М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 80
Текст из файла (страница 80)
перев. ). На одном кристалле можно изготовить в виде решетки миллионы триггеров, обеспечив возможность прямого доступа к любому из них, то есть к ячейке памяти, для записи или чтения. Это достигается присвоением каждой ячейке ее индивидуального адреса точно так же, как мы обсуждали это в связи с организацией шины данных. На рис. 14.9 показано, как можно использовать г9 -триггер в качестве ячейки ОЗУ.
Сигнал на общий выход данных поступает от отдельных ячеек памяти через открытый коллектор нлн с выхода с тремя состояниями. Каждая ячейка выбирается логической 1 с выхода ее собственного дешифратора адреса, а логические элементы И н ИНЕ обеспечивают выполнение команды записи или вывод состояния триггера соответственно. Самый распространенный тип памяти даже проще, чем только что описанное статическое ОЗУ (Згаг(с ВАМ, эйАМ) с триггерами в ячейках. В динамическом ОЗУ (Оупаппс ВАМ, ОКАМ) двоичное число хранится временно в виде заряда на затворе МОП-транзистора, так что реальная схема оказывается в результате очень компактной.
Такая ячейка памяти представлена на рис. 14.10; Ти Т, и Т, являются МОП-транзисторамн с индуцируемым каналом. Когда сигнал на соответствующей адресной линии принимает активное значение одновременно со входным сигналом записи, высокий логический уровень с выхода схемы И отпирает транзистор Ти в результате чего происходит заряд или разряд емкости С согласно тому, каков уровень сигнала на входе данных — высокий или низкий (обычно роль емкости С играет паразитная емкость затвора транзистора Т, ). Если емкость С заряжена, то транзистор Т, открыт и его сток имеет низкий потенциал. Когда про- 442 МикроЭВМ и их применения ышввр ввев вы Рис.
!4.9. Статическое ОЗУ с олиобитовыми ячейками. исходит обращение к этой ячейке, транзистор Т, также от выходную шину, организованную по принципу «монтажное транзистора Т„и создавая на ней низкий уровень, когда С на входе данных высокий уровень). Правильная полярность ется с помощью инвертора на выходе.
Заряд на емкости С не ся бесконечно долго, поэтому необходим цикл регенерации, ит в чтении из каждой ячейки и перезаписи, и который об: ляется каждые 2 мс. Как правило, эта процедура выполняет~ процессором, но иногда бывает встроена в саму ИС памят! время регенерация практически всегда происходит без участ го процессора. — Прим. перев.), Несмотря на это дополните ние, динамическое ОЗУ имеет меньшие размеры и дешевле кое ОЗУ; у динамического ОЗУ степень интеграции составш на кристалл.
Основной областью применения статических энергонезависимые запоминающие устройства, в которых с Запоминающие устройства 443 зуются КМОП-схемы ради экономии мощности, потребляемой в режиме покоя, и батареи в качестве резервного источника питания для сохранения данных, когда компьютер выключен из сети. иаий ая иа Линия аеас ааииаи Рис.
14.10. Ячейка динамического ОЗУ на олин бит. В типичном случае память микроЭВМ может хранить от 3 Мбайт до 64 Мбайт и даже больше. Если бы бьщо необходимо к каждому биту обращаться по своему адресу, то для этого потребовался бы громоздкий дешифратор адреса с миллионами выходов. Поэтому для удобства память бывает обычно разбита на байты и имеет матричную структуру, в рамках которой используется один дешифратор адреса для строк и один дешифратор адреса для столбцов; при этом требуемое число выходов дешифратора адреса резко сокращается. Память в компьютере, как правило, бывает распределена для различных целей: для хранения программы или данных, видеопамять н др.; это распределение имеет форму указателя адресов, называемого нартой распределения памяти, которая отсылает программиста к соответствующим адресам. 14.5.3 йОМ, ЕРЯОМ и Е'РЯОМ В большинстве применений микроЭВМ используются фиксированные данные и программы.
Для этих целей идеальным средством хранения служит постоянное запоминающее устройство 1ПЗУ; Кеад-Оп1у Мешогу, КОМ), особенно в том случае, когда эти данные или программы размножаются во многих тысячах экземпляров. Ьудучи довольно похожим на динамическое ОЗУ, ПЗУ представляет собой, по существу, решетку из транзисторов (обыч- 444 МикроЭВМ и их лримененин но МОП-транзисторов с каналом л-типа), но только конфигурация хранимых данных определяется в момент изготовления. В те ячейки памяти, которые должны содержать логическую 1, включается транзистор, а в тех ячейках, где должен храниться логический О, транзистора нет.
