2. Память. Способы классификации, общая характеристика

Классификация микросхем памяти :

Делится память на 2 вида :

-Оперативное ЗУ (читать и писать )

-ПЗУ (читать в процессе работы МПС)

ОЗУ:

1.Микросхемы регистровой памяти.

2.Статическая память.

3.Динамическая память

ПЗУ:

1.Массочные (ПЗУМ)

2.ПЛМ – программируемые логические матрицы

3.ППЗУ – программируемая пользователем ЗУ

4.РПЗУ – программируемое ЗУ

а) ультрофиолетовое стирание информации

б) электрическое стирание (Flash память)

Порядки микросхем :

ОЗУ

1) Регистровые (фаил из нескольких регистров) , информационная ёмкось не велика.

Достоинства:

а) быстродействуют

Недостатки :

а) большая потребляемая мощность

2) Статическое ЗУ: по информ-ой ёмкости – высокая.На 1 кристалл возможно до 100 Кбайт. Среднее энергопотребление (бит информации) ; быстродействие высокое по ниже регистров, т.к. они построены почти на обычных триггерах. Применимость: быстродействующая память в системе любого типа, строительство простое.

3) Динамическая память: применимость не высокая,потребляемая мощность (бит) маленькая ,высокое быстродействие и высокая информационная ёмкоть в пересчёте на 1 корпус.

Применимость : в системе где требуется высокий объём памяти . Впростых контроллерах не целесообразно применять динамическую память (требуется регенерация).Эта система надёжна , но не для всех систем (кол- во сбоев).

ПЗУ

ПЗУМ – ЗУ запрограммировано на стадии изготовления (путём наложения масок).Применяются в случае высокой серийности изготавливаемых устр-в.Цикл программирования большой (проходит большое время от программирования до применения.

ПЛМ – используется в качестве запоминающего элемента в схеме управления

ППЗУ – схемы с пережигаемыми перемычками внутри кристалла.

Достоинства:

2. Маленький цикл программирования , применяют в низкосерийных устройствах ; для програмирования требуется дополнительная аппаратура .эти перемычки могут зарости (срок службы нормальный)

РПЗУ – схемы этой группы являются наиболее важными.

Достоинства :

1. Низкий цикл программирования .

2. Неоднократность процесса программирования.

3. Кол- во циклов программирования в 1. от 10 и выше ; а в 2. неограничено.

4. Высокая информационная ёмкость.

Недостатки :

1. Дополнительная аппаратура для стирания информации для :

а) источник жёсткого излучения

б) специальный источник

Информационная ёмкость достигает несколько Мбайт. Flash память – относится к группе б). Для её репрограмирования не обязательно вытаскивать из памяти,высокая информационная ёмкость,низкая стоимость. Её не относят к ОЗУ из-за скорости записи.

Память : ( к обоим видам и ОЗУ и ПЗУ)

• синхронная

• асинхронная

В синхронной памяти выдача и приём информации тактируются. В асинхронной памяти приём выдачи информации управления подачи комбинационных сигналов.

Синхронная память быстрее чем асинхронная.

БИЛЕТ N 23

1. Синхронная и асинхронная память. Основные принципы работы.

Память : ( к обоим видам и ОЗУ и ПЗУ)

• синхронная

• асинхронная

В синхронной памяти выдача и приём информации тактируются. В асинхронной памяти приём выдачи информации управления подачи комбинационных сигналов.

Синхронная память быстрее чем асинхронная.

Работа синхронной памяти.Устройство синхронной памяти.

Всё построенно на триггерах ,в обязательном порядке защёлкивается адрес. На память надо подавать тактированные сигналы.

DO : входные данные появляются на вых. с некоторой задержкой tзд и могут быть считаны в следующем такте.

D O и адресная линия : данные появляются на такте где подали адрес , а на следующем такте нужен дополнительный цикл.

Тактирование осуществляется по фронту.

