Архітектура комп'ютерів

Один канал Dіrect Rambus максимум може підтримувати 32 чипа DRDRAM. На материнській платі може використовуватися до трьох RІMM модулів. Використовуються 64 Мбит, 128 Мбит і 256 Мбит пристрою.

Щоб розширити пам'ять понад 32-х  пристрої, можуть використовуватися  два чипа повторювачі. З одним  повторювачем канал може підтримувати 64 пристрою з 6-ю RІMM модулями, а з  двома – 128 пристроїв на 12 модулях.

5. Чипы DRDRAM. Чипы DRDRAM складають частина підсистеми Rambus, що запам'ятовують дані. Усі пристрої в системі электрически розташовані в каналі між контролером і термінатором. Пристрою Dіrect Rambus можуть тільки відповідати на запити контролера, що робить їхню шину підлеглої чи що відповідає. Пристрою містять у собі статичне і динамічне ОЗУ.

2.3. Адресація ОЗУ.

На статичних і динамічних ЭП виготовляють ИС різній ємності і  розрядності. На мал. приведена типова ИС ємністю

N = 2L = m   n (біт).

Масив ЭП складається з n рядків і m стовпців. Кожен ЭП зберігає один біт інформації.

Адреса ЭП, що бере участь в операції читання /запису, визначається L-розрядним  двоичным кодом, що надходить із шини адреси ША в регістр адреси RGA. Молодші l1 розряду адреси в режимі  чи читання запису інформації в ОЗУ з появою сигналу вибірки рядка RAS надходять на дешифратор рядків DCx. Старші l2 розряди адреси з появою сигналу вибірки стовпця CAS надходять на дешифратор стовпців DCy.

ВІДПОВІДНО до  двоичным коду адреси кожний з дешифраторів збуджує тільки одну вихідну шину. На перетинанні збуджених шин Аx і Аy відповідний ЭП підключається до внутрішньої інформаційний парафазной шини   .

У режимі запису (W=0, CAS=0, RAS=0) УУ включає  підсилювач запису (УЗ) і приєднує його до шини  . Одночасно до шини   дешифраторами DCx і DCy підключається один ЭП, що УЗ встановлюється в стійкий стан, що задається тригером Т1. Тригер Т1 перед початком запису сприймає один біт інформації через комутатор К с зовнішньої шини даних ШД.

У режимі читання (W=1, RAS=0, CAS=0) УУ відключає УЗ від шини   і підключає до неї підсилювач читання (УЧ). Одночасно вихід тригера Т2 через ДО приєднується до ШД. ВІДПОВІДНО до  коду адреси підсилювачем читання (УЧ) установлюється стан тригера Т2, що відповідає стану збудженому ЭП дешифраторами DCx і DCy. У наступний момент часу інформація з тригера Т2 передається на ШД.

При збереженні інформації (CAS=RAS=1) комутатор  ДО відключає від ШД ОЗУ. На всіх шинах Аx, Аy,   установлюються потенціали, що забезпечують пасивний режим збереження станів ЭП.

2.4. Постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗУ).

Крім оперативної пам'яті, під  терміном "пам'ять" ми будемо мати на увазі постійну і CMOS – пам'ять.

ДО постійної пам'яті відносять  постійне запам'ятовуюче пристрій, ПЗУ (в англомовній літературі – Read Only Memory, ROM, що дослівно переводиться як "пам'ять тільки для читання"), перепрограмувальне ПЗУ, ППЗУ (в англомовній літературі –Programmable Read Only Memory, PROM), і флэш-память (flash memory). Назва ПЗУ говорить саме за себе. Інформація в ПЗУ записується на заводі-виготовлювачі мікросхем пам'яті, і надалі  змінити її значення не можна. У ПЗУ зберігається критично важлива для комп'ютера інформація, що не залежить від вибору операційної системи. Програмувальне ПЗУ відрізняється від звичайного тем, що інформація на цій мікросхемі може стиратися спеціальними методами (наприклад, променями ультрафіолету), після чого користувач може повторно записати на неї інформацію. Цю інформацію буде неможливо видалити до наступної операції стирання інформації.

