Обобщенная архитектура и интерфейс запоминающего устройства

Запоминающее устройство представляет собой набор ячеек (регистров), каждая из которых может хранить определенное количество (как правило, 1 байт) информации. Регистр состоит из элементарных запоминающих элементов, каждый из которых хранит информацию о состоянии одного бита. Так как бит может иметь только два значения, элементарный запоминающий элемент также должен иметь два устойчивых состояния. Такой элемент получил название триггера. Таким образом, ячейка ЗУ состоит из триггеров, каждый из которых хранит значение одного бита. К каждой ячейке ЗУ возможно индивидуальное обращение со стороны МП для чтения или записи информации.

Запоминающие устройства подразделяются на постоянные запоминающие устройства и оперативные запоминающие устройства.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM — Read Only Memory) предназначено для хранения неизменяемой информации. Информация из него может быть только прочитана и не может быть записана (изменена) микропроцессором. ПЗУ является энергонезависимым — при отключении питания информация в нем сохраняется. ПЗУ предназначено для хранения команд программы и различных констант, используемых при выполнении вычислений и обработки данных.

Классификация ПЗУ:

· ПЗУ масочного типа (ПЗУ, однократно программируемое при изготовлении). Программируется однократно при изготовлении микросхемы (в заводских условиях).

· ПЗУ, однократно программируемые у заказчика. Изготавливаются "чистыми", информация заносится с помощью специального устройства (программатора) разработчиком или изготовителем микропроцессорной системы. После занесения информации ("программирования") изменение ее невозможно.

· ПЗУ многократного программирования. Аналогичны предыдущему типу, но информация может быть стерта и записана вновь (то есть можно модифицировать данные и заменять их другими). По способу стирания информации подразделяются на:

ПЗУ с электрическим стиранием — стирание информации выполняется путем подачи напряжения определенной величины на специальные входы микросхемы.

ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием — стирание информации производится путем облучения кристалл ПЗУ ультрафиолетовым излучением с определенной длиной волны в течение определенного времени (через отверстие в корпусе микросхемы).

Стоимость ПЗУ минимальна для ПЗУ масочного типа и максимальны у ПЗУ многократного программирования. Соответственно и области использования у них различны. ПЗУ масочного типа применяют при серийном изготовлении крупных партий микропроцессорных систем. ПЗУ однократного программирования — при единичном производстве. Перепрограммируемые ПЗУ — при разработке и отладке системы, когда часто возникает необходимость в модификации программного обеспечения.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM — Random Access Memory) позволяет записывать и считывать данные средствами микропроцессора. При отключении питания данные не сохраняются, таким образом, ОЗУ не является энергонезависимым. ОЗУ используется, как правило, для временного хранения промежуточных данных в процессе расчетов.

Классификация ОЗУ:

1. ОЗУ статического типа. В качестве запоминающих элементов (триггеров) используются транзисторные ключи.

2. ОЗУ динамического типа. В качестве запоминающих элементов используются электрические емкости, которые могут находиться в заряженном или разряженном состоянии.

ОЗУ статического типа отличаются большим быстродействием, но более дороги и менее компактны. ОЗУ динамического типа более компактны и дешевы, но требуют более сложной схемы подключения. Дело в том, что электрические емкости, образующие ОЗУ динамического типа, обладают свойством саморазрядки. Для сохранения информации в этих условиях используется механизм регенерации (обновления) информации в ОЗУ. Для организации регенерации используется специальная электронная схема, наличие которой и обуславливает усложнение схемы включения ЗУ.

ОЗУ статического типа используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокое быстродействие ЗУ при небольшом его объеме (например, кэш-память). ОЗУ динамического типа используют при организации ЗУ большого объема, так как в этом случае становятся важными вопросы компактности и стоимости такого ЗУ.

Обобщенная архитектура ЗУ представлена на рис. 1

Рис. 1.

Матрица ячеек состоит из вышеупомянутых регистров — ячеек, каждый из которых состоит из триггеров. При поступлении адреса, дешифратор адреса "активизирует" одну из ячеек. В зависимости от направления передачи информации (чтение или запись) выбранная ячейка подключается к входному или выходному буферу. Буферы представляют собой электронные усилители. Естественно, в случае ПЗУ входной буфер отсутствует.

Блок управления управляет работой микросхемы, к нему подключены уже знакомые нам сигналы управления обменом RDи WR. Сигнал CS называется "сигналом выбора микросхемы", он необходим для выборочного обращения к отдельной микросхеме при наличии нескольких микросхем в составе ЗУ. Микросхема воспринимает сигналы на входах адреса, данных и управления только если сигнал CSнаходится в активном состоянии. Если сигнал CS неактивен, все входы и выходы микросхемы переводятся в высокоомное состояние, что эквивалентно отключению их от линий связи.

Временная диаграмма чтения из ЗУ представлена на рис. 2.

Рис.2.

Желая прочитать данные из ячейки ЗУ, микропроцессор устанавливает на шине адреса адрес этой ячейки, активизирует управляющий сигналы RD и CS. После перехода в активное состояние сигнала RDмикросхема ЗУ выдает данные, хранившиеся в выбранной ячейке ЗУ на шину данных через выходной буфер.

Временная диаграмма записи в ЗУ представлена на рис. 3.

Рис. 3.

Для выполнения записи данных в определенную ячейку ЗУ, МП устанавливает ее адрес на шине адреса и выдает сами данные на шину данных. После этого он активизирует сигналы WRи CS. После перехода сигнала WRв активное состояние, информация, установленная МП на шине данных, через входной буфер вводится в микросхему ЗУ и записывается в ячейку с указанным адресом.