65.Способы увеличения объема памяти запоминающих устройств

На практике приходится иметь дело со стандартным рядом интегральных схем запоминающих устройств, организация и объем памяти которых заданы. Как правило, эти показатели не совпадают с требованиями конкретной аппаратуры, и встает задача построения на интегральных схемах ЗУ заданной организации ЗУ с требуемой организацией.

Для этой цели используются два технических решения: наращивание разрядности хранимых слов; наращивание числа хранимых слов. Используя одновременно оба этих метода, можно увеличить как разрядность, так и количество хранимой информации.

Увеличить разрядность хранимых в памяти слов можно параллельным включением нескольких одинаковых интегральных схем. На рис. 6.7, а показано построение ЗУ с организацией 1К×4 бит на основе интегральных схем с организацией 1К×1. Для этого один и тот же адрес необходимо подать одновременно на адресные входы четырех интегральных схем. С выхода каждой интегральной схемы по указанному адресу будет считан 1 бит информации. Следовательно, подключив выходы интегральных схем к соответствующим разрядам 4-разрядной шины, с последней можно считать 4-разрядное слово. Таким образом, наращивание разрядности хранимых информационных слов не требует применения дополнительных технических средств и может быть выполнено простым соединением имеющихся интегральных схем.

Практическая задача увеличения количества хранимых слов решается с использованием дополнительного дешифратора, предназначенного для формирования сигнала разрешения работы нескольким параллельно включенным по выходам интегральных схем. Данное решение иллюстрируется рис. 6.7, б на котором показано выполнение памяти 4К×1 на основе интегральных схем с собственной организацией 1К×1. Для обращения к объему памяти в 4К необходимо 12-разрядное адресное слово. Интегральная схема заданного типа управляется 10-разрядным адресным словом. Два старших разряда адреса иподаются на адресные входы дополнительного дешифратора, выходы которого подсоединены к входамсоответствующих интегральных схем. Поэтому при подаче адреса дешифратор старших разрядов из четырех интегральных схем выберет только ту, в которой хранится нужная информация. Выходы остальных интегральных схем будут отключены от выходной шины данных, с которой будет считана только соответствующая поданному адресу информация.

Рис. 6.7. Организация ЗУ при наращивании разрядности выходного слова (а) и

числа хранимых слов (б)

66. ЦАП и АЦП

В электронных системах одинаково широко используется обработка информации, представленной в аналоговой и цифровой формах. Объясняется это тем, что первичная, исходная информация о различных физических величинах и процессах носит аналоговый характер. Обработку же этой информации удобнее вести в цифровой форме. Использование полученных после цифровой обработки результатов также в большинстве случаев требует их аналогового представления. Следовательно, любая система, использующая цифровые методы обработки информации, должна содержать устройства взаимного преобразования аналоговых и цифровых сигналов. Роль таких устройств выполняют аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП).

Аналого-цифровой преобразователь – устройство, предназначенное для преобразования непрерывно изменяющейся во времени аналоговой физической величины в эквивалентные ей значения числовых кодов.

Цифро-аналоговый преобразователь – устройство, предназначенное для преобразования входной величины, представленной последовательностью числовых кодов, в эквивалентные им значения заданной физической величины.

Процесс аналого-цифрового преобразования предполагает последовательное выполнения следующих операций:

– выборка значений исходной аналоговой величины в некоторые заданные дискретные моменты времени, т.е. дискретизация сигнала по времени;

– квантование (округление до некоторых известных величин) полученной в дискретные моменты времени последовательности значений исходной аналоговой величины по уровню;

– кодирование – замена найденных квантованных значений некоторыми числовыми кодами.

Проиллюстрируем эту последовательность действий с помощью рис. 7.1. Пусть задана некоторая аналоговая зависимость . Для получения ее дискретного эквивалентанеобходимо провести выборку ее значений в дискретные моменты времени, гдецелое число. Постоянная величинаносит название периода выборки илипериода дискретизации, а сам процесс замены исходной аналоговой функции некоторой дискретной функциейназывается дискретизацией сигнала во времени.

Рис. 7.1. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование

Операция квантования по уровню дискретной функции заключается в отображении бесконечного множества ее значений на некоторое конечное множество значений, называемыхуровнями квантования. Для выполнения этой операции весь динамический диапазон изменения дискретной функцииразбивают на некоторое заданное число уровнейи производят округление каждой величиныдо ближайшего уровня. Величинаносит названиешага квантования. Результатом операции квантования по уровню является дискретная функция , которая может приниматьзначений.

Для выполнения последней операции необходимо выбрать некоторый код , способный отображать не менее-го значения, и каждому дискретному значениюпоставить в соответствие некоторый код. В простейшем случае в качестве кода может быть использована последовательность чисел, соответствующих порядковым номерам уровней квантования. При таком выборе кода представленная на рис. 1 функцияможет быть заменена последовательностью десятичных чисел= {0, 1, 3, 4, 4, 5, 4, 4, 3, 2, 2}, или в двоичной форме= {000, 001, 011, 100, 100, 101, 100, 100, 011, 010, 010}.

В аналитической форме процесс аналого-цифрового преобразования может быть представлен выражением

, (7.1)

где результат в квадратных скобках округлен до ближайшего целого числа, – погрешность преобразования на-м шаге.

Переходы от исходной функции к дискретнойи далее к квантованной по уровнюсопряжены с некоторой потерей информации. На этапе кодирования подобные потери отсутствуют.

Для исключения погрешности на этапе дискретизации по времени, согласно теореме Котельникова, период дискретизации должен отвечать условию

, (7.2)

где – частота максимальной гармоники исходного сигнала. В этом случае дискретные значенияполностью определяют исходную зависимость.

Процесс квантования по уровню дискретной функции всегда связан с внесением некоторой погрешности, значение которой определяется неравенством

. (7.3)

Величина носит название шума квантования и однозначно определяется числом допустимых значений функции, т.е. разрядностью используемого числового кода.

Кроме рассмотренных, существуют также инструментальные погрешности преобразования, связанные с неидеальностью используемой элементной базы.

Процесс цифро-аналогового преобразования предполагает последовательное выполнение следующих операций:

– формирование в заданном диапазоне изменения выходного сигнала его дискретных значений, отличающихся на некоторое значение, и постановка каждому сформированному уровню в соответствие некоторого кода;

– последовательное, с заданным временным интервалом , присвоение выходному сигналу значений выделенных уровней, соответствующих входной последовательности кодов.

Если предположить, что и, то результатом цифро-аналогового преобразования полученной ранее последовательности кодовбудет показанная на рис. 5.1 ступенчатая функция. Эта функция, хоти и непрерывна во времени, но остается дискретной по уровню, что является результатом погрешности, обусловленной шумом квантования.

Математически алгоритм цифро-аналогового преобразования можно записать в виде

, (7.4)

где – погрешность преобразования на-м шаге.