9.11. Запоминающие устройства

Запоминающие устройства (ЗУ) служат для хранения информации и обмена ею с другими устройствами.

Для кратковременного хранения небольших объемов информации обычно используют регистры. В цифровых системах для хранения больших объемов информации применяют запоминающие устройства в виде специализированных интегральных микросхем.

Основные параметры ЗУ:

Информационная емкость определяет максимальный объем хранимой информации. Выражается в битах или в словах (например, 8-разрядное кодовое слово называется байтом). Бит информации хранится в запоминающем элементе (ЗЭ), а слово – в группе запоминающих элементов (так называемой запоминающей ячейке), к которым возможно лишь одновременное обращение.

Быстродействие ЗУ определяется в общем случае большим числом параметров, основными их которых являются время выборки и длительность циклов чтения-записи.

В ЗУ используют различные способы доступа к хранимым в нем данным – адресный, последовательный, циклический, ассоциативный.

При адресном способе доступа поступающий на адресный вход код указывает ЗЭ, с которым ведется обмен. В момент обращения все ЗЭ равнодоступны. Адресные ЗУ делятся на ОЗУ (оперативные ЗУ) и ПЗУ (постоянные ЗУ). При выполнении программы в ОЗУ записывают, хранят и считывают данные. Данные в ОЗУ могут быть изменены в произвольный момент времени. При выключении микропроцессорной системы информация в ОЗУ теряется. В ПЗУ записанная информация либо не изменяется, либо изменяется, но очень редко, а при отключении питания информация, записанная в ПЗУ, сохраняется.

Структура 2D ОЗУ

В структуре 2D информация хранится в виде слов в ячейках, образующих строки прямоугольной матрицы размерностью , где– информационная емкость в битах,– число хранимых слов (строк),– их разрядность (рис. 9.36). При поступлении разрешающего сигнала CS дешифратор DC разрешает доступ к строке, номер которой совпадает с адресным кодом, пришедшем на вход дешифратора. Направление обмена данными определяется усилителями чтения/записи под воздействием сигнала (Write – запись, Read – чтение). Данная структура применяется в ЗУ малой емкости, поскольку с увеличением информационной емкости существенно усложняется дешифратор адреса.

Рис. 9.36. Структура ОЗУ типа 2D

Структура 2DM ПЗУ

Модифицированная структура ЗУ типа 2DM (рис. 9.37) сохраняет адресацию строк, как и в структуре 2D. Однако длина строки многократно превышает разрядность хранимых слов, и равна. В структуре 2DM для выбора одной из строк служит только часть старших разрядов адресного кода . Остальные младшие разряды кода адресауправляют мультиплексорами, которые из каждого изотрезков строки выбирают по одному биту и на выходах формируют слово. По разрешающему сигналуCS выходное слово управляемыми буферами ОЕ передается на внешнюю шину.

Рис. 9.37. Структура типа 2DM для ПЗУ

9.12. Примеры цифровых систем

9.12.1. Электронные часы

Простейшие электронные часы (рис. 9.38) содержат: генератор тактовых импульсов, делители частоты, счетчики, дешифраторы и семисегментные индикаторы.

Генератор тактовых импульсов генерирует прямоугольные импульсы с частотой кратной 2. Чтобы обеспечить высокую точность часов для стабилизации частоты следования импульсов используют кварцевый резонатор. Частота следования импульсов в нашем примере равна f_Г=2¹⁵ Гц =32768 Гц.

Рис. 9.38. Структурная схема электронных часов

С помощью набора счетчиков, работающих в режиме деления частоты, частоту следования импульсов понижают до частоты f=2⁰ Гц=1 Гц. Импульсы с периодом следования T=1 с поступают на вход десятичного счетчика секунд. Счетчик с модулем счета K_c=6 считает десятки секунд. Следующая пара счетчиков с модулями счета K_c=10 и 6 сосчитывают единицы и десятки минут. Счетчик с K_c=24 считает единицы и десятки часов. Посекундно результаты счета числа импульсов после раскодирования в дешифраторах фиксируются в виде свечения сегментов индикаторов, соответсвующих данному моменту времени.