Hradla, klopné obvody RS, Polovodičové pamäti

Boolova algebra

• Logická premenná (1bit) 0 -false F (nepravda) log 0

  1 -true T (pravda) log 1

• 0 -false F (nepravda) log 0
• 1 -true T (pravda) log 1
• zaoberá sa vzťahy medzi logickými premennými
• vzťahy popisujú logické fce

Základné logické fce (hradlá)

Logický súčet OR (v disjunkcia)

Zápisnica -> Y = A + B

pravdivostná tabuľka

Logický súčin AND (^ konjunkcia)

Zápisnica -> Y = A * B

pravdivostná tabuľka

Negácia NOT

Zápis ->

pravdivostná tabuľka

** **

** **

Negovaný logický súčet NOR

Zápis ->

Negovaný logický súčin NAND

Zápisnica -> Y =

pravdivostná tabuľka

Nonekvivalencie (exclusive or) XOR

Zápis ->

pravdivostná tabuľka

• pomocou log. Členu XOR je realizovaná polovičná sčítačka (sčítanie na najnižšom bitu)

Ekvivalencie XNOR

komutátor

Zápis ->

pravdivostná tabuľka

Logický obvod

• je obvod, kde každá veličina na vstupe aj na výstupe nadobúdať v rovnovážnom stave jednej z dvoch hodnôt a ktorý obsahuje také prvky u ktorých vstupné aj výstupné vleličiny nadobúdajú tiež jednej z dvoch hodnôt
• obsahuje logické členmi (hradlá), ktoré relizují log. fce

rozdelenie log. obvodov

1. kombinačné log. obvody - sú jednoduchšie
   • výstupy u týchto obvodov v určitom časovom okamihu závisí iba na vstupných hodnotách, to znamená že tieto obvody nemajú pamäť

logický obvod blokové znázornenie

2. Sekvenčné logické obvody - výstupná hodnota v určitom časovom okamihu závisí nielen na vstupných hodnotách ale aj na poslounosti predchádzajúcich vstupných hodnôt
   • tieto obvody majú pamäť ktorá zaznamanává vnútorné stavy závislosti
   • na signáloch ktoré postupne prichádzali do obvodu

klopné obvody

posuvné registre

počítadlá

n - počet vstupov

m - počet výstupov

k - počet miestnych stavov

Klopné obvody

• najjednoduchšie sekvenčné obvody
• pamäťové členmi v logických obvodoch
• posuvné registre
• v počítadlách
• štatistické pamäte: paměťovací bunka je realizovaná klopným obvodom
• úlohou klopných obvdů je zaznamenať prítomnosť informácie Klopné obvody delíme:

1. bistabilný - dva stabilné stavy
   • prvý stabilný stav prechádza na druhý skokom

Pr:

• registre
• delič frekvencie statické Pam obvody

2. monostabilný - výstupným signálom je jeden impulz, ktorý vznikne preložením signálu

Pr:

• generovanie jednotlivých impulzov

3. astabilný - nemajú žiadny stabilný stav
   • signály sú periodické impulzy
   • amplitúdy frekvencia zavisí na Paramtery obvode
   • používajú sa ako zdroja taktovacích signálov

Klopný obvod RS (KO-RS)

• najjednoduchší
• bistabilný
• asynchrónne

Bloková schéma - schematická značka:

** **

** **

---

Časový diagram klopného obvodu RS ** **

** **

Polovodičové pamäte a ich použitie

• Pamäť - médium (čiže prostredie), ktoré umožňuje uchovávať informáciu
• Pamäť PC - je zariadenie, ktoré slúži na ukladanie programov a dát s ktorými počítač pracuje
• Elementárna pamäť - základná pamäťová bunka, ktorá uchováva 1bit informácie (0,1)

Rozdelenie pamätí (v počítači):

• Registre - pamäťové miesta na čipe procesora, ktoré sa používajú pre krátkodobé uchovanie práve spracovávaných informácií, realizované KO ****
• Interné (vnútorné) operačnej pamäte - pamäte osadené na základnej doske, realizujú sa pomocou polovodičových súčiastok. Sú do nich zavádzané práve spúšťané programy alebo ich časti a dáta s ktorými pracujú ****
• Externý (vonkajší) pamäte - sú realizované zariadeniami, ktoré používajú výmenné médiá v podobe diskov. Záznam do externých pamätí sa vykonáva na elektrickom, magnetickom, alebo optickom princípe. Slúži pre dlhodobé uchovanie informácií a zálohovanie dát. ****

