Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 211
Текст из файла (страница 211)
Использование ПЗУ 25бх8 дяя умножения 4-разрядных двоичных чисел без знака Обычно содержимое ПЗУ задается файлом, содержащим по одному элементу для каждого адреса в ПЗУ. В табл. 10.3, например, в шестнадцатеричном коде представлено содержимое ПЗУ, на лотором реализуется умножитель 4х4. Каждая строла начинается с адреса ячейки в ПЗУ и содержит значения 8-разрядных данных, запоминаемых по 1б последующим адресам. У разработок, основанных на применении ПЗУ, есть приятная особенность: обычно можно написать простую программу на языке высокого уровня для вычисления того, что должно быть запомнено в ПЗУ. Например, требуется лишь несколько минут, чтобы написать программу на языке С (табл, 10.4), с помощью которой формируется содержимое табл.
10.3. 964 Глава 10. Память и микросхемы типа СРЕ0 и РРОА Табл. 10.3. Текстовый файл а шестнадцатеричном коде, задающий содержи- мое ПЗУ, используемого в качестве умножителя 4х4 00: 00 00 00 00 00 00 ОО 00 00 ОО 00 ОО 00 00 00 00 10; ОО 01 02 03 04 05 06 07 08 09 ОА 08 ОС 00 ОЕ ОГ 20: 00 02 04 06 08 ОА ОС ОЕ 10 12 14 16 18 1А 1С 1Е 30: 00 ОЗ 06 09 ОС ОГ 12 15 18 18 1Е 21 24 27 2А 29 40; 00 04 08 ОС 10 14 18 1С 20 24 28 2С ЗО 34 38 ЗС 50: 00 05 ОА ОГ 14 19 1Е 23 28 20 32 37 ЗС 41 46 48 60: 00 06 ОС 12 18 1Е 24 2А ЗО 36 ЗС 42 48 4Е 54 51 70: 00 07 ОЕ 15 1С 23 2А 31 38 ЗГ 46 40 54 58 62 69 80: 00 08 10 18 20 28 30 38 40 48 50 58 60 68 70 78 90: ОО 09 12 18 24 2В 36 ЗГ 48 51 5А 63 6С 75 7Е 87 АО: 00 ОА 14 1Е 28 32 ЗС 46 50 5А 64 6Е 78 82 ВС 96 ВО: ОО ОВ 16 21 2С 37 42 40 58 63 ВЕ 79 84 ВГ 9А А5 СО: 00 СС 18 24 30 ЗС 48 54 60 бС 78 84 90 9С Аа 84 ВО: 00 ОВ 1А 27 34 41 4Е 58 68 75 82 ВГ 9С А9 Вб СЗ ЕО: 00 ОЕ 1С 2А 38 46 54 62 70 7Е 8С 9А АВ Вб С4 02 ГО: 00 ОГ 1Е 20 ЗС 48 ЗА 69 78 87 96 Аб 84 СЗ 02 Е1 Табл.10.4.
Программа, создающая текстовый файл, которым задается содер- жимое ПЗУ, используемого в качестве умножителя 4х4 41пс1пбе <вг41о.в> /е Ргосебпге Со ргАпт. 4 пв и Ьвг 4181С. */ тома Рг1пГНегВАЕАГ(1пп 4) ( 11 (4<10) рг1ппу("Хс", '0'+4)," е1ве рг1пгг ("Хс" „'А'+4-10); /е Ргосебпге Го ргАпп 1 пв Фяо Ьех 4151св. е/ то14 РгАпГНег2(впс 1) Рг1пгнегВАНАг((1 / 16) Х 16); Рг1пГНег01811(1 К 16); то14 ап1п() ( 1пп г, У: бог (г=О; г< 16; г++) ( Рг1пгНех2(ге16); рг1пгг("!"); бог (у О; у< 15; у++) ( рг1псу(" "); Рг1пгНег2(геу); рг1ппг (" тп"); > 10.1. Постоанныв запоминающие устройства 965 *1 О. 1.2. Внутренняя структура ПЗУ Механизм «хранения» информации применяемый в ПЗУ различен для ПЗУ разных типов. В большинстве ПЗУ наличие или отсутствие диода или транзистора воспринимается как 0 или 1. На рис. 10.5 приведена схема простейшего ПЗУ размером 8х4, которую вы можете собрать сами, применяя ИС средней степени интеграции в качестве дешифратора и небольшое число диодов.
