Что находится в оперативной памяти когда исполняется программный код

Организация памяти. Работа с внешней памятью. Память программ (пзу). Память данных (озу). Регистры специальных функций. Регистр флагов (psw).

Как и у большинства микроконтроллеров, у микроконтроллеров семейства 8051, память программ и память данных являются самостоятельными и независимыми друг от друга устройствами, адресуемыми различными командами и управляющими сигналами.

Объем встроенной памяти программ, расположенной на кристалле микроконтроллера 8051 и 8751, равен 4 Кбайт. При обращении к внешней памяти программ все микроконтроллеры семейства 8051 всегда используют 16-разрадный адрес, что обеспечивает им доступ к 64 Кбайт ПЗУ. Микроконтроллер обращается к программной памяти при чтении кода операции и операндов (используя счетчик команд PC), а также при выполнении команд переноса байта из памяти программ в аккумулятор. При выполнении команд переноса данных адресация ячейки памяти программ, из которой будут прочитаны данные, может осуществляться с использованием как счетчика PC, так и специального двухбайтового регистра-указателя данных DPTR.

Память данных (ОЗУ).

Объем расположенной на кристалле памяти данных—128 байт. Объем внешней памяти данных может достигать 64 Кбайт. Первые 32 байта организованы в четыре банка регистров общего назначения, обозначаемых соответственно банк 0 — банк 3. Каждый из них состоит из восьми регистров R0 — R7. В любой момент программе доступен только один банк регистров, номер которого содержится в третьем и четвертом битах слова состояния программы PSW (см. ниже).

Оставшееся адресное пространство может конфигурироваться разработчиком по своему усмотрению: в нем располагаются стек, системные и пользовательские области данных. Обращение к ячейкам памяти данных возможно двумя способами. Первый способ — прямая адресация ячейки памяти. В этом случае адрес ячейки является операндом соответствующей команды. Второй способ — косвенная адресация с помощью регистров R0 или R1: перед выполнением соответствующей команды в один из них должен быть занесен адрес ячейки, к которой необходимо обратиться.

Для обращения к внешней памяти данных используется только косвенная адресация с помощью регистров R0 и R1 или с помощью 16-разрядного регистра-указателя DPTR. Он относится к группе регистров специальных функций, и с его помощью можно адресовать все 64 Кбайта внешней памяти.

Часть памяти данных представляет собой так называемую битовую область, в ней имеется возможность при помощи специальных битовых команд адресовываться к каждому разряду ячеек памяти. Адрес прямо адресуемых битов может быть записан либо в виде (Адрес Байта ).(Разряд), например выражение 21.3 означает третий разряд ячейки памяти с адресом 21H, либо в виде абсолютного битового адреса. Соответствие этих двух способов адресации можно определить по таблице.

Адреса битов по разрядам

ПРИМЕЧАНИЕ.Адрес прямо адресуемых битов может быть записан либо в виде выражения (Адрес Байта ).(Разряд), например выражение 21.3 означает адрес третьего разряда ячейки памяти с адресом 21H, либо в виде абсолютного битового адреса, который для данного бита равен (см. таблицу) 0B.

Регистры специальных функций.

Адреса битов по разрядам

Adr

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

Name

ПРИМЕЧАНИЕ.Адрес прямо адресуемых битов может быть записан либо в виде выражения (Название Регистра ).(Разряд), например выражение SCON.3 означает адрес третьего разряда регистра SCON, либо в виде абсолютного битового адреса, который для данного бита равен (см. таблицу) 9B. Кроме того, некоторые биты управляющих регистров имеют собственные названия, так например данный бит имеет название TB8

К адресному пространству памяти данных примыкает адресное пространство регистров специальных функций SFR (SpecialFunctionRegister).

Регистр расширитель аккумулятора (MultiplicationRegister)

Слово состояния программы (ProgramStatusWord)

Регистр указатель стека (StackPointer)

Старший байт регистра указателя данных DPTR (DataPointerHigh)

Младший байт регистра указателя данных DPTR (DataPointerLow)

Старший байт таймера 0 ()

Младший байт таймера 0 ()

Старший байт таймера 1 ()

Младший байт таймера 1 ()

Регистр режимов таймеров счетчиков (Timer/Counter Mode Control Register)

Регистр управления статуса таймеров (Timer/Counter Control Register)

Регистр приоритетов (Interrupt Priority Control Register)

Регистр маски прерывания (Interrupt Enable Register)

Регистр управления мощностью (PowerControlRegister)

Регистр управления приемопередатчиком (Serial Port Control Register)

Буфер приемопередатчика (Serial Data Buffer)

Примечание. Регистры, символ которых отмечен знаком (*), допускают адресацию своих отдельных бит при использовании команд из группы команд операций над битами.

