Вопросы и задания

1. Назовите форматы организации оперативной памяти и типы ОЗУ по виду запоминающих ячеек.

2. Как определить емкость ОЗУ (в битах, байтах, словах) по обозначению его микросхемы?

3. Поясните диаграммы сигналов в цикле чтения ОЗУ статического типа.

4. Поясните диаграммы сигналов в цикле записи в ОЗУ статического типа.

5. Поясните диаграммы сигналов в цикле чтения ОЗУ динамического типа.

6. Поясните диаграммы сигналов в цикле записи в ОЗУ динамического типа.

7. Поясните назначение дешифратора в схеме блока статического ОЗУ. Укажите диапазон адресов (адресное пространство) для микросхем блока оперативной памяти.

8. Благодаря чему объединение адресных портов ИМС ОЗУ не препятствует установлению связи только с одной, выбранной, ячейкой блока памяти?

9. Благодаря чему объединение портов данных ИМС ОЗУ не препятствует установлению связи только с одной, выбранной, ячейкой блока памяти?

10. Дайте характеристику управляющим сигналам: в какой момент цикла чтения и записи и какой уровень они должны принимать?

1.4. Постоянные запоминающие устройства.

ПЗУ с раздельными и совмещенными шинами

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ; ROM – Read Only Memory) служит для длительного хранения в нем информации и чтения ее при выполнении программы. ПЗУ является энергонезависимой памятью, и при выключении питания микросхемы содержимое памяти сохраняется. Данные записываются в ПЗУ при программировании ИМС. ПЗУ является относительно быстрой памятью.

Основные характеристики ПЗУ: способ программирования, емкость, организация памяти и шин, быстродействие, энергопотребление и наличие бит защиты от несанкционированного считывания информации из ПЗУ. Битом защиты снабжаются также ПЗУ, входящие в состав микроконтроллеров.

По способу программирования ПЗУ подразделяются на масочные (ROM), однократно программируемые (РROM), многократного электрического программирования со стиранием ультрафиолетовым светом (ЕРROM) и электрическим стиранием (ЕЕРROM).

Масочные ПЗУ программируются на заводе-изготовителе. Информацию, записанную в масочном ПЗУ, называют "прошивкой". Эти ПЗУ используются в качестве носителей постоянных программ, физических и математических констант. Примеры: контроллеры принтеров, сканеров, клавиатуры, дисплеев, магнитофонов, телевизоров, электронные часы, игровые приставки и т.п. Буквенное обозначение масочных ПЗУ - РЕ.

ПЗУ типа РROM в незапрограммированном виде представляют собой на кристалле совокупность вертикальных и горизонтальных проводников, соединенных между собой в точках пересечения перемычками. Перемычками могут быть проводники, диоды, транзисторы. Процесс программирования данного ПЗУ состоит в пережигании нужных перемычек путем пропускания через них большого тока. Тогда целым и пережженным перемычкам соответствуют разные логические уровни сигналов – 0 или 1. Буквенное обозначение этих ПЗУ – РТ.

ПЗУ типов ЕРROM (буквенное обозначение - РФ) и ЕЕРROM (буквенное обозначение - РР) программируются напряжением 18…26 В. Информация, записанная в эти ПЗУ, с течением времени может испортиться (исказиться). Гарантийный срок сохранности информации в запрограммированном ПЗУ составляет от десятков тысяч часов до 15 лет. Число циклов перепрограммирования составляет 10…100 для РФ и 100…10000 для РР. Перед перепрограммированием ПЗУ типа РФ микросхема извлекается из платы и облучается ультрафиолетом в течение 30…60 минут, вся ранее записанная в ней информация стирается. Перепрограммирование ПЗУ типа РР может производиться без извлечения микросхемы из платы, стираться может информация в отдельных ячейках памяти по выбранному адресу. Несмотря на преимущества в программировании ПЗУ РР типа перед РФ типом, ИМС РФ типов существенно дешевле.

Емкость микросхем ПЗУ измеряется в битах, которая указывается в обозначении ИМС. Память ПЗУ организуется тетрадами, байтами и словами, соответственно, по 4, 8 и 16 бит информации на один адрес ячейки памяти.

Быстродействие оценивается величиной времени цикла считывания t_Ц.СЧ и имеет порядок десятки-сотни наносекунд.

Энергопотребление составляет десятки-сотни милливатт на одну ИМС ПЗУ.

Шины адреса и данных выполняются раздельными и совмещенными. У всех типов ПЗУ ШД трехстабильная.

Р ассмотрим микросхемы ПЗУ с раздельными системами шин (рис.1.12).

