Организация БИС ЗУ.

Понятие “организация БИС ЗУ” обычно подразумевает:

-- связь между емкостью запоминающего устройства, разрядностью хранимого слова и количеством запоминаемых слов; -- структурная и схемотехническая организация интегральной микросхемы запоминающего устройства.

Рассмотрим сначала первое понятие. Одной из важнейших характеристик микросхемы памяти является объём запоминаемой информации, который обычно задается в битах. Например: объём памяти микросхемы -- 2048 бит. Данная характеристика дает только общее представление об объеме микросхемы. Но при этом объеме возможна различная организация:

- 2048 слов разрядностью 1 бит;

- 1024 слова разрядностью 2 бита;

- 512 слов разрядностью 4 бита;

- 256 слов разрядностью 8 бит.

В зависимости от разрядности данных (слова информации) у микросхемы будет определенное количество входов и выходов данных, количество запоминаемых слов определяет разрядность адресной шины. С другой стороны эти же характеристики микросхемы памяти однозначно связаны с ее структурной схемой.

Структурная схема микросхемы памяти приведена на рис. 81. Схема состоит из следующих основных устройств: матрица запоминающих элементов; DC Ad -- дешифратор адреса; УЗ -- устройство записи; УУ -- устройство управления; УС -- устройство считывания.

Микросхема имеет входы: A0 - An -- адрес обращения; WR/RD -- сигнал управления записью/чтением; DI -- вход данных (на этот вход подаются записываемые данные); CS -- сигнал управления доступом к микросхеме (этот сигнал характерен для статических микросхем памяти, для динамических микросхем используются сигналы RAS -- стробирование регистра адреса строки и CAS -- стробирование регистра адреса столбца). Имеется выход DO -- выход данных (с этого выхода считывается выбранное слово).

Рис. 81. Структурная схема микросхемы памяти.

Количество адресных входов Ai, где i= 0-:-n, определяет емкость микросхемы памяти в количестве слов . Таким образом, если n=10, то N= 2048 слов. Разрядность хранимого слова определяет количество входов DI и выходов DO. На рисунке показано по одному входу и выходу, т.е. микросхема хранит одноразрядные слова, но в реальных микросхемах разрядность слова может быть различной: 1,4,8 и 16, и,соответственно, количество входов и выходов данных будет 1,4,8 и 16. У некоторых микросхем входы и выходы данных объединены общим выводом, который обозначается DIO.

Сигналы управления записью/чтением (WR/RD) имеются практически у всех микросхем памяти за исключением ПЗУ, причем сигнал WR активен низким уровнем, т.е. микросхема находится в режиме записи информации если на этом входе имеется низкий уровень напряжения, в противном случае микросхема может осуществлять выдачу (чтение) информации на выходы DO.

Сигнал управления доступом к микросхеме CS (chip selekt --выбор микросхемы) в большинстве случаев активен низким уровнем и определяет, что режим работы устанавливаемый другими управляющими сигналами реализован, в противном случае режим не выполним и выходы микросхемы находятся в третьем стабильном состоянии.

Особое место в ряду микросхем памяти по их организации занимают динамические устройства. В большинстве случаев они имеют организацию доступа по принципу выборки полутоками. Это приводит к тому, что адресное слово делится пополам, причем одно полуслово адресует обращение к строкам, а другое -- к столбцам матрицы запоминающих элементов. С целью уменьшения количества выводов микросхемы используемых для адреса выводы делают только для полуслова, т.е. в два раза уменьшают количество выводов адреса. Для нормальной адресации выборки в этом случае в микросхеме встраивают регистр адреса строки и регистр адреса столбца, управление записью в которые осуществляют сигналы RAS и CAS активные низким уровнем. Эти же сигналы определяют доступ к микросхеме как в режиме записи/чтения, так и в режиме регенерации. Для правильного использования микросхем памяти необходимо знание временной диаграммы работы микросхемы во всех режимах и таблицы состояний.

На рис. 82 приведено изображение микросхем памяти используемое при выполнении принципиальных электрических схем устройств.

Рассмотрим имеющиеся входы, выходы и определяемые ими характеристики микросхем. Сначала рассмотрим микросхему статической памяти 537РУ8: имеется одиннадцать адресных входов А0 -:- А10, следовательно количество запоминаемых слов ; имеется восемь объединенных входов/выходов данных D0 ÷ D7, следовательно длина запоминаемого слова 8 двоичных разрядов (байт).

Рис. 82. Изображение микросхем памяти.

О таких микросхемах говорят: ее организация 2 Кбайт (2 килобайта), при информационной емкости 12 килобит. Имеется два управляющих сигнала CЕ1 и CЕ2 активные низким уровнем, если на этих входах одновременно сигналы низкого уровня, то разрешаются операции с микросхемой, если же сигнал высокого уровня хотя бы на одном из входов, то микросхема находится в состоянии хранения информации. При активных сигналах CЕ вид операции определяется сигналом на входе WR. Если на входе WR сигнал низкого уровня, то микросхема находится в режиме -- запись, в противном случае режим -- чтение. При проектировании памяти вычислительных устройств помимо статического состояния управляющих, входных и выходных сигналов большое значение имеет временное соотношение между этими сигналами. Эти соотношения обычно отображаются на временной диаграмме.