Адреса, по которым расположены эти регистры, приведены в таблице.

Отметим, что регистры занимают только часть 128-байтового адресного пространства. Те ячейки памяти с адресами 80H-0FFH, которые не заняты регистрами, физически отсутствуют, на кристаллах микроконтроллеров семейства 8051 при обращении к ним можно прочитать лишь код команды возврата.

Регистры специальных функций управляют работой блоков, входящих в микроконтроллер.

Регистры-защелки SFR параллельных портов P0. P3 — служат для ввода-вывода информации.

Две регистровые пары с именами TH0, TL0 и TH1, TL1 представляют собой регистры двух программно-управляемых 16-битных таймеров-счетчиков.

Режимы таймеров-счетчиков задаются с использованием регистра TMOD, а управление ими осуществляется с помощью регистра TCON.

Для управления режимами энергопотребления микро-ЭВМ используется регистр PCON.

Регистры IP и IE управляют работой системы прерываний микро-ЭВМ,

Регистры SBUF и SCON управляют работой приемопередатчика последовательного порта.

Регистр-указатель стека SP в микро-ЭВМ рассматриваемого семейства — восьмибитный. Он может адресовать любую область внутренней памяти данных. В отличие от микропроцессора КР580ВМ80, у микро-ЭВМ семейства 8051 стек «растет вверх», т.е. перед выполнением команды PUSH или CALL содержимое SP инкрементируется, после чего производится запись информации в стек. Соответственно при извлечении информации из стека регистр SP декрементируется после извлечения информации. В процессе инициализации микро-ЭВМ после сигнала сброса или при включении питающего напряжения в SP заносится код 07Н. Это означает, что первый элемент стека будет располагаться в ячейке памяти с адресом 08Н.

Регистр-указатель данных DPTR чаще всего используют для фиксации 16-битного адреса в операциях обращения к внешней памяти программ и данных. С точки зрения программиста он может выступать как в виде одного 16-битного регистра, так и в виде двух независимых регистров DPL и DPH

Аккумулятор (АСС) является источником операнда и местом фиксации результата при выполнении арифметических, логических операций и ряда операций передачи данных. Кроме того, только с использованием аккумулятора могут быть выполнены операции сдвигов, проверка на нуль, формирование флага паритета и т.п. В распоряжении пользователя имеются 8 регистров общего назначения R0–R7 одного из четырёх возможных банков. При выполнении многих команд в АЛУ формируется ряд признаков операции (флагов), которые фиксируются в регистре PSW.

Регистр В используется как источник и как приемник при операциях умножения и деления, обращение к нему, как к регистру SFR, производится аналогично аккумулятору.

При выполнении ряда команд в арифметико-логическом устройстве (АЛУ) формируются признаки операций — флаги, которые фиксируются в регистре PSW.

Регистр флагов (PSW).

Имя и назначение

Флаг приоритета. Устанавливается и сбрасывается аппаратурно в каждом цикле команды и фиксирует нечетное/четное число единичных бит в аккумуляторе

Флаг переполнения. Устанавливается и сбрасывается аппаратурно при выполнении арифметических операций

Биты выбора используемого банка регистров. Могут быть изменены программным путем

Границы адресов ОЗУ

Флаг пользователя. Может быть установлен, сброшен или проверен программой пользователя

Флаг вспомогательного переноса. Устанавливается и сбрасывается только аппаратными средствами при выполнении команд сложения и вычитания и сигнализирует о переносе или заеме в бите 3 аккумулятора

Флаг переноса. Устанавливается и сбрасывается как аппаратурно, так и программным путем

Наиболее “активным” флагом PSW является флаг переноса С, который принимает участие и модифицируется в процессе выполнения множества операций, включая сложение, вычитание и сдвиги. Кроме того, флаг переноса (C) выполняет функции “булева аккумулятора” в командах, манипулирующих с битами.Флаг переполнения(OV) фиксирует арифметическое переполнение при операциях над целыми числами со знаком и делает возможным использование арифметики в дополнительных кодах. ALU не управляет флагами селекции банка регистров (RS0, RS1), их значение полностью определяется прикладной программой и используется для выбора одного из четырёх регистровых банков.

