ROM ve RAM multisim modlarının incelenmesi. Bir işlemci sisteminin dahili belleğinin oluşturulması - ders çalışması

ROM, bilgilerin bir kez yazıldığında değiştirilemeyeceği bir bellektir. Örneğin, harici bellekten bir mikroişlemci sisteminin RAM'ına bilgi yüklemek için bir program. Tüm ROM türleri aynı devre tasarım ilkesini kullanır. ROM'daki bilgi, adres ve veri yolları arasındaki bağlantının varlığı veya yokluğu olarak temsil edilir.

ROM'un geleneksel grafik gösterimi, Şekil 26.10'da gösterilmektedir.

Şekil 26.10. ROM'un geleneksel grafik tanımı

Pirinç. 26.11. ROM devresi

Şek. 26.11, en basit ROM'un diyagramını gösterir. Bir ROM'u uygulamak için bir kod çözücü, diyotlar, bir dizi direnç ve veri yolu sürücüsü kullanmak yeterlidir. Söz konusu ROM, bit sözcükleri içerir; toplam boyutu 32 bittir. Sütun sayısı kelime genişliğini, satır sayısı ise 8 bitlik kelime sayısını belirler. Diyotlar, mantıksal değeri "0" olan bitlerin saklanması gereken yerlere kurulur (kod çözücü, seçilen satıra 0 sağlar). Şu anda diyotların yerine MOS transistörleri kullanılıyor.

Tabloda Şekil 26.1, diyagramı Şekil 2'de gösterilen ROM'un durumunu göstermektedir. 26.11.

Tablo 26.1

Basit ROM durumu

Kelime	İkili gösterim
A0	A1	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7	D8

Kural olarak ROM'lar 2'li yapıya sahip çok bitli bir organizasyona sahiptir. DM. Üretim teknolojileri çok çeşitlidir; CMOS, n-MOS, TTL(Sh) ve diyot matrisleri.

Tüm ROM'lar aşağıdaki gruplara ayrılabilir: fabrikada programlanabilir (maske), tek seferlik programlanabilir ve yeniden programlanabilir.

Fabrikada programlanabilen hafızalarda(ROM veya ROM), teknolojik sürecin son aşamasında maske adı verilen bir fotomask kullanılarak bilgiler doğrudan üretim süreçleri sırasında kaydedilir. Maske ROM'lar olarak adlandırılan bu tür ROM'lar diyotlar, bipolar veya MOS transistörler üzerine kuruludur.

Maske ROM'larının kullanım alanı, standart bilgilerin, örneğin karakter oluşturucuların (Latin ve Rus alfabesinin harflerinin kodları), standart fonksiyon tablolarının (sinüs, ikinci dereceden fonksiyonlar), standart yazılımın depolanmasıdır.

Programlanabilir Salt Okunur Bellek Cihazları(PROM veya BALO) – Bir kerelik elektriksel programlama olanağına sahip ROM. Bu tür bellek, kullanıcının programlayıcıları kullanarak bellek yongasını bir kez programlamasına olanak tanır.

PROM yongaları, eriyebilir atlama tellerine sahip bellek hücreleri üzerine kuruludur. Programlama işlemi, yeterli genlik ve süreye sahip akım darbelerini kullanarak eriyebilir bağlantıların seçici olarak yakılmasından oluşur. Eriyebilir bağlantılar diyotların veya transistörlerin elektrotlarına dahil edilir.

Şek. Şekil 26.12, eriyebilir atlama tellerine sahip bir PROM'un diyagramını göstermektedir. Tüm diyotlar ve jumper'larla birlikte üretilir. matriste her şey “0”dır ve programlama sırasında hücrelerinde mantıksal “1” bulunması gereken atlama telleri yanar.

Pirinç. 26.12. PROM devresinin parçası

Programlanabilir salt okunur bellekler(RPZU ve RPZU UV) – Çoklu elektriksel programlama olanağına sahip ROM. İÇİNDE RPZU UV ( EPROM) mikro devre muhafazasında şeffaf bir pencere bulunan ultraviyole ışınları kullanılarak eski bilgiler silinir; RPZU'da ( EEPROM) – elektrik sinyallerini kullanarak.

ROM bellek hücreleri üzerine inşa edilmiştir N-MOS veya CMOS transistörler. Yeşil bir hücre oluşturmak için, iki dielektrik ortam veya iletken ve dielektrik ortam arasındaki sınırda yük depolamanın çeşitli fiziksel olayları kullanılır.

İlk versiyonda, MOS transistörünün kapısının altındaki dielektrik iki katmandan yapılmıştır: silikon nitrür ve silikon dioksit. Bu transistöre MNOS adı verilir: metal - silikon nitrür - oksit - yarı iletken. Dielektrik katmanların sınırlarında yük yakalama merkezleri görünür. Tünelleme etkisi sayesinde yük taşıyıcıları ince bir oksit filmden geçebilir ve katmanlar arasındaki arayüzde birikebilir. MNOS transistörü tarafından depolanan bilginin taşıyıcısı olan bu yük, transistörün eşik voltajında ​​bir değişikliğe yol açar. Bu durumda eşik voltajı o kadar artar ki transistör kapısındaki çalışma voltajı onu açamaz. İçinde yük bulunmayan bir transistör kolaylıkla açılır. Durumlardan biri mantıksal olarak tanımlanır, ikincisi sıfırdır.

İkinci seçenekte, MOS transistörünün kapısı yüzer hale getirilir, yani. devrenin diğer elemanlarına bağlı değil. Böyle bir kapı, transistörün drenajına yüksek bir voltaj uygulandığında çığ enjeksiyon akımı ile yüklenir. Sonuç olarak, yüzer kapıdaki yük, MNOS transistörlü önceki versiyonda olduğu gibi, bilgi okunurken kullanılan boşaltma akımını etkiler. Bu tür transistörlere LISMOP (çığ şarjı enjeksiyonlu MOS transistörü) adı verilir. Transistör kapısı bir yalıtkanla çevrelendiğinden kaçak akım çok küçüktür ve bilgiler oldukça uzun bir süre (onlarca yıl) saklanabilir.

Elektrikle silinebilen bir EEPROM'da, transistörün kayan kapısının üzerine ikinci bir kapı, bir kontrol kapısı yerleştirilir. Buna voltaj uygulanması, tünel etkisi nedeniyle yüzer kapıdaki yükün dağılmasına neden olur. RPOM'lar, yeniden programlama için özel ultraviyole ışık kaynakları gerektirmediğinden UV RPOM'lara göre önemli avantajlara sahiptir. Elektrikli silme belleği, pratikte ultraviyole silme belleğinin yerini almıştır.

LISMOP tipi iki kapılı transistörleri kullanan bir ROM devresinin bir parçası Şekil 1'de gösterilmektedir. 26.13. Mantıksal sıfırın yazılması, programlama modunda kayan kapı şarjı kullanılarak gerçekleştirilir. Bilgilerin silinmesi, ör. yüzer kapı deşarjı mantıksal bir tane yazmak anlamına gelir. Bu durumda örnekleme hattı boyunca bir sinyal uygulandığında yoklamalı transistörler açılır ve voltajı iletir. U ÇUKURU okuma satırında.

Modern ROM'lar, 80 MHz'e kadar saat frekansında 4 Mbit'e kadar bilgi kapasitesine sahiptir.

26.5. Flaş-hafıza

Temel çalışma prensipleri ve depolama elemanlarının türü Flaş-bellekler, yüzen kapı transistörleri üzerine kurulu, elektriksel kayıt ve bilgilerin silinmesi özelliğine sahip PROM'lara benzer. Kural olarak, özellikleri nedeniyle, Flaş-bellek ayrı bir sınıfa ayrılmıştır. Tek tek kelimeleri silmek yerine, kayıtlı tüm bilgileri bir kerede veya büyük bilgi bloklarını siler. Bu, bireysel baytların yazılması ve silinmesine yönelik kontrol devrelerinin ortadan kaldırılmasını mümkün kılar, bu da bellek devresini önemli ölçüde basitleştirmeyi ve maliyeti düşürürken yüksek düzeyde entegrasyon ve performans elde etmeyi mümkün kılar.

Şekil 26.13. RPOM devresinin parçası

Elektronik cihazların geliştirilmesindeki modern eğilimler, kullanılan bellek miktarında sürekli bir artış gerektirir. Bugün mühendislerin geçici bellek gibi mikro devrelere erişimi var DRAM Bit başına son derece düşük fiyat ve yüksek düzeyde entegrasyon ile karakterize edilen ve uçucu olmayan Flaş-maliyeti sürekli azalan ve seviye eğilimi gösteren bellek DRAM.

