М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 79
Текст из файла (страница 79)
У шинной организации передачи данных три отличительные черты: (1) Выход любой схемы, не посылающей данных в текущем отрезке времени, должен находиться в состоянии с большим выходным сопротивлением, чтобы не испортить сигналы на шине. (2) Любой блок, подключенный к шине, имеет свой собственный адрес или номер. (3) В дополнение к адресным линиям и линиям данных необходимы линии для сигналов управления. Это может быть единственная линия чтения/ записи, или несколько линий для выбора одного из дополнительных внешних устройств, когда, как это иногда случается, различные устройства имеют одинаковые адреса. Такой принцип шинного обмена данными приводит к упрощению схемной реализации, как зто видно из рис. 14.7.
Здесь показаны четыре регистра, для которых требуются всего лишь 2 разряда в адресе: 00, 01, 1О и 11. В реальной компьютерной системе нужны более широкие возможности в отношении адресов; например, даже «крошечной» памяти объемом 64К байтов (64 н 1024 байтов) требуется 16 адресных линий для ее 65536 ячеек Шина акинак Рис. 14.7. Простота пересылки данных по шине. 438 МикроЭВМ и их применения На рисунке ради наглядности показана шина, состояшая из одной линии, но на практике бывают шины из 8 или 16 линий для передачи 1- или 2-байтовых чисел. Все входы можно подключить к шине параллельно без какого-либо ущерба, тогда как выходы должны обладать достаточной нагрузочной способностью (соответствуюшим коэффициентом разветвления по выходу). Сами выходы, как подчеркивалось выше, не должны нагружать шину, если вызовом по адресным линиям и посылкой импульса «чтение» не подана команда передавать данные.
Выход обычного базового элемента ТТЛ не годится для непосредственного подключения к шине, так как он специально рассчитан на то, чтобы его выходное сопротивление было малым в течение всего времени. Один из способов подключения к шине состоит в использовании ИС ТТЛ с открытым коллектором, когда верхний выходной транзистор в базовом элементе ТТЛ заменяется внешним резистором, то есть схем такого типа, какие мы рассматривали (в параграфе 13.13) в связи с подачей сигнала на индикатор чисел. Большинству маломошных ТТЛ-схем с диодами Шотки, таким как схемы И-НЕ 74Е801 (аналог 555ЛА8 — Прим.
перев.) и инверторы 74Е805 (аналог 555ЛН2 — Прим. перев.) (вариантами этих схем со стандартными выходами являются схемы 74ЕБОО и 74Е804 соответственно), требуется резистор нагрузки с сопротивлением 2,2 кОм. Когда логическое значение сигнала на выходе такой схемы равно 1, ток через выходной транзистор в ней не течет; этот выход можно подключить к шине параллельно с несколькими другими при условии, что на каждом отрезке времени только один из них переходит на низкий уровень. Такой способ объединения выходов логических схем иногда называют «монтажным И», поскольку сигнал на шине имеет высокий уровень только тогда, когда у всех схем собственный выходной сигнал имеет высокий уровень. В достаточно сложных шинных системах часто используется мошная буферная ИС ИНЕ с открытым коллектором 74ЕЯ38 с коэффициентом разветвления по выходу 30 и с минимальным сопротивлением нагрузки 680 Ом, к выходу которой можно подключать до 30 входов маломошных ТТЛ-схем с диодами Шотки.
Как указывалось в параграфе 10.6, переключаюшие схемы, у которых нет активного элемента между шиной питания и выходом, обладают тем недостатком, что заряд паразитных емкостей должен обеспечиваться исключительно резистором нагрузки, из-за чего заряд происходит значительно медленнее, чем при применении «грубой силы», каковой является коллекторный ток транзистора, посредством которого в этом случае потенциал выхода подтягивается к напряжению питания. Поэтому, как в КМОП-логике, так и в семействе ТТЛ в большинстве случаев используется более совершенная конструкция схем нежели открытый коллектор — шинные формирователи, выход которых подключается к шине; эти схемы носят название схем с тремя соспюяниями на выходе и представляют собой комбинацию базового элемента с изолируюшим выключателем.
Эти три состояния следуюшие: высокий логический уровень, низкий логический уровень и большое выходное сопротивление (запертое состояние). Специальный входной сигнал разрешения по выходу (Ошрш ЕпаЫе, ОЕ) переключает выход схемы, когда это требуется; если выходы нескольких схем с тремя состояниями подклю- Шина данных 439 чены параллельно к одной шине, то важно, чтобы только один из входов ОЕ переводил свою схему в активный режим на данном отрезке времени. На рис. 14.8 схематически изображено внутреннее устройство логических элементов ТТЛ, рассчитанных на подключение к шине, со значениями компонентов, типичными для «стандарта» ТТЛ.
Интересно сравнить эти схемы с обычным элементом, представленным на рис. 13.14. В логическом элементе с открытым коллектором (а) просто опушен верхний транзистор выходного каскада, В схеме с тремя состояниями (Ь) применен простой н изящный способ размыкания на выходе с помошью сигнала ОЕ, подаваемого на вход разрешения.
