Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία ΚΕΦ 10
78
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΜΝΗΜΕΣ ΚΕΦ 10
description
Το 10ο κεφάλαιο στο μάθημα Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία του τομέα Ηλεκτρονικής και ειδικότητας Ηλεκτρονικών Υπολογιστικών Συστημάτων και Δικτύων, Γ’ τάξη ΕΠΑΛ. Η παρουσίαση αυτή (PPT in PDF) είναι ενεργή, συνοδεύεται από κάποια αρχεία τα οποία συνδέονται με υπερσυνδέσεις. Περισσότερες πληροφορίες στην σελίδα http://www.ilektronikoi.gr/index.php?act=viewCat&catId=19
Transcript of Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία ΚΕΦ 10
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ
ΜΝΗΜΕΣΚΕΦ 10
l 10.1 Εισαγωγή.l 10.2 Βασικές έννοιες ορολογία μνημών.l 10.3 Μνήμες ROM
• 10.3.1 Εσωτερική δομή μνήμης ROM.• 10.3.2 Τύποι ROM.• 10.3.3 Εφαρμογές των μνημών ROM.
l 10.4 Μνήμες RAM.• 10.4.1 Εσωτερική δομή μνήμης RAM.• 10.4.2 Τύποι RAM.• 10.4.3 Χρονισμός μνήμης RAM.• 10.4.4 Μνήμη RAM με Ο.Κ.• 10.4.5 Εφαρμογές των μνημών RAM.
l 10.5 Επέκταση μνήμης.• 10.5.1 Επέκταση λέξης.• 10.5.2 Επέκταση χωρητικότητας.
l 10.6 Συγκριτική παρουσίαση τύπων μνημών.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
3
10.1 Εισαγωγή
l Μνήμη (memory) στα ψηφιακά ηλεκτρονικάείναι κάθε ηλεκτρονικό κύκλωμα το οποίομπορεί να αποθηκεύσει ένα σύνολο απόδυαδικά ψηφία (bits) τα οποία θα έχουνλογικές τιμές «0» και «1».
l Μνήμες ημιαγωγού (semiconductor memory).l Μανταλωτές (latches).l Flip flop.l Καταχωρητές (registers).
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
4
10.1 Εισαγωγή
l Ένας καταχωρητής Ν flip flops μπορεί νααποθηκεύσει Ν bits πληροφορίας.
l Αυτή τη πληροφορία την ονομάζουμε λέξη(word) μνήμης, η μνήμη κατασκευάζεταιχρησιμοποιώντας έναν καταχωρητή για κάθεμία λέξη της.
l Σε κάθε λέξη μνήμης αντιστοιχούμε ένανμοναδικό αριθμό τον οποίο ονομάζουμεδιεύθυνση (address).
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
5
10.1 Εισαγωγή
l Η διεύθυνση χρησιμοποιείται για να μπορούμενα ξεχωρίζουμε τις λέξεις μιας μνήμης μεταξύτους, ώστε να τις διαβάζουμε και να τιςγράφουμε χωρίς να τις μπερδεύουμε.
l Η διεύθυνση μίας μνήμης ΔΕΝ έχει καμίασχέση με το περιεχόμενό της.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
6
10.1 ΕισαγωγήΈνα flip flop
BCD
88897809
Ένας καταχωρητής = μία λέξη μνήμης
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
7
10.1 Εισαγωγήl Η κυριότερη εφαρμογή των μνημών ημιαγωγού είναιστα υπολογιστικά συστήματα, αποθηκεύονταιεντολές προγραμμάτων και δεδομένα που θαεκτελεστούν από την κεντρική μονάδα επεξεργασίας.
l Είναι ταχύτερη και ακριβότερη σε σχέση με άλλουςτύπους μνημών.
l Επιπλέων χάνει τα δεδομένα της όταν δεν υπάρχειτάση τροφοδοσίας.
l Και τέλος χρειάζονται και ηλεκτρονικά κυκλώματαεπικοινωνίας με την κεντρική μονάδα επεξεργασίας,άρα είναι πιο πολύπλοκή.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
8
10.1 Εισαγωγή
l Για όλους αυτούς τους λόγους, όταν έχουμενα υποθηκεύσουμε πολλές πληροφορίεςχρησιμοποιούνται οι μονάδες εξωτερικήςμνήμης όπως :
l Σκληρούς δίσκους.l CDl DVDl Μαγνητοταινίες.l Κ.Λ.Π.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
9
10.2 Βασικές έννοιες – ορολογίαμνημών.
