SOCS - PowerPoint PPT Presentation

slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
SOCS PowerPoint Presentation
play fullscreen
1 / 110
SOCS
209 Views
Download Presentation
stash
Download Presentation

SOCS

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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