звание слова. Это не совсем то, что они назвали словом, рассматривая элементы теории алгоритмов, но в этих понятиях много общего. В данном случае-слово имеет постоянную длину 10 бит. Совокупность из N (в нащем случае 10) запоминающих элементов, доступ к которым открывается прн задании одной - единственной входной комбинации, называют адресуемой запоминаю-ющей ячейкой, или просто ячейкой. Комбинацию нулевых и положительных напряжений на входах Ао-Ад называют физическим адресом.

Таким образом, ОЗУ представляет собой совокупность вапоминающих ячеек, каждая из которых однозначно характеризуется своим адресом. Число запоминающих элементов в ячейке называется длиной, или емкостью, ячейки. В простейшем случае длина всех ячеек одна и та же, а порядок обращения к ним совершенно произвольный. Однако так бывает далеко не всегда. На практике состояние системы может быть описано словом, состоящим из нескольких десятков, нескольких сотен и более бит. По целому ряду соображений оказывается невыгодным иметь длину слова в ОЗУ больше, чем скажем, 32 бита. Если требуется большая длина, используют составные слова, а еще чаще - слова переменной длины.

То, что может быть запомнено в одной адресуемой ячейке, называется машинным словом. В противоположность этому логическое слово представляет собой последовательность бит произвольной длины. Логическое слово може! состоять из ряда фрагментов, каждый из которых в свою очередь может представлять собой целое машинное слово или его часть. В наиболее простом случае эти фрагменты записываются подряд в соседних ячейках. Но и так бывает далеко не всегда. Обычно для того, чтобы запомнить логическое слово или извлечь это слово из памяти, задают адрес ячейки, которая считается начальной, и некоторое правило (алгоритм), по которому формируются последующие адреса.

При желании комбинацию нулей и единиц на адресных входах памяти можно рассматривать как число в двоичной системе счисления, что никак ие меняет сути дела. Тогда один из возможных алгоритмов формирования слова переменной длины может быть увеличение всякий раз адреса очередной ячейки па единицу до тех пор, пока не будет просмотрено нужное число ячеек. Это простейший случай. Фрагменты слова переменной длины совсем не обязательно должны просматриваться подряд один за другим.

У хорошо оргаиизованной памяти порядок расположения слов в ячейках должен достаточно близко соответствовать порядку их просмотра в процессе реализации алгоритма. Как этого достигают? Один из методов - организаци;? стеков. Стеком называется совокупность запоминающих ячеек, снабженная специальным устройством - указателем стека, задающим порядок просмотра ячеек. Частным случаем стека является так называемый магазин. В магазине доступ разрешен всегда к одной и той же ячейке. При записи в магазин очередного машинного слова все ранее находившиеся там слова смещаются вниз на одну позицию (т. е. адреса их уменьшаются на единицу). Самая верхняя ячейка освобождается, и в нее записывается очередное слово. Наоборот, при чтении слова (оио может быть только на самой верхней ячейке) все остальные слова поднимаются по одну позицию. Возможны еще более сложные методы организации памяти.

По аналогии с машинными и логическими словами можно говорить о машинном (физическом) и логическом адресах. Физический адрес - это просто номер

физической ячейки. Логический адрес может определять некоторую группу ячеек, в общем случае не имеющую фиксированных размеров. Очень важно, что у запоминающей ячейки (группы ячеек), что бы она собой ие представляла, нет никакого другого признака, кроме адреса. Только адрес позволяет обнаружить (найти идентифицировать) данную ячейку (группу ячеек) и обратиться к ней. В простейшем случае логические адреса совпадают с физическими. Тогда длина логического слова равна длине машинного, все слова имеют фиксированную длину. В общем случае, однако, преобразование логического адреса в машинный представляет чрезвычайно сложный многоэтапный процесс.

Говорят также, что логический (физический) адрес -это имя слова, хранящегося в ячейке с этим адресом. Большинство современных алгоритмов организовано таким образом, что при выполнении каждого правила обращение совершается не к словам, а к их именам. Конечно, при этом автомат должен знать, какое именно слово находится в каждой ячейке, и следить за перемещениями слов в памяти. Иногда, однако, обращение происходит не к ячейке, а именно к слову. Память, обеспечивающая такую возможность получила название ассоциативной. В простейшем случае еще при запоминании все слово или какая-либо его часть рассматриваются в качестве адреса. В истинно ассоциативном ЗУ при каждом обращении ячейки просматриваются одна за другой до тех пор, пока ие будет обнаружено требуемое слово. Такой просмотр осуществляется опять-таки по определенным правилам, а эти правила реализуются специальным автоматом.

Современные сложные ОЗУ, как правило, обладают иерархической структурой. Объясняется это тем, что достаточно трудно обеспечить одновременно требования к общей емкости (измеряемой числом ячеек) и к быстродействию ОЗУ. Почему так происходит? К примеру, укажем, что чем больше запоминающих элементов занято в ОЗУ, тем большей будет суммарная емкость параллельно соединенных затворов транзисторов и тем большей суммарная длина соединительных проводников, т. е. в конечном итоге их индуктивность.

При правильно организованном алгоритме в течение достаточно долгого времени можно ограничиваться просмотром относительно небольшого числа ячеек. Эти ячейки выделяют в виде отдельной группы, называемой сверхоперативной памятью (СОП). Принимают все меры к тому, чтобы обращение к ячейкам СОП занимало минимальное время. В частности, при конструировании СОП можно использовать быстродействующие транзисторы и обращаться к ним по сокращенным адресам, имеющим смысл только для СОП. После получения информации, содержащейся в СОП, производится обмен данными между СОП и ОЗУ, причем заменяется сразу содержимое всей группы ячеек. Число уровней иерархии может быть и больше двух.

Полная емкость ОЗУ, построенных на основе микросхем, вообще говоря, ничем не ограничена. Сейчас нередко встречаются ОЗУ емкостью в миллионы и даже десятки миллионов ячеек. Но практически бывает достаточно иметь емкость ОЗУ не более чем 65 536 ячеек (2is).

Микросхема ОЗУ, например К537РУ1, занимает объем меньше 1 см, потребляет доли ватта электрической энергии и в условиях хорошо иалажеииого массового производства может стоить достаточно дешево, скажем несколько условных рублей. Это позволяет строить ОЗУ, также имеющие весьма малые габаритные размеры, к примеру величиной с тетрадь, ничтожно малое потребление энергии и низкую стоимость. А значит, можно говорить об устройствах

индивидуального пользования независимо от того, является ли таким пользователем человек или некоторая физическая система (например, станок или автомобиль) .

Оперативные ЗУ широко использовались и раньше. В частности, до появления ОЗУ на микросхемах использовались ОЗУ на ферритовых сердечниках. Но и по всем показателям, кроме, возможно, быстродействия, лучшие образцы фрагментов ОЗУ на ферритовых сердечниках по крайней мере в 1000 раз уступали соответствующим ОЗУ иа микросхемах. При этом следует учитывать и то, что процесс развития полупроводниковых БИС еще ие завершен. Однако все сказанное справедливо лишь постольку, поскольку емкость ОЗУ находится в некоторых определенных пределах. При выходе за эти пределы рост числа всевозможных вспомогательных устройств, увеличение длины соединительных проводников, увеличение числа механических контактов и других вредных факторов приводит к тому, что основные параметры ОЗУ на микросхемах становятся сравнимыми с соответствующими параметрами ОЗУ на магнитных сердечниках, тонких магнитных пленках и т. п.

Микросхема памяти - основная структурная единица для построения ОЗУ с самыми разнообразными характеристиками. Быстродействие ОЗУ иа микросхемах, вообще говоря, ограничено, ио при этом оно достаточно высоко. Специальные виды микросхем, использующие биполярную технологию, позволяют получить длительность обращения около 10 не.

Микросхема памяти, являясь универсальным элементом автоматики, имеет чрезвычайно важное самостоятельное значение. Применение его никак не ограничено определенным классом устройств, например устройствами вычислительной техники.

Всякое ОЗУ представляет собой сочетание набора микросхем памяти и, как говорят, обрамления, т. е. схем, осуществляющих преобразование адресов. Обрамление может быть очень простым, когда обращение к ОЗУ идет по физическим адресам, и чрезвычайно сложным, например, в ассоциативных ОЗУ. Как правило, сложность обрамления, измеряемая числом транзисторов или отдельных микросхем, во много раз превышает сложность совокупности микросхем памяти. Так или иначе, но для нас в дальнейшем ОЗУ будет представлять собой некоторое устройство, обладающее адресными входами, с помощью которых можно выбрать конкретную ячейку, входами записи, по которым поступает слово, подлежащее запоминанию в данной ячейке, и входами чтения, по которым поступает слово, извлекаемое из данной ячейки памяти. Адрес всегда является именем ячейки и соответственно именем (идентификатором) Слов, хранящихся в этой ячейке. В ассоциативных ОЗУ понятия адреса и содержимого ячейки совпадают.

1.6. Постоянные и полупостоянные запоминающие устройства

Самостоятельный и очень важный класс ЗУ составляют постоянные ЗУ (ПЗУ) или полупостоянные, иначе программируемые постоянные ЗУ (ППЗУ). Основная идея построения ПЗУ весьма простая. Обратимся к рис. 1.15. Имеются набор горизонтальных, так называемых адресных, проводов и набор вертикальных, или разрядных, проводов. Число разрядных проводов соответствует Числу разрядов (бит) в запоминаемых словах (чаще 8 или 16). Число адресных