** **

Parametre pamätí:

1. Kapacita - množstvo informácií, ktoré je možné do pamäte uložiť. Udáva sa v bytoch. ****
2. Prístupová doba - doba, ktorú je nutné čakať od zadania požiadavky do sprístupnenia požadované informácie ****
3. Šírka prenosu (toku) dát - počet bitov prenášaných po zbernici. jednotkou bit ****
4. Prenosová rýchlosť - je množstvo dát, ktoré možno z pamäte prečítať (zapísať) za jednotku času. Jednotkou [b, B / s] ****
5. Spoľahlivosť - stredná doba medzi dvoma poruchami pamäti ****
6. Cena za bit - cena, ktorú je nutné zaplatiť za jeden bit pamäte
7. Rozdelenie pamäťou podľa rôznych hľadísk

• Podľa dĺžky uchovanie informácie Statické pamäte - uchovávajú informáciu po celú dobu, kedy je pamäť pripojená ku zdroju el. napätie ****

  Dynamické pamäte - danú informáciu stráca v čase, keď sú pripojené k napájaniu. Informáciu je nutné periodicky obnovovať aby nedošlo k jej strate (refresh pamäte) ****

• Statické pamäte - uchovávajú informáciu po celú dobu, kedy je pamäť pripojená ku zdroju el. napätie ****
• Dynamické pamäte - danú informáciu stráca v čase, keď sú pripojené k napájaniu. Informáciu je nutné periodicky obnovovať aby nedošlo k jej strate (refresh pamäte) ****

** **

• Deštruktívne pri čítaní Deštruktívne pri čítaní - prečítanie informácie z pamäte vedie k strate informácie a prečítané informácie musia byť následne po prečítaní opäť do pamäte zapísaná ****

  Nedeštruktívne pri čítaní - prečítaní informácie žiadnym spôsobom túto informáciu neovplyvní ****

• Deštruktívne pri čítaní - prečítanie informácie z pamäte vedie k strate informácie a prečítané informácie musia byť následne po prečítaní opäť do pamäte zapísaná ****
• Nedeštruktívne pri čítaní - prečítaní informácie žiadnym spôsobom túto informáciu neovplyvní ****

** **

• Energetická závislosť Energeticky závisle (volatilné) - po odpojení zdroja stratíme vloženej informácie ****

  Energeticky nezávislé (non volatilné) - po odpojení zdroja sa informácie nestratí ****

• Energeticky závisle (volatilné) - po odpojení zdroja stratíme vloženej informácie ****
• Energeticky nezávislé (non volatilné) - po odpojení zdroja sa informácie nestratí ****

** **

• prístup Sekvenčné (sériový) - SAM (serial access memory). Pred sprístupnením informácie z pamäte je nutné prečítať všetky predchádzajúce informácie ****

  Priamy (ľubovoľný) - RAM (random access memory). Je možné sprístupniť priamo požadovanú informáciu ****

• Sekvenčné (sériový) - SAM (serial access memory). Pred sprístupnením informácie z pamäte je nutné prečítať všetky predchádzajúce informácie ****
• Priamy (ľubovoľný) - RAM (random access memory). Je možné sprístupniť priamo požadovanú informáciu ****

** **

• Podľa možnosti zápisu a čítania Zápis a čítanie = RWM (read write memory) ****

  Čítanie - ROM (read only memory) ****

  Cyklus pamäti - zápis informácie -> jej uchovanie (zapamätanie) -> čítanie ****

• Zápis a čítanie = RWM (read write memory) ****
• Čítanie - ROM (read only memory) ****
• Cyklus pamäti - zápis informácie -> jej uchovanie (zapamätanie) -> čítanie ****

** **

• podľa technológie Podľa typu tranzistora Bipolárna - TTL, ECL ****

  Unipolárne - (MOS) - PMOS, NMOS, CMOS (LSI, VLSI) ****

• Podľa typu tranzistora Bipolárna - TTL, ECL ****

  Unipolárne - (MOS) - PMOS, NMOS, CMOS (LSI, VLSI) ****

• Bipolárna - TTL, ECL ****
• Unipolárne - (MOS) - PMOS, NMOS, CMOS (LSI, VLSI) ****

