду Хемінга.
5. Змініть значення N-ного біту отриманої послідовності на протилежне та покажіть можливість його відновлення (де N – це ваш номер за журналом академічно групи). У доповнення до N-того біту також змініть на протилежне значення (35 – N) біту. Чи є можливість тепер відновити інформацію? Наведіть пояснення.
6. Написати програму, яка дозволяє кодувати слова довжиною до 10 літер за схемою «ASCII-код → двійковий код → код Хемінга».
7. Написати програму, яка дозволяє знаходити одну помилку в двійковій послідовност коду Хемінга та відновлювати її. Програма також має бути спроможною робити перетворення за схемою «код Хемінга → двійковий код → ASCII-код». Перевірте її роботу, застосовуючи результати з попереднього завдання.
РЕФЕРАТ
Помилки у збережених даних можуть виникати з різних причин. Наприклад, сплеск напруги електроживлення обумовлює помилки в оперативній пам'яті, а порушення властивостей магнітного носія при нагріванні, електромагнітному або механічному впливі веде до зміни збереженої інформації на дисках, дискетах і магнітній стрічці. Для захисту від таких помилок використовуються коди, що можуть виявляти та виправляти помилки. При цьому кожному слову в пам'яті особливим образом додаються додаткові біти. Коли слово зчитується додаткові біти застосовуються для перевірки наявності помилок. Такі коди використовують збереження цілісності даних.
Для практичного застосування і розуміння суті збереження даних в пам’ті комп’ютера необхідне усвідомлення кола завдань, які можуть бути вирішені за допомогою кодів Хемінга. Для цього необхідним є розуміння базових принципів побудови та функціонування алгоритмів розпізнавання та виправлення помилок в кодових послідовностях.
Предметом розгляду даної курсової роботи є коди Хемінга – принципи функціонування у поєднанні з функціональними можливостями на прикладі простих кодів Хемінга.
Курсова робота містить 47 сторінок друкованого тексту, 10 малюнків, 12 таблиць, 3 формули, та 1 додаток. Використано 12 літературних джерел.
Текст документу набрано та відформатовано за допомогою текстового процесора Word 2007 фірми Microsoft.
Ключов слова: запам’ятовуючий пристрій, нагромаджувач, елемент пам’яті, кеш-пам’ять, пам’ять з прямою адресною вибіркою, субмікронна технологія, швидкодія.
ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ І НЕСТАНДАРТНИХ СКОРОЧЕНЬ
ВСТУП
1 ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА.
1.1 Динамічна памя'ть, принципи її організації і роботи
1.2 Представлення даних в ЕОМ
2 ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА
2.1 Переклад символів імені у послідовність цифр 16-річної системи числення
2.2 Доповнення послідовності двійковими бітами коду Хемінга
2.3 Заміна на протилежне значення біту і можливість його виправлення
2.4 Написання програми кодування слова
ВИСНОВКИ
ЛІТЕРАТУРНІ ДЖЕРЕЛА
ДОДАТОК А. Текст програми
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ І НЕСТАНДАРТНИХ СКОРОЧЕНЬ
АЛП арифметико-логічний пристрій
ASCII – American Standard Code for Information Interchange – американський стандартний код для обміну інформацією
ВІС – висока ступінь інтеграції
ДШу дешифратор
DRAM Dynamic Random Access Memory – динамічна пам’ять із довільним доступом.
ЗП запам’ятовуючий пристрій
ЕОМ – електронно-обчислювальна машина
ЕП елемент пам’яті
ЛЗЗ лін запису-зчитування
ОЗП оперативний запам’ятовуючий пристрій
ППЗП перепрограмованою запам’ятовуючий пристрій
ПК персональний комп’ютер
ША – шина адреси (адресна шина)
ШД – шина даних
ШК – шина керування
КП кеш-пам’ять
РПЗП репрограмований запам’ятовуючий пристрій
ФЗЗ формувачів сигналу запису-зчитування
CPU Central Processing Unit – центральний процесор.
RAM – Random Access Mеmory – пам’ять із довільним доступом.
