Условные графические обозначения микросхем памяти

На рис. 12.6 представлены примеры обозначений микросхем статического ОЗУ с одноразрядной организацией (Рис. 12.6, а), со словарной организацией и совмещёнными входами-выходами (рис. 12.6,б), микросхемы динамического ОЗУ (Рис. 12.6. в), микросхемы МПЗУ (Рис. 12.6, г), ППЗУ (Рис. 12.6 д), РПЗУ (Рис. 12.6, е).

Условное графическое обозначение содержит три поля. В среднем поле помещено обозначение вида микросхемы памяти и данные о её информационной емкости в битах. На левом поле помещены символы, указывающие на назначение выводов и подводимых к ним сигналов. На правом поле помещены обозначения выводов и соответствующих им подводимых или отводимых сигналов, а также обозначение типа выхода (выходов):

выход с тремя состояниями

выход с открытым коллектором (стоком)

выход с открытым эмиттером (истоком)

Рис. 12.6. Условные графические изображения микросхем памяти:

а – статическое ОЗУ с одноразрядной организацией; б – статическое ОЗУ со словарной организацией и совмещёнными входами-выходами; в – динамическое ОЗУ; г – масочное ПЗУ д – программируемое ПЗУ е – репрограммируемое ПЗУ.

Применение ПЗУ

Основные временные характеристики микросхем ПЗУ - это две величины задержки.

Задержка выборки адреса памяти - время от установки входного кода адреса до установки выходного кода данных.

Задержка выборки микросхемы - время от установки активного разрешающего управляющего сигнала CS до установки выходного кода данных памяти. Задержка выборки микросхемы обычно в несколько раз меньше задержки выборки адреса.

Содержимое ПЗУ обычно изображается в виде специальной таблицы, называемой картой прошивки памяти. В таблице показывается содержимое всех ячеек памяти, причем в каждой строке записывается содержимое 16 (или 32) последовательно идущих (при нарастании кода адреса) ячеек. При этом, как правило, используется 16-ричное кодирование.

Пример карты прошивки ПЗУ с организацией 256х8 показан в табл. 12.1 (все биты всех ячеек считаются установленными в единицу). Пользоваться таблицей очень просто. Например для того, чтобы посмотреть содержимое ячейки памяти с 16-ричным адресом 8А, надо взять строку таблицы с номером 80 и столбец таблицы с номером А (данная ячейка в таблице выделена жирным шрифтом).

Любые микросхемы ПЗУ легко можно включать так, чтобы уменьшать или увеличивать количество адресных разрядов, то есть уменьшать или увеличивать количество используемых ячеек памяти.

На Рис. 12.7 показано, как из микросхемы с организацией 2Кх8 сделать микросхему 512х8. Два старших разряда адреса памяти отключены (на них поданы нулевые сигналы). Использоваться будут только младшие (верхние в таблице прошивки) 512 ячеек, и только их надо будет программировать.

Рис. 12.7. Уменьшение количества адресных разрядов ПЗУ

Задача увеличения количества адресных разрядов ПЗУ встречается значительно чаще задачи уменьшения количества адресных разрядов.

Для увеличения адресных разрядов обычно применяются микросхемы дешифраторов (Рис. 12.8).

Младшие разряды шины адреса при этом подаются на объединенные адресные входы всех микросхем, а старшие - на управляющие (адресные) входы дешифратора. Выходные сигналы дешифратора разрешают работу всегда только одной микросхемы памяти. В результате на общую шину данных всех ПЗУ выдает свою информацию только одна микросхема.

Применение дешифратора 3-8 позволяет объединить 8 микросхем ПЗУ (добавить три адресных разряда.

Рис. 12.8. Увеличение количества адресных разрядов ПЗУ

с помощью дешифратора

Часто возникает также задача увеличения количества разрядов данных. Для этого необходимо всего лишь объединить одноименные адресные входы нужного количества микросхем ПЗУ выходы же данных ПЗУ не объединяются, а образуют код с большим числом разрядов. Например, при объединении таким образом двух микросхем с организацией 8Кх8 можно получить ПЗУ с организацией 8Кх16.

Одно из самых распространенных применений микросхем ПЗУ - замена ими сложных комбинационных схем.

Если рассматривать адресные входы микросхемы ПЗУ как входы комбинационной схемы, а разряды данных - как выходы этой комбинационной схемы, то можно сформировать любую требуемую таблицу истинности данной комбинационной схемы. Для этого всего лишь надо составить таблицу прошивки ПЗУ, соответствующую нужной таблице истинности.

В качестве примера рассмотрим комбинационную схему, представленную на Рис.12.9., имеющую восемь входов и четыре выхода. Схема распознает два различных 5-разрядных входных кода (11001 и 10011) в случае, когда на входе разрешения «–Разр.» присутствует нулевой сигнал, а при приходе сигналов «–Строб 1» и «Строб 2» схема выдает на выход отрицательные импульсы. Причем первый выходной сигнал вырабатывается в случае, когда входной код равен 11001 и пришел сигнал «–Строб 1», второй выходной сигнал - при том же коде, но по входному сигналу «–Строб 2». Третий и четвертый выходной сигналы вырабатываются при входном коде 10011 и при приходе соответственно управляющих сигналов «–Строб 1» и «–Строб 2».