Uçucu olmayan ihtiyaç Flaş- Bellek, mobil uygulamalar alanında bilgisayar sistemlerinin ilerleme derecesi ile orantılı olarak büyür. Güvenilirlik, düşük güç tüketimi, küçük boyut ve hafiflik, medyanın bariz avantajlarıdır. Flaş-bellek disk sürücüleri ile karşılaştırıldığında. Bir birim bilgiyi saklama maliyetindeki sürekli azalma dikkate alındığında Flaş-bellek, buna dayalı ortamlar, bu tür belleği kullanan mobil platformlara ve taşınabilir ekipmanlara giderek daha fazla avantaj ve işlevsellik sağlamaktadır. Bellek türlerinin çeşitliliği arasında, Flaş- hücre bazlı hafıza NAND büyük miktarda bilgi için kalıcı depolama cihazları oluşturmak için en uygun temeldir.

Şu anda flash bellek oluşturmak için iki ana yapı vardır: hücre tabanlı bellek VEYA(VEYA-DEĞİL) ve NAND(VE-DEĞİL). Yapı VEYA(Şekil 26.14, a) paralel bağlı temel bilgi depolama hücrelerinden oluşur. Hücrelerin bu organizasyonu, verilere rastgele erişim ve bilgilerin bayt bayt kaydedilmesine olanak sağlar. Yapıya göre NAND(Şekil 26.14, b), sayfalar halinde birleştirilen ve bloklar halinde sayfalar halinde birleştirilen temel hücrelerin oluşturan gruplar (bir grupta 16 hücre vardır) sıralı bağlantı ilkesidir. Bu bellek dizisi yapısıyla tek tek hücrelere erişim imkansızdır. Programlama aynı anda yalnızca bir sayfada gerçekleştirilir ve silme sırasında bloklara veya blok gruplarına erişim sağlanır.

Şekil 26.14. Yapılara dayalı VEYA(bir) ve NAND(B)

Anılar arasındaki yapı organizasyonundaki farklılıklar nedeniyle VEYA Ve NANDözelliklerine yansır. Nispeten büyük miktarda veriyle çalışırken belleğe yazma/silme işlemleri NAND bellekten çok daha hızlı çalışır VEYA. 16 bitişik hafıza hücresinden beri NAND birbirlerine herhangi bir kontak boşluğu olmaksızın seri bağlanarak çip üzerinde yüksek hücre yerleştirme alanı elde edilir, bu da aynı teknolojik standartlarda büyük bir kapasite elde edilmesini mümkün kılar. Flash bellek programlamanın temeli NAND Elektron tünelleme süreci yatıyor. Hem programlama hem de silme amacıyla kullanıldığından bellek yongasının düşük güç tüketimi sağlanır. Hücre organizasyonunun tutarlı yapısı, yüksek derecede ölçeklenebilirliğe izin verir; NAND-Flash Bellek kapasitesini artırma yarışında lider. Elektron tünellemesinin hücre kanalının tüm alanı boyunca gerçekleşmesi nedeniyle, birim alan başına yük yakalama yoğunluğu NAND-Flash diğer teknolojilere göre daha düşük Flaş-hafıza, daha fazla sayıda program/silme döngüsüyle sonuçlanır. Programlama ve okuma, disk sürücülerinin ortak sektör boyutunu taklit etmek için 512 baytlık bloklar halinde sektör sektör veya sayfa sayfa gerçekleştirilir.

Mikro devrelerin daha ayrıntılı özellikleri Flaş-bellek, serinin kristalleri örneği kullanılarak düşünülebilir HY 27xx(08/16)1 G 1Mşirketler Hynix. Şek. Şekil 26.15, bu cihazların terminallerinin iç yapısını ve amacını göstermektedir.

Mikro devre aşağıdaki sonuçlara sahiptir:

G/Ç 8-15– x16 cihazlar için veri girişi/çıkışı

G/Ç 0-7– x8 ve x16 cihazları için veri girişi/çıkışı, adres girişi veya komut girişi;

bira– adres mandalını etkinleştirin;

CLE– komut mandalını etkinleştirin;

– kristal seçimi;

– çözünürlüğü okuyun;

– okuma/meşgul (açık drenajlı çıkış);

– kayıt çözünürlüğü;

– yazma koruması

VCC– besleme voltajı;

VSS– genel sonuç.

Şekil 26.15. Harici pin şeması (a), pin ataması (b) ve blok şeması (c) Flaş-hafıza

Adres satırları, 8 veya 16 bitlik bir G/Ç veriyolu üzerindeki veri G/Ç hatlarıyla çoğullanır. Bu arayüz, kullanılan pin sayısını azaltır ve baskılı devre kartını değiştirmeden daha yüksek kapasiteli yongalara geçmeyi mümkün kılar. Her blok 100.000 kez programlanıp silinebilir. Çipler, denetleyici etkinliğini tanımlamak için kullanılabilecek bir açık drenaj okuma/meşgul çıkışına sahiptir BAŞINA (Programla/Sil/Oku). Çıkış açık drenajlı olduğundan, farklı bellek yongalarından gelen bu tür birkaç çıkışı bir çekme direnci aracılığıyla güç kaynağının pozitif terminaline bağlamak mümkündür.

Şekil 26.16. Bellek Dizisi Organizasyonu NAND-yapılar

Bellek dizisi NAND-yapılar her biri 32 sayfa içeren bloklar halinde düzenlenmiştir. Dizi iki alana ayrılmıştır: ana ve yedek (Şekil 26.16).

Dizinin ana alanı verileri depolamak için kullanılırken, yedek alan genellikle hata düzeltme kodlarını depolamak için kullanılır ( ECC), program bayrakları ve hatalı blok tanımlayıcıları ( Kötü Blok) ana alan. 8 bitlik cihazlarda ana alandaki sayfalar, her biri 256 baytlık iki yarım sayfaya ve ayrıca 16 baytlık yedek alana bölünür. 16 bit cihazlarda sayfalar 256 kelimelik ana alana ve 8 kelimelik yedek alana bölünmüştür.

Hücre tabanlı bellek VEYA nispeten uzun silme ve yazma süreleri vardır, ancak her parçaya okuma erişimi vardır. Bu durum, sık sık yeniden yazmayı gerektirmeyen program kodunu kaydetmek ve saklamak için bu tür mikro devrelerin kullanılmasına izin verir. Bu tür uygulamalar örneğin şunlar olabilir: BIOS gömülü bilgisayarlar için veya set üstü kutular için yazılım.

Özellikler NAND-Flash uygulamasının kapsamını belirledi: hafıza kartları ve diğer veri depolama cihazları. Artık bu tür bellek, mobil cihazlarda, fotoğraf ve video kameralarda vb. hemen hemen her yerde kullanılıyor. NAND-Flash neredeyse tüm hafıza kartı türlerinin temelini oluşturur: SmartMedia, MMC, Güvenli Dijital, Memory Stick

Şu anda ulaşılan bilgi kapasitesi Flaş-bellek 8GB'a ulaşır, tipik birleşik program ve silme hızı, 70 MHz'e kadar saat frekansında 33,6 mS / 64 kB'ye kadardır.

Etkili kullanımın iki ana alanı Flaş-Anılar, nadiren değişen verilerin depolanması ve belleğin manyetik diskler üzerinde değiştirilmesidir. İlk yön için kullanılır Flaş- adres erişimli hafıza ve ikinci dosya hafızası için.

26.6. RAM türü ÇERÇEVE

ÇERÇEVE– RAM'in doğasında bulunan yüksek hız ve düşük güç tüketimini, uygulanan voltajın yokluğunda veri depolama yeteneğiyle birleştiren, operasyonel, kalıcı bir bellek.

Nazaran EEPROM Ve Flaş-bellek, bu tür bir belleğe veri yazma süresi ve güç tüketimi çok daha azdır (birkaç milisaniyeye karşı 70 ns'den az) ve yazma döngüleri için kaynak çok daha yüksektir (en az 10 11'e karşı 10 5 .. 10 6 döngü EEPROM).

ÇERÇEVE yakın gelecekte dijital cihazlarda en popüler bellek haline gelecektir. ÇERÇEVE yalnızca seviyedeki performans açısından farklılık göstermeyecek DRAM, aynı zamanda elektrik kesintisi sırasında verileri kaydetme yeteneği. Tek kelimeyle, ÇERÇEVE sadece yavaş olanı yerinden etmekle kalmaz Flaş, ama aynı zamanda normal RAM gibi DRAM. Günümüzde ferroelektrik hafıza sınırlı bir uygulama alanı bulmaktadır; örneğin; RFID-etiketler. Aralarında önde gelen şirketlerin de bulunduğu Ramtron, Samsung, NEC, Toshiba, aktif olarak gelişiyoruz ÇERÇEVE. 2015 yılı civarında piyasada olması gerekiyor N- gigabayt modülleri ÇERÇEVE.

