TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

Transkript

1 1 TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs 2011 Gunnar Tufte

2 2 Kapittel 3: Digital logic level

3 3 Nivå 0: Digtalekretsar Fundamentale komponentar AND, OR, NOT,NAND, NOR XOR porter D-vipper for lagring av ett bit Samansette komponentar Aritmetiske kretsar adderere, skiftere, Dekodere Multiplekser Registre 8, 16, 32, 64 vipper

4 4 Digital logic level CPU Buss Minne

5 5 Kva er inni dingsar under panseret Tape Optical Bus

6 6 Transistornivå under A B A B

7 7 Transistornivå under A B A B Digitaleportar er bygd av transistorar (analog verden) CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor Eksempel CMOS NAND Kva er ein logisk port? Ein elektriskkrets For meir sjå (f.eks) Britney Spears' Guide to Semiconductor Physics: Som alle elektriskekretsar ANALOG MEN transistorar laga med stor forsterkin Skiftar då nivå rundt ein terskel Er då tilnærma AV eller PÅ

8 8 Digital logic level CPU Buss Minne

9 9 Minne type: Volatile (flyktig) RAM (Random Access Memory) To vanlege typar RAM Statisk Rask Stor minnecelle (areal) Stort effektforbruk Må ikkje oppfriskast Enkelt grensesnitt Dynamisk Ikkje så rask Liten minnecelle (areal) Lite effektforbruk Må ha oppfrisking Meir komplisert grensesnitt (DRAM kontroller)

10 10 RAM: statisk og dynamisk To vanlege typar RAM Statisk Rask Stor minnecelle (areal) Stort effektforbruk Må ikkje oppfriskast Enkelt grensesnitt Dynamisk Ikkje så rask Liten minnecelle (areal) Lite effektforbruk Må ha oppfrisking Meir komplisert grensesnitt (DRAM kontroller)

11 11 RAM: statisk og dynamisk Statisk Rask Stor minnecelle (areal) Stort effektforbruk Må ikkje oppfriskast Enkelt grensesnitt Les: lese verdien Q Skriv: Tvinge Q til 1 eller 0 Static RAM cell

12 12 RAM: statisk og dynamisk Dynamisk Ikkje så rask Liten minnecelle (areal) Lite effektforbruk Må ha oppfrisking Meir komplisert grensesnitt (DRAM-kontroller) Les: Spenning lagra i C Skriv: Lad opp/ut C

13 13

14 14 Minne prosessor ytelsegap Processor Memory Gap

15 15 RAM: statisk og dynamisk To vanlege typar RAM Statisk Rask: switch time til transistor Stor minnecelle (areal): brukar f.eks. 6 transistorar Stort effektforbruk: Mange transistorar (lekkasjestrøm), aktiv komponentar lagrar bit Må ikkje oppfriskast: Aktive komponentar (transistorar) lagrar bit Enkelt grensesnitt: Data kan i prinsippet lesast rett frå cella. Dynamisk Ikkje så rask: Lite strøm passive komponentar, aksess må ikkje påvirke oppfrisking Liten minnecelle (areal): brukar 1 transistor og 1 kondensator Lite effektforbruk: Svært små ladningar, lite lekkasje og switch strøm Må ha oppfrisking: Kondensatoren må oppfriskast, logikk og tid Meir komplisert grensesnitt (DRAM kontroller): Logikk for å kontrollere oppfrisking og aksess tidspunkt

16 16 4 x 3 bit minne (4 ord på 3 bit)

17 17 Minne kretsar no er me på Eksempel krets: 8-bits minnebrikke

18 18 8-bits minnebrikke Upraktisk organisering 20 pinner for 8 bit lagringskapasitet Hva da med hovedlager på 1GB? pinner Kva kan vi gjøre? Trenger ikke uavhengig tilgang til alle bit Trenger ikke samtidig tilgang til alle bit

19 19 4-Mbits minnebrikke

20 20 Andre minnetypar: nonvolatile ROM ROM (Read Only Memory) Lagre program eller data som aldri skal endrast Fast innhald definert ved produksjon Celle brukar lite areal, bit kopla til 1 (VCC) eller 0 (GND) Cella i seg sjølv brukar ikkje strøm ekstremt lite effektforbruk Stort sett kunn for masseproduksjon (ved mange billigast) Ofte grensesnitt som statisk RAM, men utan skriving PROM (Programmable Read Only Memory) Som ROM, men kan programmerast minst ein gong Innehalde kan definerast etter produksjon Mange typar PROM: programmerast ein gong EPROM (Erasable) kan slettast EEPROM ( Electrically) kan slettast elektrisk Ofte lang programmerings tid Flash memory EEPROM med rask programmering Billig Programmerast i blokker Kan endrast ca gonger

21 21 PROM, EPROM, EEPROM PROM (Programmable Read Only Memory) Programmerast ofte ved å brenne innterne sikringar i brikken Ofte brukt i mikrokontrollerar (8051) Brukaren kan då lage eit program som lastast ned Fint i masse produksjon Lastar ned program i produksjonslinja Data Adr

22 22 PROM, EPROM, EEPROM PROM Programmerast ofte ved å brenne innterne sikringar i brikken Ofte brukt i mikrokontrollerar (8051) Brukaren kan då lage eit program som lastast ned Fint i masse produksjon Lastar ned program i produksjonslinja Data Adr

23 23 PROM, EPROM, EEPROM EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) Programmerast ofte ved å påtrykke ladning på transistorar i minne celler Slettast ved å bruke ultrafiolettlys Ofte brukt i mikrokontrollerar (8051) Brukaren kan då lage eit program som lastast ned Brukaren kan slette programmet og programmere på nytt Fint i små seriar og prototypar Applikasjonar der endringar er sansynleg Gamle BIOS på PC var ofte EPROM

24 24 PROM, EPROM, EEPROM EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) Kan programmerast og slettast når brikka står på kretskort (in-circuit.) Celle som EPROM men brukar transistorar med tynnare isolasjonssjikt Kan då bruke internlogikk til å lade opp/ut floating gate Kan slette/programmere eit og eit ord Ofte brukt i mikrokontrollerar (8051) Brukaren kan då lage eit program og data som lastast ned Fint i masse produksjon Kan endre innhald lett

25 25 Flash memory Avart av EEPROM EEPROM byte adresering (read/write) Flash byte (read) blokk (write/slett) Rask (ikkje så rask som DRAM, men raskare enn EEPROM) Robust lagring Blir oppbrukt (ca slettingar) Minnekort Solid state harddisk

26 26 Minne type: Volatile (flyktig) Volatile (flyktig) RAM (Random Access Memory) Statisk Dynamisk nonvolatile ROM Forskjellige teknologiar som er mogleg å oppdatere

27 27 NEXT Adresse dekoding og minnekart Tirsdag 27/9 (ingen forelesing fredag 23/9) Minnekart Kva ligg på kva minne adresse Kan då aksesera einheitar ved å lese/skrive til minne adresser