23.11.2014 1 Maatriksstruktuurid ja mälud 1918 TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL ELEKTROTEHNIKA INSTITUUT Madis Lehtla [email protected]RAR3210 Mikroprotsessortehnika loeng 21. novembril 2014 Universaalsed loogikalülitused 1. Kommutaatorid (multipleksor ehk MUX), 2. Programmeeritavad loogilised maatriksid (PLM - programmable logic matrix) ja 3. Mälud (ROM, EEPROM, FLASH, DRAM, SRAM, jt.). Pooljuhtmälude liigitus Mälud Muutmälu Püsimälu Staatiline Dünaamiline Program- meeritav Ümberprog- rammeeritav Valmistaja Kasutaja poolt RAM ROM poolt Püsimälude elemendid a) sular emitteriahelas b) elektrilise läbilöögiga lühistatav pn-siire c) laengukandjaga MOS-transistor a) b) c) VD1 VD2 Sular + VT VT Püsimälude ja maatriksite “häälestamine” 1. Elementidevaheliste ühenduste lisamisega (antifuse) ja 2. Olemasolevate ühenduste katkestamisega (fuse). 3. Transistoride abil vastavalt seadistusele. … Püsimälu 1. Püsimälu (ROM - read only memory) on mõeldud korduvaks informatsiooni lugemiseks. 2. Info on salvestanud püsimällu pooljuhtmälukiibi valmistaja või kasutaja poolt. Info salvestamist püsimällu nimetatakse püsimälu programmeerimiseks.
6
Embed
Mälud Muutmälu Püsimälu RAM ROM...“kirjutamine”. 2. Tavaline lugemine ega kirjutamine pole regenereerimise ajal võimalik, samuti ei saa regenereerimist alustada lugemise ega
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Staatilise muutmälu struktuur Staatiline muutmälu SRAM
M
32k x 8
14 12 28 12
+ 5 V
11 12
12 12
13 12
15 12
D1
12
D2
12
D3
12
D4
12
22 12
V
16 12
17 12
18 12
19 12
D5
12
D6
12
D7
12
D8
12 27 12
W
10 12
8 12 7 12
A1
A3
2
A2
2
A4
2
9 12
6 12
4 12 3 12
A5
2
A7
2
A6
2
A8
2
5 12
25 12
21 12 23 12
A9
2
A11
2
A10 12
A12
24 12
2 12 1
12
A13
2 A15
2
A14
2 26 12
20 12
E
&
&
&
&
8 12 16 12
+ 5 V 12
1 12 2 12 3 12 4 12
1 2 4 8
1 15 14 13
2 12
V 12
M
16x4
16 12
1 12 2 12 3 12 4 12
1 12 2 12 3 12 4 12
4 12 6 12
10 12
12 12
9
11
5
7
1 3
12
W
C1
C2
C3
C4
D1
D2
D3
D4
A1 A2
A3 A4
V DC
Juhtsignaalid ja andmesignaalid
• Inverteeritud kiibivalikusignaal (chip select,
CS). Madal signaalinivoo lubab mälukiibist
bitte lugeda (DO) või sellesse kirjutada (DI).
Kõrge signaalinivoo korral on mäluelement on
süsteemi tööst välja lülitatud ning ei reageeri
aadressi A9...A0 koodile ega signaalile R/W.
• Kirjutus- ja lugemissisgnaal (read-write, R/W).
Madal singaalinivoo määrab kirjutusrežiimi,
kõrge signaalinivoo lugemisrežiimi.
DO
A0
A9
R / W
CS
DI RAM
b) Mälu juhtsignaalid ja seisundid
*Juhul kui sisendi ja väljundi jaoks on eraldi ühendused välja toodud
CS R/W
Mälu režiim Väljundi seisund C1..C4 (7489)
Andmesiini seisund D1..D8 (62256)
Siinipuhvrite talitlusviis
0 0 Salvestamine Sisendi eitus Sisend määrab kirjutusrežiimi
0 1 Lugemine Mälupesa sisu
Väljund määrab lugemisrežiimi
1 0 Suletud Sisendi eitus (Sisend) väljalülitatud
1 1 Suletud Väljund suletud
Kõrge Z (suletud)
väljalülitatud
Mälude andmesõnad
• Andmesõna pikkuseks on tavaliselt 1, 4, 8,
16, 32 jne bitti. Vastavalt andmesõna
pikkusele valitakse ka mäluelementide
ühendamisviis.
Dünaamiline RAM
VT2
VT3
VT1
VT4C1
C2
REG
CWRSiin X
Siin Y
+E
D
23.11.2014
4
Dünaamiline muutmälu
• Dünaamilises muutmälus säilib info MOSFET-transistori paisu mahtuvuse elektrilaenguna. Tavaliselt säilib see laeng lekkevoolu tõttu väga lühikest aega. Seepärast tuleb info säilitamiseks laengut perioodiliselt uuendada (regenereerida).