В микропроцессорах, архитектура которых опирается на аккумулятор, большинство команд работают с ним, используя неявную адресацию. В Intel8051 дело обстоит иначе. Хотя процессор имеет в своей основе аккумулятор, он может выполнять множество команд и без его участия. Например, данные могут быть переданы из любой ячейки RDM в любой регистр, любой регистр может быть загружен непосредственным операндом и т.д. Многие логические операции могут быть выполнены без участия аккумулятора. Кроме того, переменные могут быть инкрементированы, декрементированы и проверены без использования аккумулятора. Флаги и управляющие биты могут быть проверены и изменены аналогично.

Работа с внешней памятью микроконтроллера 8051.

Обращения к внешней памяти подразделяются на обращения к внешней памяти программ и обращения к внешней памяти данных. В первом случае для формирования сигнала, активирующего ПЗУ с программой, используется сигнал PSEN, во втором — сигналы RD и WR, активизирующие ОЗУ с данными.

Если используется 16-битовый адрес, старшие восемь бит выводятся через порт Р2 , где они сохраняются в течение всего цикла обращения к внешней памяти. Отметим, что выходные каскады порта Р2 имеют внутреннюю нагрузку, несколько отличающуюся от Р1 и РЗ , благодаря чему в SFR Р2 при выводе адресной информации вовсе не обязательно защелкивать все единицы. Добавим также, что при выводе адресной информации информация из SFR Р2, хотя и не присутствует на выводах микроЭВМ, но и не теряется, восстанавливаясь на них после окончания обращений к внешней памяти (если в процессе этих обращений SFR Р2 не был модифицирован).

Если при обращении к внешней памяти данных используется восьми битный адрес, то на выводах порта остается та же информация, которая там была до начала обращения к внешней памяти. Это позволяет организовать постраничную адресацию внешней памяти данных.

Как уже отмечалось, на выводах порта P0 младший байт адреса мультиплексируется с данными. Сигналы адреса/ данных задействуют оба полевых транзистора выходного каскада порта P0. Таким образом, в этом случае выводы P0 уже не являются выводами с открытым стоком и не требуют внешних нагрузочных элементов.

Сигнал ALE используется для фиксации младшего байта адреса во внешнем регистре-защелке. Адресная информация достоверна в момент окончания сигнала ALE.

Выводимый в цикле записи байт заносится в P0 непосредственно перед активацией сигнала WR и остается неизменным до окончания этого сигнала. В цикле чтения данные на выводах P0 для достоверного считывания должны быть установившимися к моменту окончания сигнала RD.

Во время обращения к внешней памяти CPU записывает 0FFH в SFR P0, уничтожая, таким образом, хранимую там информацию. Таким образом, использовать для записи порт P0 при работе с внешней памятью надо с известной долей осторожности.

Обращение к внешней памяти программ возможно в двух случаях:

когда сигнал ЕА активен, т.е. имеет нулевой уровень,

когда программный счетчик РС содержит число больше 0FFH.

Следовательно, при использовании микро-ЭВМ, не имеющей встроенного ПЗУ или не использующей его, на входе ЕА должен присутствовать сигнал с нулевым уровнем.

Когда CPU работает с внешней памятью программ, все линии порта Р2 используются для вывода старшего байта адреса и не могут быть использованы для обычного ввода\вывода информации. При этом, как отмечалось выше, в SFR Р2 может быть занесена любая информация — адресная информация, выводимая через Р2, не зависит от состояния его SFR.

Разбираемся с управлением памятью в современных языках программирования

Привет, Хабр! Представляю вашему вниманию перевод статьи «Demystifying memory management in modern programming languages» за авторством Deepu K Sasidharan.

В данной серии статей мне бы хотелось развеять завесу мистики над управлением памятью в программном обеспечении (далее по тексту — ПО) и подробно рассмотреть возможности, предоставляемые современными языками программирования. Надеюсь, что мои статьи помогут читателю заглянуть под капот этих языков и узнать для себя нечто новое.

Углублённое изучение концептов управления памятью позволяет писать более эффективное ПО, потому как стиль и практики кодирования оказывают большое влияние на принципы выделения памяти для нужд программы.

Часть 1: Введение в управление памятью

Управление памятью — это целый набор механизмов, которые позволяют контролировать доступ программы к оперативной памяти компьютера. Данная тема является очень важной при разработке ПО и, при этом, вызывает затруднения или же вовсе остаётся черным ящиком для многих программистов.