ROM – Read-Only Memory – пам’ять тільки для читання.
SDRAM Synchronous Dynamic Random Access Memory – синхронна динамічна пам’ять з довільним доступом.
SRAM – Static Random Access Memory – статична пам’ять із довільним доступом.
ВСТУП
Інформація як відомості про об’єкт або явище відображається у вигляді конкретних даних, що представлені у буквенно-цифровій, числовій, текстовій, звуковій, графічній або ншій зафіксованій формі. Дані можуть передаватися, оброблятися, зберігатися.
Інформацію (повідомлення) можна виразити в різноманітних формах: від природних для людини сигналів (звуків, жестів) до їх письмових позначень. Наочним прикладом перетворення форми подання інформації може бути переклад з однієї природно мови спілкування на іншу.Для запису слів використовується алфавіт – набір символів, що дозволяє кожному слову поставити у відповідність визначену послідовність символів – літер, тобто можна сказати, що кожне слово кодується.
Залежно від того, де і яким чином представляється інформація, використовується відповідне кодування. Так для запису (кодування) чисел в десятковій систем числення використовуються 10 символів. Для запису слів літери.
Для кодування інформації в комп’ютері найзручніше (з технічних причин) використовувати мову, алфавіт якої містить всього два символи. Їх умовно позначають нулем та одиницею, а мову цю називають мовою двійкових кодів. За допомогою цих символів можна представити все розмаїття інформації. Одиницею виміру інформації є біт – він позначає «місце», на яке можна „записати” 0 або 1.
В комп’ютерах інформація кодується відповідно до алфавіту двійкових чисел кодової таблиці. За загальноприйнятим стандартом ASCII (американський стандарт для обміну інформацією) кодами від 32 до 127 записуються цифри та літери англійського алфавіту, з 128 символу – кодування символів національних алфавітів, деяких математичних знаків тощо.
При кодуванні відбувається перетворення елементів даних у відповідні їм числа кодові символи. Кожному елементу відповідає унікальна сукупність кодових символів, яка називається кодовою комбінацією. Множина можливих кодових символів називається кодовим алфавітом, а їхня кількість m – є основою коду.
Щоб з закодованої послідовності символів отримати інформацію, треба знати принцип кодування алфавіту, тобто знати, що означає кожен символ. І якщо ми маємо такий алфавіт, то процес отримання інформації із закодованої називається декодуванням.
У сучасному світі збереження інформації відіграє дуже важливу роль. Методи кодування і декодування являють собою інструменти, за допомогою яких інформація перетинає кілометри різної відстані, не втрачаючи первинний образ. Таким чином, на даному етапі розвитку сучасних технологій у сфері збереження інформації, на перший план виходять методи принципи підвищення конфіденційність і збереження даних.
У даній курсовій роботі розглядаються питання, що до основних принципів і методів організації пам'т комп'ютера та представлення в ній даних. Також піднімаються питання практичного усвідомлення процесів кодування, декодування та виправлення помилок у кодах даних.
1 ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
1.1 Динамічна пам’ять, принципи її організації і роботи
Однією з головних задач субмікронної технології ВІС є формування структур швидкодіючих запам’ятовуючих пристроїв (ЗП) з інформаційною ємністю більше 1 М на кристалі. Саме підвищення ступені інтеграції ВІС супроводжується зменшенням площі комірки пам’яті та споживаної потужності. Проведене моделювання дозволяє зробити висновок, що при зменшенні розмірів елементів в 1/n раз, степінь інтеграц зростає в n2 разів. Мінімальним елементом для формування структур ЗП ємністю 1М розмір 0,8-1 мкм. Подальше зменшення розмірів елементів обмежується наступними факторами:
1) при рівності нулю напруги на затворі ключового транзистора повної відсічки не проходить, бо це вимагає подачі нульової порогової напруги (UT 0), яка залежить тільки від ступені легування підкладки і температури;
2) при зниженні напруги живлення виникають проблеми, зв’язані з явищем „короткого каналу і інжекції гарячих електронів в під затворний діелектрик;
3) рівень порогової напруги обмежується напругою плоских зон UFB, величина яко визначається матеріалом електрода затвора та постійним зарядом в підзатворному діелектрику транзистора;
4) при співударі однієї α- частинки заряд на затворі змінюється на 0,03 пКл для того, щоб цей заряд не змінював потенціала динамічних конденсаторів пам’ят більше, ніж на 1 В, необхідно ємність такого конденсатора зробити не меншою 0,03 пФ. Тому для подальшого підвищення ступені інтеграції ВІС простого зменшення елементів недостатньо і треба також удосконалювати як технологію формування елементів структур пам’яті, так і конструкцію самої комірки структури. Проте дане питання недостатньо висвітлене в літературі і потребу певних уточнень.
