Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 210
Текст из файла (страница 210)
Видоизмените режим работы управляющего светофором автомата, описываемого ЧНРЬ-программой из табл. 9.23, заставив светофор вести себя более разумно и переключаться так, как вам хотелось бы, чтобы это происходило в вашем собственном городе. ПАМЯТЬ И МИКРОСХЕМЫ ТИПА СРЕО И КРОА л юбая последовательностная схелга обладает своего рода памятью, поскольку триггер или защелка хранят один бит информации. Однако мы оставляем использование слова «память» на случай, когда биты хранятся в структурированной форме, обычно в виде двумерного массива, в котором сразу доступна целая строка битов. В этой главе рассматриваются несколько разных способов организации памяти и имеющиеся в продаже микросхемы памяти. Память может входить также в состав СБИС, где для выполнения необходимой функции она обьединена с другими схемами.
Применения памяти многочисленны и Разнообразны. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) может применяться в центральном процессоре (ЦП) микропроцессорной системы для хранения информации об элементарных шагах, совершаемых при выполнении команд из набора ломанд этого ЦП. Быстрая «статическая память», расположенная рядом с ЦПУ, может служить в качестве каша для хранения недавно использованных команд и данных. А микропроцессорные подсистемы основной пагяяти могут содержать сотни миллионов ячеек «динамической памяти», в которых хранятся операционные системы, программы и данные.
Применение памяти не ограничивается микропроцессорными системами и даже чисто цифровыми системами. В аппаратуре телефонных систем общего пользования, например, для выполнения некоторых преобразований оцифрованных речевых сигналов применяются ПЗУ, а быстрая «статическая память» используется в качестве «переключающего устройства» при маршрутизации цифровых сообщений, посредством которых осуществляется связь между абонентами. Многие портативные проигрыватели звуковых компакт-дисков осуществляют «чтение вперед» и в течение нескольких секунд хранят звуковой фрагмент в «динамической памяти», благодаря чему звучание продолжается даже при тряске (для сохранения звукового фрагмента длительностью в! секунду требуется около 1.4 миллиона битов), Кроме этого существует много других примеров современной аудио- и видеоаппаратуры, в котоРой па~ать применяется для временного хранения оцифрованных сигналов при их обработке в цифровых сигнальных процессорах.
960 Глава 10. Память и микросхемы типа СР10 и РРОА Эта глава начинается с рассмотрения ПЗУ и нх применений, а затем описываются два типа оперативных запоминающих устройств (ОЗУ). В не обязательных для чтения разделах приводится внутренняя структура памяти различного типа Последние два параграфа этой главы посвящены микросхемам типа СРБ0 и РРОА. Эти устройства похожи на память тем, что представляют собой большие регулярные структуры, которые можно испачьзовать самым различным образом. Благодаря возможности очень быстро разрабатывать на основе таких ИС заказные логические устройства, эти микросхемы становятся основными составными компонентами в современном цифровом проектировании.
10.1. Постоянные запоминающие устройства Поппоннное запоминающее устройство (ПЗУ; ген-оп!у тетогу, 1хОМ) явля- ется комбинационной схемой с и входами и Ь выходами (рис. 10.1). Входы на- зываются адресными входами (а Ымз 1пригз) и обычно обозначаются АО, А1. Ап-1. Выходы называются выходами данных (х(ага опарам) и обозначаются, как правило, 00, 01, ..., 0Ь-1. Рис. 10.1.
Стандартная структура ПЗУ размером РпхЬ адресные входы выходы данных ЭТО НЕ ПАМЯТ1»1 На самом деле, в большинстве случаев ПЗУ не является памятью в прямом смысле этого слова, поскольку это комбинационная, а не последовательност- ная схема.
Постоянные запоминающие устройства называют «памятью», по- тому что они функционируют как память. ПЗУ «хранит» таблицу истинности комбинационной логической схемы с и входами и Ь выходами. В табл. 10.1 представлена таблица истинности комбинационной схемы с 3 входами и 4 выходами. Содержимое этой таблицы можно хранить в ПЗУ размером 2зх4 = (8х4). Пренебрегая задержками распространения, можно сказать, что сигналы на выходах данных в любой момент времени равны битам той строки таблицы истинности, которая выбирается сигналами на адресных входах. 10.1. постоянные запоминающие устройства 961 Табл.