l Κύτταρο (cell) μνήμης είναι το βασικόηλεκτρονικό κύκλωμα που χρησιμοποιείταιγια την αποθήκευση ενός bit.
l Λέξη (word) μνήμης είναι ομάδες από bits, οαριθμός των bits σε κάθε λέξη καθορίζει τομήκος της. Μία ομάδα από 8 bits ονομάζεταιένα byte. Το μήκος των λέξεων είναιπολλαπλάσιο του byte.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
10
10.2 Βασικές έννοιες – ορολογίαμνημών.
l Διεύθυνση (address) την χρησιμοποιούμε για ναδιακρίνουμε τις λέξης μιας μνήμης μεταξύ τουςαντιστοιχίζοντας έναν αριθμό για κάθε λέξη.
l Ο αριθμός αυτός είναι στο δεκαεξαδικό και σπάνιαστο δυαδικό και δεκαδικό.
l Π.χ. FEE0 = 1111111011100000 = 65248.l Στα Ο.Κ μνημών χρησιμοποιούνται k γραμμές(ακροδέκτες), όπου η κάθε μία μπορεί να είναι «0»ή «1».
l Οι διευθύνσεις ξεκινάνε από το 0 και φτάνουν έωςτο 2k-1, όπου k ο αριθμός των γραμμών.
10.2 Βασικές έννοιες – ορολογία μνημών.
l Η χωρητικότητα (capacity) εκφράζει το συνολικό αριθμότων bits που μπορεί να αποθηκεύσει η μνήμη.
l Χωρητικότητα = λέξεις * bits ανά λέξη.l Μία λέξη = 1 byte = 1B, 1 Kbyte = 1000 Β = 1KB, MB,GBl 1 KB = 210 = 1.024 bitsl 1 MB = 220 = 1.048.576 bitsl 1 GB = 230 = 1.073.741.824 bitsl Εάν μία λέξη έχει 8 bit τότε μια μνήμη 1ΚΒ έχει
1*1024*8=8192 bits χωρητικότητα.l Επάνω στο Ο.Κ η χωρητικότητα αναγράφεται ως : (1Κχ8)l Το πλήθος των λέξεων είναι ίσο με το πλήθος τωνδιευθύνσεων της 2k.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
13
10.2 Βασικές έννοιες – ορολογίαμνημών.
l Παράλληλη προσπέλαση (parallel access), ηείσοδος και η έξοδος των δεδομένων της λέξηςστην μνήμη γίνεται παράλληλα (ταυτόχρονα).
l Υπάρχουν τόσες γραμμές (ακροδέκτες) στο Ο.Κόσα και τα bit της λέξης.
l Η μεταφορά της διεύθυνσης γίνεται και αυτήπαράλληλα.
l + Μεγάλη ταχύτητα – πολυπλοκότητα – μεγάλοκόστος.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
14
10.2 Βασικές έννοιες – ορολογίαμνημών.
l Σειριακή προσπέλαση (serial access), ηείσοδος ή η έξοδος των δεδομένων της λέξηςγίνεται σειριακά (το ένα bit μετά το άλλο).
l Μία γραμμή (ακροδέκτης) για την μεταφορά τωνδεδομένων.
l Και η διεύθυνση μεταφέρεται σειριακά.l + Απλότητα + μικρό κόστος – ταχύτητα.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
15
10.2 Βασικές έννοιες – ορολογίαμνημών.
l Εγγραφή (write), είναι η διαδικασία με την οποίατοποθετούμε τα νέα δεδομένα μίας λέξης σε μίασυγκεκριμένη διεύθυνση. Τα παλιά δεδομένασβήνονται και η διαδικασία αυτή ονομάζεταικαταχώρηση ή αποθήκευση (store).