Когда сигнал ОЕ имеет высокий уровень, схема в целом работает точно так же, как обычный логический элемент, а диод Р, при этом закрыт. Когда уровень сигнала ОЕ становится низким, срабатывает правило И-НЕ в отношении входных эмиттеров транзистора Тн так что транзисторы Т, н Т, оказываются запертыми. В обычной схеме в этих условиях транзистор Т4 был бы открыт и подтягивал бы вверх потенциал выхода У, но на этот раз диод Р, открыт, благодаря чему транзистор У; заперт. Теперь, когда оба кос е5В ов «сс е5В А Вхох» в г исаа ое ов (сз Рис.
14.8. Логические ТТЛ-элементы лля подключения к шине. (а) Открытый коллектор, (Ь) Схема с тремя состояниями, (с) Условное изображение схем с тремя состояниями. 440 МикроЭВМ и их применения выходных транзистора заперты, на выходе 1'выполняется условие большого выходного сопротивления, что фактически означает «отключение» схемы от шины. На рис. 14.8(с) показаны типичные условные обозначения логических элементов с тремя состояниями на выходе. Имеется широкий спектр схем с тремя состояниями; типичными примерами служат ИС 74( 8244, содержашая восемь буферов, и ИС 74Ы374 (аналог 555ИР23 — Прим. перев.), представляюшая собой 8-разрядный регистр-зашелку с фиксацией по положительному фронту.
Особенно полезна для сопряжения с шиной ИС 741,8245 (аналог 555АП6 — Прим. перев.), являюшаяся 8-разрядным двунаправленным приемопередатчиком, который можно переключать на передачу данных по шине или на прием данных с шины по мере необходимости; при работе в режиме передачи он имеет коэффициент разветвления по выходу, равный 30, а при работе в режиме приема встроенный гистерезис сводит к минимуму влияние паразитных паводок и отраженных импульсов, поступаюших с шины. Все эти схемы имеются также в КМОП-серии ИС с тремя состояниями 74НС; в них предусмотрено подобное «отключение» от шины. При практической реализации шинной передачи данных требуется тшательное соблюдение правил построения цифровых схем, перечисленных в параграфе 13.17, и, в частности, тех из них, которые относятся к формированию сигналов для передачи по длинным линиям.
Когда к линии в шине подключено большое число входов логических элементов, ее емкость возрастает, и для того, чтобы избежать паразитных импульсов, вызываемых отражениями, желательно включать на дальнем конце линии резисторы согласованной нагрузки В том случае, когда взаимодействие с шиной осушествляется через приемопередатчики 741.8245, эффективное согласование обеспечивает включение двух резисторов: резистора с сопротивлением 330 Ом между линией и землей (О В) и резистора с сопротивлением 220 Ом между линией и шиной питания (1г ).
14.5 Запоминающие устройства 145. 1 Магнитные и оптические устройства для хранения данных Хранение и извлечение чисел и символов крайне необходимы каждой компьютерной системе. Как профессионалам, так и пользователям-любителям хорошо знакомо долговременное хранение программ и ланных на магнитной ленте в виде катушек или кассет. Достоинством дисковой памяти, является возможность произвольной выборки, то есть извлечение информации в порядке, отличаюшемся от того, в каком они были записаны.
Магнитная запись применяется на популярных повсеместно флоппи-дисках емкостью от 360 Кбайт до 2 Мбайт, а также на винчестерах (зкестких дисках), объем которых достигает 3000 Мбайт (3 Гбайт). Оптическая запись позволяет достичь емкости в несколько гигабайт и удобна тем, что носители являются сьемными в отличие от жестких дисков, которые, как правило, жестко зак- Запоминающие устройства 441 реплены в компьютерной системе.
(К середине 1998 года объем жестких дисков стал доходить до 20 с лишним гигабайт и все большее распространение стали получать съемные жесткие диски. — Прим. перев.) Знакомой разновидностью оптической записи данных являются, конечно, цифровые компакт-диски звукового диапазона (Сошрасг (3(зс, СО), содержащие свыше 500 Мбайт цифровых данных н широко применяемые в качестве носителей программного обеспечения для персональных компьютеров; считывание с таких дисков осуществляется устройством, носящим название Сгз-ЯОлг.
14.5.2 Оперативное запоминающее уопройство Т0339 В параграфах 13.10 и 13.11 было рассказано о том, как применяются триггеры для хранения битов и как можно триггеры объединить в регистр для запоминания целых байтов. Роль запоминающего устройства может играть регистр сдвига, сквозь который по цепочке триггеров можно проталкивать данные, но он в своей обычной форме, является, по существу, памятью последовательного действия, в которой реализуется принцип «первым вошел — первым вышел» (Е(гзг 1п Е(гзг Ош, Е(ГО). Обычно данные используются в порядке, отличном от того, в каком они были запомнены; поэтому необходима память с произвольной выборкой (Вапг(огп Ассезз Мепюгу, ВАМ) (называемая также оперативным запоминающим устройством, ОЗУ вЂ” Прим.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