10.1. Таблица истинности для комбинационной логической схемы с 3 входами и 4 выходами А2 Д1 АО !Зд О2 0! !ЗО 0 О О 1 1 1 0 0 0 1 1 1 О 1 О 1 0 ! 0 ! О 1 1 0 1 1 1 1 0 О 0 0 0 1 1 О 1 О 0 1 О ! 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 О О Поскольку ПЗУ представляет собой комбинационную схему, вы вправе сказатьь, что оно вовсе не является настоящей памятью. Описывая работу ПЗУ, можно считать, что это устройство подобно любому другому комбинационному логическому элементу. Однако можно также считать, что в ПЗУ при изготовлении или программировании была «запомнена» определенная информация (о том, как это делается, мы расскажем подробнее в разделе 10.
1.4). Хотя мы полагаем, что ПЗУ вЂ” это один из типов памяти, важно отличать его от других интегральных схем памяти. ПЗУ является энергонезависимой памятью Гпоито!аГ!!е >пелоту), то есть ее содержимое сохраняется в отсутствие напряжения питания. 10.1.1. Применение ПЭУдля реализации «произвольных» комбинационных логических функций Табл. ! 0.1„в действительности, представляет собой таблицу истинности для дешифратора 2х4 с управляемой полярностью выходных сигналов, то есть схемы, которую можно построить из дискретных вентилей, как показано на рис. 10.2. Итак, имеется лва разных способа построения дешифратора: с помощью дискретных вентилей или на основе ПЗУ Зх4, в котором хранится таблица истинности (рис. ! 0.3).
Присвоение имен входов и выходов дешифратора входам и выходам ПЗУ на рис. 10.3 основано на том, как построена таблица истинности (табл. 10.1). Другими словами, такая физическая реализация дешифратора с помощью ПЗУ не является единственно возможной. Таким образом, для реализации той же самой логической функции можно записать строки или столбцы в таблице истинности в другом порядке и применить другое ПЗУ, просто присваивая имена сигналов дешифратора другим входам и выходам Г!ЗУ. Другой взгляд на эту проблему состоит в том, что можно переименовать отдельные адресные входы и выходы данных ПЗУ.
962 Глава 10. Память и микросхемы типа СРЕО и РРОА >о (Ао> уо (00) т( (О1) и (А>) т2 (02) тз (03) РОЬ (А2) Рис. 10.2. Дешифратор 2х4 с управляемой полярностью выходных сигна- лов Рис. 10.3. Использование ПЗУ Зх4, в котором записана табл. 10.1, в качестве дешифратора 2х4 УО У1 У2 уз 1О 11 РОь Например, переставив местами столбцы 00 и 03 в табл. 10. 1, мы получим таблицу истинности другого ПЗУ. Однако для построения дешифратора Зх4 все же можно воспользоваться и новым ПЗУ, просто поменяв местами обозначения УО и УЗ на рис.10.3. Аналогично, можно переставить местами строки данных в таблице истинности, как показано в табл.10.2, и тогда мы получим еще одно ПЗУ, отличное от предыдущих, но и оно может быть использовано в качестве дешифратора 2х4 с другим распределением адресных входов: АО = РО(., А1 =!О, А2 =11.
Табл. 10.2. Таблица истинности с переставленными строками данных А2 Я! 40 ОЗ О2 О! ОО 0 О 0 1 1 ! О 0 О ! 0 О О 1 О 1 0 1 1 О ! 0 1 1 О 0 1 0 ! 0 О 1 0 1 ! 1 0 ! 0 ! 0 О 1 1 О О 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 10.1. Постоянные запоминающие устройства 968 При занесении в ПЗУ таблицы истинности биты входных и выходных сигналов читаются в таблице истинности справа налево, а комбинации битов, соответствующих адресным входам и выходам данных обычно перебираются в порядке возрастания.
Комбинации битов в адресе н в данных можно считать целыми двоичными числами с «естественным» порядком следования. В типичном случае для записи таблицы истинности в ПЗУ при его изготовлении или программировании используется файл данных. При этом значения адреса и па нных задаются в файле данных в виде шестнадцатеричных чисел. Например, табл.
10.2 можно описать в файле данных, сообщив, что по адресам с 0 по 7 в ПЗУ должны храниться значения В, т, гт,2,В,4,7,8. Другим простым примером функции, которую можно реализовать с помощью ПЗУ, является умножение 4-разрядных двоичных целых чисел без знака. В разделе 5.11.2 была приведена программа на языке АВЕ1. для такого умножителя и было показано, что требуемое число термов-произведений (Зб) слишком велико, чтобы выполнить эту операцию за один проход через матрицу вентилей И-ИЛИ обычного ПЛУ. В качестве альтернативы эту функцию можно реализовать за один проход, применяя ПЗУ 2ях8 (25бх8), включенное так, как показано на рис. 1О 4. УО 'т'1 множньхп У2 'т'3 РО Р1 Р2 РЗ щсиэедянне РЗ РЕ Р7 ХО множитель Х2 ХЗ Рис. 10.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