Сигналами на адресных входах активизируется один из выходов дешифратора. Каждый выход дешифратора называется линией слова (иону Впе): сигналом на этой линии выбирается одна строка или одно слово таблицы, хранимой в ПЗУ, На рисунке показан случай, когда д2-АО = 101, и активное значение имеет сигнал на выходе )10ЧЧ5 !.. АО о А1 1 А2 оа о о1, О2 о оз о Рис. 10.5. Принципиальная схема простого диодного ПЗУ 8х4 (ьОЧЧ вЂ” низкий уровень, Н!ОН вЂ” высокий уровень) Каждая вертикальная линия на рис. 10.5 называется ливией бита (Ь!г Йле), так как она соответствует одному выходному биту ПЗУ. Появление низкого активного уровня ьРЧЧ на линии слова приводит к тому, что низкий уровень устанавливается на тех линиях бита, которые через диод соединены сданной линией слова.
В строке с номером 5 имеется только один диод н на соответствующей линии бита (Р! С) возникает низкий уровень. Сигналы на выходах ПЗу РЗ-РО образуются в результате прохождения сигналов с линий битов через инвертирующие буферьц в рассматриваемом случае — это 0010, 966 Глава 10. Память и микросхемы типа СР1.0 и РРОА НЕКОТОРЫЕ ДЕТАЛИ Для повышения помехоустойчивости схемы, изображенной на рис.
10.5, применяются КМОП-инверторы с определенным порогом срабатывания по входу, поскольку низкий уровень !.О!»l на линиях битов оказывается недостаточно низким из-за падения напряжения на открытом диоде, равного 0.7 В. К счастью, у микросхем 74НС04 низкий уровень-это любое напряжение, меньшее 1.35 В. Конечно, кроме учебной лаборатории вы нигде не будете собирать эту схему: гораздо проще купить и запрограммировать готовую микросхему ПЗУ.
В изображенной парис. 1О 5 схеме ПЗУ каждому пересечению линии слова с линией битов соответствует один бит «памяти». Если на пересечении присутствует диод, то хранится 1, в противном случае хранится О. Если бы вы стали собирать эту схему в лаборатории, то ее «программирование» заключалось бы во включении или не включении диодов в каждом пересечении.
Хотя это может показаться примитивным, но владельцы миниЭВМ РРР-11 фирмы РЕС !приблизительно 1970 год) применяли подобный способ в «модуле ПЗУ начальной загрузки» М792 32х!6. Модуль поставлялся с 512 запаянными в местах пересечения диодами, и пользователь программировал его путем удаления диода там, где должен быть запомнен О, Показанное на рис. 10.5 включение диодов соответствует таблице истинности дешифратора 2х4, приведенной в табл.
! О.1. Все это выглядит очень нерациональным: мы использовали дешифратор Зх8 и кучу диодов для создания ПЗУ, играющего роль дешифратора 2х4. Мы могли бы непосредственно воспользоваться частью дешифратора Зх8! Однако в дальнейшем мы покажем более эффективные структуры ПЗУ и приведем примеры более успешного проектирования.
СКРЫТЫЕ ПУТИ В схеме ПЗУ, приведенной на рис. 10.5, в каждом месте, где хранится 1, необходимо использовать диоды, а не прямые соединения. На рис. 10.6 показано, что произойдет, если лишь несколько диодов, как, например, в строке 3, заменить непосредственными соединениями. Предположим, что сигналы на адресном входе равны 1О1; тогда активизируется выход ВОФб Е и только на линии Р1 Е устанавливается низкий уровень, что дает на выходе 0010. Однако наличие непосредственных соединений позволяет току протекать по скрытым гбтлям (зпеа4 райк), что приводит к появлению низкого уровня на линиях битов Р2 Е и РО Е и дает на выходе неправильный результат 0111. При наличии диодов скрытые пути разорваны запертыми диодами, что и позволяет получить на выходе правильный результат. 10.1.
