1 / 110

SOCS

SOCS. Hoofdstuk 2 Elektronica Transistorgeheugens Geheugenmedia (hulpgeheugens) Organisatie Snelheid. Hoofdstuk 2. Elektronica Transistorgeheugens Geheugenmedia Organisatie Snelheid. Elektronica. Digitale Logica Begrippen uit de elektriciteit Transistoren Schakelingen

stash
Download Presentation

SOCS

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. SOCS Hoofdstuk 2 Elektronica Transistorgeheugens Geheugenmedia(hulpgeheugens) Organisatie Snelheid

  2. Hoofdstuk 2 • Elektronica • Transistorgeheugens • Geheugenmedia • Organisatie • Snelheid

  3. Elektronica • Digitale Logica • Begrippen uit de elektriciteit • Transistoren • Schakelingen • Schakelalgebra

  4.  + E I = R Begrippen u/d elektriciteit spanningsbron E electronene stroom I weerstand R

  5. Begrippen u/d elektriciteit • Elektrische lading • Eenheid: Coulomb C • Atoom • Positieve kern • Negatieve elektronen • Elektrisch veld • Kracht die eenheidslading zou ondervinden • Elektrische spanning • Potentiaalverschil tussen 2 punten • Is arbeid nodig om eenheidslading van het ene punt naar het andere te verplaatsen • Eenheid: Volt V

  6. Begrippen u/d elektriciteit • Elektrische stroom • Transport van ladingen doorheen medium • Stroomsterkte = hoeveelheid ladingen die zich per tijdseenheid door een doorsnede van de geleider verplaatsen • Eenheid: ampère A • Elektronenstroom = verplaatsing van electronen • Wet van Ohm • Stroomsterkte doorheen geleider evenredig met de spanning over de geleider • Weerstand: • Eenheid: ohm 

  7.  + E I = R Begrippen u/d elektriciteit spanningsbron E electronene stroom I weerstand R

  8. Geleiders vs Isolatoren • Geleiders • Elektronen zwak gebonden aan atomen • Bewegen gemakkelijk doorheen materiaal • Isolatoren: geleiden niet • Half-geleiders (Si, Ge)+ vreemde atomen (Sb, As, P, …) • p-type: plaats voor extra elektronen • n-type: elektronen op overschot • sandwich structuur

  9. n-type p-type n-type Transistor collector basis n-p-n Er bestaat ook p-n-p emitter

  10. Transistor +Vcc Vuit C Vin B Veel toepassingen: o.a. snelle binaire schakeling E 0V

  11. Transistor +5V +5V 0V 5V 5V 0V collector-emitterstroom basisstroom 0V 0V TRANSISTOR = gesloten TRANSISTOR = open

  12. Vin Vuit 0 +Vcc +Vcc 0 Vin Vuit onwaar waar waar onwaar Transistor +Vcc Vuit Vin NIET poort

  13. +Vcc Vuit V1 V2 Transistor V1 V2 Vuit 0 0 +Vcc +Vcc 0 0 0 +Vcc 0 +Vcc +Vcc 0 NOF poort

  14. Transistor +Vcc V1 V2 Vuit 0 0 +Vcc +Vcc 0 +Vcc 0 +Vcc +Vcc +Vcc +Vcc 0 Vuit V1 V2 NEN poort

  15. MOS Transistor • Metal Oxyde Semiconductor • PMOS, NMOS, CMOS • Voordelen: • minder plaats op chip • verbruiken minder energie compactere • minder storend t.o.v. buren schakelingen • goedkoper te maken • Nadeel: • trager

  16. Schakelingen NEN NOF in uit in1 in2 uit in1 in2 uit 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 in1 in2 uit in1 in2 uit 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 NIET Basis-operaties EN OF

  17. A.B + A.B Schakelalgebra • Logische variabele: waar (1) of onwaar(0) • Basisbewerkingen: EN(.), OF(+), NIET( ) • Logische functie in n variabelen • voorstellen via waarheidstabel A B A  B (XOR) 0 0 0 011 101 1 1 0

  18. A.B A.B Schakelalgebra A B A B A.B A.B A.B+A.B AB 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 A A  B B

  19. Schakelalgebra • Vereenvoudigingen Wet EN-vorm OF-vorm Identiteit 1.A = A 0+A=A Nulwet 0.A = 0 1+A=1 Idempotentie A.A = A A+A=A Inversie A.A = 0 A + A = 1 Commutatieve A.B = B.A A+B = B+A Distributieve A+B.C = (A+B).(A+C) A.(B+C) = A.B+A.C Absorbtie A.(A+B) = A A+A.B = A De Morgan A.B = A + B A+B = A . B

  20. A.B + A.B + A.B Schakelalgebra • Voorbeeld: OF A B A + B 0 0 0 011 101 1 1 1 A.B + A.B + A.B = A.B + A.(B+B) [distributie] = A.B + A.1 [inversie] = A.B + A [identiteit] = (A+A).(B+A) [distributie] = 1.(B+A) [inversie] = B+A [identiteit]

  21. A Schakelalgebra • Elke schakeling kan met uitsluitend NEN-poorten (NOF-poorten) gemaakt worden A A A.B B A A+B B

  22. Geïntegreerde Schakelingen -O2 smelten ±15cm oxidatie lichtgevoelige laag masker (negatief) + belichting ontwikkelbad etsbad

  23. Geïntegreerde Schakelingen enz. dopering tot n/p-type oxidatie pinnetjes = chips testen verzagen behuizing

  24. Geïntegreerde Schakelingen • Classificatie Klasse #poorten SSI Small Scale Integration 1..10 MSI Medium Scale Integration 10..100 LSI Large Scale Integration 100..100.000 VLSI Very Large Scale Integr. > 100.000