Рис. 12.9. Пример комбинационной схемы, заменяемой ПЗУ

Всю эту схему можно заменить одной микросхемой ПЗУ (рис. 12.10). Микросхема ПЗУ всегда выбрана (управляющие сигналы –CS1 и –CS2 - нулевые). На выходах данных памяти включены резисторы, так как тип выходов микросхемы - ОК.

Рис. 12.10. Включение ПЗУ для замены комбинационной схемы,

показанной на рис. 12.9

Микросхемы ПЗУ могут заменять собой любые комбинационные микросхемы: дешифраторы, шифраторы, компараторы кодов, сумматоры, мультиплексоры, преобразователи кодов и т.д.

В общем случае ПЗУ можно рассматривать как преобразователь входного кода (кода адреса) в выходной код (код данных) по произвольному закону, задаваемому разработчиком. Это позволяет не только преобразовывать друг в друга различные стандартные коды, но и выполнять множество других функций, например, использовать ПЗУ как простейший табличный вычислитель.

Одно из наиболее распространенных применений ПЗУ как преобразователя кодов - это построение на их основе всевозможных индикаторов, отображающих на экране буквы и цифры. ПЗУ в данном случае переводит код (номер) буквы или цифры в ее изображение. Конечно, в данном случае заменить ПЗУ комбинационной схемой совершенно невозможно, так как букв и цифр очень много, а их изображения очень разнообразны.

Простейший пример данного применения ПЗУ - это управление знаковым семисегментным индикатором, знакомым всем по калькуляторам, кассовым аппаратам, электронным часам, весам и т.д. В семисегментных индикаторах изображение всех цифр от 0 до 9 строится всего из семи сегментов (отрезков линий) (Рис 12.11.).

Рис. 12.11. Дешифратор знакового семисегментного индикатора на ПЗУ

Чтобы отобразить в виде цифры 4-разрядный двоичный код, надо этот код преобразовать в 7-разрядный код, каждому разряду которого будет соответствовать один сегмент индикатора. То есть коду 0000 должно соответствовать изображение нуля (6 сегментов, расположенных по периметру), а коду 0001 — изображение единицы (два правых вертикальных сегмента). Для повышения универсальности индикатора удобно дополнить десять цифр еще и шестью буквами, использующимися в 16-ричном коде (A, B, C, D, E, F). Семь сегментов индикатора позволяют сделать и это, правда, изображения букв получаются не слишком качественными.

ПЗУ типа РЕ3, используемое в качестве дешифратора индикатора, имеет 4 входа и 7 выходов (старший разряд адреса и старший разряд данных не используются). Карта прошивки ПЗУ приведена в табл. 12.4. Нулевой сигнал на каждом из выходов данных ПЗУ зажигает соответствующий ему сегмент.

Применение ОЗУ

Как уже отмечалось, оперативная память бывает двух основных видов: с раздельными шинами входных и выходных данных (в основном это одноразрядная память) и с двунаправленной (совмещенной) шиной входных и выходных данных (многоразрядная память). Некоторые простейшие примеры микросхем памяти обоих этих видов приведены на рис. 12.12.

Выходы данных микросхем памяти имеют тип ОК (довольно редко) или 3С. Управляющие сигналы - это сигнал выбора микросхемы CS (иногда их несколько), сигнал записи WR (обычно отрицательный) и иногда сигнал разрешения выхода OE.

Микросхема оперативной памяти К155РУ7 (аналог - F9342APC) имеет организацию 1Кх1 и раздельные входной и выходной сигналы данных. Выход микросхемы - типа 3С. Управление работой микросхемы производится двумя управляющими сигналами CS и WR. Режимы работы микросхемы приведены в таблице 12.5.

Микросхема КМ132РУ10 отличается от К155РУ7 в основном большим объемом (организация 64К х 1) и несколько меньшим быстродействием. Назначение управляющих сигналов и таблица режимов работы у этих микросхем совпадают.

Рис. 12.12. Примеры микросхем статических ОЗУ

Микросхема КР541РУ2 (аналог - IM7147L-3) относится к другой разновидности микросхем памяти. У нее четыре двунаправленных вывода данных типа 3С. Управляющие сигналы те же самые: –CS и –WR. Таблица режимов работы (таблице 12.26) также похожа на таблицу для одноразрядных микросхем. Главное отличие состоит в том, что в режиме записи на входах/выходах данных присутствует записываемая информация.

Микросхема HM62256 фирмы Hitachi отличается от КР541РУ2 прежде всего организацией (32К х 8) и управляющими сигналами (добавлен сигнал разрешения выхода –OE). Когда этот сигнал пассивен (равен единице), входы/выходы данных микросхемы находятся в состоянии 3С независимо от режима работы. Введение дополнительного сигнала позволяет более гибко управлять работой микросхемы. К тому же обычно в подобных микросхемах при пассивном сигнале –CS (равном единице) значительно уменьшается потребляемая мощность.