l Ανάγνωση (read), είναι η διαδικασία με την οποίατα δεδομένα μιας λέξης τα οποία είναιαποθηκευμένα σε μία συγκεκριμένη διεύθυνσημεταφέρονται στις εξόδους της μνήμης. Ταδεδομένα που ήταν αποθηκευμένα δεν αλλάζουνμέσα στην μνήμη με αυτήν την διαδικασία.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
16
10.2 Βασικές έννοιες – ορολογίαμνημών.
l Δίαυλος διευθύνσεων (address bus), είναι το σύνολοτων ψηφιακών γραμμών οι οποίες μεταφέρουν τηνδιεύθυνση. Ο συμβολισμός των ακροδεκτών του Ο.Κ. είναισυνήθως Α0, Α1 κλπ. Το Α0 είναι το LSB.
l Δίαυλος δεδομένων (data bus), είναι το σύνολο τωνψηφιακών γραμμών οι οποίες μεταφέρουν τα δεδομένα ταοποία θα εγγραφούν ή θα διαβαστούν από τηνσυγκεκριμένη λέξη που έδειξε η διεύθυνση. Στα Ο.Κμνημών παράλληλης προσπέλασης όσοι είναι οιακροδέκτες των δεδομένων τόσα είναι και τα bits της λέξης.Συμβολίζονται με D0,D1 κλπ. Το D0 είναι το LSB.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
17
10.2 Βασικές έννοιες – ορολογίαμνημών.
l Χρόνος προσπέλασης (access time), είναι ο χρόνος πουμεσολαβεί από την χρονική στιγμή που έχει τοποθετηθεί ηδιεύθυνση στους ακροδέκτες του Ο.Κ μέχρι την στιγμή πουτα δεδομένα εμφανίζονται στους ακροδέκτες τωνδεδομένων, κατά την διάρκεια της ανάγνωσης.
l Η που αποθηκεύονται τα δεδομένα που βρίσκονται στουςακροδέκτες των δεδομένων κατά την διάρκεια τηςεγγραφής.
l Συμβολίζεται με tACC και δίνεται σε nsec 10-9 ή μsec 10-6.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
19
10.2 Βασικές έννοιες – ορολογίαμνημών.
l Μνήμη τυχαίας προσπέλασης (RAM Random AccessMemory), ο χρόνος προσπέλασης είναι ανεξάρτητος απότην διεύθυνση της λέξης. Για τυχαία επιλογή μιας λέξης οχρόνος προσπέλασης παραμένει σταθερός. Τααποθηκευμένα δεδομένα χάνονται όταν δεν υπάρχει τάσητροφοδοσίας στο Ο.Κ.
l Μνήμη μόνο ανάγνωσης (ROM Read Only Memory), ταδεδομένα της ΔΕΝ αλλάζουν και μπορούμε μόνο να ταδιαβάσουμε. Τα αποθηκευμένα δεδομένα ΔΕΝ χάνονταιόταν δεν υπάρχει τάση τροφοδοσίας στο Ο.Κ.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
20
10.2 Βασικές έννοιες – ορολογίαμνημών.
l Πρόσκαιρη μνήμη (volatile memory), τααποθηκευμένα δεδομένα χάνονται όταν παύει ναυπάρχει η τάση τροφοδοσίας στο Ο.Κ.
l Μη πρόσκαιρη μνήμη (non volatile memory), τααποθηκευμένα δεδομένα διατηρούνται όταν πάψεινα υπάρχει η τάση τροφοδοσίας στο Ο.Κ.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
22
10.3 Μνήμες ROM.l Η μνήμη ROM χρησιμοποιείται για αποθήκευσηπληροφοριών οι οποίες δεν μεταβάλλονται ήμεταβάλλονται σπάνια.
l Η εγγραφή των πληροφοριών (Write) γίνεται είτεκατά την κατασκευή τους ή με την διαδικασία τουπρογραμματισμού (Programming).
l Όταν διακόψουμε την τάση τροφοδοσίας ταδεδομένα δεν χάνονται.
l Χρησιμοποιούνται σε μικροϋπολογιστές για τηνκαταχώρηση προγραμμάτων τα οποία δεναλλάζουν, TV, ραδιόφωνα, πλυντήρια, κ.λ.π.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
23
10.3 Μνήμες ROM
l Σε αυτή την μνήμη βρίσκονται αποθηκευμένες2n διαφορετικές λέξεις με m bits η κάθε μία.
l Π.χ 32Κ*8 = 25 * 210 =215 * 8.l Χρησιμοποιούνται 15 γραμμές διευθύνσεων.