В программируемых ПЗУ (ППЗУ; РгокгапппаЫе КОМ, РКОМ) во все ячейки включаются транзисторы, снабженные плавкой перемычкой, которую можно пережечь, пропуская по ней достаточно большой ток, чтобы разомкнуть цепь. Пользователь сам пережигает нужные перемычки, занося свои собственные данные; это делается с помощью программатора ППЗУ, в котором последовательно перебираются адреса и подается ток, необходимый для расплавления перемычки.
При работе с опытными образцами и при размножении в небольшом числе экземпляров особенно ценным оказывается стираемое ППЗУ (ЕгазаЫе РКОМ, ЕРКОМ), так как имеется возможность изменять содержащиеся в нем данные, не заменяя ИС. В стираемых ППЗУ в качестве ячеек памяти используются л-канальные МОП-транзисторы с индуцируемым каналом, снабженные специальным изолированным плавающим затвором.
Перед программированием все МОП-транзисторы ставятся в режим отсечки, что соответствует записи логической 1. Программирование требует тщательного контроля и заключается в подаче сравнительно большого напряжения (25 В) между стоком и вспомогательным затвором, в результате чего происходит временный лавинный пробой в изолирующем слое оксида между каналом и плавающим затвором. После снятия напряжения пробой прекращается, в плавающем затворе остается захваченный им заряд и транзистор отпирается, что соответствует записи в этой ячейке логического О.
Чтобы удалить захваченный заряд, кристалл в течение ЗО минут подвергают воздействию интенсивного ультрафиолетового света, под действием которого заряд стекает с плавающего затвора, данные стираются и схема оказывается подготовленной к перепрограммированию. В электрически стираемых ППЗУ (Е1есгг(са!1у ЕгазаЫе РКОМ, ЕЕРКОМ или Е'РКОМ) заряд удаляется из затвора не ультрафиолетовым светом, а высоким напряжением. Такие устройства требуют меньшего времени на перепрограммирование, чем стираемые ППЗУ. В популярных Е'РКОМ Флэш (()аз!1) можно стирать и переписывать отдельные биты при обычном напряжении питания +5 В; поэтому с запоминающими устройствами типа флэш можно обращаться как с энергонезависимым ОЗУ.
Постоянные запоминающие устройства можно рассматривать не только с точки зрения хранения в них данных, но и как очень компактные и гибкие комбинационные логические схемы. В конце концов, работу любой комбинационной логической схемы всегда можно выразить в виде таблицы истинности, посредством которой данному набору вхолных битов ставится в соответствие определенная комбинация выходных битов. Если использовать входные биты в качестве разрядов двоичного слова на адресных входах ППЗУ, то требуемые выходные биты можно записать по соответствующим адресам; с помощью всего лишь одной или двух ИС реализуются очень сложные комбинационные логические функции. Если к памяти добавить счетчик и его выходы соединить с шиной адреса стираемого ППЗУ, то получится конеч- лтикроЭВл«445 ный автомат, у которого на выходе будет появляться регулярная последовательность различных комбинаций битов по мере того, как счетчик станет отсчитывать импульсы тактовой последовательности.
Такие устройства могут быть ценными для систем промышленного контроля. 14.6 МикроЭВМ Независимо от того, как используется компьютер — для перемещения изображения в видеоигре, для воспроизведения музыки или для управления химическим заводом — в любом случае принцип его действия один и тот же: он выполняет последовательность действий по отправке нужных данных в соответствующее место в надлежащий момент времени.
Эта последовательность точно определена программой, которая как раз и представляет собой список закодированных инструкций, исполняемых в строгом порядке управляющим устройством компьютера. Во время исполнения программа хранится в памяти в виле ряда двоичных чисел; память используется также для хранения данных. Ясно, что в карте распределения памяти должна быть определена область, отведенная для программы, и она не должна пересекаться с областью, отведенной для данных: если бы система попыталась интерпретировать данные как инструкции программы, то результирующая бессмыслица немедленно привела бы к полному беспорядку.
На рис. 14.11 показаны три составные части микроЭВМ: память, устройство сопряжения (интерфейс) ввода/вывода данных и центральный процессор (Сепгга( Ргосеазог Ошг, СР~3). 1(ентральный процессор изготовляют, как правила, в виде одной ИС, называемой микропроцессором н содержащей несколько регистров данных (ллиной от 8 до 64 разрядов), АПУ для выполнения арифметических и логических операций, а также «сердце» всей системы — ее управляющее устройство. Это устройство, включающее в себя регистр команд и дешифратор, выбирает и исполняет команды, выставляя подходящие адреса на алресной шине и взаимодействуя с нужными регистрами, АЛУ и ячейками памяти.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