Belirtilen özellikler ÇERÇEVE bellek hücresinin depolama kapasitörünün dielektrik maddesi olarak kullanılan bir ferroelektrik (perovskit) sağlar. Bu durumda ferroelektrik bellek, verileri yalnızca kapasitör yükü biçiminde (geleneksel RAM'de olduğu gibi) değil, aynı zamanda ferroelektrik kristal yapının elektriksel polarizasyonu biçiminde de saklar. Bir ferroelektrik kristalin, mantık 0 ve 1'e karşılık gelebilecek iki durumu vardır.

Terim ÇERÇEVE henüz yerleşmedi. Birinci ÇERÇEVE ferrodinamik RAM denir. Ancak günümüzde ferroelektrikler depolama hücreleri olarak kullanılmaktadır ve artık ÇERÇEVE genellikle ferroelektrik RAM olarak adlandırılır.

Birinci ÇERÇEVE 2 tane vardı T/2İLE-mimari (Şekil 26.17, a), çoğu modern ferroelektrik bellek mikro devrelerinin yapıldığı temel alınarak. Her bitin ayrı bir referans bitine sahip olduğu bu tip hücre, yük farkının yüksek doğrulukla belirlenmesine olanak sağlar. Ve diferansiyel sinyalin okunması sayesinde hücre kapasitörlerinin parametrelerindeki saçılımın etkisi ortadan kaldırılır. Daha sonra ortaya çıktı ÇERÇEVE mimari ile 1 T/1İLE(Şekil 26.17, b). Böyle bir mimariye sahip mikro devrelerin avantajı, geleneksel devrelere göre daha küçük hücre alanı ve dolayısıyla bilgi kapasitesi birimi başına mikro devrenin daha düşük maliyetidir.

Şekil 26.18, bir ferroelektrik RAM'in blok diyagramını göstermektedir ( ÇERÇEVE) 1 Mbit kapasiteli ve paralel erişim arayüzüne sahip FM 20L 08 şirket Ramtron. Tablo 26.1'de. mikro devrenin pinleri gösterilmiştir.

FM 20L 08, standart statik RAM gibi okunup yazılan, 128K×8 kalıcı bir bellektir. Veri güvenliği 10 yıl boyunca sağlanırken, veri depolamanın güvenilirliği (sınırsız aşınma direnci) hakkında düşünmeye gerek kalmazken, sistem tasarımı basitleştirilmiştir ve pilli statik RAM'e dayalı alternatif kalıcı bellek çözümünün bir takım dezavantajları vardır. yedekleme ortadan kalkar. Kayıt hızı ve sınırsız sayıda yeniden yazma döngüsü, ÇERÇEVE diğer kalıcı bellek türlerine göre liderdir.

Şekil 26.17. Bellek hücresi türü 2 T/2İLE(a) ve 1 T/1İLE(B)

Şekil 26.18. Blok şeması ÇERÇEVE FM 20L 08

Çoğu zaman, çeşitli uygulamalarda, cihazın çalışması sırasında değişmeyen bilgilerin saklanması gerekir. Bu, mikro denetleyicilerdeki programlar, bilgisayarlardaki önyükleme yükleyicileri (BIOS), sinyal işlemcilerindeki dijital filtre katsayı tabloları ve NCO ve DDS'deki sinüs ve kosinüs tabloları gibi bilgilerdir. Neredeyse her zaman bu bilgi aynı anda gerekli değildir, bu nedenle kalıcı bilgileri (ROM) depolamak için en basit cihazlar çoklayıcılar üzerine kurulabilir. Bazen tercüme literatürde kalıcı depolama aygıtlarına ROM (salt okunur bellek) adı verilir. Böyle bir salt okunur belleğin (ROM) şeması Şekil 1'de gösterilmektedir.

Şekil 1. Çoklayıcı üzerine kurulu salt okunur belleğin (ROM) devresi.

Bu devrede sekiz adet tek bit hücreli salt okunur bir bellek cihazı oluşturulmuştur. Belirli bir bitin tek haneli bir hücreye saklanması, telin güç kaynağına lehimlenmesi (bir yazma) veya telin kasaya kapatılması (sıfır yazma) yoluyla yapılır. Devre şemalarında böyle bir cihaz Şekil 2'de gösterildiği gibi gösterilir.

Şekil 2. Kalıcı bir depolama cihazının devre şemalarında belirtilmesi.

ROM bellek hücresinin kapasitesini arttırmak için bu mikro devreler paralel olarak bağlanabilir (çıkışlar ve kaydedilen bilgiler doğal olarak bağımsız kalır). Tek bitlik ROM'ların paralel bağlantı şeması Şekil 3'te gösterilmektedir.

Şekil 3. Çok bitli salt okunur belleğin (ROM) şeması.

Gerçek ROM'larda bilgiler, çip üretiminin son işlemi olan metalleştirme kullanılarak kaydedilir. Metalizasyon bir maske kullanılarak gerçekleştirilir, bu yüzden bu tür ROM'lara denir ROM'ları maskele. Gerçek mikro devreler ile yukarıda verilen basitleştirilmiş model arasındaki diğer bir fark, çoklayıcıya ek olarak bir . Bu çözüm, tek boyutlu bir depolama yapısını iki boyutlu bir yapıya dönüştürmeyi ve böylece ROM devresinin çalışması için gereken kod çözücü devresinin hacmini önemli ölçüde azaltmayı mümkün kılar. Bu durum aşağıdaki şekil ile gösterilmektedir:

Şekil 4. Maskelenmiş salt okunur belleğin (ROM) şeması.

Maske ROM'lar Şekil 5'te gösterildiği gibi devre şemalarında gösterilmektedir. Bu çipteki bellek hücrelerinin adresleri A0 ... A9 pinlerine sağlanır. Çip CS sinyali tarafından seçilir. Bu sinyali kullanarak ROM'un hacmini artırabilirsiniz (tartışmada CS sinyalini kullanmanın bir örneği verilmiştir). Mikro devre RD sinyali kullanılarak okunur.

Şekil 5. Devre şemalarında ROM'u (ROM) maskeleyin.

Maske ROM'unun programlanması üreticinin fabrikasında gerçekleştirilir; bu, cihazın geliştirme aşamasından bahsetmeye bile gerek yok, küçük ve orta ölçekli üretim partileri için oldukça elverişsizdir. Doğal olarak, büyük ölçekli üretim için maske ROM'lar en ucuz ROM türüdür ve bu nedenle şu anda yaygın olarak kullanılmaktadır. Küçük ve orta ölçekli üretim serileri için radyo ekipmanı, özel cihazlarda - programlayıcılarda programlanabilen mikro devreler geliştirildi. Bu ROM'larda, iletkenlerin bellek matrisindeki kalıcı bağlantısının yerini polikristalin silikondan yapılmış eriyebilir bağlantılar alır. ROM üretimi sırasında tüm atlama telleri yapılır; bu, mantıksal birimlerin tüm ROM bellek hücrelerine yazılmasına eşdeğerdir. ROM programlama işlemi sırasında, mikro devrenin güç pinlerine ve çıkışlarına artan güç sağlanır. Bu durumda, ROM'un çıkışına besleme voltajı (mantıksal birim) verilirse, atlama telinden herhangi bir akım akmayacak ve atlama teli sağlam kalacaktır. ROM'un çıkışına (kasaya bağlı) düşük bir voltaj seviyesi uygulanırsa, bellek matrisinin atlatıcısından bir akım akacak ve bu onu buharlaştıracak ve daha sonra bu ROM hücresinden bilgi okunduğunda, mantıksal sıfır okunacaktır.

Bu tür mikro devrelere denir programlanabilir ROM (PROM) veya PROM ve Şekil 6'da gösterildiği gibi devre şemalarında gösterilmektedir. PROM örneği olarak mikro devreleri 155PE3, 556RT4, 556RT8 ve diğerlerini adlandırabiliriz.

Şekil 6. Programlanabilir salt okunur belleğin (PROM) devre şemalarında grafiksel gösterimi.

Programlanabilir ROM'ların küçük ve orta ölçekli üretim için çok uygun olduğu kanıtlanmıştır. Ancak radyo-elektronik cihazlar geliştirilirken çoğu zaman ROM'da kayıtlı programın değiştirilmesi gerekir. Bu durumda EPROM tekrar kullanılamaz, dolayısıyla ROM bir kez yazıldığında, bir hata veya ara program varsa atılması gerekir, bu da doğal olarak donanım geliştirme maliyetini artırır. Bu dezavantajı ortadan kaldırmak için silinebilen ve yeniden programlanabilen başka bir ROM türü geliştirildi.

UV ile silinebilir ROM iç yapısı aşağıdaki şekilde gösterilen bellek hücreleri üzerine kurulu bir depolama matrisi temel alınarak oluşturulmuştur:

Şekil 7. UV ve elektriksel olarak silinebilir ROM bellek hücresi.