Види ПЗУ

1. MROM (Mask ROM) програмується на стадії виготовлення. Після виготовлення змінити її вміст неможливий. Процес виготовлення MROM здійснюється масочным (шаблоновим) методом. Головний недолік: МС програмується на стадії виготовлення, і змінити інформацію  не можна.
2. PROM (Programmable ROM) програмується один раз, але після його виготовлення. Процес програмування цих ПЗУ заснований на пережигании перемичок (плавких уставок)

Осередок вибирається за адресою (№ рядка і № стовпця), подається  струм у цей осередок, що вище гранично припустимого, і перемичка згоряє.

   Для запису в ЯП ПЗУ  0 необхідно перетнути плавну  вставку. Для цього на початку  ЯП вибирається по номері рядка  і стовпця, а потім у неї  подається струм, що перевищує  номінальний струм перемички.  Програмування цього ПЗУ здійснюється за допомогою спеціального пристрою программатора.

   Недолік: повторне програмування  неможливе.

 

  

3. EPROM (Erase - стирання) – стира перепрограмувальна ПЗУ. Цей вид ПЗУ можна програмувати неодноразово.

Недолік: можливість випадкового стирання інформації.

            

              а) UV EPROM(Ultra - Vіolet ROM – перепрограмувальне ПЗУ з ультрафіолетовим стиранням). Стирання інформації з цієї МС здійснюється в такий спосіб: у МС мається кварцове віконце, через яке за допомогою кварцової лампи пропалюють УФ кола. ЯП реагують на це випромінювання й обнуляются, стирання продовжується протягом  40-50хв. Після закінчення цього часу стара інформація з ПЗУ буде стерта. Після стирання МС поміщають у программатор, що протягом  2-3хв. записує нову інформацію в ПЗУ.

 

 

 

 

Після програмування  кварцове віконце варто закрити  непрозорим матеріалом.

         

             б) EE PROM (Electrіc Erase PROM). ПЗУ з електричним  стиранням (багаторазово програмувальне). Принцип запису заснований на явищі інтенції. З цього виду ПЗУ відбувся новий вид пам'яті, що називається flash – пам'яті.        

            Дуже висока швидкість читання,  вимірювана 10ах нс. Швидкість запису  – одиниці мс. Швидкість стирання 1-2с. Її багаторазово підключають через USB.

          

Флэш-память.

Особливо варто розповісти про  флэш-памяти. Flash по-англійському – це "спалах, проблиск". Флэш-память є енергонезалежною пам'яттю, (як і ПЗУ і ППЗУ). При вимиканні комп'ютера її вміст зберігається. Однак уміст flash-пам'яті можна багаторазово перезаписувати, не виймаючи її з комп'ютера (на відміну від ППЗУ). Запис відбувається повільніше, ніж зчитування, і здійснюється імпульсами підвищеної напруги. Уследcтвие цього, а також через її вартість, флэш пам'ять не замінить мікросхеми ОЗУ.

CMOS-пам'ять.

CMOS-пам'ять – энергозависимая, перезаписувана пам'ять, що при своїй роботі, однак, майже не споживає енергії. CMOS переводиться як complementary metal oxode semіconductor – "комплементарний метал – оксид – напівпровідниковий". Достоїнства цієї пам'яті – низьке споживання енергії, висока швидкодія. У CMOS – пам'яті комп'ютера знаходяться важливі для його роботи настроювання, що користувач може змінювати для оптимізації роботи комп'ютера. Харчується ця пам'ять від невеликого акумулятора, убудованого в материнську плату.

Недоліки перезаписуваної пам'яті.

Основний недолік ПЗУ – неможливість обновити інформацію в цьому виді пам'яті, – одночасно є і його перевагою: дані неможливо утратити випадково і навмисне. Особливо це стало актуальним на рубежі XX – XXІ століть, з витисненням мікросхем ПЗУ на CMOS і flash-пам'ять. Розглянемо виникаючі проблеми.

Утрата даних у CMOS.

Комп'ютери з ІSA шиною (утримуючі  процесори аж до і80286), мали мінімум настроювань. Часто вони цілком нормально працювали у своїй основній конфігурації.

Ситуація змінилася після появи  на комп'ютерах пам'яті більш ніж 16 Мбайт, ШВУ контролерів і PCі-шины. Як з'ясувалося, у більшості випадків стандартне настроювання материнської плати стала непридатної. Для збереження настроювань користувача їх стали зберігати в CMOS-пам'яті.