** **

Vnútornej pamäte:

Fyzikálny princíp pamäte

• Jedna bunka (elementárne) - tvorená miniatúrnym el. Prvkom a tento pamäťový prvok určitú vlastností celej pamäte
• 8 bitov = 1 Byte
• Jednotlivé prvky sú spojené riadkovými a stĺpcovými vodičmi
• Celá pamäť organizovaná do matíc

Štruktúra vnútornej pamäte

• čítanie pamäte V dekodéra adries sa vyberie príslušný adresný vodič (adresa žiadaného zadaného miesta) a nastaví sa na ňom hodnota logickej jedničky a podľa toho ako sú prepojené pamäťovej bunky s dátovými vodičmi (bity 1-4) prejde hodnota log. Jedničky po dátovom vodičmi do zosilňovača a na výstup bitu
• V dekodéra adries sa vyberie príslušný adresný vodič (adresa žiadaného zadaného miesta) a nastaví sa na ňom hodnota logickej jedničky a podľa toho ako sú prepojené pamäťovej bunky s dátovými vodičmi (bity 1-4) prejde hodnota log. Jedničky po dátovom vodičmi do zosilňovača a na výstup bitu

• Zápis do pamäte - dekodér adries vyberie adresný vodič príslušné zadanej adrese a nastaví na neho hodnotu log. Jedničky, potom nastaví bity b 1 - b 4 na hodnoty, ktoré sa budú do pamäti vkladať ****

feritové pamäťou

• trvalé ****
• Základ tvorí feritové jadrá (prstence, ktoré sú pretkané vodičmi) ****

Hysteréznej slučka feritového jadra

• Feritovými jadrami prechádza sústava vodičov, ktorá umožňuje čítanie a záznam informácie
• K preklopeniu feritového jadra z jedného stabilného stavu do druhého musí byť vo vnútri jadra mag. Pole ktorého intenzita H je určená hodnotou menovitého prúdu prepočítaného na jediný vodič
• Smer prúdu určuje, do ktorého zo stabilných stavov sa jadro preklopí
• Prechod feritového jadra z jedného stabilného stavu do druhého vyvolá v čítacom vodiči, ktorý prechádza překlápěným jadrom, výstupný impulz rádovo desiatky mV

Pamäte typu ROM

• Iba na čítanie informácií
• Static
• energeticky nezávislé
• BIOS

1. ROM

• Programovanie u výrobcu
• drahé pamäte
• Výroba sa oplatí pri veľkom množstve (> 10k)

2. PROM (programable)

• V špeciálnom zariadení
• natrvalo

Prepálenia prúd 10 mA

Zapojenie pomocou spojok

1. Bipolárna tranzistor b), c) tranzistor riadený poľom d) polovodičová dióda

3. EPROM (Erasable PROM)

• Pamäť je realizovaná tranzistory typu MOSFET s plávajúcim hradlom
• Informáciu drží 10 rokov
• Užívateľ si programuje pamäť sám v špeciálnom programátora
• Opatrená kremíkovým okienkom, ktoré slúžia na mazanie pamäti
• Statická, energeticky nezávislá - iba vetvenia

4. EEPROM (Elextrically EPROM)

• Mazateľná el. signálom
• Pred zápisom je potreba vymazať ****
• Statická, energetická, iba na čítanie ****
• NMOS - tranzistor riadený poľom ****

5. Flash EEPROM - okamihové

• rýchle ****

Pamäte RWM - RAM

• Read and write
• SRAM (statické)
• DRAM (dynamické)

1. SRAM

• Pamäťová bunka je tvorená bistabilním klopným obvodom
• Nízka prístupová doba 7,5 - 15 ms
• Realizované tranzistory TTL
• použitie: cache pamäte

2. DRAM

• Pamäťová bunka tvorená miniatúrnym kondenzátorom ****
• Refresh pamätí (strata informácií) ****
• Väčšia kapacita, pomalší (60-70 ms) ****