• Dünaamiline muutmälu on staatilise mäluga võrreldes lihtsama ehitusega (ühe biti salvestamiseks läheb vaja umbes kaks korda vähem elemente), suurema toimekiirusega ning tarvitab tööks vähem energiat.
Muutmälu info regenereerimine
1. Dünaamilisi muutmälusid regenereeritakse harilikult regenereerimissignaaliga (REG) millega koos toimub mälu kõigi ridade järjestikune adresseerimine ja uuesti “kirjutamine”.
2. Tavaline lugemine ega kirjutamine pole regenereerimise ajal võimalik, samuti ei saa regenereerimist alustada lugemise ega kirjutamise tsükli ajal.
3. Regenereerimishetke kindlaksmääramine, kõigi rea-aadresside etteandmine, lugemise ja kirjutamise blokeerimine jms operatsioonid teevad dünaamiliste pooljuhtmälude kasutamise võrreldes staatiliste mäludega keeruliseks ja nõuavad lisaelemente.
DRAM eelised
1. Dünaamiliste muutmälude eeliseks on
madal hind ja võimsustarve.
2. Neid saab valmistada väga suure
integratsiooni-astmega, mis võimaldab
toota suure mälumahuga kiipe.
3. Arvutite ja mikroprotsessorsüsteemide
suuremad mäluseadmed koostatakse
tavaliselt dünaamilistest mälukiipidest.
Muutmälude elemendid
1. Trigerid (SRAM mäludes)
2. Pooljuhtstruktuuri sisemised mahtuvused
(DRAM mäludes)
Muutmälude puudused
• Kõigi muutmälude oluliseks puuduseks on
salvestise hävimine toitepinge
väljalülitumisel.
• Selle puuduse vältimiseks kasutatakse
avariitoidet (katkematu toite allikaid UPS)
ning muid mäluseadmeid, kus
informatsioon säilib teatud aja ka ilma
toitepingeta (näiteks SRAM koos 3V
liitiumpatareiga).
Sisseehitatud mäludega
kiibid...
23.11.2014
5
Von Neumanni arhitektuuriga
juhtarvutite struktuur
Sisend- väljund- seade
Aritmeetika-
loogikaplokk
(ALU)
Mälu- seade
Juhtseade
Keskprotsessor CPU
Andmed Andmed
Väline juhtimine
Käsud
Aadressid
Juhtinfo Aadressid
Harwardi arhitektuuriga
juhtarvutite struktuur
Juhtseade Programmikoodi
(käskude) mälu Andmemälu
Aritmeetika-
loogikaplokk
(ALU)
Sisendid ja
väljundid
Aadressi- ja andmesiin
VÄLISMÄLU
AADRESS
ANDMED
CE
OE
WR
MIKRO-KONTROLLER
LUKK-
REGISTER
(LATCH) D15..D0
AD<15:0>
ALE
OE
WRH
WRL
CE
A15..A0 A15..A0
Aadressi ja andmesiin
Aadressisiin
Küsimused
1. Milliseid pooljuhtmälude liike teate?
2. Mille poolest erinevad staatilised ja dünaamilised mälud?
3. Kus kasutatakse püsimälusid?
4. Kuidas toimub info salvestamine püsimällu?
5. Miks dünaamilistes mäludes on vaja informatsiooni regenereerida? Kuidas see toimub?
6. Kuidas toimub mälupesa valik?
7. Milliseid elemente kasutatakse info salvestamiseks?
16-bit sõnade jaotus BE (BIG endian)
Mäluväljad
07 07815
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
2
1
3
5
7
9
11
13
15
17 16
14
4
10
6
12
8
65535
a) b)
Mälukaart ja mälualad
• Register on mitmebitiline mäluelement. 8-bitilise kontrolleri registris säilitatakse 8-bitti
• Mikrokontrolleril PIC16F877A on kokku 4 mäluala (memory bank). Üksikuid mälupesad on kasutusel registritena, seetõttu nimetatakse neid ka registriplokkideks (register file). Sellist trigeritest koosnevat mälu nimetatakse staatiliseks muutmäluks (SRAM).
• Kasutajaandmete (muutujate väätuste) säilitamiseks on üldotstarbelised e. “General Purpose” registrid
23.11.2014
6
Andmete lugemise ajadiagramm
Mälust lugemisel sooritatakse järgmised elementaartehted:
1. juhtsignaal RD/WR viiakse olekusse RD (read), mis tähendab lugemist,
2. mälupesa aadressisõna, kust soovitakse lugeda infot, saadetakse aadressisiinile,