2n * mROM
n είσοδοι(διεύθυνση)
m έξοδοι(δεδομένα)
10.3.1 Εσωτερική δομή ROM
D3 D2 D1 D0
Λογικό«0»
Λογικό«1»
0
10
1
1
1
1 10 0
Η κάθοδος 0,7 vκαι η άνοδος +5vη δίοδος άγει.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
25
10.3.1 Εσωτερική δομή ROMl Στην πραγματικότητα δεν κατασκευάζονται μεδιόδους αλλά με FET,
l Οι χωρητικότητες στο εμπόριο σε Ο.Κ κυμαίνονταιαπό KB έως MB με χρόνους προσπέλασης απόtACC=200nsec έως 40nsec.
l Δεν πρέπει να γίνει κανένα λάθος κατά τονπρογραμματισμό.
l Για να συμφέρει οικονομικά θα πρέπει ναπρογραμματιστούν χιλιάδες μνήμες.
l Δεν είναι εύκολη η αντικατάστασή τους σε περίπτωσηεπανασχεδιασμού του συστήματος ή λόγου λάθουςστον πίνακα προγραμματισμού.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
27
10.3.2 Τύποιπρογραμματιζόμενων ROM
l Οι αρχές λειτουργίας παραμένουν ίδιες σε όλουςτους τύπους.
l Η διαφορά βρίσκεται κυρίως στην κατασκευή τουκυττάρου μνήμης.
l Προγραμματιζόμενη ROM (Programmable ROM).PROM.
l Διαγραφόμενη PROM (Erasable PROM). EPROM.l Ηλεκτρικά διαγραφόμενη PROM (Electrically
Erasable PROM) EEPROM.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
28
10.3.2.1 PROMl Ο προγραμματισμός γίνεται από τον χρήστη και η
PROM στην συνέχεια δεν μπορεί ναεπαναπρογραμματιστεί.
l Η εσωτερική της δομή είναι ίδια με αυτή της ROM.l Σε σειρά με την δίοδο υπάρχει μία σύνδεση η οποίαμπορεί να καταστραφεί (καεί), τότε έχουμε λογικό«0».
l Το κάψιμο γίνεται με την εφαρμογή μιας υψηλήςτάσης (+24V) η οποία προκαλεί υψηλό ρεύμα πουκαταστρέφει την σύνδεση.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
31
10.3.2.1 PROM
l Η διαδικασία προγραμματισμού γίνεται με τηνχρήση ειδικής συσκευής η οποία ονομάζεταιπρογραμματιστής PROM (PROMprogrammer).
l Χρησιμοποιούνται για την παραγωγή μικρούπλήθους συσκευών, και αποθηκεύονται ταπρογράμματα λειτουργίας μικροϋπολογιστών(microcomputers) και μικροελεγκτών(microcontrollers).
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
34
10.3.2.2 EPROMl Χρησιμοποιούνται στα συστήματα που θέλουμε ναέχουμε τη δυνατότητα αλλαγής των δεδομένων.
l Μπορούν να διαγραφούν και ναεπαναπρογραμματιστούν αρκετές εκατοντάδεςφορές.
l Η διαγραφή γίνεται με το φωτισμό τους στουπεριώδες μήκος κύματος, διαθέτουν στο περίβλημάτους ένα παράθυρο από διαφανές υλικό από το οποίοφωτίζεται το ολοκληρωμένο κύκλωμα.
l Το παράθυρο καλύπτεται στην συνέχεια απόαυτοκόλλητη ταινία για να αποφευχθεί η διαγραφήτων δεδομένων λόγω ηλιακής ακτινοβολίας.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
36
10.3.2.2 EPROM
l Η διαδικασία της διαγραφής γίνεται με ειδικέςσυσκευές οι οποίες διαθέτουν υπεριώδη φωτισμόκαι είναι εφοδιασμένες με χρονοδιακόπτη για τηνέκθεσή τους στο κατάλληλο χρονικό διάστημαανάλογα με τον τύπο τους. Από μερικά λεπτά έως20 λεπτά.