Hücre, kapısı polikristalin silikondan yapılmış bir MOS transistörüdür. Daha sonra çipin üretim süreci sırasında bu geçit oksitlenir ve bunun sonucunda mükemmel yalıtım özelliklerine sahip bir dielektrik olan silikon oksitle çevrelenir. Açıklanan hücrede, ROM tamamen silindiğinde, kayan geçitte yük yoktur ve bu nedenle transistör akımı iletmez. ROM programlanırken, yüzen kapının üzerinde bulunan ikinci geçide yüksek bir voltaj uygulanır ve tünel etkisinden dolayı yüzen kapıya yükler indüklenir. Programlama voltajı kaldırıldıktan sonra, indüklenen yük kayan geçitte kalır ve dolayısıyla transistör iletken durumda kalır. Böyle bir hücrenin yüzen kapısındaki yük onlarca yıl saklanabilir.

Açıklanan salt okunur belleğin blok şeması, daha önce açıklanan maske ROM'undan farklı değildir. Tek fark, eriyebilir jumper yerine yukarıda açıklanan hücrenin kullanılmasıdır. Bu tür ROM'a yeniden programlanabilir salt okunur bellek (EPROM) veya EPROM adı verilir. RPOM'da önceden kaydedilen bilgiler ultraviyole radyasyon kullanılarak silinir. Bu ışığın yarı iletken kristale serbestçe geçebilmesi için ROM çipinin yuvasına kuvars camdan bir pencere yerleştirilmiştir.

Bir EPROM çipi ışınlandığında, silikon oksidin yalıtım özellikleri kaybolur, yüzen kapıdan biriken yük yarı iletkenin hacmine akar ve bellek hücresinin transistörü kapalı duruma geçer. RPOM çipinin silme süresi 10 ila 30 dakika arasında değişmektedir.

EPROM yongalarının yazma ve silme döngülerinin sayısı 10 ila 100 kez arasında değişir ve bunun ardından EPROM yongası arızalanır. Bunun nedeni ultraviyole radyasyonun silikon oksit üzerindeki yıkıcı etkisidir. EPROM mikro devrelerine örnek olarak Rus yapımı 573 serisi mikro devreleri ve yabancı yapım 27cXXX serisi mikro devreleri sayabiliriz. RPMM çoğunlukla evrensel bilgisayarların BIOS programlarını saklar. ROM'lar Şekil 8'de gösterildiği gibi devre şemalarında gösterilmektedir.

Şekil 8. EPROM'un devre şemalarında grafiksel gösterimi.

Bu nedenle, kuvars pencereli kasalar çok pahalıdır ve az sayıda yazma-silme döngüsü vardır, bu da ROM'daki bilgileri elektriksel olarak silmenin yollarını aramaya yol açmıştır. Bu yolda karşılaşılan pek çok zorluk artık fiilen çözülmüştür. Günümüzde bilgilerin elektriksel olarak silindiği mikro devreler oldukça yaygındır. Bir depolama hücresi olarak ROM'dakiyle aynı hücreleri kullanırlar, ancak elektriksel potansiyel tarafından silinirler, dolayısıyla bu mikro devreler için yazma-silme döngülerinin sayısı 1.000.000 katına ulaşır. Bu tür ROM'larda hafıza hücresini silme süresi 10 ms'ye düşürülür. Elektrikle silinebilen programlanabilir ROM'ların kontrol devresinin karmaşık olduğu ortaya çıktı, bu nedenle bu mikro devrelerin gelişimi için iki yön ortaya çıktı:

1. EEPROM - elektriksel olarak silinebilir programlanabilir salt okunur bellek
2. FLAŞROM

Elektrikle silinebilen EEPROM'lar daha pahalıdır ve hacim olarak daha küçüktür, ancak her bellek hücresini ayrı ayrı yeniden yazmanıza olanak tanırlar. Sonuç olarak, bu mikro devreler maksimum sayıda yazma-silme döngüsüne sahiptir. Elektrikle silinebilir ROM'un uygulama alanı, elektrik kesildiğinde silinmemesi gereken verilerin saklanmasıdır. Bu tür mikro devreler, 573РР3, 558РР3 yerli mikro devrelerini ve 28cXX serisinin yabancı EEPROM mikro devrelerini içerir. Elektriksel olarak silinebilen ROM'lar, Şekil 9'da gösterildiği gibi devre şemalarında belirtilmiştir.

Şekil 9. Elektrikle silinebilir salt okunur belleğin (EEPROM) devre şemalarında grafiksel gösterimi.

Son zamanlarda, mikro devrelerin harici pinlerinin sayısını azaltarak EEPROM'un boyutunu küçültme eğilimi olmuştur. Bunu yapmak için adres ve veriler bir seri port aracılığıyla çipe ve çipten aktarılır. Bu durumda, iki tür seri bağlantı noktası kullanılır - SPI bağlantı noktası ve I2C bağlantı noktası (sırasıyla 93cXX ve 24cXX serisi mikro devreler). Yabancı 24cXX serisi, yerli 558PPX mikro devre serisine karşılık gelir.

FLASH ROM'lar, silme işleminin her hücrede ayrı ayrı değil, bir bütün olarak mikro devrenin tamamında veya EEPROM'da yapıldığı gibi bu mikro devrenin bellek matrisinin bir bloğunda gerçekleştirilmesi açısından EEPROM'lardan farklıdır.

Şekil 10. FLASH belleğin devre şemalarında grafiksel gösterimi.

Kalıcı bir depolama cihazına erişirken, öncelikle adres veriyolundaki bellek hücresinin adresini ayarlamanız ve ardından çipten okuma işlemi gerçekleştirmeniz gerekir. Bu zamanlama diyagramı Şekil 11'de gösterilmektedir.

Şekil 11. ROM'dan bilgi okumaya yönelik sinyallerin zamanlama diyagramları.

Şekil 11'de oklar, kontrol sinyallerinin üretilmesi gereken sırayı göstermektedir. Bu şekilde RD okuma sinyalidir, A hücre adresi seçme sinyalleridir (adres veriyolundaki bireysel bitler farklı değerler alabildiğinden hem bir hem de sıfır durumuna geçiş yolları gösterilmiştir), D okunan çıkış bilgisidir seçilen ROM hücresinden.

Edebiyat:

"Salt Okunur Bellek Aygıtları (ROM)" makalesiyle birlikte şunları okuyun:

http://site/digital/SintSxem.php

İyi çalışmanızı bilgi tabanına göndermek kolaydır. Aşağıdaki formu kullanın

Bilgi tabanını çalışmalarında ve çalışmalarında kullanan öğrenciler, lisansüstü öğrenciler, genç bilim insanları size çok minnettar olacaklardır.

Yayınlandığı tarih http://www.allbest.ru/

Konuyla ilgili ders çalışması

Belirtilen RAM ve ROM parametrelerine sahip bir mikroişlemci sisteminin geliştirilmesi

giriiş

2. Adres alanlarının genişletilmesi

Çözüm

Referanslar

giriiş

Mikroişlemci sistemlerinin dikkat çekici bir özelliği, yüksek esneklikleri, gerektiğinde hızlı bir şekilde yeniden yapılandırabilme yetenekleri, hatta kontrol algoritmalarında önemli değişiklikler yapabilmeleridir. Yeniden yapılandırma, önemli üretim maliyetleri olmadan programlı olarak gerçekleştirilir. Mikroişlemcilerin oluşturulması, teknik bilgi işleme ekipmanının maliyetini ve boyutunu azaltmayı, performanslarını artırmayı ve enerji tüketimini azaltmayı mümkün kılar.

Teknolojik süreçleri otomatikleştirmek için tasarlanmış mikroişlemci bilgi ve kontrol sistemlerinin karakteristik özellikleri:

*açıkça tanımlanmış sınırlı sayıda görevin varlığı;

*belirli bir uygulama için sistem yapısını optimize etmeye yönelik gereksinimler;

*gerçek zamanlı çalışın, yani. dış koşullardaki değişikliklere minimum tepki süresinin sağlanması;

*Gelişmiş bir harici cihaz sisteminin mevcudiyeti, geniş çeşitliliği;

*fonksiyonel görevlerde anlamlı fark;

*uzun süreli sürekli çalışma dikkate alındığında güvenilirlik açısından yüksek gereksinimler;

*zor çalışma koşulları;

*Sistemin bir unsuru olarak operatörün katılımıyla otomatik çalışma modu veya modun sağlanması.

Bu dersin amacı, belirli RAM ve ROM parametrelerine sahip bir mikroişlemci sistemi geliştirmek, ayrıca ek RAM'in hesaplanması ve tasarlanması ve sistem bileşenlerinin elektriksel etkileşim için test edilmesidir.