В случае записи и чтении данных по адресу А1 надо 3 цикла :

1. А1 и D1 записались.

2. А2

3. D2

D1* - входные данные копируются на вых. буфер.

2. Архитектура современных микроконтроллеров и микроЭВМ: фон Неймана, гарвардская, DSP. Сравнительная характеристика.

{вставка из рукописи

Фон Нейман

1. Программа хранится в памяти вместе с данными.

2. Все обмены с памятью осуществляются только по средствам ЦП.

3. Последовательное выполнение команд.

4. Данные могут обрабатываться как программа, а программа как данные.

Гарвард

Интерфейс данных, интерфейс команд.

Достоинства: высокая степень параллелизма в обработке данных.

End}

Всем известный IBM PC-совместимый компьютер представляет собой реализацию так называемой фон-неймановской архитектуры вычислительных машин. Эта архитектура была представлена Джоном фон-Нейманом еще в 1945 году и имеет следующие основные признаки. Машина состоит из блока управления, арифметико-логического устройства (АЛУ), памяти и устройств ввода/вывода. В ней реализуется концепция хранимой программы: программы и данные хранятся в одной и той же памяти.

Рис. 1.1 Архитектура фон-Неймана

Если разделить память на память программ и память данных мы получим Гарвардскую архитектуру.

Рис. 1.2 Гарвардская архитектура

Выполняемые действия определяются блоком управления и АЛУ, которые вместе являются основой центрального процессора. Центральный процессор выбирает и исполняет команды из памяти последовательно, адрес очередной команды задается "счетчиком адреса" в блоке управления. Этот принцип исполнения называется последовательной передачей управления. Данные, с которыми работает программа, могут включать переменные - именованные области памяти, в которых сохраняются значения с целью дальнейшего использования в программе.

DSP отличается от других типов микропро­цессоров и микроконтроллеров по следующим пяти основным признакам:

6. Быстрая арифметика.

DSP - процессор должен осуществлять выполнение за один цикл операций умножения, умножения с аккумуляцией, цикли­ческий сдвиг, а также стандартные арифметические и логи­ческие операции.

7. Расширенный динамический объем для операции умножения/ак­кумуляции.

Операция вычисления суммы некой последовательности значе­ний является фундаментальной для алгоритмов, реализуемых на DSP. Защита от переполнения необходима для избежания потери данных.

8. Выборка двух операндов за один цикл.

Очевидно, что для большинства операций, выполняемых DSP, необходимы два операнда. Таким образом, для достижения максимального быстродействия процессор должен быть спосо­бен производить одновременную выборку двух операндов, что требует также наличия гибкой системы адресации.

9. Наличие аппаратно реализованных циклических буферов(встро­енных и внешних).

Широкий класс алгоритмов, реализуемых на DSP требует ис­пользования циклических буферов. Аппаратная поддержка цик­лического возврата указателя адреса или модульная адреса­ция уменьшает непроизводительные затраты процессорного времени и упрощает реализацию алгоритмов.

10. Организация циклов и ветвлений без потери в производитель­ности.

Алгоритмы DSP включают очень много повторяющихся операций, которые могут быть реализованы в виде циклов. Возможность организации последовательности выполнения программы кодов в цикле без потери производительности отличают DSP от дру­гих процессоров. Аналогично, потеря времени при выполнении операции ветвления по условию также недопустима при цифро­вой обработке сигналов.

DSP фирмы Motorola

Фирмой Motorola в настоящее время выпускается три семейства Цифровых Процессоров Сигналов. Это серии DSP56100, DSP56000 и DSP96000. Все микросхемы приведенных серий основываются на архитектуре DSP56000 и различаются разрядностью (16, 24, 32 бит соответственно) и некоторыми встроен­ными устройствами. Таким образом достигается совместимость микрос­хем всех трех семейств снизу вверх. Все DSP фирмы Motorola постро­ены по идентичной трехшинной Гарвардской архитектуре, описанной ранее, с большим количеством составных частей, портов, контролле­ров, банков памяти и шин, работающих параллельно с целью достиже­ния максимального быстродействия.