В настоящее время имеется огромный выбор микросхем памяти с разным объемом (от нескольких байт до нескольких мегабайт), с разным количеством разрядов (обычно 1, 4, 8, 16 разрядов), с разными методами управления, с разным потреблением и быстродействием. В каждом конкретном случае надо подбирать оптимальную память, в наибольшей степени удовлетворяющую требованиям решаемой задачи.

Для микросхем памяти очень важны временные параметры (задержки сигналов относительно друг друга) и порядок выставления и снятия сигналов адреса, данных и управления. Всю эту информацию дают временные диаграммы циклов записи в память и чтения (считывания) из памяти, приводимые в справочниках.

Самые главные временные параметры оперативной памяти следующие:

· время выборки адреса (задержка между изменением адреса и выдачей данных);

· время выборки микросхемы (задержка выдачи данных по выставлению сигнала -CS);

· минимальная длительность сигнала записи -WR;

· минимальная длительность сигнала -CS.

Типичные временные диаграммы циклов записи и чтения приведены на Рис. 12.13. Конкретные временные диаграммы для каждого типа памяти необходимо смотреть в справочниках.

Для записи информации в память надо выставить код адреса на адресных входах, выставить код записываемых в этот адрес данных на входах данных, подать сигнал записи –WR и подать сигнал выбора микросхемы –CS. Порядок выставления сигналов бывает различным, он может быть существенным или несущественным (например, можно выставлять или снимать –CS раньше или позже выставления или снятия –WR). Собственно запись

Рис. 12.13. Типичные временные диаграммы записи в память (а)

и чтения из памяти

обычно производится сигналом -WR или –CS, причем данные должны удерживаться в течение всего сигнала –WR (или –CS) и заданное время после его окончания.

Сигнал –CS у некоторых микросхем памяти допускается держать активным (нулевым) для всех записываемых адресов и при этом подавать импульсы –WR для каждого адреса. Точно так же у некоторых микросхем допускается держать активным (нулевым) сигнал записи -WR, но при этом подавать импульсы –CS.

В случае микросхем памяти с двунаправленной шиной данных необходимо использовать источник записываемых данных с выходом 3С или ОК, чтобы избежать конфликта данных, записываемых в память, с данными, выдаваемыми из памяти в режиме чтения.

Микросхемы оперативной памяти довольно часто объединяются для увеличения разрядности данных или разрядности адреса.

На рис. 12.14 показано объединение четырех микросхем К155РУ7 для получения памяти с организацией 1Кх4. Точно так же могут быть объединены и микросхемы с двунаправленной шиной данных. К примеру, из четырех микросхем памяти с организацией 1Кх4 можно получить память с организацией 1Кх112.

Для увеличения количества адресных разрядов используются те же методы, что и в случае ПЗУ. Если объединяются всего две микросхемы памяти, то можно обойтись без применения дешифраторов, выбирающих одну из объединяемых микросхем.

Рис. 12.14. Объединение микросхем памяти для увеличения

разрядности шины данных

Рис. 12.16. Объединение микросхем памяти для увеличения

разрядности шины адреса

На рис. 12.16 показан вариант схемы объединения двух микросхем HM62256 для получения памяти с организацией 64Кх8. Дополнительный старший адресный разряд управляет прохождением сигнала –CS на одну из микросхем (при нулевом уровне на дополнительном адресном разряде сигнал –CS проходит на левую по рисунку микросхему, при единичном уровне - на правую по рисунку микросхему).

12.6 Контрольные вопросы

1. Какие единицы измерения используются для обозначения количества ячеек памяти?

2. Что обозначает организация памяти 124Кх16?

3. Дайте опеделение ОЗУ?

4. Какая память называется постоянной?

5. Что такое буферная память?

6. Что представляет собой стековая память?

7. Какая память называется СОЗУ?

8. Нарисуйте классификацию микросхем памяти.

9. Нарисуйте обобщенную структурную схему запоминающего устройства.

10. Нарисуйте условное обозначение микросхемы ОЗУ с двунаправленной шиной данных. Поясните назначение выводов.

11. Нарисуйте условное обозначение микросхемы ПЗУ. Поясните назначение выводов.

12. Нарисуйте условное обозначение микросхемы ОЗУ с с раздельными шинами входных и выходных данны. Поясните назначение выводов.

13. Как обозначается выход с тремя состояниями?

14. Как обозначатся выход с открытым коллектором (стоком)?

15. Как обозначатся выход с открытым эмиттером (истоком)?

16. Назовите основные временные характеристики микросхем ПЗУ.

17. Что такое задержка выборки адреса памяти?

18. Что такое задержка выборки микросхемы?

19. Назовите основные параметры оперативной памяти.

20. Нарисуйте временную диаграмму записи в оперативную память.

21. Нарисуйте временную диаграмму чтения из оперативной памяти.

22. Как объединяюится микросхемы памяти для увеличения разрядности шины адреса?

23. Как объединяются микросхемы памяти для увеличения разрядности шины данных?