Для чего используется оперативная память?

Когда программа выполняется в операционный системе компьютера, она нуждается в доступе к оперативной памяти (RAM) для того, чтобы:

• загружать свой собственный байт-код для выполнения;
• хранить значения переменных и структуры данных, которые используются в процессе работы;
• загружать внешние модули, которые необходимы программе для выполнения задач.

Стек используется для статичного выделения памяти. Он организован по принципу «последним пришёл — первым вышел» (LIFO). Можно представить стек как стопку книг — разрешено взаимодействовать только с самой верхней книгой: прочитать её или положить на неё новую.

• благодаря упомянутому принципу, стек позволяет очень быстро выполнять операции с данными — все манипуляции производятся с «верхней книгой в стопке». Книга добавляется в самый верх, если нужно сохранить данные, либо берётся сверху, если данные требуется прочитать;
• существует ограничение в том, что данные, которые предполагается хранить в стеке, обязаны быть конечными и статичными — их размер должен быть известен ещё на этапе компиляции;
• в стековой памяти хранится стек вызовов — информация о ходе выполнения цепочек вызовов функций в виде стековых кадров. Каждый стековый кадр это набор блоков данных, в которых хранится информация, необходимая для работы функции на определённом шаге — её локальные переменные и аргументы, с которыми её вызывали. Например, каждый раз, когда функция объявляет новую переменную, она добавляет её в верхний блок стека. Затем, когда функция завершает свою работу, очищаются все блоки памяти в стеке, которые функция использовала — иными словами, очищаются все блоки ее стекового кадра;
• каждый поток многопоточного приложения имеет доступ к своему собственному стеку;
• управление стековой памятью простое и прямолинейное; оно выполняется операционной системой;
• в стеке обычно хранятся данные вроде локальных переменных и указателей;
• при работе со стеком есть вероятность получать ошибки переполнения стека (stack overflow), так как максимальный его размер строго ограничен. Например, ошибка при составлении граничного условия в рекурсивной функции совершенно точно приведёт к переполнению стека;
• в большинстве языков существует ограничение на размер значений, которые можно сохранить в стек;

Использование стека в JavaScript. Объекты хранятся в куче и доступны по ссылкам, которые хранятся в стеке. Тут можно посмотреть в видеоформате

Куча используется для динамического выделения памяти, однако, в отличие от стека, данные в куче первым делом требуется найти с помощью «оглавления». Можно представить, что куча это такая большая многоуровневая библиотека, в которой, следуя определённым инструкциям, можно найти необходимую книгу.

• операции на куче производятся несколько медленнее, чем на стеке, так как требуют дополнительного этапа для поиска данных;
• в куче хранятся данные динамических размеров, например, список, в который можно добавлять произвольное количество элементов;
• куча общая для всех потоков приложения;
• вследствие динамической природы, куча нетривиальна в управлении и с ней возникает большинство всех проблем и ошибок, связанных с памятью. Способы решения этих проблем предоставляются языками программирования;
• типичные структуры данных, которые хранятся в куче — это глобальные переменные (они должны быть доступны для разных потоков приложения, а куча как раз общая для всех потоков), ссылочные типы, такие как строки или ассоциативные массивы, а так же другие сложные структуры данных;
• при работе с кучей можно получить ошибки выхода за пределы памяти (out of memory), если приложение пытается использовать больше памяти, чем ему доступно;
• размер значений, которые могут храниться в куче, ограничен лишь общим объёмом памяти, который был выделен операционной системой для программы.

Почему эффективное управление памятью важно?

В отличие от жёстких дисков, оперативная память весьма ограниченна (хотя и жёсткие диски, безусловно, тоже не безграничны). Если программа потребляет память не высвобождая её, то, в конечном итоге, она поглотит все доступные резервы и попытается выйти за пределы памяти. Тогда она просто упадет сама, или, что ещё драматичнее, обрушит операционную систему. Следовательно, весьма нежелательно относиться легкомысленно к манипуляциям с памятью при разработке ПО.

Различные подходы

Современные языки программирования стараются максимально упростить работу с памятью и снять с разработчиков часть головной боли. И хотя некоторые почтенные языки всё ещё требуют ручного управления, большинство всё же предоставляет более изящные автоматические подходы. Порой в языке используется сразу несколько подходов к управлению памятью, а иногда разработчику даже доступен выбор какой из вариантов будет эффективнее конкретно для его задач (хороший пример — C++). Перейдём к краткому обзору различных подходов.