Передача данных происходит по двунаправленным шинам данных (одной для DSP56100 (XDB) и двум для DSP56000 и DSP96000 (XDB и YDB)), шине данных программ (PDB) и общей шине данных (GDB). Кроме того, у DSP96000 присутствует отдельная шина прямого доступа к памяти (DDB). Передача данных между шинами про­исходит через внутреннее устройство управления шинами.

Адресация осуществляется по двум однонаправленным шинам: шине адреса данных и шине адреса программ.

Блок манипуляции битами позволяет гибко управлять состоянием любого бита в регистрах и ячейках памяти. Наличие такой возможнос­ти является преимуществом по отношению к DSP других пользователей.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет все арифме­тические и логические операции и имеет в своем составе входные ре­гистры, аккумуляторы, регистры расширения аккумуляторов (8-битные, допускающие 256 переполнений без потери точности), параллельный одноцикловой блок умножения с сохранением (МАС), а так же сдвиго­вые регистры.Гибкая система команд позволяет выполнить АЛУ за один цикл команды умножения, умножения с сохранением результата, сумми­рования, вычитания, сдвига и логические операции. Характерной осо­бенностью DSP фирмы Motorola является возможность сдваивания вход­ных регистров АЛУ и увеличения таким образом разрядности обрабаты­ваемых чисел. Еще одной важной особенностью является наличие опе­рации деления, зачастую отсутствующей у других производителей и заменяемой операцией умножения на обратное число, что приводит к потере точности.

Блок формирования адреса выполняет все вычисления, связанные с определением адресов в памяти. Этот блок работает независимо от остальных блоков процессора. За один цикл могут производиться две операции считывания из памяти или одна операция записи. DSP фирмы Motorola обладают чрезвычайно мощной мощной системой адресации, позволяющей производить практически любые манипуляции с данными за одну команду. Это важная особенность выгодно отличает DSP, выпус­каемые фирмой, от аналогов. Адресация по модулю удобна для органи­зации кольцевых буферов без проверки выхода за границу, что позво­ляет избегать непроизводительных затрат времени. Возможность адре­сации с инверсией значащих битов облегчает реализацию БПФ.

Блок управления выполнением программ содержит 6 регистров, среди которых Указатель адреса цикла и Счетчика циклов, позволяю­щие организовать аппаратную поддержку организации циклов в DSP фирмы Motorola, при которой не тратятся дополнительные машинные циклы на проверку условия выхода из цикла и изменения счетчика цикла. В команде организации цикла DO явно указывается количество повторений.

Системный стек представляет из себя отдельную часть из 15 слов ОЗУ, и может хранить информацию о 15 прерываниях, 7 циклах или 15 выходах в подпрограмму. Данные из стека читаются за один цикл уменьшая таким образом непроизводительные затраты времени процессора.

Главной отличительной особенностью DSP фирмы Motorola являет­ся наличие у всех микросхем внутрикристального эмулятора, позволяющие производить отладку программ без ис­пользования дополнительных аппаратных средств. Таким образом нет необходимости в покупке дорогостоящих отладочных средств. Эмулятор позволяет производить запись/считывание регистров и ячеек памяти, установку точек останова, пошаговое выполнение программ и дру­гие действия посредством подачи команд по 4- проводной шине.

Для снижения потребления энергии в моменты, когда не произво­дится вычисления, предусмотрены два режима с пониженным энергопот­реблением : STOP и WAIT.

Для работы совместно с другими процессорами и каналами прямо­го доступа к памяти предусмотрен встроенный HOST-интерфейс.

Обладая всеми вышеперечисленными свойствами, необходимыми для цифровой обработки сигналов, DSP фирмы Motorola имеют чрезвычайно мощную и гибкую систему команд, позволяющую пользователю удобно и эффективно работать с процессорами.

БИЛЕТ N 24