l Στο εμπόριο υπάρχουν μέχρι 512Κ*8 με χρόνοtACC=150nsec.
l Η διαδικασία προγγραματισμού μπορεί να γίνει μετην ίδια συσκευή όπως της PROM.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
38
10.3.2.3 EEPROM
l Η διαγραφή των δεδομένων γίνεταιηλεκτρικά.
l Σβήνονται μόνο τα δεδομένα των λέξεων οιοποίες θα επαναπρογραμματιστούν.
l Ο προγραμματισμός μπορεί να γίνει επάνωστο κύκλωμα στο οποίο είναι ενσωματωμένη.
l Το κύριο μειονέκτημα είναι ότι δεν μπορούμενα τις επαναπρογραμματίσουμε γιαπερισσότερες από 104 έως 106 φορές.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
40
10.3.2.3 EEPROM
l Η χρήση τους (εγγραφή και ανάγνωση)γίνεται με τον ίδιο τρόπο με τις RAM.
l Μια ειδική κατηγορία είναι η FLASH, ηδιαφορά τους με τις EEPROM είναι ότι ηπροσπέλαση γίνεται σε ομάδες λέξεων, ενώοι χρόνοι προσπέλασης είναι αρκετάμεγαλύτεροι.
l Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι η μεγάλεςχωρητικότητες.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
42
10.3.3 Εφαρμογές των μνημώνROM
l Τα κύρια χαρακτηριστικά με τα οποίαεπιλέγουμε μια μνήμη ανάλογα με τηνεφαρμογή είναι :
l Χωρητικότητα της μνήμης (bits/O.K.).l Ταχύτητα ανάλογα με το χρόνοπροσπέλασης.
l Κατανάλωση ισχύος (μW/bit).l Κόστος ανά bit.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
43
l Η τεχνολογία BIPOLAR μας δίνει υψηλήταχύτητα, κόστος και κατανάλωση ισχύος καιμικρές χωρητικότητες.
l Η τεχνολογία MOS μας δίνει χαμηλή ταχύτητα,κόστος, κατανάλωση και μεγάλεςχωρητικότητες.
l Η CMOS έχουν χαμηλή κατανάλωση καιπροτιμούνται σε όλες της εφαρμογές φορητώνσυσκευών.
10.3.3 Εφαρμογές των μνημώνROM
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
45
l Με μία μνήμη ROM n*m (2n λέξεις με m bits η κάθελέξη) μπορούμε να κατασκευάσουμε m λογικέςσυναρτήσεις με n μεταβλητές η κάθε μία.
10.3.3 Εφαρμογές των μνημών ROM.Υλοποίηση συνδυαστικών κυκλωμάτων.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
46
10.3.3 Εφαρμογές των μνημώνROMl Οι μνήμες ROMχρησιμοποιούνταιγια την αποθήκευσηπρογραμμάτωνλειτουργίαςψηφιακώνσυστημάτων πουχρησιμοποιούνμικροεπεξεργαστές.
l Στερεοφωνικά.l TV.l Αυτοκίνητα.l Πλύντρια.l Κουζίνες.l Κλιματιστικά.l Κινητά και σταθεράτηλέφωνα.
l Η/Υ.l Τηλεκάρτες.l Cash card.l Siml Φωτογραφικές.
10.4 Μνήμες RAMl Οι μνήμες RAM χρησιμοποιούνται για τηναποθήκευση πληροφοριών οι οποίες μεταβάλλονταισυχνά.
l Οι λειτουργίες ανάγνωσης (read) και εγγραφής (write)των πληροφοριών στην μνήμη γίνονται πολύ γρήγορακαι οι χρόνοι προσπέλασης είναι 5 με 50 φορέςμικρότερες από αυτές των ROM.
l Η μνήμη RAM είναι πρόσκαιρη (volatile) και ότανδιακόψουμε την τροφοδοσία τα δεδομένα τηςχάνονται, με την επάνοδο της τάσης τροφοδοσίας ταπεριεχόμενα της θα βρίσκονται σε τυχαίεςκαταστάσεις.
l Χρησιμοποιούνται ως κύρια μνήμη σεμικροϋπολογιστές για προσωρινή αποθήκευσηπρογραμμάτων και δεδομένων τα οποία αλλάζουνσυχνά.
