Метод поразрядного кодирования

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 22Следующая ⇒

Метод поразрядного кодирования предусматривает несколько эталонов пропорциональных степени числа 2, при этом производится сравнение эталонной и аналоговой величины. Начиная с эталона старшего сигнала, при параллельном методе входная величина сравнивается одновременно со всеми эталонами.

Рис.44

Код результата преобразования формируется в n разрядном регистре (логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними) состоящем из группы триггеров (элемент, обладающий двумя устойчивыми состояниями 0 и 1). По команде «пуск» схема управления, в качестве которой используется сдвигающий регистр, последовательно приводит триггеры, начиная со старшего разряда, в единичное (1) состояние. При этом на вход ЦАП последовательно поступают единицы соответствующих разрядов от триггеров. Например, на входе ЦАП сравнивается при помощи компаратора с аналогичным кодом. В первом такте работы к компаратору подается Uвх и U_цап, соответствующее 1-му разряду.

Если Uвх > U_цап, на выходе компаратора появляется сигнал и триггер старшего разряда сохраняет единичное состояние. В результате преобразование U_вх уравновешивается суммой эталонных напряжений.

а - коэффициенты равные 0 или 1 в разрядах выходного кода.

Достоинства: большое быстродействие по сравнению с предыдущей схемой. Но применяется крайне редко.

Схема, реализующая параллельный метод преобразования

Рис.45

В данной схеме представлено: резистивный делитель, компараторы, RS-триггеры

Входящая аналоговая величина U_вх сравнивается при помощи компаратора с эталонными уровнями напряжения, резистивного делителя. При равенстве входного сигнала и сигнала эталонного результата делителя компаратор СС переводит RC триггер в соответствующее единое состояние 0 или 1. В результате на индикаторе DС собирается код входного сигнала. Далее дешифратор преобразовывает информацию двоичного кода в двоично восьмеричный код.

Устройства хранения и переработки информации

Это запоминающие устройства, предназначенные для записи, хранения, считывания информации в двоичном коде.

Память любой вычислительной системы имеет иерархическую структуру, состоящую из запоминающих устройств различного быстродействия, емкости и аппаратной реализации. Регистровая память реализуется в качестве интегральной микросхемы или центрального процесса.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) или RAM (Random Access Memory - оперативная память) - энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции.

Микросхемы памяти строятся на основе матриц, столбцы и строки которых являются адресами. На пересечении столбца и строки находится одна или несколько ячеек памяти.

Рис.46

В ОЗУ ячейка памяти представляет собой триггер или конденсатор, заряженный до уровня 0 или 1. Иногда ячейки строятся на основе диодов, а также биполярных или полевых транзисторах.

В современных вычислительных устройствах, оперативная память выполнена по технологии динамической памяти (Dynamic RAM, DRAM). Динамическое ОЗУ представляет собой массив ячеек, каждая из которых содержит транзистор и крошечный конденсатор. Конденсаторы могут быть заряженными и разряженными, что позволяет хранить нули и единицы. Поскольку электрический заряд имеет тенденцию исчезать, каждый бит в динамическом ОЗУ должен обновляться (перезаряжаться) каждые несколько миллисекунд, чтобы предотвратить утечку данных.

Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение, то есть, компьютер включен. Пропадание на модулях памяти питания, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному пропаданию содержимого ОЗУ.

Объем оперативной памяти может быть наращен за счет дополнительных элементов в виде отдельных интегральных микросхем.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Запоминающее устройство только с возможностью считывания данных называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) (ROM (Read-Only Memory - постоянная память)). (так называемый, жесткий диск или винчестер на Вашем компьютере). ПЗУ предоставляют возможность постоянного (долговременного) хранения программ и данных, поскольку информация в ПЗУ сохраняется даже при выключении питания. Для изготовления ПЗУ наиболее удачной оказывается МОП-технология, обеспечивающая чрезвычайно плотное размещение элементов ПЗУ.

ПЗУ используются как элементы оперативной памяти, но чаще используются в качестве носителя для текстовых, программных продуктов. ПЗУ делят на однократно или многократно программированные устройства.

В однократно программируемом ПЗУ при изготовлении или настройке происходят необратимые изменения в ячейках. Например, объединяют базы транзистора с землей или шиной питания, иногда пережигают перемычки с землей или питанием нужных элементов, поэтому при каждом считывании обращении из ПЗУ выделяется одна и та же информация.

Многократно программируемые ПЗУ допускают определенное число циклов при перезаписи. Сохраняют информацию при отключении питания в течении длительного времени (десятки тысяч часов) принцип их действия основан на заряде конденсатора ячейки памяти при программировании. За счет высокого качества изоляции этот заряд может сохраняться очень долго. Считывание информации производится специальным МОП-транзистором (МОП-структура (металл — оксид — полупроводник) — наиболее широко используемый тип полевых транзисторов. Структура состоит из металла и полупроводника, разделённых слоем оксида кремния SiO2. В общем случае структуру называют МДП (металл — диэлектрик — полупроводник), с плавающим затвором, который имеет малое потребление и не разряжает конденсаторы при считывании. Стирание информации производится ультрафиолетовыми лучами через специальное окно, которое за счет ионизации промежутков конденсатора снимает накопленный заряд.

Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) или внешняя память.

Внешняя память - это память, предназначенная для длительного хранения программ и данных. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер.

Внешняя память реализуется на гибких, жестких, лазерных дисках.

- Гибкие магнитные диски (так называемые дискеты). «Гибкие» потому что их рабочая поверхность изготовлена из эластичного материала и помещена в твердый защитный конверт. Поверхность диска покрыта специальным магнитным слоем.