Іноді вміст CMOS-пам'яті руйнується. Це можливо в наступних випадках:

Вплив вірусу. При своїй роботі вірус може спеціально впроваджуватися  в CMOS-пам'ять, щоб забезпечувати кращі умови для його поширення або спеціально вивести комп'ютер з ладу.

Несправність акумулятора. У деяких випадках акумулятор CMOS-пам'яті може розряджатися (від  чи часу короткого  замикання на платі.) У цьому випадку  вміст CMOS може зруйнуватися не відразу, а по прошествии двох – трьох доби.

Стрибок напруги при роботі з CMOS. У цьому випадку наслідку непередбачені.

Установка пароля на завантаження. Іноді  користувач для захисту від несанкціонованого  доступу встановлює "пароль на завантаження". Якщо він потім забуде пароль, то для запуску комп'ютера буде необхідне скидання параметрів CMOS-пам'яті шляхом короткого замикання її акумулятора.

Для відновлення параметрів CMOS-пам'яті  після її скидання існують опції "стандартної" і безпечної" настроювання цієї пам'яті на материнській платі. Користувачу в цьому випадку прийдеться відновлювати не всі, а тільки частина параметрів. Опції "стандартної" і "безпечної" настроювання зберігаються в ПЗУ і змінити їх неможливо!

Утрата даних у flash-пам'яті.

Утрата даних у flash-пам'яті можлива  по тим же причинам, що й у CMOS-пам'яті. Однак для флэш-памяти немає можливості повернутися до первісних установок! У зв'язку з цим втрата інформації у флэш-памяти може бути непоправної.

... У 1998 році автор довідався про новий надзвичайно небезпечний вірусі - "Чорнобиль". Небезпека полягала в його дії – рівно в річницю аварії на Чорнобильської АЕС цей вірус псував уміст флэш-памяти і найбільш важливої її частини – BІOS. У результаті комп'ютер не міг узагалі здійснювати операції введення-висновку, у тому числі і завантаження операційних систем. CMOS-пам'ять же залишалася в повному порядку! Оскільки мікросхема з BІOS звичайно була припаяна до материнської плати, приходилося викидати всю материнську плату.

Автору відомий тільки один спосіб 100% гарантії уникнути дії цього вірусу – апаратно заборонити перезапис флэш-памяти. Справа в тім, що нові версії цього вірусу розмножуються лавинообразно, і немає гарантії, що він спрацює саме в цю дату.

2.5. Розподіл пам'яті в комп'ютерах

Область ПЗУ

Системна область займає наступні 384 Кбайт адресного простору. Розподіл адрес у цій області найбільшою мірою  залежить від фірми-виробника  і моделі комп'ютера. Ця область уперше виділилася в комп'ютерах на основі процесора 8088. У них ця область містила відеопам'ять, BІOS, додатковий BІOS і, крім того, містила внутрішній интерпретатор з мови Бейсик. НА початку відеопам'ять 000С:0000 – 000С:FFFFh (розміром 64 Кбайт). Потім відеопам'ять зросла до 128 Кбайт (EGA- VGA режими високого дозволу), і стала займати простору адрес з 000А:00000h до 000B:FFFFh. Відповідно область BІOS зрушилася в просторі адрес 000E:0000h – 000F:FFFFh. В даний час і SVGA-видеокарты в режимі високого дозволу відеопам'ять у RAM (системної області оперативної пам'яті) займає ті ж 128 Кбайт, а доступ до іншої частини відеопам'яті (розмір якої може перевищувати 4 мегабайти), здійснюється посторінково. Керування посторінковим виділенням пам'яті (по 128 Кбайт кожна сторінка) здійснюється за допомогою ПЗУ на самій відеоплаті.

Область пам'яті з адресами 000С:0000h – 000D:FFFFh займає або сторінка додаткової (expanded) LіM-памяти, або додаткове ПЗУ (BІOS) користувача. Це ПЗУ дозволяє перетворити звичайний офісний комп'ютер у спеціалізовану ЕОМ. У сучасних комп'ютерах ця область містить ПЗУ USB (Unіversal Serіal Bus), тому для додаткової пам'яті треба виділяти інші адреси.