1. Adres alanı bölümü

Aşağıdaki özelliklere sahip bir işlemci modülüne sahip bir mikroişlemci sistemi bulunmaktadır:

· sistem karayolu türü - ayrı otobüslerle;

· depolama cihazlarının adres alanının boyutu (depolama kapasitesi) - 64 k;

· bellek veri yolu genişliği - 16;

giriş/çıkış sisteminin organizasyonu:

· giriş/çıkış bağlantı noktası sayısı - 2048;

· giriş/çıkış bağlantı noktalarının veri yolu genişliği 16'dır;

kontrol veri yolu sinyalleri:

· - bir depolama cihazına kaydetme;

· - bir depolama cihazından okuma;

· - harici bir cihaza kayıt;

· - harici bir cihazdan okuma;

Mikroişlemci sistemine ROM, RAM1 ve RAM2 içeren bir bellek modülü bağlayalım.

ROM kelimelerinin (ROMk) sayısını aşağıdaki formülü kullanarak hesaplıyoruz:

ROMx=2 MM =2 01 =2

RAM2’nin kelime sayısı (RAM2k) şu şekilde hesaplanır:

1. Aşağıdaki formülü kullanarak olası Y kelime sayısını hesaplayın:

Y = (ZUap - PZUk) / 3=(64*1024-2*16)/3=21 (k)

2. Aşağıdaki koşulları karşılayarak, elde edilen Y kelime sayısını RAM2k'ye yuvarlayın:

a) RAM2k? Y;

b) RAM2ks, 2 n'nin katıdır (n = 0, 1, 2, ...).

n=4, 2 n=16 ? 21.

Kelime sayısı Y = 16

RAM1'in kelime sayısı (RAM1ks) aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

1. aşağıdaki formülü kullanarak olası Y hacmini hesaplayın:

Y = (ZUap - RZUks - RAM2ks) / 3=(64*1024-2*16-16*16)/3=21 (k)

2. Aşağıdaki koşulları karşılayarak elde edilen Y kelime sayısını RAM1k'ye yuvarlayın:

a) RAM1ks? Y;

b) RAM1ks 2 n'nin katıdır (n = 0, 1, 2, ...)

n=4, 2 n=16 ? 21.

ROM çipi şunları içerir: girişe sağlanan kelime sayısına göre 1 adreslenebilir giriş, RAM'i bağlamak için 8 veri çıkışı, kontrol sinyalleri için girişler - kristal seçimi ve EO - çıkış durumu.

RAM1 ve RAM2 çipleri şunları içerir: her biri 4 adres girişi, birleşik veri girişleri/çıkışları, CS kontrol sinyalleri için girişler - kristal seçimi, /R-yazma/okuma.

Şekil 1'de gösterildiği gibi MS Visio 2010 uygulamasının araçlarını kullanarak bir ROM çipinin bir elemanını tasarlayalım.

Şekil 1. ROM çip tasarımı

Kullanarak uygun bir analog seçeceğiz. İlk önce Tabloda gösterildiği gibi mikro devre pinlerinin atamasını tabloda gösterelim. 1.

Tablo 1. Bellek yongası pinlerinin tanımı

İsim	Tanım
Saat sinyali
Sütun adresi flaşı
Satır adresi flaşı
Çip seçimi
İzin
Okuma
Yaz - Oku
Kayıt izni
Çıkış çözünürlüğü (okuma)
Veri (bilgi)
Giriş verileri
Baskı
Adres, veriler: giriş, çıkış
Veri: giriş, çıkış
Yenilenme
Programlama
Silme
Besleme gerilimi
Programlama voltajı
Mikro devrenin genel çıkışı

İçlerine bilgi girme yöntemine bağlı olarak, ROM yongaları üç gruba ayrılır: bir kez şablon (maske) yöntemi kullanılarak programlanan maskeli ROM'lar, bir kez EEPROM yongasındaki atlama tellerini yazma yöntemi kullanılarak programlanan ve ROM'lar tarafından tekrar tekrar programlanan RPOM'lar. kullanıcı.

Mikro devreler tasarlarken, RAM hacmi küçükse (1024 bit'e kadar), bellek ayrı parmak arası terliklerden toplanır. Aksi takdirde hazır bellek modüllerinin kitaplıklarını kullanırlar. FPGA'ler için proje geliştirirken hazır bellek modülleri 16, 32, 2048, 4096 bit kapasiteye sahiptir. En yeni FPGA serisinde RAM modülünün boyutu 16K veya 18K bit'e çıkarıldı. RAM modülü genişliği şu aralıkta ayarlanabilir: 1,2,4,8 ve 16 bit. Verilerin ve adreslerin RAM modülüne yazılması her zaman saatin veya yazma sinyalinin kenarında gerçekleştirilir; Modülün girişi senkron yazmacın girişi olarak düşünülebilir. Bunun okunması çoğunlukla adres alım döngüsünden sonraki bir sonraki saat döngüsünde gerçekleştirilir. Bazen RAM modülünün çıkışında okunan kelimeyi saklayan senkronize bir kayıt bulunur. Bir modülden yazma ve okuma, boru hattı ilkesi kullanılarak gerçekleştirilebilir: bir saat döngüsünde, yeni verinin adresi yazılır ve okunan veri önceki adrese verilir. Büyük hacimli RAM oluşturmak için, birkaç hazır modülden, modül seçimi için bir adres kod çözücüden ve bir çıkış çoklayıcıdan oluşan bir sistem toplanır. Laboratuvardaki farklı RAM çeşitlerinde üç, iki veya bir veri yolu bulunur. İlk durumda giriş, çıkış verileri ve adres yolları ayrıdır, ikinci durumda giriş ve çıkış veri yolları birleştirilir ve üçüncü durumda hem adres hem de veriler tek bir veri yolu üzerinden çoklanmış olarak iletilir.

Göreve uygun olarak blok şeması Şekil 2'de gösterilen bir maske ROM'u seçeceğiz.

Şekil 2. Maske ROM'unun blok şeması

PZUM çiplerinin programlanması bir kez gerçekleştirilir. Mikro devre uçucu olma özelliğine sahiptir. ROM yongaları okuma ve saklama modlarında çalışır. Bilgiyi okumak için bir adres kodu ve etkinleştirme kontrol sinyallerini göndermek gerekir.

Seçilen mikro devre tipi ve karşılık gelen özellikler Şekil 3'te gösterilmektedir.

Şekil 3. Mikro devrenin görünümü

KP1610PE1 yongasını seçin. Mikro devrenin özellikleri Tablo 2'de gösterilmektedir.

Tablo 2

Çip türü	Kapasite, bit			P gücü, mW	Çıkış türü

Şekil 4'teki gibi MS Visio 2010 uygulamasının araçlarını kullanarak bir RAM çip elemanı tasarlayalım.

elektrik depolama çipi

Şekil 4. RAM çip tasarımı

2. Adres alanının genişletilmesi

Son bölümde tasarlanan mikroişlemci sistemine N kelime içeren ek bir rastgele erişim belleği (RAM) modülü bağlıyoruz. İhtiyacınız olan hafıza kelimelerinin sayısını belirlemek için:

1. boş, en büyük adres alanının boyutunu belirleyin

depolama alanı, Y;

Y=(ZUap - PZUks - RAM2ks - RAM1ks) / 3=(64*1024-2*16-16*16-16*16)/3=21 (k)

2. Y boyutu, aşağıdaki koşulları karşılayan N kelimeye yuvarlanır:

b) N, 2 n'nin katıdır (n=0,1,2,…).

RAM şunları içerir: 7 adres girişi, birleşik veri giriş/çıkışları, kontrol sinyalleri için girişler - kristal seçimi, - yazma, - okuma.

3. Mikroişlemci bileşenlerinin elektriksel etkileşimi

Mikroişlemci sisteminin elemanlarının elektrik arayüzünü, gerçek elemanlar temelinde uygulanan mikroişlemci sisteminin devre şemasını kullanarak kontrol edelim.

Hesaplamalarda aşağıda verilen özellikleri kullanıyoruz.

1. CPU modülü:

I0in, mA? - 2

I1in, mA? 0,05

Yukarı, V = %5 ± 5.

U1out, V? 2.7

Dışarı mı çıktın, V? 0,5

Dışarı mı çıktım, anne? 100

mA çıkışı mı? -5

Cout, pF? 10

Giriş cihazı, giriş/çıkış cihazı:

I0in, mA? -1.6

I1in, mA? 0,04

Yukarı, V = %5 ± 5.

U1out, V? 2.7

Dışarı mı çıktın, V? 0,5

Dışarı mı çıktım, anne? 48

mA çıkışı mı? -2.4

Cout, pF? 10

Kalan mikro devreler pasaport verilerine uygundur.