У этих микросхем, кроме физически разделенных шин адреса и данных, имеются также управляющие входы: вход выбора кристалла, вход для разрешения вывода информации из ПЗУ. К ИМС подводится постоянно напряжение питания U_CC, и для программирования ПЗУ - напряжение U_PR.

Таблица режимов работы ИМС и диаграммы сигналов при чтении ПЗУ приведены на рис.1.12. Требуемая последовательность и длительность сигналов на диаграммах определяется содержанием машинных циклов МП и схемой МЭВМ. Эти диаграммы похожи на диаграммы для режима считывания статических ОЗУ (рис.1.9). Для увеличения емкости постоянной памяти из нескольких корпусов ИМС ПЗУ образуют блоки постоянной памяти.

Рассмотрим микросхему ПЗУ типа К573РФ3 с совмещенными системами шин адреса и данных (рис.1.13). В этой ПЗУ выводы ША являются одновременно и выводами части разрядов ШД. За счет такого совмещения сокращается общее число ножек на корпусе микросхемы. При чтении из ПЗУ совмещенная шина сначала работает как ША, затем – как ШД. Такое переключение с ША на ШД называется мультиплексированием совмещенной шины.

Размер ШД – 16 разрядов (от AD0 до AD15). Размер ШA – 12 разрядов (от AD1 до AD12), которой адресуется 2¹²=4096 ячеек памяти. Следовательно, ПЗУ имеет организацию 4К·16=4Кслов и емкость 65536 бит или 64 Кбит.

Кроме 12 разрядов, которыми адресуются ячейки памяти внутри ИМС, имеются еще 3 разряда (от AD13 до AD15), которые используются при выборе ИМС, входящей в блок памяти.

Н азначение выводов управляющих сигналов ИМС К573РФ3:

- вход синхроимпульсов;

- вход разрешения чтения ПЗУ;

- вход выбора кристалла;

- входной сигнал разрешения программирования ИМС () и чтения информации из ПЗУ ();

- выходной сигнал, который стробирует вывод данных из ПЗУ на совмещенную шину.

Благодаря 3 разрядам (от AD13 до AD15) упрощается объединение ИМС К573РФ3 в блоки памяти, так как нет необходимости в применении дешифратора. В приведенном на рис.1.14 блоке ПЗУ, состоящем из ИМС DD3, DD4,…, по адресным входам AD13… AD15 микросхемы DD3 записан (при программировании) код 000, микросхемы DD4 - записан код 001 и т.д. Распределение адресов по микросхемам блока ПЗУ имеет вид:

Биты адреса*	Минимальный адрес ИМС															Максимальный адрес ИМС
	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
DD3	0	0	0.	0	0	0	0.	0	0	0	0.	0	0	0	0	0	0	0.	1	1	1	1.	1	1	1	1.	1	1	1	1
DD4	0	0	1.	0	0	0	0.	0	0	0	0.	0	0	0	0	0	0	1.	1	1	1	1.	1	1	1	1.	1	1	1	1
:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:	:
DD10	1	1	1.	0	0	0	0.	0	0	0	0.	0	0	0	0	1	1	1.	1	1	1	1.	1	1	1	1.	1	1	1	1
Использование адреса	Код ИМС			Адрес ячейки памяти внутри ИМС												Код ИМС			Адрес ячейки памяти внутри ИМС

* Бит 0 адреса заводится через AD1, бит 1 - через AD2 и т.д.

В блок ПЗУ входят мультиплексор DD1 и элемент "И" (DD2) на 8 входов. Направление передачи мультиплексора определяется сигналом Т.

Если, например, нужно считать информацию из ячейки с адресом 0В7СН (в двоичном виде – 0000.1011.0111.1100В, и ячейка находится в ИМС DD3), то считывание будет состоять из следующих этапов:

1). МП выставляет 15-разрядный адрес (от AD1 до AD15) и сигнал . Так как сигнал Т=1, мультиплексор DD1 соединяет совмещенные шины ИМС DD3…DD10 с ША МП. Кодом 000 старших бит адреса из блока ИМС D D3…DD10 активизируется только ИМС DD3.

2). По завершении некоторого времени, равному времени переходных процессов в ИМС DD3, посылается сигнал синхронизации. Адрес защелкивается во внутреннем регистре адреса ИМС DD3.

3). МП снимает адрес и посылает сигнал считывания .

4). По завершении некоторого времени, равному времени переходных процессов в ИМС DD3, из DD3 посылается сигнал . Сигналом Т=0 мультиплексор DD1 соединяет совмещенную шину ИМС блока памяти с ШД МП. 16-разрядные данные (от AD0 до AD15) поступают в МП по фронту сигнала (переходу из 0 в 1).

5). МП снимает сигналы .

Цикл чтения завершен.