- Накопители на жестких магнитных дисках. Они представляют собой несколько алюминиевых дисков с магнитным покрытием, заключенных в единый корпус с электродвигателем, магнитными головками и устройством позиционирования. К магнитной поверхности диска подводится записывающая головка, которая перемещается по радиусу диска с внешней стороны к центру. Во время работы дисковода диск вращается. В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации. Благодаря хорошей защищенности от пыли, влаги и других внешних воздействий достигают высокой плотности записи, в отличии от дискет.

- Оптические (лазерные) диски. CD – Compact Disk. Изготовляют из пластика с напылением на поверхность тонкого алюминиевого слоя. Лазерный диск имеет одну дорожку в виде спирали. Информация записывается отдельными секторами мощным лазерным лучом, выжигающим на поверхности диска углубления, и представляет собой чередование впадин и выпуклостей. При считывании информации выступы отражают свет слабого лазерного луча и воспринимаются как «1», впадины поглощают луч и, воспринимаются как «0». Это бесконтактный способ считывания информации. Срок хранения 50-100 лет. Бывают однократно записываемые лазерные диски: (CD-R, Compact Disc-Recordable), многократно (CD-RW Compact Disc-ReWritable).

DVD – Digital Video Disk. Имеет те же размеры, что и CD, но больший объем за счет более плотной структуры рабочей поверхности.

- Флэш-память. Является более современным типом электронно-перепрограммируемого ПЗУ. Стирание и записывание происходит блоками. Они используются для хранения изображений в цифровых камерах и для других целей. Флэш-память уже сегодня вытесняет диски СD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc). Основной технической проблемой в данный момент является то, что флэш-память изнашивается после 100 000 операций стирания, а диски могут служить годами независимо от того, сколько раз они перезаписывались. Краткое описание различных типов памяти:

Объем и организация памяти

Основная характеристика запоминающих устройств это объем и организация памяти.

Объем элементарных ячеек памяти, измеряется в битах. Бит- это 1 ячейка памяти.

Бит - это минимальная единица измерения количества информации, равная одному разряду в двоичной системе счисления. Бит может принимать только 2 взаимоисключающих состояния (0 и 1).

Бит очень маленькая единица измерения информации, в которой можно зафиксировать только 2 значения, поэтому биты группируют.

В настоящее время практически все запоминающие устройства в качестве минимально адресуемого элемента используют 1 Байт - это первый вид группировки (1Б = 8б двоичных разрядов (бит))

Поэтому емкость памяти обычно определяется в байтах, килобайтах (1Кбайт=2¹⁰⁼1024 байт), мегабайтах (1Мбайт = 2²⁰ байт), гигабайтах (1Гбайт = 2³⁰ байт), терабайт (1Тбайт = 2⁴⁰ байт).

За одно обращение к запоминающему устройству производится считывание или запись некоторой единицы данных, называемой машинным словом. (это следующий вид группировки битов) Это упорядоченное множество двоичных разрядов, используемое для хранения команд программы и обрабатываемых данных.

Разряд - является рабочим местом цифры в числе. Величина машинного слова равна разрядности регистров процессора или разрядности шины данных). Разряды в слове обычно нумеруются, справа налево, начиная с 0. Например:

Рис.47

Пример машинного слова (из 2 байтов = 16 бит). Размер машинного слова – 16 разрядов, то есть можно записать 2¹⁶ =65536 состояний.

Машинное слово — машиннозависимая и платформозависимая величина, измеряемая в битах или байтах (тритах или трайтах), равная разрядности регистров процессора и/или разрядности шины данных (обычно некоторая степень двойки). На ранних компьютерах размер слова совпадал также с минимальным размером адресуемой информации (разрядностью данных, расположенных по одному адресу); на современных компьютерах минимальным адресуемым блоком информации обычно является байт, а слово состоит из нескольких байтов. Машинное слово определяет следующие характеристики аппаратной платформы:

- разрядность данных, обрабатываемых процессором;

- разрядность адресуемых данных (разрядность шины данных);

- максимальное значение беззнакового целого типа, напрямую поддерживаемого процессором: если результат арифметической операции превосходит это значение, то происходит переполнение;

- максимальный объём оперативной памяти, напрямую адресуемой процессором.

Длина (размер) слова определяется организацией (или архитектурой) памяти. Этих архитектур около 30.

Организация памяти- это практически объем запоминающего устройства в словах.

Например машинное слово из 16 бит возьмем, 16 четырехразрядных слов (16 слов х 4 разряда = 64 бита).← требуемый объем ЗУ.

Используя два двоичных разряда можно закодировать четыре различные комбинации: 00 01 10 11, три двоичных разряда — восемь: 000 001 010 011 100 101 110 111, и так далее.

При увеличении разрядности позиционного двоичного кода на 1, количество различных комбинаций в позиционном двоичном коде удваивается.

Разрядность соответствует количеству выводов данных интегральных микросхем.

Каждое слово занимает в элементе памяти занимает 256 бит, а общее количество 16 кбайт.

Разделяют следующие функции запоминающего устройства:

1. Регисторные функции - временное хранение данных и операций над ними (ОЗУ).

2. Долговременное хранение данных, это константы, коды букв, программы запуска системы. (ПЗУ)

3. Хранение промежуточных результатов и временное хранение программ (Ассоциативное запоминающее устройство (АЗУ)).

4. Долговременное хранение результатов, банков данных, набора программ и библиотек. (Внешнее запоминающее устройство на носителях).

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1074; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 6 7 8 9 101112 13 14 15 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!