Ручное управление памятью

Язык не предоставляет механизмов для автоматического управления памятью. Выделение и освобождение памяти для создаваемых объектов остаётся полностью на совести разработчика. Пример такого языка — C. Он предоставляет ряд методов (malloc, realloc, calloc и free) для управления памятью — разработчик должен использовать их для выделения и освобождения памяти в своей программе. Этот подход требует большой аккуратности и внимательности. Так же он является в особенности сложным для новичков.

Сборщик мусора

Сборка мусора — это процесс автоматического управления памятью в куче, который заключается в поиске неиспользующихся участков памяти, которые ранее были заняты под нужды программы. Это один из наиболее популярных вариантов механизма для управления памятью в современных языках программирования. Подпрограмма сборки мусора обычно запускается в заранее определённые интервалы времени и бывает, что её запуск совпадает с ресурсозатратными процессами, в результате чего происходит задержка в работе приложения. JVM (Java/Scala/Groovy/Kotlin), JavaScript, Python, C#, Golang, OCaml и Ruby — вот примеры популярных языков, в которых используется сборщик мусора.

Сборщик мусора на основе алгоритма пометок (Mark & Sweep): Это алгоритм, работа которого происходит в две фазы: первым делом он помечает объекты в памяти, на которые имеются ссылки, а затем освобождает память от объектов, которые пометки не получили. Этот подход используется, например, в JVM, C#, Ruby, JavaScript и Golang. В JVM существует на выбор несколько разных алгоритмов сборки мусора, а JavaScript-движки, такие как V8, используют алгоритм пометок в дополнение к подсчёту ссылок. Такой сборщик мусора можно подключить в C и C++ в виде внешней библиотеки.

Получение ресурса есть инициализация (RAII)

RAII — это программная идиома в ООП, смысл которой заключается в том, что выделяемая для объекта область памяти строго привязывается к его времени существования. Память выделяется в конструкторе и освобождается в деструкторе. Данный подход был впервые реализован в C++, а так же используется в Ada и Rust.

Автоматический подсчёт ссылок (ARC)

Данный подход весьма похож на сборку мусора с подсчётом ссылок, однако, вместо запуска процесса подсчёта в определённые интервалы времени, инструкции выделения и освобождения памяти вставляются на этапе компиляции прямо в байт-код. Когда же счётчик ссылок достигает нуля, память освобождается как часть нормального потока выполнения программы.

Автоматический подсчёт ссылок всё так же не позволяет обрабатывать циклические ссылки и требует от разработчика использования специальных ключевых слов для дополнительной обработки таких ситуаций. ARC является одной из особенностей транслятора Clang, поэтому присутствует в языках Objective-C и Swift. Так же автоматический подсчет ссылок доступен для использования в Rust и новых стандартах C++ при помощи умных указателей.

Владение

Это сочетание RAII с концепцией владения, когда каждое значение в памяти должно иметь только одну переменную-владельца. Когда владелец уходит из области выполнения, память сразу же освобождается. Можно сказать, что это примерно как подсчёт ссылок на этапе компиляции. Данный подход используется в Rust и при этом я не смог найти ни одного другого языка, который бы использовал подобный механизм.

В данной статье были рассмотрены основные концепции в сфере управления памятью. Каждый язык программирования использует собственные реализации этих подходов и оптимизированные для различных задач алгоритмы. В следующих частях, мы подробнее рассмотрим решения для управления памятью в популярных языках.

Читайте так же другие части серии:

• > Часть 1: Введение в управление памятью
• Part 4: Memory management in Go (in progress)
• Part 5: Memory management in Rust (in progress)
• Part 6: Memory management in Python (in progress)
• Part 7: Memory management in C++ (in progress)
• Part 8: Memory management in C# (in progress)

Ссылки

Вы можете подписаться на автора статьи в Twitter и на LinkedIn.

За вычитку перевода отдельное спасибо Александру Максимовскому и Катерине Шибаковой

Хранение данных в оперативной памяти

При выполнении программы все ее данные хранятся в оперативной памяти компьютера. Количество памяти, требуемой для экземпляров данных (в байтах), и место их хранения зависит от используемого ими типа. При выполнении программы для хранения данных используются два участка оперативной памяти, которые называются стеком (stack) и кучей (heap). На рис. 3.2 схематически показаны стек и куча и связь с ними переменных программы.