Çözüm

Günümüzde elektronik bilgi cihazları ve otomasyon cihazlarının payı giderek artmaktadır. Bu, özel konfigürasyon ve ayarlama gerektirmeyen çeşitli amaçlar için ucuz, yüksek kaliteli, mikroelektronik fonksiyonel birimlerin seri üretiminin yapılmasını mümkün kılan entegre teknolojinin gelişmesinin sonucudur. yarı iletken cihazlar gibi elektronik elemanlar. Özellikleri bakımından çeşitlilik gösteren ve dikkat çekici yarı iletken cihazların yaratılması, elektronikteki modern ilerlemeleri belirlemiştir.

Modern elektroniği incelemek için öncelikle bu cihazların çalışmasının tasarım ilkelerini ve fiziksel temellerini, özelliklerini, parametrelerini ve kullanım olanaklarını belirleyen en önemli özelliklerini bilmelisiniz. Aynı zamanda, çeşitli teknik araçların kullanılmasıyla kolaylaştırılması gereken bilgi edinmenin verimliliği ve doğruluğu da çok önemlidir.

Bu ders çalışmasında elektrik devre şemaları geliştirilmiş, mikro devre bileşenleri verilen seçeneğe göre seçilmiş ve bunların değiştirilme ve genişletilme olanakları araştırılmıştır.

Referanslar

1. Elektronik bileşenler için en iyi arama motoru

2. ***RUS ELEKTRONİĞİ***

3. Radyo Hayranı

4.Telemaster

5. Promelektronika

6. MİKROELEKTRONİK PİYASASI (rehber)

7. DÜNYANIN HER YERİNDEN ELEKTRONİK BİLEŞENLER

8. PRATİK ELEKTRONİK

9. Radyo Pilotu - Şemalar

10. Mitinsky radyo pazarı

11. Konferans “Mikrodenetleyiciler ve Uygulamaları”

12. Mikro Çip LLC

13.DESSY sanal mağazası

14. Rusça ATMEL sayfası

15. Şemalar Sitesi

16. RADYO BİLEŞENLERİ KILAVUZU

Allbest.ru'da yayınlandı

Benzer belgeler

Bilgiyi hesaplamak, yönetmek ve işlemek için dijital mikro devrelerin kullanılması. Mikroişlemcinin amacı ve mikroişlemci sistemine ait cihazlar, yapısal ve devre şemaları. İşlemci sistem veri yolu ve adres alanı dağıtımı.

kurs çalışması, eklendi 29.02.2012


Statik RAM ve depolama modülünün hesaplanması. Rastgele erişimli bellek modülünün devre şeması ve zamanlama şemasının oluşturulması. Sabit noktalı sayıları bölmek için bir aritmetik mantık birimi tasarlamak.

kurs çalışması, eklendi 06/13/2015


Bilgisayar depolama aygıtlarının hiyerarşisi. Mikro devreler ve hafıza sistemleri. Rastgele erişimli depolama aygıtları. Bir depolama cihazının çalışma prensibi. İzin verilen maksimum çalışma koşulları. Bellek kapasitesinin, bit derinliğinin ve saklanan sözcük sayısının artırılması.

kurs çalışması, eklendi 12/14/2012


Kurumsal bilgi sisteminin yapısının geliştirilmesi. Adres alanı tasarımı. İstemci istasyonlarının ve sunucu ekipmanının donanım konfigürasyonu seçiminin gerekçesi. Sistem ekipmanı ve yazılımının maliyetinin hesaplanması.

kurs çalışması, eklendi 02/15/2016


Bir mikroişlemcili veri işleme sisteminin blok diyagramının incelenmesi. ATmega161 mikrodenetleyici mimarisinin açıklaması. Rastgele erişim belleğinin hesaplanması. Paralel arayüz adaptörünün yapısı, amacı, programlama yöntemleri.

kurs çalışması, eklendi 24.09.2010


Mikroişlemcili kontrol sisteminin amacı ve tasarımı. Mikroişlemci kontrol sisteminin fonksiyonel diyagramının açıklaması. Ölçüm kanalının statik özelliklerinin hesaplanması. Mikroişlemcili kontrol sisteminin işleyişine yönelik bir algoritmanın geliştirilmesi.

kurs çalışması, eklendi 30.08.2010


Cihazın çalışması için bir blok diyagramın ve genel bir algoritmanın geliştirilmesi. Doğrusal basınç sensörünün ve normalleştirme amplifikatörünün maksimum hatasının tahmini. Bir mikroişlemci veri toplama sisteminin elektrik devre şemasının elemanlarının geliştirilmesi.

kurs çalışması, eklendi 02/08/2015


Tasarım çözümleri seçeneklerinin analizi ve buna göre en uygun çözümün seçimi. Kaynak verilerin analizine dayalı bir mikroişlemci sisteminin işlevsel diyagramının sentezi. Mikroişlemcili bir sistem için donanım ve yazılım geliştirme süreci.

kurs çalışması, eklendi 20.05.2014


Bilgi iletim ekipmanının yapısı. Verici ve alıcı parçaların belirlenen parametrelere uygun olarak geliştirilmesi. Bir sinyal dönüştürme cihazının ve bir hata koruma cihazının işlevsel bir diyagramının geliştirilmesi, işleyişi için bir algoritma.

kurs çalışması, eklendi 03/12/2009


Kuruluşun kurumsal bilgi sisteminin yapısı. Adres alanı ve DNS sisteminin geliştirilmesi. BDT etki alanı yapısı. İş istasyonları ve sunucu ekipmanı için donanım ve yazılım yapılandırmalarının seçilmesi. Standart hizmetleri yapılandırma.

Şu ana kadar ele aldığımız tüm bellek türlerinin ortak bir özelliği vardır: Hem bilgi yazabilirler hem de okuyabilirler. Bu tür hafızaya denir RAM (Rastgele Erişim Belleği).İki tür RAM vardır: statik ve dinamik. Statik RAM D flip-floplar kullanılarak tasarlandı. RAM'deki bilgiler, güç verildiği sürece korunur: saniye, dakika, saat Ve hatta günler. Statik RAM çok hızlıdır. Genellikle erişim süresi birkaç nanosaniyedir. Bu nedenle L2 önbellek olarak sıklıkla statik RAM kullanılır.

İÇİNDE dinamik RAM, aksine tetikleyiciler kullanılmaz. Dinamik RAM, her biri bir transistör ve küçük bir kapasitör içeren bir hücre dizisidir. Kapasitörler sıfırları ve birleri saklamalarına olanak tanıyacak şekilde şarj edilebilir ve boşaltılabilir. Elektrik yükü kaybolma eğiliminde olduğundan, DRAM'deki her bir bitin güncelleme Veri sızıntısını önlemek için birkaç milisaniyede bir (yeniden şarj edin). Harici mantığın güncellemeyle ilgilenmesi gerektiğinden, dinamik RAM, statik RAM'den daha karmaşık bir arayüz gerektirir, ancak bu dezavantaj, daha büyük kapasitesiyle telafi edilir.

DRAM'in bit başına yalnızca 1 transistör ve 1 kapasitöre ihtiyacı olduğundan (statik RAM, bit başına en iyi 6 transistör gerektirir), DRAM çok yüksek bir depolama yoğunluğuna sahiptir (yonga başına birçok bit). Bu nedenle ana bellek neredeyse her zaman dinamik RAM temel alınarak oluşturulmuştur. Ancak dinamik RAM'ler çok yavaştır (erişim süresi onlarca nanosaniye sürer). Böylece SRAM tabanlı önbellek ve DRAM tabanlı ana belleğin birleşimi her iki cihazın avantajlarını birleştirir.

Birkaç tür dinamik RAM vardır. Halen kullanımda olan en eski tür FPM (Hızlı Sayfa Modu - hızlı sayfa)

Bellek 175

modu)-. Bu RAM bir bit matrisidir. Donanım, satır adresini ve ardından sütun adreslerini temsil eder (bu işlemi Şekil 3.30'da gösterilen bellek cihazından bahsederken anlatmıştık. 6).

FPM yavaş yavaş değiştiriliyor EDO 1 (Genişletilmiş Veri Çıkışı - genişletilmiş çıkış özelliklerine sahip bellek), bu, önceki erişim bitmeden belleğe erişmenizi sağlar. Bu ardışık düzen modu bellek erişimini hızlandırmaz ancak verimi artırarak saniyede daha fazla kelime üretir.

Hem FPM hem de EDO eşzamansızdır. Bunların aksine, sözde senkronize dinamik RAM bir saat sinyaliyle kontrol edilir. Bu cihaz statik ve dinamik RAM'in bir melezidir. Senkron dinamik RAM genellikle büyük önbellek üretiminde kullanılır. Belki de bu teknoloji gelecekte ana bellek üretiminde en çok tercih edilen teknoloji haline gelecektir.

