Практические задания

1. Объяснить работу мультивибратора на логических элементах по принципиальной схеме.

2. Объяснить работу на уровне внешнего функционирования двоичного счетчика, параллельного регистра и дешифратора.

3. Включить в передающей части одну из команд, пронаблюдать и уметь объяснить осциллограммы на всех контрольных точках стенда.

4. Используя переменный резистор или магазин сопротивлений экспериментально определить величины резисторов для семи команд.

5. Предложить способ увеличения количества команд в излучаемой системе.

Работа 11 оперативное запоминающее устройство

Запоминающее устройство являются одной из самых главных частей современного компьютера, во многом определяющей возможности вычислительной машины.

Устройства памяти можно разделить по функциональному назначению на две группы – постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) и оперативные запоминающие устройства (ОЗУ).

Внешним признаком, отличающим одну из этих групп от другой, является способность сохранять или не сохранять записанную информацию при отключенном источнике питания. Первая группа устройств памяти – ПЗУ не требует для хранения информации энергии источника питания, поэтому такие устройства еще называют энергонезависимой памятью.

Вторая группа устройств памяти – ОЗУ реализована на других физических принципах и требует наличия источника питания на всех стадиях работы: записи, чтения и хранения информации. Энергозависимость ОЗУ является, конечно, недостатком этих устройств по сравнению с энергонезависимыми устройствами ПЗУ, но зато ОЗУ на несколько порядков превосходят ПЗУ по быстродействию, и оба эти устройства, каждое со своими функциями, одинаково необходимы в компьютере.

В данной работе изучается устройство, предназначенное для работы с быстро изменяющейся информацией, т. е. оперативное запоминающее устройство.

ОЗУ выполняются в виде интегральных схем и состоят из некоторого количества собственно ячеек памяти и устройств управления, осуществляющих процессы записи и чтения информации. Каждая ячейка памяти может содержать один или несколько бит информации, чаще всего бывает 1, 4, или 8 бит. В паспортных данных для каждой микросхемы памяти указывается ее организация. Например, микросхема К132РУ9 имеет организацию 1024 на 4. Первое число показывает количество ячеек памяти, второе обозначает разрядность числа, которое может быть записано в каждую ячейку, т. е. количество бит информации в одной ячейке. Общее количество информации, выраженное в битах, равно произведению числа ячеек на разрядность каждой ячейки. Для упомянутой микросхемы емкость будет равна 4096 бит, или 4 килобита.

Устройства ОЗУ бывают двух типов – статические и динамические. Элементами памяти в статических оперативных запоминающих устройствах являются триггеры. Каждый из триггеров, переведенный в одно из двух возможных состояний, находится в этом состоянии до тех пор, пока подано напряжение питания и нет никаких других управляющих сигналов. В динамических ОЗУ элементом памяти служит конденсатор, который может хранить электрический заряд, а следовательно, высокий потенциал между обкладками (логическую единицу) в течение времени, определяемого величиной емкости и всегда существующими ненулевыми токами утечек. В реальных устройствах с конденсаторными ячейками памяти время хранения информации составляет несколько миллисекунд, поэтому такие устройства снабжены специальными электронными схемами, которые через каждые, например, две миллисекунды восстанавливают, регенерируют хранящуюся информацию. Такие динамические ОЗУ нашли очень широкое применение ввиду того, что за счет простоты ячейки памяти занимают малое место и на единице площади полупроводникового кристалла позволяют хранить значительное количество информации.

Рассмотрим подробнее одно из простейших статических ОЗУ – микросхему К155РУ2. Емкость этого ОЗУ составляет 64 бит, организация 16 на 4, т.е. имеется 16 четырехразрядных ячеек памяти. Условное обозначение микросхемы приведено на рис. 11.1.

Рис. 11.1. Микросхема К155РУ2

Вход CS является входом выборки кристалла. Если на этом входе логический нуль, то микросхема готова к работе в режимах, определяемых уровнями сигналов на других входах, если же на этом входе логическая единица, то выводы микросхемы отключаются от внутренних цепей микросхемы, и она не мешает работе других устройств, которые могут быть подключены к тем же внешним цепям, что и данная микросхема. Такое состояние выводов микросхем называется третьим состоянием (в отличие от нулевого и единичного) или высокоимпедансным. Вход W/R задает либо режим чтения информации (Read), если на нем логическая единица, либо режим записи информации (Write) при логическом нуле. Строго говоря, запись происходит в тот момент, когда напряжение на входе переходит от высокого уровня к низкому. Входы А1...А4 задают адрес ячейки памяти, информацию из которой надо прочитать на выходах Q1...Q4 или, наоборот, записать в эту ячейку какую-либо информацию. Та информация, которую надо записать, вводится через входы данных D1...D4. Запись производится кратковременным обнулением входа W/R. В то время когда на этом входе есть логическая единица, состояние выходов микросхемы отображает содержимое той ячейки, адрес которой присутствует в это время на адресных входах А1...А4. Если перебирать все значения адресов, то на выходы Q1...Q4 будет последовательно выводиться вся информация, хранящаяся в микросхеме.

Для того чтобы наглядно представить информацию, хранящуюся в ОЗУ, в данной работе эта информация преобразуется к аналоговому виду. Это преобразование осуществляется с помощью цифроаналогового преобразователя – ЦАП, схема которого приведена на рис. 11.2.

Рис. 11.2

Здесь D1 – любое цифровое устройство (например, изучаемое ОЗУ), формирующее на выходах число в двоичном коде; цифры 1, 2, 4, 8 являются удельными весами двоичных разрядов. Теперь на величины резисторов R ₁...R ₄ наложим два условия:

1. R₀ << R₄:

2. R ₁ : R ₂ : R ₃ : R ₄ = 8 : 4 : 2 : 1.

Эти условия означают, что влиянием резистора R ₀ на токи, создаваемые логическими потенциалами в схеме, можно пренебречь, тогда можно утверждать, что токи I ₁...I ₄ будут прямо пропорциональны удельным весам разрядов двоичного числа. Эти токи будут создавать на резисторе R₀ падение напряжения U_вых, для которого запишем:

U_вых = I ₀R ₀.

Из закона Кирхгофа

I ₀ = I ₁ + I ₂ + I ₃ + I ₄.

Тогда для выходного напряжения будем иметь:

U_вых = (I ₁ + I ₂ + I ₃ + I ₄)R ₀.

Теперь видно, что величина U_вых формируется (с точностью до постоянного коэффициента R ₀) так же, как и величина двоичного числа

А(двоичн.) = а₁2⁰ + а₂2¹ + а₃2² + а₄2³,

здесь а₁...а₄ – нули или единицы разрядов двоичного числа а; 2⁰...2³ – удельные веса соответствующих разрядов.