Стек (stack) – это линейный участок памяти (массив), который действует как структура данных типа "Последним пришел – первым ушел" (last-in, first-out – LIFO). Основной особенностью стека является то, что данные могут добавляться только в вершину стека и удаляться из нее. Добавление и удаление данных из произвольного места стека невозможно. Операции по добавлению и удалению элементов из стека выполняются очень быстро. Однако размер стека, как правило, ограничен, и время хранения данных зависит от времени жизни переменной. Для всех локальных переменных методов и передаваемых методам параметров память выделяется в вершине стека. После того, как методы заканчивают работу, вся выделенная память в стеке для их переменных автоматически освобождается.

Рис. 3.2. Использование в программе стека и кучи

Куча (heap) – это область оперативной памяти, в разных частях которой могут выделяться участки для хранения объектов классов. В отличие от стека, такие участки памяти в куче могут выделяться и освобождаться в любом порядке. Хотя программа может хранить элементы данных в куче, она не может явно удалять их из нее. Вместо этого компонент среды CLR, называемый "Сборщиком мусора" (Garbage Collector, GC), автоматически удаляет неиспользуемые участки кучи, когда он определит, что код программы уже не имеет доступа к ним (не хранит их адреса).

Локальные переменные методов хранятся следующим образом:

• • Значащие типы хранятся только в одном участке памяти, который хранит реальные данные и размещается в стеке.
• • Ссылочные типы требуют два участка памяти: первый – содержит реальные данные (сами объекты) и всегда размещается в куче; второй – размещается в стеке и содержит ссылку (адрес), которая указывает на размещения объекта в куче.

Поля классов (переменные объектов рассмотрены в разд. 4.1) хранятся в участке кучи, выделенном для конкретного объекта. При создании объекта выделяется участок кучи, в котором и сохраняются все его данные (для методов объекта память не выделяется).

Связь между ЦП и ОЗУ, как это происходит?

Если вы когда-нибудь задумывались, что это за процесс, за которым следует процессор и Оперативная память что он назначил для получения данных и инструкций, которые он должен выполнить, то вам повезло, потому что в этой статье мы собираемся объяснить, что это за процесс связи между двумя наиболее важными элементами ПК, с которыми общаются разное.

В этой статье мы не будем объяснять, какой тип оперативной памяти лучше or спецификации каждого , но процессор связывается с ним, чтобы иметь возможность выполнять программы.

Причина почему мы используем внешнюю память потому, что количество транзисторов, необходимых для хранения информации, не поместится в пространстве процессора , поэтому необходимо использовать память RAM, внешнюю по отношению к процессору, для хранения инструкций и данных, которые они будут выполнять.

Зачем процессору связь с ОЗУ?

Стадия, на которой ЦП берет следующую инструкцию для выполнения из ОЗУ, называется «выборкой» и является одним из трех этапов, составляющих цикл команд: Fetch-Decode-Execute, о котором мы поговорим только в этой статье о первой, а о второй два будут оставлены на другой раз, так как оперативная память не вмешивается в них, кроме как для записи результата обратно.

Каждый процессор имеет серию регистров, связанных друг с другом, которые служат для захвата следующей инструкции, они следующие:

1. Счетчик команд: ПК указывает на следующую строку памяти, где находится следующая инструкция процессора. Его значение увеличивается на 1 каждый раз, когда завершается полный цикл команд или когда команда перехода изменяет значение программного счетчика.
2. Регистр адреса памяти: MAR копирует содержимое ПК и отправляет его в RAM через адресные контакты ЦП, которые соединены с адресными контактами RAM.
3. Регистр данных памяти : Если инструкция прочитана, то ОЗУ будет передавать через свою шину данных содержимое адреса памяти, на который указывал MAR.
4. Реестр инструкций: Инструкция копируется в регистр инструкций, откуда блок управления расшифровывает ее, чтобы знать, как выполнить инструкцию.

Что такое память DRAM?

Компания тип памяти, используемой для RAM как системное ОЗУ, так и видеопамять или видеопамять. Память DRAM или 1T-DRAM . В этом типе памяти каждый бит хранится в комбинация конденсатора и транзистора , а не в нескольких транзисторах, таких как SRAM, отсюда и название 1T-DRAM.