10.4 Μνήμες RAM
Μονάδα μνήμης RAM
2k Λέξεις
n bit ανά λέξη
n γραμμές εισόδουδεδομένων
n γραμμές εξόδουδεδομένων
k γραμμέςδιεύθυνσης
Ανάγνωση
Εγγραφή
R / W
Οι γραμμέςεισόδου καιεξόδου είναικοινές.
10.4 Μνήμες RAMl Υπάρχει και άλλη μία είσοδος ελέγχου η οποίαονομάζεται είσοδος επιλογής Ο.Κ. και συμβολίζεταισαν CS (Chip Select).
l Όταν είναι «0» τότε το Ο.Κ. λειτουργεί κανονικά, καιόταν είναι «1» το Ο.Κ. είναι απενεργοποιημένο. Και οιείσοδοι και έξοδοι συμπεριφέρνονται σαν να είναιαποσυνδεδεμένες ηλεκτρικά (πολύ μεγάληαντίσταση).
l Η κατάσταση αυτή ονομάζετε «Τρίτη κατάσταση» (tri-state) ή “Ζ” και “HI-Z”.
l Χρησιμοποιείτε όταν θέλουμε να κάνουμε επέκτασημνήμης συνδέοντας πολλές εισόδους και εξόδουςπαράλληλα.
10.4.1 Εσωτερική δομή μνήμης RAM
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
51
10.4.2 Τύποι RAM
l Στατικές μνήμες RAM (Static RAM,SRAM) το βασικό κύτταρο μνήμης είναιένα flip flop.
l Δυναμικές μνήμες RAM (DynamicRAM, DRAM) το βασικό κύτταρο μνήμηςείναι πυκνωτής ο οποίος αποθηκεύει τηδυαδική πληροφορία σαν φορτίο.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
52
10.4.2 Τύποι RAMl Επειδή ο πυκνωτής χάνει το φορτίο του στην διάρκειατου χρόνου (εκφορτίζεται) χρειάζεται μια διαδικασίαπεριοδικής επαναφόρτισης, η διαδικασία αυτήονομάζεται «ανανέωση» (refresh) και θα πρέπει ναεπαναλαμβάνεται κάθε 1-10ms για κάθε λέξη τηςμνήμης.
l Αρκετές μνήμες ενσωματώνουν αυτό το κύκλωμαεσωτερικά στο Ο.Κ και άλλες εξωτερικά.
l Οι διευθύνσεις στις DRAM χωρίζονται στην μέση καιεφαρμόζονται σε δύο βήματα, πρώτα το περισσότεροσημαντικό τμήμα και έπειτα το λιγότερο σημαντικότμήμα. Έτσι περιορίζεται ο αριθμός των ακροδεκτώνστο μισό.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
53
10.4.2 Τύποι RAMl Πλεονεκτήματα των DRAM σε σχέση με τις SRAM.l Μεγάλη χωρητικότητα, μικρό κόστος.l Μικρή κατανάλωση ισχύος.l Μειονέκτημα : οι μικρότερη ταχύτητα.l Σύγχρονες δυναμικές μνήμες RAM, (Synchronous
Dynamic RAM, SDRAM), όταν δίνεται μία διεύθυνσηγια προσπέλαση μετά το τέλος της διαδικασίας, ημνήμη αυτόματα προετοιμάζεται για προσπέλασηστην επόμενη θέση σε συγχρονισμό με τους παλμούςενός ρολογιού. Υψηλές ταχύτητες προσπέλασης.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
54
10.4.3 Χρονισμός μνήμης RAM
l Έχει πάρα πολύ μεγάλη σημασία ναμπορούμε να μελετήσουμε και ναβγάζουμε συμπεράσματα, από ταδιαγράμματα χρονισμού της μνήμης πουυπάρχουν στα (data sheets).
l Π.Χ εάν η RAM χρησιμοποιηθεί ως κύριαμνήμη σε έναν υπολογιστή όπου η CPUείναι γρήγορη θα πρέπει και η μνήμη ναανταποκριθεί σ’ αυτές της απαιτήσεις.
Κύκλος ανάγνωσης (Read cycle)
Υπάρχουν και οι δύο λογικέςκαταστάσεις «0» και «1», καιστα δεδομένα υπάρχει και ητρίτη κατάσταση HI-Z
1
Κύκλος ανάγνωσης
Σταθεροποιούνταιτα σήματαδιεύθυνσης,αλλάζει το CSαπό 0 σε 1
tACC=t1-t0
Κύκλος εγγραφής (write cycle)Κύκλος εγγραφής
ενεργοποίησηεγγραφής
Εφαρμογή τωνδεδομένων εγγραφής
αποθήκευση τωνδεδομένων εγγραφής
Όλα τα σήματαπαραμένουναμετάβλητα
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
57
10.4.4 Μνήμη RAM σε Ο.Κ
l Οι σπουδαιότερες παράμετροι σταφυλλάδια δεδομένων (Data sheets) είναιτα διαγράμματα χρονισμού.
l Θα δούμε τα διαγράμματα σεολοκληρωμένη μορφή μιας μνήμηςSRAM.
l MK6116 SGS-THOMSON (2K*8).l 2048 λέξεις των 8 bits.
211=2048=2Kθέσεις μνήμης
Είσοδος / έξοδοςδεδομένων 8 bit
«0» έξοδοι«1» είσοδοι
«0» εγγραφή«1» ανάγνωση
Κύκλος ανάγνωσηςΤοποθέτησητης διεύθυνσης
ΕνεργοποίησηΟ.Κ
Ακροδέκτεςδεδομένων έξοδοι
Ενεργοποίησηανάγνωσηςμνήμης «1»
Έγκυραδεδομέναεξόδου
Κύκλος ανάγνωσηςΕνεργοποίηση
Ο.Κ
Έγκυραδεδομέναεξόδου
tELQV= χρόνος μεταξύ E “Low” και Q “Valid”
Κύκλος ανάγνωσηςRead cycle time χρόνοςκύκλου ανάγνωσης
Access time χρόνοςπροσπέλασης tAVQV= Address Valid Q Valid
Κύκλος εγγραφήςΤοποθέτησητης διεύθυνσης
ΕνεργοποίησηΟ.Κ
Ακροδέκτεςδεδομένων είσοδοι
Ενεργοποίησηεγγραφήςμνήμης «0»
Έγκυραδεδομέναεισόδου
Κύκλος εγγραφής
Για να αποφευχθεί η εγγραφή λάθοςδεδομένων το Ε ή τοW θα πρέπει να γίνουν
HIGH «1», πριν αλλάξει η διεύθυνσηΑποθήκευσηδεδομένων
Κύκλος εγγραφής
Τα δεδομένα που θαεγγραφούν θα πρέπει ναεμφανιστούν πριν από τοθετικό μέτωπο τουW.tDVWH=Data Valid W High
Χρόνος τοποθέτησηςδεδομένων
Κύκλος εγγραφής
Τα δεδομένα που θαεγγραφούν θα πρέπει ναδιατηρηθούν σταθερά μετάαπό το θετικό μέτωπο τουW.
Χρόνος διατήρησηςδεδομένων
tWHDX= W High Data X(Hold)
Κύκλος εγγραφήςwrite cycle time χρόνοςκύκλου εγγραφής
10.4.4 Μνήμη RAM σε Ο.Κ
HT6116-70CMOS 2K´8-Bit SRAM
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
68
10.4.5 Εφαρμογές των μνημώνRAM
l Σε πολλές εφαρμογές οι μνήμες RAMχρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με μπαταρίες,ώστε να μην χάνονται τα δεδομένα τους με τηνδιακοπή της τροφοδοσίας.
l Η/Υ, τηλέφωνα για την αποθήκευση των αριθμώνκλίσης, ραδιόφωνα για την αποθήκευσηπληροφοριών συντονισμού, κ.λ.π.
l Σήμερα αντικαθίστανται από EEPROM ήσυνδυάζονται με αυτές.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
69
10.5 Επέκταση μνήμης
l Οι μνήμες RAM και ROM υπάρχουν σε μιαμεγάλη ποικιλία χωρητικοτήτων και μεγέθουςλέξεων.
l Μερικές φορές ανάλογα με την εφαρμογήχρειάζεται να επεκτείνουμε την χωρητικότηταή την διάσταση της λέξης.
