Podręcznik

4.5. Ogólna struktura układów pamięci

Ogólną zasadę budowy układów pamięci ilustruje rysunek 4-1a. Trzy główne bloki układu pamięci to matryca pamięci, dekoder adresów i blok układów zapisu/odczytu. Matryca pamięci składa się z pewnej liczby linii słowa (poziomych na rysunku 4-1) i krzyżujących się z nimi linii bitu (pionowych na rysunku 4-1). Na każdym skrzyżowaniu linii słowa z linią bitu znajduje się komórka pamięci pamiętająca jeden bit. Komórki pamięci zbudowane są różnie w różnych rodzajach pamięci. Mogą to być pojedyncze tranzystory lub układy bardziej złożone, zawierające kilka elementów. 

Rysunek 4 1. Budowa układów pamięci: zasada ogólna (a) i organizacja pamięci o dużej pojemności (b)

Dekoder adresów to układ, który dla każdej wartości adresu (tj. kombinacji bitów na wejściu adresowym) uaktywnia do zapisu lub odczytu dokładnie jedną linię słowa (na ogół przez podanie na nią stanu „1”). Wszystkie komórki pamięci położone wzdłuż tej linii będą przedmiotem operacji zapisu lub odczytu. Dla słowa adresowego o długości n bitów matryca pamięci posiada 2n linii słowa. 

Układy zapisu/odczytu są różne w różnych rodzajach pamięci, ale wszędzie pełnią tę samą rolę. Przy zapisie przetwarzają otrzymane z zewnątrz słowo binarne na wewnętrzne sygnały potrzebne do dokonania zapisu w komórkach pamięci. Przy odczycie odczytane z komórek pamięci stany logiczne (jak zobaczymy, nie zawsze reprezentowane przez napięcia równe 0 i V_{DD}) są przetwarzane na słowo binarne podawane na wyjście. Liczba linii bitu decyduje o organizacji pamięci, np. przy 8 liniach zapisywane i odczytywane są słowa ośmiobitowe.

Sterowanie (pokazane symbolicznie jako wejście jednobitowe) określa funkcję wykonywaną w danej chwili przez pamięć, np. zapis lub odczyt.

Najprostsza organizacja pamięci pokazana na rysunku 4-1a staje się niepraktyczna, a nawet niemożliwa do realizacji w przypadku pamięci o dużej pojemności. Linie bitu nie mogą być dowolnie długie i nie można do nich dołączać dowolnie dużej liczby komórek pamięci. Jak zobaczymy dalej, długość linii bitu i liczba dołączonych do niej komórek pamięci ma bezpośredni wpływ między innymi na czas zapisu i odczytu. W pamięciach o dużej pojemności matryca jest dzielona na mniejsze części. Przykład takiej organizacji pamięci pokazuje rysunek 4-1b. Zapisywane i odczytywane są słowa czterobitowe. Matryca jest podzielona na czterobitowe kolumny i na podstawie adresu wybierana jest nie tylko linia słowa, ale i kolumna. Jeśli kolumn jest n, to przy danej pojemności pamięci linie bitu mogą być n razy krótsze. 

Dla bardzo dużych pamięci stosuje się podział na mniejsze bloki będące kompletnymi matrycami, które z kolei dzielą się na kolumny. Komplikuje to dekodowanie adresów, ale pozwala zachować rozsądną długość linii bitu.