Відомо, що важливі параметри ЗП - швидкодія і споживана потужність визначаються часом доступу до даних, а в більшості ЗП використовується тільки адресний доступ. Такі ЗП є найбільш проробленими і широко використовуються в мікропроцесорних системах управління. Тому в даній статті розглянемо їх конструкторсько-технологічні особливості в рамках субмікронної технології формування х структур. Всі адресні ЗП діляться на RAM i ROM або їх ще називають оперативними ЗП (ОЗП) і постійними ЗП (ПЗП). Оперативні ЗП зберігають дані, як приймають участь в обміні при виконанні текучої програми, і можуть бути змінен в любий момент часу. В ПЗП така вже зміна не передбачається і її використовують як пам’ять для читання. Якщо такі дані в ПЗП міняються, то її вже називають репрограмованою (РПЗП) або перепрограмованою ППЗП.
RAM (ОЗП) діляться в свою чергу на статичні і динамічні. В першому варіант запам’ятовуючим елементом є тригер, який зберігає свій стан (0,1) доки схема знаходиться під живленням і немає нового запису даних. Для другого типу дан зберігаються у вигляді заряду конденсатора (Q0, QI), що забезпечується динамічною коміркою пам’яті, побудованою на МОН структурі (транзисторі та конденсаторі). Саморозряд конденсатора веде до знищення даних, а тому так конденсатори повинні мати високі електричні характеристики (низькі струми втрат, високі пробивні напруги і питому ємність) і періодично регенеруватись. Регенерація даних в ОЗП здійснюється з допомогою спеціальних контролерів, як також зменшують ступінь їх інтеграції. Такі ОЗП називають квазістатичними.
Статичн ОЗП називають ще SRAM, а динамічні DRAM. В свою чергу статичні ОЗП поділяються на:
1) асинхронні, в яких управляючі сигнали задаються як рівнями, так і імпульсами;
2) синхронні, в яких управляючі сигнали представляються тільки імпульсами;
3) конвеєрні , коли такі передачі даних синхронізовані з тактовою частотою мікропроцесора.
Статичн ОЗП, маючи високу швидкодію, є основою кеш-пам’яті.
Динамічн ОЗП характеризуються максимальною інформаційною ємністю і використовуються як основна пам’ять в ЕОМ чи в мікропроцесорних системах. Одним із варіантів швидкодіючої ОЗП є пам’ять типу FPM, тобто із сторінковим режимом доступу до даних і визначається її структурою.
Адресн ЗП представляються статичними і динамічними ОЗП (RAM) та постійного типу ROM. Вони мають багато спільного з точки зору використання структурних схем. Це відноситься до статичних ОЗП (SRAM) та ПЗП типу ROM. Структура динамічних ОЗП ма свою специфіку і будується на транзисторно-конденсаторних елементах пам’ят (одно і багато транзисторних). Типова структура для статичного ОЗП подана на мал. 1.