Вся память RAM, используемая в настоящее время в ПК: DDR4, GDDR6, HBM2e, LPDDR4 и т. Д., Является памятью типа DRAM, в то время как внутренняя память процессоров, кеши регистров и блокноты относятся к типу SRAM.

Указанная комбинация конденсатора и транзистора называется Bitcell , когда конденсатор битовой ячейки заряжен, интерпретируется, что информация, содержащаяся в этой битовой ячейке, равна 1, когда она не заряжена, она интерпретируется как 0.

Битовые ячейки организованы в матрицу, в которой контакты адресации используются для доступа к ним следующим образом:

• Первая половина битов выбирает строку, к которой мы хотим получить доступ
• Вторая половина битов адресации содержит столбец, к которому мы хотим получить доступ,

Для этого между матрицей битовых ячеек и шиной адресации существует двоичный декодер, который позволяет выбрать соответствующую битовую ячейку.

Контакты для связи с RAM

• адресация штифты : Обычно обозначается от A0 до AN, где N — количество контактов и равно количеству бит адресации, которое всегда равно 2 ^ N.
• Контакты данных : Здесь данные передаются в оперативную память и из нее.
• Запись разрешена: Если вывод активен, передача данных осуществляется в память, запись, с другой стороны, если она не активна, то в сторону процессора, чтение.

Если наша система имеет несколько микросхем памяти RAM, то первые биты адресации используются для выбора, к какой из микросхем памяти мы хотим получить доступ в модуле памяти DIMM. Также были случаи, когда адрес и контакты данных совпадали. Это связано с тем, что адресация и доступ к данным не выполняются одновременно.

Но чтобы понять, как работает адресация, мы должны рассмотреть основную часть электроники — двоичный декодер.

Двоичный декодер и его роль в связи с RAM

Двоичный декодер — это очень распространенная электроника, они заключаются в том, что из входных n битов вход выбирается из 2 ^ n различных возможностей. Он построен путем размещения n ворот НЕ в 2 ^ n И ворот.

В оперативной памяти адресация передается в двух циклах: сначала отправляется строка, к которой необходимо получить доступ, а затем столбец, а не одновременно.

Причина этого имеет очень простое объяснение: представьте, что у вас есть процессор с 16 битами адресации, подключенный к одной микросхеме памяти RAM. Если бы двоичный декодер был 16-битным, тогда потребовалось бы 16 вентилей НЕ и 65536 вентилей И. Напротив, 8-битный двоичный декодер имеет 8 вентилей НЕ и 256 вентилей И, что намного проще в реализации.

По этой причине обращение к оперативной памяти происходит в два этапа.

Банки памяти

Данные в ОЗУ не хранятся последовательно , но в разных банках на одном чипе, каждый из банков содержит массив битовых ячеек , но если мы хотим передать, например, n битов данных, нам понадобится n массивов битовых ячеек, каждый из которых подключен к выводу шины данных.

Использование несколько банков , в той же микросхеме памяти, позволяет выбрать несколько бит одновременно с одним доступом к памяти , поскольку все банки разделяют адресацию . Таким образом, если у нас есть 8 банков памяти, выбор конкретной битовой ячейки приведет к одновременной передаче данных в 8 банков памяти и из них.

Стандартный размер банков в памяти RAM составляет 8 бит, поэтому максимальный объем памяти при адресации всегда считается как 2 ^ n байтов. Фактически, это 16-, 32-, 64-битные шины и т. Д. Они передают данные нескольких последовательных адресов памяти, начиная с первого.

Связь между RAM и CPU

1. Выберите столбец (Адресация)
2. Выберите строку (Адресация)
3. Передача данных.

• Строб доступа к колонке: Этот вывод активируется, когда мы указываем оперативной памяти, что указываем столбец, к которому хотим получить доступ.
• Строб доступа к строке :: Этот вывод активируется, когда мы указываем оперативной памяти, что указываем строку, к которой хотим получить доступ.

Обе операции можно резюмировать следующим образом:

• Операция чтения очень проста, для этого у вас должен быть неактивен вывод WE, чтобы указать, что данные идут из ОЗУ в процессор, указать строку, а затем столбец, чтобы информация поступала к процессору из ОЗУ памяти. .
• Операция записи несколько отличается, для этого вывод WE должен быть активен, но данные передаются не после выбора столбца данных, а после выбора строки и одновременно с выбором столбца, в котором находятся данные.

Благодаря этому вы уже можете получить приблизительное представление о том, как работает связь между процессором и его оперативной памятью.