RAM tek tip bellek yongası değildir. Çoğu durumda, güç kapatılsa bile verilerin korunması gerekir (örneğin oyuncaklar, çeşitli cihazlar ve makineler söz konusu olduğunda). Üstelik kurulum sonrasında ne programlarda ne de verilerde değişiklik yapılmamalıdır. Bu gereksinimler ortaya çıkmasına neden oldu ROM (salt okunur bellek)İçlerinde saklanan bilgilerin (kasıtlı veya kazara) değiştirilmesine veya silinmesine izin vermeyen cihazlar. Veriler üretim sırasında ROM'a yazılır. Bunu yapmak için, ışığa duyarlı malzemeye uygulanan belirli bir dizi bit içeren bir şablon yapılır ve ardından yüzeyin açık (veya kapalı) kısımları kazınır. ROM'daki programı değiştirmenin tek yolu çipin tamamını değiştirmektir.

Şablon yapım maliyetini karşılamak için büyük miktarlarda sipariş ederseniz ROM'lar RAM'den çok daha ucuzdur. Ancak üretimden çıktıktan sonra değişiklik yapılmasına izin vermezler ve ROM siparişi verilmesi ile tamamlanması arasında birkaç hafta geçebilir. Şirketlerin programlanabilir yeni ROM tabanlı cihazlar geliştirmesini kolaylaştırmak ROM. Geleneksel ROM'lardan farklı olarak sahada programlanabilirler ve teslim süresini azaltırlar. Programlanabilir ROM'ların çoğu bir dizi küçük, birleştirilebilir bağlantı içerir. İstenilen satırı ve istenen sütunu seçip ardından çipin belirli bir pimine yüksek voltaj uygularsanız, belirli bir atlama telini yakmak mümkündür.

Bu hattın bir sonraki gelişmesi silinebilir programlanabilir bir cihazdır. ROM, bu sadece çalışma koşulları altında programlanamaz, aynı zamanda içindeki bilgiler de silinebilir. Belirli bir ROM'daki kuvars pencere 15 dakika boyunca güçlü ultraviyole ışığa maruz kalırsa tüm bitler 1'e ayarlanacaktır. Bir tasarım adımı sırasında birçok değişiklik yapılması gerekiyorsa silinebilir ROM'lar normal programlanabilir ROM'lardan çok daha uygun maliyetlidir. çünkü tekrar tekrar kullanılabilirler. EPROM'lar genellikle statik RAM ile aynı şekilde tasarlanmıştır. Örneğin, 27C040 mikro devresi, Şekil 2'de gösterilen bir yapıya sahiptir. 3.30, A, ve bu yapı statik RAM için tipiktir.

EDO dinamik belleği, 1990'ların ortalarında geleneksel FPM dinamik belleğinin yerini aldı. - Not öğret, ed.

Bir sonraki aşama, darbeler uygulanarak bilgilerin silinebildiği ve ultraviyole ışınlara maruz kalması için özel bir odaya yerleştirilmesine gerek olmayan, elektronik olarak yeniden programlanabilen bir ROM'dur. Ayrıca bu cihazı yeniden programlamak için silinebilir programlanabilir ROM'un aksine özel bir programlama makinesine takılmasına gerek yoktur. Ancak öte yandan, en büyük EEPROM'lar, geleneksel silinebilir ROM'lardan 64 kat daha küçüktür ve yarı hızda çalışırlar. EEPROM'lar DRAM ve statik RAM ile rekabet edemez çünkü 10 kat daha yavaştırlar, 100 kat daha az kapasiteye sahiptirler ve çok daha pahalıdırlar. Yalnızca güç kapatıldığında bilgilerin korunmasının gerekli olduğu durumlarda kullanılırlar.

Elektronik olarak programlanabilir ROM'un daha modern bir türü flash bellektir. Ultraviyole ışığa maruz bırakılarak silinen EPROM ve bayt bayt silinen EPROM'un aksine, flash bellek bloklar halinde silinir ve yazılır. Elektronik olarak programlanabilen herhangi bir ROM gibi, flash bellek de çipten çıkarılmadan silinebilir. Birçok üretici, onlarca megabayt flash bellek içeren küçük devre kartları üretiyor. Görüntüleri dijital kameralarda saklamak ve başka amaçlarla kullanılırlar. Belki bir gün flash bellek disklerin yerini alacak ve bu da 100 saniyelik erişim süreleri dikkate alındığında ileriye doğru büyük bir adım olacaktır. Şu anki temel teknik sorun, flash belleğin 10.000 silme işleminden sonra yıpranması ve sürücülerin, ne kadar yeniden yazılırsa yazılsın yıllarca dayanabilmesidir. Farklı bellek türlerinin kısa bir açıklaması Tablo'da verilmiştir. 3.2.

Tablo 3.2. Farklı bellek türlerinin özellikleri

Depolama türü	Kategori	Silme	Değiştirmek	Enerji	Başvuru
geçen		kayıtlar	bilgi	bağlı olarak
cihazlar			bayt bayt	köprü
Statik	Okuma/	Elektrik	Evet	Evet	Önbellek
RAM (SRAM)	kayıt				ikinci seviye
Dinamik	Okuma/	Elektrik	Evet	Evet	Ana bellek
RAM (DRAM)	kayıt
ROM(YaOM)	Sadece	İmkansız	HAYIR	HAYIR	Cihazlar
	okuma				büyük boy
programı	Sadece	İmkansız	HAYIR	HAYIR	Cihazlar
dünyevi	okuma				küçük
ROM (PROM)					boyut
Yıkanabilir	Öncelikle	Ultra-	HAYIR	HAYIR	Modelleme
programı	önemli ölçüde	menekşe			cihazlar
dünyevi	okuma	ışık
ROM(ERRYUM)
Elektronik	Öncelikle	Elektrik	Evet	HAYIR	Modelleme
yeniden programlamak	önemli ölçüde				cihazlar
dünya çapında ROM	okuma
(EEPROM)
flaş bellek	Okuma/	Elektrik	HAYIR	HAYIR	Dijital kameralar
(Flaş)	kayıt

İşlemci yongaları ve veri yolları 177

İşlemci çipleri ve otobüsleri

MIC'ler, SIS'ler ve bellek yongaları hakkında bazı bilgileri zaten bildiğimiz için tüm bileşenleri bir araya getirip tüm sistemi inceleyebiliriz. Bu bölümde öncelikle pin çıkışı (yani çeşitli pinlerdeki sinyallerin anlamı) dahil olmak üzere dijital mantık düzeyindeki işlemcilere bakacağız. CPU'lar kullandıkları veri yollarına yakından bağlı olduğundan, veri yolu tasarımının temel ilkelerini de kısaca özetleyeceğiz. Aşağıdaki bölümlerde merkezi işlemcilerin ve bunlara yönelik veri yollarının örneklerini ayrıntılı olarak açıklayacağız.

İşlemci çipleri

Tüm modern işlemciler tek bir çipe sığar. Bu, sistemin geri kalanıyla etkileşimlerini oldukça kesin hale getirir. Her işlemci yongası, dış dünyayla bilgi alışverişinin yapıldığı bir dizi pin içerir. Bazı pinler CPU'dan sinyal iletir, diğerleri diğer bileşenlerden sinyal alır ve diğerleri her ikisini de yapar. Tüm pinlerin fonksiyonlarını inceleyerek işlemcinin bellek ve I/O cihazlarıyla dijital mantık düzeyinde nasıl etkileşime girdiğini öğrenebiliriz.

Merkezi işlemci çipinin çıkışları üç türe ayrılabilir: adres, bilgi ve kontrol. Bu pinler, bellek yongaları ve I/O aygıt yongaları üzerindeki karşılık gelen pinlere bir dizi paralel kablo (veri yolu adı verilir) aracılığıyla bağlanır. Bir talimat vermek için, CPU önce bu talimatın adresini adres pinleri aracılığıyla belleğe gönderir. Daha sonra hafızaya örneğin bir kelimeyi okuması gerektiğini söylemek için bir veya daha fazla kontrol satırını çalıştırır. Bellek, gerekli kelimeyi işlemcinin bilgi pinlerine yerleştirerek ve bunun yapıldığını belirten bir sinyal göndererek bir yanıt üretir. CPU bu sinyali aldığında kelimeyi kabul eder ve çağrılan komutu yürütür. ■ Bir komut, veri içeren sözcüklerin okunmasını veya yazılmasını gerektirebilir. Bu durumda tüm süreç her ilave kelime için tekrarlanır. Aşağıda okuma yazma sürecinin nasıl gerçekleştiğine detaylı olarak bakacağız. Merkezi işlem biriminin, çıkışlara sinyal göndererek ve girişlere sinyal alarak bellek ve giriş/çıkış cihazlarıyla iletişim kurduğunu anlamak önemlidir. Bilgi alışverişinde bulunmanın başka yolu yoktur.