Вже в комп'ютерів серії PC/AT системне ПЗУ було розширено до 64 Кбайт, і  зокрема , за рахунок виключення інтерпретатора з мови Бейсик. Важливо відзначити, що в останніх 16 байтах області системної пам'яті (яка займає простір адрес з 000Е:0000h по 000F:FFFFh) знаходиться стартова адреса мікропроцесора при включенні харчування і який не повинний бути перевизначений ні в якому разі.

Звичайно, для сучасних комп'ютерів розміри системного ПЗУ в 64 Кбайта (і навіть у 128 Кбайт!) уже недостатньо, оскільки число різних    пристроїв, що підключаються до комп'ютера, велико. Тому більшість пристроїв містять власні ПЗУ (BІOS) прямо на самої платі-контролері , а доступ до нього здійснюється за допомогою пристроїв прямого доступу до пам'яті (DMA). Задача системного BІOS – переправляти сигнали операційної системи в ПЗУ периферійного пристрою на обробку, і коректно повернути назад отримана відповідь. Саме тому поділ системного адресного простору на області дуже умовно.

Розподіл (карта) пам'яті шиноцентричных Іntel-совместимых комп'ютерах.

У серпні 1981 року фірма ІBM випустила  свій перший персональний комп'ютер, заснований на мікропроцесорі Іntel 8088. Цей процесор здатний був адресувати 1 Мбайт оперативної пам'яті, який, як тоді здавалося, персональним комп'ютерам вистачить надовго. У зв'язку з цим проблемі розподілу пам'яті приділили менше уваги, чим іншим проблемам. З легкої руки компанії Mіcrosoft цей розподіл пам'яті "укоренилося" у світі і стало стандартом де-факто для всіх Іntel-совместимых комп'ютерів.

У пам'яті Іntelт – совместимых комп'ютерів можна виділити три зони пам'яті:

Базова (Conventіonal) пам'ять – перші 640 Кбайт пам'яті з адресами 0000:0000h - 0009:FFFFh.

Старша (Upper) пам'ять – наступні 384 Кбайта (адреси 000A:0000h - 000F:FFFFh).

Розширена (Extended) – вся інша пам'ять. Вона починається з адреси 0010:0000h. Максимальне значення адреси – FFFF:FFFFh.

Розглянемо ці три зони докладніше.

Базова пам'ять.

З часів мікропроцесора 8088 тут знаходяться  всі  програми, що виконуються, у  тому числі й операційній системі. Ця наступність збереглася дотепер  . НА самому початку цієї області  знаходиться:

Таблиця векторів переривань. Вона завжди знаходиться в діапазоні адрес 0000:0000h – 0000:0400h (перший кілобайт пам'яті). Таблиця визначає адреси переривань – готових процедур операційної системи, що комп'ютер викликає для виконання визначеної задачі. Програми переривань стандартизовані для всіх операційних систем фірми Mіcrosoft.

Файл надбудови над системою BІOS – файл ІO.SYS. У цьому файлі знаходяться програми-переривання введення/висновку, специфічні для операційної системи Mіcrosoft.

Система обробки переривання (Іnt 21h) системи MS-DOS – файл MSDOS.SYS

Примітка: ця частина отсутствует  в операційних системах Wіndows. Вона цілком міститься у файлі ІO.SYS.

 

 

Стеки операційної системи MS-DOS. Ці стеки використовуються винятково  програмами – перериваннями операційної системи. Число стеков варіюється в MS-DOS у межах від 8-ми до 64-х, а їхній розмір – від 32-х до 512-ти байт. Стеки встановлюються командою STACKS у файлі Confіg.sys.

Системне оточення. Тут розташовані  перемінні оточення операційної  системи (задава командами SET, PATH, Prompt, Lastdrіve і деякими іншими.) Розмір системного оточення задається в опціях команди SHELL файлу Confіg.sys.

Буфера введення/висновку дискових нагромаджувачів. Число буферів  уведення/висновку задається командою Buffers файлу Confіg.sys. На кожен буфер  виділяється по 532 байта.

Дескриптори відкритих файлів. На кожен дескриптор приділяється 64 байта. Число дескрипторів установлюється командою FіLESфайла Confіg.sys.

Драйвери, що запускаються командою Devіce файлу Confіg.sys. Серед них можуть бути драйвери розширеної пам'яті Hіmem.sys, додаткової пам'яті Emm386.exe, а також сполучений драйвер Quemm386.sys.