Малюнок 1. Структура схем пам’яті статичної ОЗП
На схемі адрес А є номером комірки нагромаджувача (матриці), до якого проводиться звертання. Тому розрядність адреса зв’язана з числом зберігаючих слів N співвідношенням n = log2N або N = 2n. Якщо ЗП ємністю 64 К має n = 16 розрядн адреси, то адрес виражається набором А = А15А14...А0. Сигнал CS-Chip Select або СЕ (Chip Enable) - сигнал, який дозволяє або забороняє роботу даної схеми. Сигнали WR/RD – Write/Read- сигнал запису-читання, який видає сигнал „1” на зчитування і „0” на запис. Сигнали DI, DO – Date input, Date output – шини вхідних і вихідних даних, розрядність яких визначається розрядністю ЗП (розрядністю його комірок). Запис в вибраний ЕП або зчитування з вибраного ЕП здійснюється з допомогою n-розрядних ФЗЗ, кожний із яких підключений до РШ одного із стовпців. Вихідні сигнали ДШу, що визначають конкретний стовпець, в якому проводиться вибірка ЕП, поступають по АШу на ФЗЗ, який і дозволяє роботу одного з них відповідно на режим запису або зчитування. В режимі запису інформац вибраний ФЗЗ формує через підключену до нього розрядну шину сигнал, що встановлює конкретний ЕП, який вже є в заданому рядку і на який подається сигнал, що поступив з дешифратора ДШХ в стані „0” чи „1” в залежності від того, який сигнал поданий на вхід схеми управління DI. В режимі зчитування відповідний ФЗЗ сприймає сигнал, що поступив на РШ від вибраного ЕП. Цей сигнал вказує на стан ЕП (Q = 0 чи 1) підсилюється і передається на вихід даних DO через буферний каскад (БК). Тобто, режим роботи ЗП дозволяє формування сигналу вибірки на АШХ і при сигналі WR/R = 0 схема управління формує сигнал на запис; при цьому вихід DO блокується буферним каскадом. Якщо WR/R = 1, то схема управління перемикає ФЗЗ в режим зчитування, при якому інформація з вибраного ЕП поступає вже на вихід DO, а вхід DI вже не впливає на роботу зчитування нформації. При CS = 1 реалізується режим зберігання, тобто ЕП не змінюється при дії любих сигналів на входах А, DI, WR/R, а DO при цьому відключається. Часова діаграма режимів запису, зчитування і зберігання в ОЗП приведена на мал. 2.
Основними параметрами ЗП є наступні часи:
1) t CY(A)WR – час циклу адреса в режим запису;
2) t CY(A)RD – час циклу адреса в режим зчитування;
3) t SU(A-CS) – час установлення сигналу вибірки CS відносно адреса А;
4) t SU(A-WR) – час установлення сигналу запису;
5) WR відносно адреса А;
6) t V(RD-A) – час зберігання адреса після зняття сигналу зчитування;
7) t W(CS) – тривалість сигналу вибірки CS;
8) t W(RD) – тривалість сигналу зчитування RD;
9) t W(WR) – тривалість сигналу запису WR;
10) t CS – час вибірки для зчитування;
11) t CS – час вибірки для зчитування;
Малюнок 2. Часова діаграма статичного ОЗП в режимах: запису, зберігання і зчитування
12) t A-A – час вибірки адреса;
13) t A-RD – час вибірки сигналу зчитування.
Основними часовими параметрами, що визначають швидкодію ЗП є:
1) t A(RD) – час циклу зчитування;
2) t SU(A-CS) – час установлення сигналу вибірки CS;
3) t SU(A-RD) – час установлення сигналу зчитування;
4) t CS – час вибірки для зчитування.
Для статичних ОЗП і пам’яті типу ROM найбільше застосування отримали структури типу 2D, 3D, 2DM. В структурі 2D (мал. 3) запам’ятовуючі елементи організовані в прямокутний нагромаджувач (матрицю) M = kxm, де k- число зберігаючи слів, а m - х розрядність. Дешифратор DC при сигналі вибірки CS дозволяє одночасний доступ до всіх елементів вибраного рядка, що зберігає задане слово, адрес якого відповідає номеру рядка, а стовпець вибирається через команду RD/WR на зчитування або запис відповідно. В такій структурі число виходів дешифратора рівним числу зберігаючи слів. Тому їх можна використовувати в ЗП мало нформаційної ємності до 64 К.