l Συνδέουμε τα Ο.Κ με κατάλληλο τρόπο.l Η ίδια τεχνική εφαρμόζεται σε όλους τουςτύπους μνημών.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
70
10.5.1 Επέκταση λέξης
l Συνδέονται παράλληλα :l Address Bus δίαυλος διευθύνσεων.l Control Bus όλοι οι ακροδέκτες ελέγχου τωνΟ.Κ.
l Οι είσοδοι-έξοδοι των δεδομένων των μνημών(Data Bus) θα αποτελούν τμήματα τουμεγαλύτερου διαύλου που θέλουμε νακατασκευάσουμε.
10.5.1 Επέκταση λέξης
MSB
LSB
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
72
10.5.2 Επέκταση χωρητικότηταςl Συνδέονται παράλληλα :l Address Bus δίαυλος διευθύνσεων.l (Data Bus) δίαυλος δεδομένων.l Η είσοδος ελέγχου R/W.l Οι είσοδοι ελέγχου CS συνδέονται στις εξόδους ενόςαποκωδικοποιητή, ενώ οι είσοδοι του είναι ταεπιπλέον bits διεύθυνσης που απαιτούνται για τηνχωρητικότητα της μνήμης που θέλουμε νακατασκευάσουμε. Όταν είναι σε λογική κατάσταση«1» τότε το Ο.Κ είναι αποσυνδεδεμένο ηλεκτρικάαπό το κύκλωμα.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
73
10.5.2 Επέκταση χωρητικότηταςl Θέλουμε να κατασκευάσουμε μια μνήμη 4Κχ8.l Δηλαδή ο αριθμός των γραμμών διεύθυνσης είναι :
12, γιατί 4Κ=212.l Έχουμε Ο.Κ 1Κχ8.l Τα Ο.Κ που διαθέτουμε έχουν 1Κ=210. Άρα 10ακροδέκτες.
l Άρα απαιτούνται δύο επιπλέον γραμμές διεύθυνσης.l Από τις 12 γραμμές οι 10 (Α0-Α9) είναι κοινές, ενώ οιΑ10 και Α11 οδηγούνται στις δύο εισόδους τουαποκωδικοποιητή.
10.5.2 Επέκταση χωρητικότηταςl Ανάλογα με την διεύθυνση ενεργοποιείται ένα μόνοαπό τα τέσσερα Ο.Κ μνήμης, ενώ τα αλλά είναιαπενεργοποιημένα, δηλαδή το κάθε Ο.Κ περιέχει τοένα τέταρτο των λέξεων της μνήμης πουκατασκευάσαμε.
10.5.2 Επέκταση χωρητικότητας
10.5.2 Επέκταση χωρητικότητας1. Διαιρούμε τον αριθμό των λέξεων της μνήμης πουθέλουμε να κατασκευάσουμε με των αριθμό τωνλέξεων που περιέχει η μνήμη που θέλουμε ναεπεκτείνουμε. Το αποτέλεσμα είναι ο αριθμός τωνΟ.Κ που χρειαζόμαστε.
2. Το αποτέλεσμα το εκφράζουμε ως δύναμη του 2. Οεκθέτης εκφράζει τον αριθμό των γραμμώνδιεύθυνσης.
3. Χρησιμοποιούμε έναν αποκωδικοποιητή n*2n όπουn ο αριθμός των επιπλέων γραμμών διεύθυνσης.Κάθε έξοδος συνδέεται με την είσοδο CS ενός απότα Ο.Κ.
4. Συνδέουμε παράλληλα όλες τις γραμμές διεύθυνσης,δεδομένων, R/W όλων των Ο.Κ μνήμης πουχρησιμοποιούμε.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
77
10.6 Συγκριτική παρουσίασητύπων μνημών
l Το κόστος ενός τύπου μνήμης είναι ανάλογο τωναπαιτήσεων χώρου για την κατασκευή του βασικούκυττάρου της μνήμης από πυρίτιο.
l Δεν υπάρχει μια «ιδανική» μνήμη που έχει μόνοπλεονεκτήματα, ανάλογα με την εφαρμογή επιλέγουμετην πιο κατάλληλη.
10.6 Συγκριτική παρουσίαση τύπωνμνημών