Adres pinlerinin sayısı ve bilgi pinlerinin sayısı işlemcinin performansını belirleyen iki temel parametredir. M adres pini içeren bir mikro devre erişebilir 2 ton hafıza hücreleri. Tipik olarak m, 16, 20, 32 veya 64'tür. n veri pini içeren bir çip, tek bir işlemde n bitlik bir kelimeyi okuyabilir veya yazabilir. Tipik olarak n, 8, 16, 32, 36 veya 64'tür. 8 veri pinli bir CPU, 32 bitlik bir kelimeyi okumak için 4 işleme ihtiyaç duyarken, 32 veri pinli bir işlemci aynı işi tek seferde yapabilir.

Bölüm 3. Dijital Mantık Seviyesi

operasyon. Sonuç olarak, 32 bilgi pinine sahip bir çip çok daha hızlı çalışır ancak maliyeti de çok daha yüksektir.

Adres ve bilgi pinlerinin yanı sıra her işlemcide kontrol pinleri bulunur. Kontrol pinleri, işlemciye giden ve işlemciden gelen veri akışını düzenler ve senkronize eder ve diğer çeşitli işlevleri yerine getirir. Tüm işlemciler güç (tipik olarak +3,3 V veya +5 V), toprak ve saat sinyali (kare dalga) için pinler içerir. Kalan pinler işlemciden işlemciye değişir. Ancak kontrol çıkışları birkaç ana kategoriye ayrılabilir:

1. Otobüs yönetimi.

2. Kesinti.

3. Otobüs tahkimi.

4. Durum.

5. Çeşitli.

Aşağıda bu kategorilerin her birini kısaca açıklıyoruz. Pentium II, UltraSPARC II ve picojava II yongalarına baktığımızda daha fazla ayrıntı vereceğiz. Bu tür sinyalleri kullanan tipik bir merkezi işlem biriminin devre şeması Şekil 1'de gösterilmektedir. 3.31.

RAM ve ROM dijital depolama aygıtlarıdır. MK'nin iç kaynaklarının herhangi bir nedenle yetersiz olması durumunda kullanılırlar. Karşılaştırma için, MK veri belleği kapasitesi 0,5…8 KB, program belleği kapasitesi 2…256 KB'dir. MK'ye 32...512 KB kapasiteli bir veya daha fazla harici RAM yongasını veya 0,5...128 MB kapasiteli flash ROM'u bağlayabilirsiniz. Bilgi işlem kaynaklarındaki artış açıktır.

RAM ve ROM'un genelleştirilmiş blok diyagramları büyük ölçüde aynıdır (Şekil 3.8). Taban, AO...An adres hatları aracılığıyla erişilen ve çift yönlü bir veri yolu G/OO...I/Ok aracılığıyla okuma/yazma yapan dikdörtgen bir bellek hücreleri matrisidir. Çok sayıda RAM ve ROM türü, CS, WR, RD kontrol sinyalleri üretme mantığının yanı sıra adres satırlarının çoğullanmasının varlığı veya yokluğu açısından birbirinden farklıdır.

Pirinç. 3.8. RAM'in (ROM) blok diyagramı.

Harici ROM'lar için, "düşük voltajlı" elektriksel olarak yeniden yazılabilir olanları ("Flash" anahtar kelimesi) kullanmak daha iyidir. Programlama voltajları 5 V'tur, eski "yüksek voltajlı" ROM'lar 27C256, KR573RF6A'daki 12...27 V'un aksine, artık MK ile birlikte kullanmanın bir anlamı yoktur.

Flash ROM'daki bilgilerin tipik depolama süresi, 0,1...1 milyon yeniden yazma döngüsüyle 10...40 yıla ulaşır. Seri ve paralel flash ROM'lar vardır. Bunlardan ilki küçük boyutlu, düşük çıktılı ancak erişim hızı ve kapasitesi düşük olanlardır. Örnek - 24Cxxx, 93Cxx serisi. Bu tür ROM'ları MK'ye bağlamak için iki veya üç telli PC ve SPI arayüzleri kullanılır. Buna karşılık, paralel flash ROM'lar büyük miktarda belleğe ve iyi performansa sahiptir, ancak MK ile arayüz oluşturmak için çok sayıda pin (iki veya üç boş 8 bit bağlantı noktası) gerektirir. Örnek - 28Fxxx, 29Cxxx serisi.

Harici RAM yüksek yazma ve okuma hızlarına sahiptir ancak güç kapatıldığında içindeki bilgiler kaybolur. RAM'i MK ile arayüzlemek için her iki bağlantı noktası hattı da kullanılır. Bazen bunları harici RAM alanının genel hafıza kartına dahil edildiği özel bir "Harici RAM" moduna aktarmak daha karlı olur. Belirli bir MK'nin böyle bir modu destekleyip desteklemediği, sembolündeki bağlantı noktası hatlarının belirli adlarıyla belirlenebilir. Örneğin, Şekil 2'de. 3.9, “AP0”…“AP7” (veri/adres veri yolu), “A8”…“A15” (adres veri yolunun yüksek dereceli bitleri), “ALE”, “WR”, “RD” (kontrol sinyalleri).

Şek. 3.10, a...ve harici belleği MK'ye bağlamak için şemaları gösterir.

a) DS1 çipi (Samsung), kendi komut sistemine sahip “akıllı”, yeniden programlanabilir bir ROM'dur. Özellikle USB flash sürücülerde kullanılır;

Pirinç. 3.9. MK Atmel ATmega8515'teki pin konumları ve sinyal adları.

b) Dinamik RAM DS1'deki (OKI) 16 bitlik bilgi, dört blok halinde zaman içinde sırayla "1/01" ... "1/04" pinleri aracılığıyla iletilir/alınır;

Pirinç. FENALIK. Harici belleği MK'ye bağlama şemaları (devam):

c) statik RAM DS1'in (Samsung) adres veri yolu "A0" ... "A18" ve veri yolu "U0" ... "U7" DD1, DD2 kayıtları tarafından çoğullanır. Kayıtlardaki F1, F2 sinyallerinin kenarlarında hücrenin tam adresi iki kez kilitlenir. Eksik adresler doğrudan MK'den (“R0”…“R2”) oluşturulur. RAM ("*RD"/"*WR") okurken/yazarken, en üstteki 8 MK satırı çalışır;

d) DS1, PC veri yolu aracılığıyla MK'ye bağlanan bir ferroelektrik seri "RAM/ROM" FRAM'dir (Ramtron şirketi). Güç uygulandığında FRAM, RAM'e eşdeğerdir ve kapatıldığında ROM'a eşdeğerdir. Yeniden yazma sayısı sınırlı değildir (!), bilgilerin saklanma süresi 45 yıldır;

e) seri RAM DS1'i (64Kx8) üç kablolu bir arayüz ve R2…R4 "çalma önleme" dirençleri aracılığıyla MK'ye bağlamak;

Pirinç. 3.10. Harici belleği MK'ye bağlama şemaları (devam):

e) DD1 kaydı, adres veriyolunun düşük dereceli 8 bitini saklar. En önemli 7 bit, MK'den doğrudan Hitachi DS1 RAM'e sağlanır. MK “Harici RAM” modunda çalışır. Ortak bir kablo yerine, MK'nin serbest çıkışından RAM DS1'in “CE” girişine bir etkinleştirme sinyali uygulayabilirsiniz. Bu, güç kaynağının genel enerji tüketimini azaltmanıza olanak tanır, çünkü "CE" girişindeki seviye YÜKSEK olduğunda, DS1 yongası ekonomik bir veri depolama moduna geçer;

g) seri flash RAM DS1'i Atmel'den MK'ye bağlamak. S1 anahtarı kapalıysa, veriler RAM'e yazılamaz; bu bir koruma modudur. Bazı devrelerde R3, R4 dirençleri eksik. Yedek DS1 - eski AT45DB081B-CNU modelleri de dahil olmak üzere Atmel'in DataFlash AT45DB ailesinden daha büyük/daha küçük kapasiteli herhangi bir RAM;

Pirinç. 3.10. Harici belleği MK'ye (son) bağlamak için şemalar:

h) bir DS1 flash ROM'u (AMD) MK'ye doğrudan bağlarken, çok sayıda boş bağlantı noktası hattı gerekir. Bazı MK çıkış hatları, örneğin "A7", diğer düğümleri kontrol etmek için aynı anda kullanılabilir, ancak bu yalnızca ROM'a erişim olmadığında yapılabilir, yani. “OE” sinyalinin YÜKSEK seviyesinde;

i) DSl…DSn mikro devrelerinin paralel bağlanması nedeniyle RAM kapasitesinin arttırılması. Bağlı RAM'lerin her birinin, "AO", "A1", "A2" girişlerindeki farklı mantıksal seviyelerle belirlenen kendi ağ program adresi vardır.