Разработка блока внутренней памяти процессорной системы

6 Принцип записи/чтения информации

Инициализируем элемент  матрицы, подав адрес на адресные входы. Теперь покажем, как будет происходить процесс записи/чтения данных. Заметим, что каждая матрица имеет один общий провод данных, т.е. каждый разряд данных записан в своей матрице. Адресация таких матриц производится параллельно.

Рассмотрим обращение  к одному разряду данных. Только при подаче на вход CS уровня 0 (рис. 8) на выходе управляющих схем буферов чтения и записи может появиться 1. Причем на выходе управления буфером записи 1 появится при 0 на входе , а на выходе управления буфером чтения – при 1 на .

 

 

Рисунок 8 – Функции входов CS и

 

 

 

 

 

7 Построение пространства памяти заданного объема

 

Из микросхем SRAM небольшой  емкости можно составить память любого заданного объема. Предположим, что в нашем распоряжении есть микросхемы SRAM емкостью 256×4. Необходимо составить память устройства емкостью 1 Кбайт или 1К×8. Схема 256×4 имеет 4 матрицы по 256 ячеек (256 = 2⁸), т.е. схема имеет 8 адресных входов.

 

Рисунок 9 – Микросхема памяти 256×4

Для того чтобы обеспечить чтение/запись байта информации, надо добавить еще 4 матрицы внешним соединением (т.е. объединить 2 микросхемы).

Получим эквивалентную  схему, позволяющую хранить 256 байт информации.

Для построения памяти на 1 Кбайт необходимо 4 таких схемы:

1К = 2¹⁰; 2¹⁰ / 2⁸ = 2² = 4.

 

 

 

 

 

Рисунок 10 – Получение эквивалентной схемы 256×8

Доступ к такой памяти осуществляется по 10 адресным линиям (1К = 2¹⁰): непосредственно к схеме подключаются 8 адресных линий, а 2 – к дешифратору, с помощью которого выбирается одно из 4 направлений.

Общая схема памяти (рисунок 11) составлена из эквивалентных схем (рисунок 10), исходная микросхема представлена на рисунке 9.

 

Рисунок 11 – Схема оперативной статической памяти объемом 1Кбайт

 

8 Определение емкости ПЗУ и ОЗУ 

Разрядность ША – 20, ШД – 8.

Адреса, покрываемые ПЗУ - 00000H×1FFFFH

Адреса, покрываемые ОЗУ – 0A0000H×0BFFFFH

Емкость микросхемы ПЗУ - 64К ´ 8

Емкость микросхемы ОЗУ - 128К ´ 4

 

По полученному диапазону  адресов определим емкость ПЗУ и ОЗУ.

Определим количество изменяющихся разрядов и запишем адрес в  двоичном коде.

Емкость ПЗУ.

Начальный адрес: 00000000000000000000b.

Конечный адрес: 00011111111111111111b.

Изменились 17 разрядов, следовательно, емкость ПЗУ – 2¹⁷.

Для 8-разрядной шины данных емкость ПЗУ 2¹⁷× 8:

2¹⁷ = 2¹⁰ × 2⁷,

2¹⁰ = 1К – килобит.

Таким образом, емкость ПЗУ равна 128К×8.

 

Емкость ОЗУ.

Начальный адрес: 10100000000000000000b.

Конечный адрес: 10111111111111111111b.

Изменилось 17 разрядов.

Для 8-разрядной шины данных емкость ОЗУ равна: 2¹⁷ × 8,

2¹⁷ = 2¹⁰× 2⁷ = 128К.

Таким образом, емкость ОЗУ равна 128К×8.

 

 

Для изображения схемы  необходимо определить:

• емкости микросхем ОЗУ и ПЗУ;
• структуры ОЗУ и ПЗУ (количество микросхем, способ соединения);
• общую структуру памяти.

Емкость микросхемы ПЗУ - 64К ´ 8 (рисунок 12), а емкость микросхемы ОЗУ - 128К ´ 4 (рисунок 13).

Таким образом, схема ПЗУ имеет 16 адресных входов 64К = 2¹⁶, один вход/выход данных и вход CS (выборки кристалла).

Схема ОЗУ имеет 17 адресных входов 128К= 2¹⁷, 4 вход/выход данных и входы CS и .

 

Рисунок 12 – Микросхема ПЗУ 64К×1

 

Рисунок 13 – Микросхема ОЗУ 32К×8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 Определение ПЗУ и ОЗУ

 

Структура ПЗУ.

Емкость ПЗУ –  128К´8. Емкость микросхемы 64К´8, значит, для получения нужной емкости ПЗУ необходимо объединить параллельно по адресным входам и входу CS 8 микросхем, каждая из которых обеспечит один разряд шины данных (рис. 14).

 

Рисунок 14 – Структура ПЗУ 128К´ 8

 

Структура ОЗУ.

Емкость ОЗУ 128К´8, емкость микросхемы 128К´4, значит, для построения такого ОЗУ необходимы 4 микросхемы (рис. 15).

Для построения ОЗУ обратимся  к адресам, на которых работает эта память. По заданию изменяются 17 младших разрядов А₀ – А₁₆. Для каждой микросхемы могут изменяться лишь 15 адресов А₀ – А₁₄. Следовательно, старший разряд определяет направление на микросхему.

Если А₁₅ – 0, А₁₆ – 0 задействуется первая микросхема ОЗУ, если А₁₅ – 1, А₁₆ – 0 – вторая и т.д.

Рисунок 15 - Схема оперативной статической памяти емкостью 128Кх8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 Общая структура  памяти 

 

Исходя из задания  наши адреса следующие:

- начальный адрес ПЗУ - 00000H - 00000000000000000000b.

- начальный адрес  ОЗУ – 0A0000H - 01100000000000000000b.

По состоянию разрядов: А₁₉, А₁₇ – 00 работает ПЗУ, а по состоянию А₁₉, А₁₇ – 11 работает ОЗУ. С помощью простейшей логики можно построить дешифратор направлений ПЗУ/ОЗУ (рисунок 16).

 

Рисунок 16 – Дешифратор направлений ПЗУ-ОЗУ

 

Учтем схему дешифратора  направлений и построим общую  структуру внутренней памяти процессорной системы, состоящую из ПЗУ и статического ОЗУ (Приложение 1).

 

 

 

 

 

 

 

11 Заключение

 

В данной курсовой работе была осуществлена задача разработки блока внутренней памяти процессорной системы, состоящую из ПЗУ и статического ОЗУ. Были описаны в аналитическом, структурном и расчетно-графическом виде все необходимые узлы и элементы.

При расчете данной курсовой работы использовались математические и графические пакеты, такие как:

• Mathcad 2001 Professional
• P-Cad 2001
• Microsoft Word

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1    Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. СПб: БХВ-СПб, 2000.

2 Большие интегральные микросхемы запоминающих устройств: справочник. М.: Радио и связь, 1990.

  3 Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных систем. Аналоговые и импульсные устройства. СПб.: БХВ-Петербург, 2004.

4 Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника. - М.: Радио и связь, 1997.