Постоянные запоминающие устройства 967 +зв 1 Ао о ю 1 яа оо О1 оа оз о Рис. 10.б. Скрытые пути в ПЗУ (( ОЧЧ вЂ” низкий уровень, Н16Н вЂ” высокий уровень) *10.1.3. Двумерное декодирование Предположим, что вы хотите построить ПЗУ 128х1, воспользовавшись структурой, описанной в предыдущем разделе. Возможно вы думаете, что для этого придется применить дешифратор 7х128.
Попробуйте сначала взять 128 7-входовых вентилей И-НЕ и добавить 14 буферов и инверторов с нагрузочной способностью каждого, равной 64! Имеющиеся в продаже ПЗУ хранят миллион и более битов; поверьте мне, в них нет дешифраторов 20х1048576. Вместо этого ;зля уменьшения дешифратора до размеров порядка квадратного корня из числа адресов прил1ЕняЕтСя дрУгой метод, называемый двумерным декодированием (Гво-Ййп впаопа) Йесой1п8). Основная идея двумерного декодирования состоит в компоновке ячеек ПЗУ в виде матрицы, по возможности приближаюшейся к квадратной.
На рис. 10.7 показана, например, возможная внутренняя структура ПЗУ 128х1. Три старших разряда адреса Аб-А4 используются для выбора строки. В каждой строке с начальным адре солз (Аб, Аб, А4, О, О, О, 0) хранится 16 битов. Когда на вход ПЗУ подан не который адрес, все 16 битов в выбранной строке «считываютсяв параллельно по линиям битов. 16-входовой мультиплексор выбирает требуемый бит данных по значениям младших разрядов адреса. 969 Глава 10. Паеяать и микросхемы типа СР1.0 и РРОА я4 яз Ае яв м яя яз Рис, 10.7. Внутренняя структура ПЗУ 128х1, в котором применено двумерное декодирование Между прочим, конфигурация диодов на рис. 10.7 выбрана не случайно.
Это ПЗУ выполняет очень полезную логическую функцию с 7 переменными, для реализации которой потребовалось бы 35 4-входовых вентилей И для построения как минимум двухуровневой схемы И-ИЛИ (см. задачу 10.7). Вариант реализации этой функции с помощью ПЗУ позволяет реально сократить усилия при разработке устройства и уменьшить занимаемое этой схемой место на печатной плате. Применение двумерного декодирования позволяет построить ПЗУ 128х1, используя дешифратор 3х 8 и 16-входовой мультиплексор (сложность лоторого сравнима со сложностью дешифратора 4х!6). ПЗУ 1Мх1 можно построить, воспользовавшись дешнфратором 1Ох1024 и 1024-входовым мультиплексором, что не легко, но значительно проще, чем одномерный вариант. ТРАНЗИСТОРЫ В КАЧЕСТВЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПЗУ Фактически в ПЗУ, создаваемых на МОП-структурах, в каждом месте, где хранится бит, применяются не диоды, а транзисторы; на рис.
10.8 показана основная идея использования транзисторов. Дешифратор сзрок имеет выходы с высоким активным уровнем. Когда линия строки активизирована, открываются пМОП-транзисторы этой строки, что приводит к появлению на соответствующих линиях битов низкою уровня. Эту идею можно использовать при построении ПЗУ и на биполярных транзисторах. ~со данные, лостула линии бито сигналов: н вень 1 Очч', ющив на выход- ные инввртирую- щие буФеры Рис. 10.8.
Применение МОП-транзисторов в качестве элементов памяти в ПЗУ Двумерное декодирование, помимо уменьшения сложности, обладает и другим достоинством: оно позволяет создать кристалл примерно квадратной формы, что важно при его изготовлении и размещении в корпусе. Микросхема, выполненная в виде матрицы 1Мх!, была бы очень длинной, выглядела бы как пленка, и ее нельзя было бы изготовить по экономическим соображениям. В ПЗУ с несколькими выходами данных матрицы памяти, соответствующие каждому выходу, можно сделать более узкими для того, чтобы получить кристалл, близкий по форме к квадратному.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