  25. Hoofdstuk 2 • Elektronica • Transistorgeheugens • Bipolaire FLIP-FLOP • SRAM en DRAM • Leesgeheugens • Geheugenmedia • Organisatie • Snelheid

  26. Bipolaire Flip-Flop • Schakeling met 2 stabiele toestanden 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1

  27. Bipolaire Flip-Flop • Lezen “0” “1” 1 Bit 0 1 0 1 1

  28. 0 1 0 1 Bipolaire Flip-Flop • Schrijven 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 “1 schrijven” “0 schrijven”

  29. Bipolaire Flip-Flop • 1-bit geheugencel B P = puls = normaal 0, tijdens “schrijven” 1

  30. … … … … Transistorgeheugens • Matrixstructuur • Individuele bits • Adresdecodering (selectie van bits)

  31. SRAM • Static RAM • Bouwstenen: Bipolaire flip-flops • Snelste • Duurste • Gebruik: • CMOS SRAM (batterijvoeding: weinig energie) • Voorgeheugens (caches: snelheid)

  32. DRAM • Dynamic RAM • Bouwstenen: Condensatoren (20 fF = 20 x 10-15 F) • Geladen: “1” • Ontladen: “0” woordlijn FET FET = Field Effect Transistor bitlijn

  33. DRAM • Nadelen: • Lezen = destructief (dus herschrijven) • Lekstroom (dus opfrissen) 10 ms

  34. Vergelijking Lees SRAM DRAM Toegangstijd … 10 ns … 50 .. 150 ns Cyclustijd … 12 ns … 70 .. 250 ns Capaciteit # 100 kbits 16 .. 64 Mbit Resultaat Lees toegangstijd geheugencyclustijd (Herschrijven) (Opfrissen) Uitdoven parasietsignalen Decodering adres Schakeltijd van poorten

  35. Optimisaties • Reductie van geheugencyclustijd • Geheugenspreiding • 2 geheugenmodules • EDO (Extended Data Output) • Lezen van opeenvolgende woorden • SDRAM (Sychronous burst DRAM) • Gelijkaardig oneven adressen even adressen

  36. SIMM en DIMM • SIMM = Single In-line Memory Module • DIMM = Dual In-line Memory Module (2-zijdig)

  37. Leesgeheugens (ROM) • ROM = Read Only Memory • Verschillende varianten: • ROM (bij constructie gevuld) • PROM (Programmable ROM) • slechts eenmaal beschrijfbaar (speciaal apparaat) • EPROM (Erasable PROM) • kan gewist worden via UV-licht • EEPROM (Electrically EPROM) • ter plaatse wissen • FLASH: variante van EEPROM (grote blokken wissen) venster

  38. Hoofdstuk 2 • Elektronica • Centraal Geheugen (RAM) • Geheugenmedia • Magneetschijven • Optische Schijven • Magneto-Optische Schijven • Magneetbanden/Cassettes • Organisatie • Snelheid

  39. Magneetschijven • Harde Magneetschijf • Geperfectioneerde magneetschijven • Soepele Schijven • Alternatieven

  40. Harde Magneetschijf • Fysisch voorkomen holle as plaat (glas/aluminium) 30003600 t/min 5400 7200 30 .. 50 cm 3 .. 12 cm < 3 cm magnetiseerbare laag

  41. Harde Magneetschijf • Werking lezen schrijven I I geleider in bewegend magnetisch veld 5 .. 10 m 0 0 1 1 0 0 … 0,1 .. 0,2 m

  42. Harde Magneetschijf

  43. Harde Magneetschijf menselijk haar 50 m lees/schrijfkop vlieghoogte 0.5 m rookdeeltje 5 m vingerafdruk 3 m magnetiseerbare laag 2.5 m

  44. Harde Magneetschijf • Lees/schrijfkop • zweven boven oppervlak (< 1 m) • stofvrij zoniet headcrash • Winchester-schijven • platen + koppen in hermetisch afgesloten doos • bij stilzetten: landen op landingszone

  45. Harde Magneetschijf • Spoor = { sectoren } sector spoor 512b .. 4kb data HD … data … ECC # sectoren / spoor = vast (niet optimaal) of = neemt toe naar buiten 800 ... 2000 sporen/cm spoorbreedte = 10 .. 15 m

  46. Harde Magneetschijf • Werking kam lees/schijfkop cilinder= { sporen onder lees/schrijfkoppen voor bep. stand kam }

  47. Harde Magneetschijf

  48. Harde Magneetschijf Lees/Schrijf (CILINDER, KOP, SECTOR) • Positioneren (= zoektijd, seektime) • spoor-spoor: 1 ms • gemiddeld: 10 ms • Rotationelewachttijd (= latency time) • wachten tot juiste sector onder de kop • gemiddeld = ½ toer (4 .. 8 ms) • Lezen/Schrijven • debiet = 5 .. 30 Mb/s (kortstondig!)

  49. Geperfectioneerde Schijven • Hogere Snelheid • Hogere Betrouwbaarheid • tegen verlies van informatie • RAID • Redundant Array of Inexpensive Disks • Redundant Array of Independant Disks Controller Controller

  50. RAID technologie Data 0 Data 2 Data 1 Data 3 Strip 0 Strip 1 Strip 2 Strip 3 • RAID 0 • disk striping • I/O in parallel Strip 4 Strip 5 Strip 6 Strip 7 ... ... ... … Strip 0 Strip 1 Strip 2 Strip 3 Strip 0 Strip 1 Strip 2 Strip 3 Strip 4 Strip 5 Strip 6 Strip 7 Strip 4 Strip 5 Strip 6 Strip 7 ... ... ... … ... ... ... … • RAID 1 • disk striping • disk mirroring • schrijven duurt even lang • lezen kan sneller

More Related