Realizácia jednej bunky pamäte DRAM v technológii TTL

• Zápis: na adresný vodič sa privedie hodnota logická 1. Tým sa tranzistor T otvorí. Na dátovom vodiči je umiestnená zapisované hodnota (napr. 1). Táto hodnota prejde cez otvorený tranzistor a nabije kondenzátor. V prípade zápisu nuly dôjde iba k prípadnému vybitiu kondenzátora (ak bola predtým v pamäti uložená hodnota 1).
• Čítanie: na adresný vodič je privedená hodnota logická 1, ktorá spôsobí otvorenie tranzistora T. Ak bol kondenzátor nabitý, zapísaná hodnota prejde na dátový vodič. Týmto čítaním však dôjde k vybitiu kondenzátora a zničenie uložené informácie. Ide teda o bunku, ktorá je deštruktívne pri čítaní a prečítanú hodnotu je nutné opäť do pamäte zapísať.

Rozdelenie DRAM pamätí podľa režimov

1. SDRAM (synchronous DRAM)

• Pracujú na rovnakom princípe ako je takt na základnej doske
• Vybavovací doba 8-10 ms
• Použitie: u modulov SRAM

133MHz -> 1,04 GB / s (3,3V - DIMM SRAM)

2. DDR (Double Datarate Rate)

• Pracujú na nábežnej i zostupnej hrane
• Použitie: Pentium 4, Athlone

3. DDR2 (200MHz)

• Pracujú na nábežnej i zostupnej hrane

200Mhz -> 800Mhz (1,8 V)

4. DDR3

• 1,5 V
• F - 1600 MHz -> 12,86 GB / s
• F - 1333 MHz -> 10,66 GB / s
• Intel Core 2
• AMD 16GB
• Použitie na serveroch

5. RDRAM (Rambus DRAM)

400 MHz (16b) -> 800 MHz -> 1,6 GB / s

• Dva kanály na prenos (3,2 GB / s)

Fyzická organizácia OP

• Bank (slot na motherboard)
• Puzdrá DIP (PCIXT -> I8086, PCIAT -> I80286)
• SIMM - Pentium
• DIMM (Dual Inline Memory Module) Staré PC (168 pinov - 64b)

  3,3 V

  F - 66; 100; 133MHz -> PC66; PC100; PC133

• Staré PC (168 pinov - 64b)
• 3,3 V
• F - 66; 100; 133MHz -> PC66; PC100; PC133
• DDR DIMM (Double Datarate DIMM) **** 184 pinov

  2,5 V

• 184 pinov
• 2,5 V
• DDR2 DIMM 1,8 V ****

  Vyššia frekvencia 400MHz ****

  240 pinov ****

• 1,8 V ****
• Vyššia frekvencia 400MHz ****
• 240 pinov ****
• RIMM (Rembus Inline Memory Module) **** 184 pinov

  Pamäťové typy sú usporiadané sekvenčne

  Neobsadené pätice musia byť osadené prepojovacím modulom

  16b

• 184 pinov
• Pamäťové typy sú usporiadané sekvenčne
• Neobsadené pätice musia byť osadené prepojovacím modulom
• 16b

Druhy pamäťových modulov

• Pamäťové moduly existujú v niekoľkých prevedeniach
• ECC - samoopravný kód
• NeECC (NonECC) - PC
• Registered moduly -> I / O buffer **** Buffer - vyrovnávacia pamäť pri prenose dát, zvyšujúce stabilitu a spoľahlivosť prenosu dát ****
• Buffer - vyrovnávacia pamäť pri prenose dát, zvyšujúce stabilitu a spoľahlivosť prenosu dát ****
• Unbuffered
• DDR Dual channel K zvýšeniu priepustnosti dát medzi chipsetom a OP sa používa dvojité usporiadanie pamäťových kanálov ****
• K zvýšeniu priepustnosti dát medzi chipsetom a OP sa používa dvojité usporiadanie pamäťových kanálov ****

Intel - severná most <-> OP AMD - Procesor <-> OP

Dvojkanálový radič pamäte:

• Sa do režimu z dvojitou priepustnosťou prepne iba ak sú splnené nasledujúce podmienky:

1. Moduly sa musí osadzovať v pároch
2. Oba dva kanály musia byť osadené rovnakým typom pamäťového DIMM (Dual channel kit)
3. Každý DIMM musí byť umiestnený na inú zbernicu