На временной диаграмме отображены изменения во времени сигналов: шины адреса (А), шины данных (DI), управляющих сигналов CE и WR, при этом приняты обозначения: -- время цикла записи (350нс), -- время установления сигналов CE,WR относительно момента установления адреса (>70нс), -- длительность сигналов CE,WR (>220нс), -- длительность интервала между сигналами. Из временной диаграммы ясно, что после установки адреса через время не менее 70нс можно подавать сигналы CE,WR.

Рис. 83. Временная диаграмма режима записи микросхемы 537РУ8.

Данные для записи могут подаваться на входы микросхемы одновременно с подачей адреса. Длительность сигналов CE,WR должна быть не менее 220нс, при этом длительность удержания адреса -- не менее 350нс. Очень часто возможные режимы работы микросхемы задаются таблицей состояний переменных, подобное описание является наиболее подробным.

В таблице приняты обозначения: R off -- третье стабильное состояние выходов (высокоомное), ММ -- любое состояние переменных за исключением 00. Таблица показывает, что микросхема выбрана (разрешены операции) только когда на обоих входах CE установлены низкие уровни напряжения.

Таблица 14.

В противном случае схема не выбрана (операции запрещены) и выходы находятся в третьем стабильном состоянии. При выбранной микросхеме сигнал WR низкого уровня осуществляет запись в микросхему данных, имеющихся в это время на входах DI, по адресу установленному на входах A0 - A10.

Если сигнал WR высокого уровня, то осуществляется чтение данных из ячейки памяти, указанной на входах А0 - А10. Обычно микросхемы статической памяти имеют малое время обращения и поэтому в современных персональных ЭВМ они используются в качестве быстрой памяти (КЭШ - память).

Совершенно по-другому осуществляется обращение к динамическим устройствам памяти, которое рассмотрим на примере микросхемы К565РУ7. Микросхема имеет девять адресных входов А0 - А8. Но, как мы рассмотрели ранее, это количество входов является адресным полусловом и, следовательно, у данной микросхемы адрес содержит 18 разрядов. Объём памяти микросхемы определяется , или учитывая, что 1К=1024 получаем объём памяти 256К, т.е. 256 килослов.

Имеется один вход данных DI и один выход DO, что говорит о организации микросхемы 256К*1, т.е. 256 килослов по одному разряду. Для управления выбором микросхемы и режимом есть три входа RAS, CAS, WE, все три входа активны низким уровнем.

Возможные режимы работы микросхемы, определяемые состояниями сигналов на управляющих входах, показаны в таблице состояний микросхемы (таблица).

В таблице приняты обозначения: X - произвольное состояние переменной, Z - высокоомное состояние выхода.

Таблица показывает, что выборка микросхемы определяется состоянием сигналов RAS, CAS: обращение к микросхеме возможно только, когда оба сигнала имеют низкий уровень (режимы запись и чтение), если сигнал RAS имеет высокий уровень, то схема не выбрана и никаких операций не выполняет.

При RAS=0 и CAS=1 осуществляется регенерация памяти (для данной микросхемы каждые 8мс каждая ячейка должна быть перезаписана ─ регенерирована, с целью исключения потери информации).

Таблица 15.

Сигналы RAS, CAS помимо функций выборки выполняют функции синхронизации адресной информации: по переходу сигнала 1-0 RAS синхронизирует запись младшего полуслова адреса в регистр адреса строки МС, сигнал CAS синхронизирует запись старшего полуслова адреса в регистр адреса столбца.

Поэтому подача адресной информации, формирование сигналов RAS, CAS, WE должны быть строго согласованы во времени, что показано на временной диаграмме рис. 84.

На рис. 84. приняты следующие обозначения: -- время цикла записи - 340нс, -- время установления адреса относительно RAS - 0нс, -- время удержания адреса (младшее полуслово) относительно RAS - 20нс, -- время установления RAS относительно CAS - 75нс, -- длительность RAS - 150нс, -- длительность интервала между RAS - 180нс, -- длительность CAS - 75нс, -- длительность интервала между CAS - 50нс, -- время установления адреса (старшее полуслово) относительно CAS - 0нс, -- время удержания адреса относительно CAS - 40нс, -- время установления WR относительно CAS - 0нс, -- время удержания WR относительно CAS - 130нс, -- время установления данных - 0нс, -- время удержания данных относительно CAS - 55нс, -- время удержания WR относительно RAS - 150нс, -- время удержания DI относительно RAS - 130нс.

Рис. 84. Диаграмма работы микросхемы 565РУ7 в режиме записи.

Все временные данные должны иметь значения не менее указанных, при длительности фронтов и спадов не менее 5нс. Из диаграммы ясно, что адрес должен быть мультипликсирован, т.е. сначала должно быть подано одно полуслово адреса а затем другое. Учитывая, что адресная шина микропроцессоров параллельна, для управления памятью необходимо полуслова адреса подавать на входы мультиплексора, с выхода которого они будут подаваться на адресные входы микросхем памяти. Переменная, управляющая адресным мультиплексором, и CAS могут иметь один источник, так как =0. Так же на диаграмме показаны временные соотношения между управляющими и информационными переменными, определяющими состояние микросхемы.

Лекция 28.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: