Mem Információt tápfeszültség nélkül is megrz memóriák

Grosz Imre: Él Digitronika (Fejezetek a digitális elektronikából) Memóriák Mem.1.2.5.

2004-02-19

Mem.1. Memóriák Nagy tömeg+ adatok (most ide értve a programokat is) tárolására használt, a használatos (félvezet ) technológiákkal közel azonos sebességtartományban m+köd , mozgó alkatrészt nem tartalmazó, tároló eszközöket memóriáknak, vagy táraknak nevezzük. A memóriák jellemz je, hogy az adattároló elemi cellájuk az adott feladatnak megfelel legegyszer+bb kialakítású elem. Írásuk tipikusan aszinkron megoldású. A használatos memóriáknál tipikus megoldás hogy az egyes írandó vagy olvasandó szavak kiválasztását nagyszámú, azonos funkciójú vezetékeken lév jelek kombinációjával végezzük. Ezek a vezetékek a címz , azaz címvezetékek (Address). Ennek nem mond ellen, hogy használunk soros vonalon elérhet memóriákat is. A mai memóriák nem tartalmaznak mechanikus mozgó alkatrészt. Megjegyezzük, hogy a hosszú idej+ adattárolást szolgáló úgynevezett háttértárak zöme mechanikus mozgást is végez, de már léteznek közöttük is mozgó alkatelemeket nem tartalmazó típusok, melyek felépítésükben részben megegyeznek az itt tárgyalt memóriákkal, illetve nagyon hasonlítanak hozzájuk. A digitális eszközökben megvalósított tárolókat általában memóriáknak hívjuk, míg a kifejezetten tömegtárolásra létrehozott eszközök neve függetlenül a megvalósítás módjától - háttértár. A programozható tulajdonságú IC-k a félvezet memóriáknál használatos tároló elemeket használják fel beállítható tulajdonságaik megvalósítására. Ezért a memória IC gyártók azonos technológiai soron készítik ket. Ma alapvet en félvezet alapú tároló elemeket használunk - ebben a fejezetben ezek m+ködését tárgyaljuk – de történelmileg fontos szerepet játszottak a mágneses elv+ memóriák is. A mágneses elv+ tárolás ma a mozgást is végz háttértárolóknál játszik alapvet szerepet. Fontos kutatások folynak a mozgást nem végz , optikai elv+ tárolók irányában. Teljesen más irányzat, de az elkövetkezend években várhatók a biofizikai elven m+köd logikai elemek és tárolók megjelenése is. A memóriákat többféle szempont szerint csoportosíthatjuk: Egyik fontos szempont az adattárolás megvalósítása. E szerint megkülönböztetünk tápfeszültség kikapcsoláskor felejt és nem felejt típusokat. Ma már léteznek a kétféle tulajdonságot egyesít típusok is, ezek más tárolási módot használnak a tápfeszültség megléte alatt, illetve kikapcsolásukkor. A kétféle tárolás között a váltást bekapcsolás után, illetve a kikapcsolást megel z en végzik.

Mem.1.1. A f bb tároló típusok rövid ismertetése a teljesség igénye nélkül Mem.1.1.1. Információt tápfeszültség nélkül is meg rz memóriák - ROM (Read Only Memory) Csak olvasható memória, tartalmát gyártáskor a tároló elemeket összeköt fémezés kialakításával "írják" bele. Csak nagy darabszámnál gazdaságos. Alapfeladatán kívül, számtalan nagyintegráltságú logikában, az úgynevezett programozott vezérléshez nem mindig hangsúlyozott, de fontos részelem. Mem.1. ábra.

Mem.1.2. 1/48


2004-02-19

- PROM (Programing Read Only Memory) Programozható, csak olvasható memória. Mem.2. ábra. A gyártáskor minden bithelyet azonos állapotura készítenek és a felhasználó egy speciális eszközben az úgynevezett "éget ben" többnyire a tápfeszültségnél nagyobb 1

. .

Cím dekódoló (sor kiválasztás)

Cím

2

0 1 . . . .

. . . .

2n-2

n 2n-1 ...

Engedélyezés Bufferek (ROM kiválasztás) 1

2

.....

m

Mem.1. ábra ROM kialakításának blokkvázlata

"Olvadó biztosító"

Mem.2. ábra PROM szerkezeti vázlata. Az információ a biztosítékok megléte vagy hiánya.

Mem.1.2. 2/48


2004-02-19

feszültség felhasználásával “írja” be a szükséges tartalmat. Csak egyszer módosítható a tartalma. A hibás példány nem javítható. Ha az éget rendelkezésre áll, 1 db-nál is gazdaságos a használata. Két alaptípusa létezik: 1. A régebbinél a módosítás (beírás) egy NiCr (vagy más) ötvözetb l készült vezetékszakasz úgynevezett biztosíték (Mem.3.a. ábra) nagy árammal történ elpárologtatásával, kiégetésével (Mem.3.b. ábra) történik. Innen származik az " égetés " kifejezés, melyet a teljesen más elv+, a felhasználó által módosítható tartalmú eszközökre is átvittek. 2. Az újabbaknál úgynevezett Anti-fuse (ellen biztosíték), a tároló elem. Ennek lényege: Az el z folyamat megfordítása az összeköttetés megszakítása helyett egy vékony szigetel (SiO2) réteget (Mem.3.c. ábra)"szúrunk" át a m+ködésinél nagyobb feszültséggel és ez az " átszúrás " hoz létre elektromos kapcsolatot, tulajdonképpen vezet (Si) szálakat (Mem.3.d. ábra) a két vezet pálya között. Nagy s+r+ség+ megvalósítást tesz lehet vé (helyigénye kisebb az EEPROM-oknál). A 90-es évek eleje óta terjed.

a.

b.

Mem.3.a. ábra Kiolvasztható biztosíték, gyártás után és kiégetve b. ábra

PoliSilicium Si

O1µ µm

1µ µm

4-5µ µm

SiO2

c.

d.

Mem.3.c., d. ábra Anti-fuse (ellen biztosíték) szerkezeti megvalósításának metszete, és az átvezetési felület égetés utáni szerkezete

Mem.1.2. 3/48


2004-02-19

EPROM Tároló cella struktúrája

A kiválasztást végzõ gate Lebegõ gate

Gate oxide

Töltés tárolás SiO2 cv

MOS field-effect transistor

cv

p Substrate

cv

Mem.4.a. ábra Ultraibolya fénnyel törölhet lebeg gate-es tranzisztor (EPROM) tároló cellájának szerkezeti vázlata E2 tároló cella struktúrája A kiválasztást végzõ gate Tunnel oxide

Lebegõ gate

Field-effect transistor n Source

n

Gate oxide p Substrate

Drain

Mem 4.b. ábra Elektromosan törölhet lebeg gate-es tranzisztor (EPROM) tároló cellájának szerkezeti vázlata -

EPROM (Erasable Programing Read Only Memory) Törölhet , és újra programozható, csak olvasható memória. Az információtárolás egy minden oldalról szigetel vel (SiO2) körülvett, úgynevezett eltemetett rétegbe a m+ködési feszültségnél nagyobb feszültség segítségével bevitt töltésekkel történik. Az eltemetett réteg a vezérl (gate) elektróda és a csatorna között helyezkedik el. Ezek az úgynevezett lebeg gate-s tranzisztorok (Mem.4.a. ábra.). A garantált információ meg rzés ideje minimálisan 10 év. A tokban lév összes információ egyszerre törölhet . A törléshez meghatározott hullámhosszúságú (253,7 nm) ultraibolya fénnyel, megadott ideig (10-20 perc), és megadott intenzitással, pl. 15 Wsec/cm2 történ besugárzás szükséges. A beírás és a törlés nem a felhasználás helyén történik. A fény bejutását biztosítandó a chip felületét kvarcüveg ablakkal fedik le. A kvarcüveg (SiO2) ugyanaz az anyag, mint a chip-ben lév szigetel anyag nagy része. Mivel a napfény is tartalmaz bizonyos mennyiség+ ultraibolya fényt, ezért a hosszabb id

Mem.1.2. 4/48


2004-02-19

alatt törl dés következhet be. Ennek elkerülésére az ablakot – a törlést kivéve- átlátszatlan fóliával kell lefedni. Adat kimenetek O0-O7

VCC GND VPP OE

Á.k. eng.

Kimeneti bufferek

Progr. logika

X Dekódolók

.....

A0-A10

Y Dekódolók

.

Cím bemenetek

CE

Kim. eng.

Oszlopok multiplexelése

16,384nbites cella mátrix

A0-AN Címek Áramkör m+ködésének engedélyezése CE

OE O0-O7 VCC VPP Címek

Kimenet engedélyezése Kimeneti bitek Tápfeszültség Éget feszültség

VIH Érvényes cím

VIL VIH CE

VIL

tCE

VIH OE

VIL

tOE tACC (5) (5)

VIH VIL

Kimenõ Hi Z adat

tDF (4,6) tOH Hi Z

Érvényes adat

Mem.5. ábra Egy EPROM blokkvázlata, és olvasási id diagramja

Mem.1.2. 5/48


2004-02-19

Az EPROM-ok használata pillanatnyilag még gazdaságos, de már kezd háttérbe szorulni. Blokkvázlatát és az olvasás id diagramját a Mem.5. ábrán mutatjuk be. Megjelenésükkor a mikroprocesszorok tömeges elterjedését nagymértékben segítették. A 90 évek második felét l fokozatosan átadják helyüket a bel lük továbbfejlesztett, elektromosan törölhet memóriaféléknek. Nagy mennyiség+ felhasználásuk miatt néhány fontos dologra felhívjuk a figyelmet: 1. A különböz gyártók technológiája eltér lehet. Azonosnak jelzett típusok csak a felhasználásban tekinthet k azonosnak. Ez megjelenik az éget feszültségben is, amit - a gyártó el írását messzemen en figyelembe véve - be kell tartani. A korszer+ (4k Byte-nál nagyobb kapacitású) típusokból a mai éget -berendezések ki tudják olvasni a gyártói azonosító kódot, valamint a típusazonosítót és így biztosítják a megfelel égetési paraméterek beállítását. (lásd lejjebb) 2. Az EPROMOK egy része az égetéshez külön tápfeszültséget is igényel. Ezt a lábat a felhasználáskor (olvasás) – a helyes m+ködéshez - a gyári el írások szerinti szintre kell kötni. 3. A törléshez használatos UV lámpákkal kapcsolatban követelmény, hogy kevés legyen a sugárzásuk az infravörös tartományban. Az infravörös sugárzás a megengedhet h mérséklet fölé melegítheti a félvezet lapkát, ahol megindul az atomok elvándorlása, és a félvezet szerkezete tönkremegy. E miatt még házilagos használatra sem jók a napozást pótló úgynevezett kvarclámpák. A GERMICID lámpa (fénycs ) használata ajánlható. A túl hosszú ideig (az el irt id többszöröse) tartó törlés még a megfelel hullámhosszúságú (253,7 nm) UV fény használata esetén is kerülend . 4. Az UV fénybe bele nézni tilos! Heveny köt hártya gyulladást, súlyos esetben vakságot is okozhat. Ezért a törl eszközöket jól záró burkolattal és a fedél felnyitása esetén megszakító kapcsolóval kell ellátni. A bent felejtés elleni védelemre célszer+ id kapcsolóval felszerelni. 5. Ma már gyakran PROM-ként is OTP (One-Time Programing = egyszer programozható) EPROM-ot használnak. Ez a normál EPROM lapkával fizikailag megegyezik, csak átlátszatlan m+anyag házba van építve. Fontos! Ha EPROM-nál m+anyagtokozás is lehetséges, mivel a m+anyag tokba kvarcüveg ablak nem építhet , mindig egyszer programozható, ezért olcsóbb eszközt jelent. Az ablakos kivitel – alapvet en h technikai okokból - csak kerámia anyagú toknál lehetséges, ami természetesen drágább kivitel. 6. Az egyes típusok programozási algoritmusa esetenként, gyártónként is eltér . Az aktuálisan használandót, a korszer+ éget berendezések az azonosító kód kiolvasása alapján döntik el, és állítják be. Saját éget készítéséhez a katalógusok megadják a követend eljárást. Az azonosító kód használata az EPROM-nál jelent meg. Mivel használata számtalan más típusnál is el fordul, felépítését itt adjuk meg. A leírás az 5 V-os technológiákra vonatkozik és tájékoztató jelleg+. Kisebb tápfeszültség+ technológiáknál a 9-es címlábra kötend feszültség változik. Ezért a katalógusból való ellen rzés, mindenkor szükséges. Azonosító kód olvasásához az A9-es címbitre +12 V-t, a választó A0 t kivéve minden címbitre és a CE , OE lábakra L –t kell kapcsolni. Ezután az A0 címbit segítségével választhatunk a Gyártó kódja (A0 = L) és a gyártmány kódjának (A0 = H) kiolvasása között.

Mem.1.2. 6/48

Grosz Imre: Él Digitronika (Fejezetek a digitális elektronikából) Memóriák Mem.1.2.5. -

2004-02-19

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) Elektromosan törölhet és újra programozható memória. Az információtárolás itt is, a módosított eltemetett rétegben történik. Mem.4.b. ábra. A törlés nagyenergiájú elektromos impulzussal van megoldva. Az egyes szavak törlése külön-külön végezhet . A beírás és a törlés már történhet a felhasználó berendezésében is. Írhatjuk azonban a felhasználás helyét l külön is. Fontos! Új adat beírása el tt a kérdéses szót el ször törölni kell. Ezt a korszer+ típusok egy része az írás el tt automatikusan elvégzi. Amennyiben külön éget feszültséggel rendelkezik, (régi típusok + 21 V) azt gondosan szigetelt vezetékkel kell közvetlenül az IC-hez csatlakoztatni. A korszer+ek az 5 Voltból, bels leg állítják el az íráshoz, törléshez szükséges feszültséget. A beírás és a törlés ideje lényegesen hosszabb a kiolvasás idejénél. Er sen terjednek a 3 Voltos és a kisebb feszültség+ típusok. Tipikus alkalmazásuk a kis méret+ tokot igényl soros hozzáférés+ EEPROM

-

FLASH (Villám) Az EEPROM-ok korszer+, nagy kapacitású, írási és törlési id ben gyorsított típusa. A véletlen beírás ellen az írási algoritmus kialakításával védekeznek. Szó helyett, blokkosított törlést, használ. Lehetséges az egész memória, vagy egyes részterületeinek (típusonként változó méret+ lapoknak) a külön-külön törlése. Olvasási ideje a RAM-okéval megegyezik. A beépítés helyén és éget készülékben is írható és törölhet . Az egyik legkorszer+bb és legnagyobb jöv el tt álló memóriatípus. Felhasználása egyre szélesebb kör+. Kezdetben a törléshez és az égetéshez kívülr l is kapcsolható 12 V-t kívántak. A korszer+ek már csak 5 V-t kívánnak, illetve forgalomban vannak már a csökkentett tápfeszültségr l (3,3 V, illetve kisebb) m+köd típusok is.

-

Ferrit memóriák. Ma már jórészt csak történelmileg érdekes, de fontos megemlíteni a kemény mágneses anyagból megvalósított úgynevezett Ferrit memóriákat. Az els korszer+ számítógépeknek ezek voltak az operatív tárai. Információtárolást a beállított mágneses irány alapján végeznek. Kiolvasáskor elveszítik az információ tartalmukat, azokat az olvasás után vissza kell írni. Tápfeszültség kikapcsoláskor a tartalmukat korlátlan ideig meg rzik. Nagyenergiájú küls mágneses tér, pl. radarsugár ritkán megzavarhatta a m+ködés+ket.

Mem.1.1.2. Információjukat a tápfeszültség kikapcsolásakor elveszt memóriák -

RAM (Random Acces Memory) = Szabad (tetsz leges) címzés+, és hozzáférés+ memória. (Szokták tévesen véletlen hozzáférés+ memóriának is nevezni.). Írható olvasható memóriatípus. (tulajdonképpen a neve az összes eddig felsorolt típusra igaz állítást takar, de önálló névként a beépítés helyén írható-olvasható megoldásra használjuk) Típusai: - SRAM Statikus RAM. Az adattárolás valamely egyszer+ billen körben történik. Mem.6. ábra. A beírt információt, a tápfeszültség megléte alatt meg rzi. Blokkdiagramja Mem.7.a. ábra. Korlátlanul kiolvasható és újraírható. Id diagramja Mem.7.b., Mem.7.c. ábra. Statikus m+ködés esetén olvasáskor a cím érvényes kombinációjának a megjelenését l elindul a kívánt szó olvasási folyamata, és ha a tok kiválasztás, valamint az adat kimenet engedélyezve van, maximum a hozzáférési id múlva, garantáltan stabil adat lesz a kimeneten. Mivel általában a stabil kimenet megjelenésének három feltétele van, az adatok stabilan csak a leghosszabb id leteltekor állnak rendelkezésre. Amennyiben a kimenet engedélyezés és a kiválasztás állandóan aktív, a változás a címbitek változását követ en

Mem.1.2. 7/48


2004-02-19

T3

Q

T2

Q

T1

'0' vezeték

'1' vezeték

VCC

T0

Cím vezeték 1

0

4

A4

3

A5

2

A6

1

A7

17

A8

16

Memória mezõ

64 sor 64 oszlop

I/O2 13 I/O3 12 I/O4 11

CS

8

WE

10

Bemenõ adatvezérlés

............ I/O1 14

Oszlop be/ki áramkörök Oszlop kiválsztás

5

6

7

15

A0

A1

A2

A9

Mem.7.a. ábra Egy 1 kx4 bites RAM blokkvázlata

Mem.1.2. 8/48

18 9

............

A3

Sorkiválasztás

Mem.6. ábra Statikus RAM egy cellájának a felépítése VCC GND


2004-02-19

Olvasási ciklus tRC tA Cím

CS tCO

tOTD

tCX DOUT tOHA WE = 1

Mem.7.b. ábra Statikus RAM tipikus olvasási id diagramja.

Írási ciklus tWC

Cím tWR CS tW WE tOTW DOUT tDW

tDH

DIN

Mem.7.c. ábra Statikus RAM tipikus írási id diagramja.

Mem.1.2. 9/48


2004-02-19

következik be. A ciklus id a két garantált egymás utáni olvasáshoz megkívánt minimális id tartamot jelöli. Ha hamarabb változtatjuk meg a bemen címet, a kimeneten nem lesz helyes adat, de a tárolt bitek nem sérülnek. A címzés fenntartásának maximális ideje nem korlátozott. Akármennyi ideig kiolvashatjuk ugyanazt a szót, ez a m+ködést nem befolyásolja. - Íráshoz a stabil címzés alatt az író jel (NWR) vagy egyes típusoknál, illetve üzemmód esetén, az engedélyez jel (NCS) impulzusszer+ használata szükséges. Ha NWR és NCS állandóan aktív, és csak a címet változtatjuk, tévesen beírt adatra (vagy az írás elmaradására) kell számolnunk. Vagyis ez az üzemmód nem megengedhet .

Egy sor

Bit kiválasztó (címzõ) vonalak a sorkiválasztó dekódertõl

Egy oszlop

V+

V+

V+

V+

V+

V+

Bit érzékelõ vonalak (az érzékelõ erõsítõkhöz)

Mem. 8. ábra Dinamikus RAM (DRAM) bels felépítése

Mem.1.2. 10/48


RAS

RAS vezérlQ áramkör

2004-02-19

CAS

WE

OE

CAS vezérlQ áramkör

WE vezérlQ áramkör

OE vezérlQ áramkör

256k Memória blokk

Sor meghajtó

Sor meghajtó

Sor meghajtó

Sor meghajtó

Sor meghajtó

Sor meghajtó

Író-olvasó á.k. + I/O Bus és Oszlop dekóder

Sor meghajtó

256k Memória blokk

Sor meghajtó

256k Memória blokk

Sor meghajtó

256k Memória blokk

Sor meghajtó

256k Memória blokk

Sor meghajtó


I/04 Buffer

256k Memória blokk

I/03 Buffer

256k Memória blokk

I/02 Buffer


I/01 Buffer

256k Memória blokk

I/04

256k Memória blokk

I/03


I/02

256k Memória blokk

I/01

256k Memória blokk

256k Memória blokk

Sor Cím Buffer


Sor meghajtó Író-olvasó á.k. + I/O Bus és Oszlop dekóder

Sor meghajtó 256k Memória blokk

Sor meghajtó Író-olvasó á.k. + I/O Bus és Oszlop dekóder

Sor meghajtó

256k Memória blokk


256k Memória blokk

Sor meghajtó

256k Memória blokk

Sor Dekódoló és Perifériális áramkör

Oszlop Cím Buffer

Cím A0-A9

Mem.9. ábra. 4 Megabites (1 M x 4 bites) DRAM blokkvázlata -

DRAM Dinamikus RAM. Az adat tárolás kondenzátoron tárolt töltéssel történik. Mem.8. ábra. A kondenzátor kapacitásától és a körülvev elektromos szigetelés min ségét l függ id tartamonként (2-256 ms) egy speciális újraírási folyamattal (REFRESH) a kondenzátorok feszültségértékét a névleges szintre újra kell tölteni. A kiolvasás folyamán Mem.1.2. 11/48


2004-02-19

a kondenzátor elveszíti töltését, ezért a normál olvasás után, a kondenzátor újratöltését meg kell oldani. Ezt a RAM bels vezérlése elvégzi. A DRAM blokkvázlatát és a különböz üzemmódok id diagramját lásd a Mem.9. ábrákon. tRC tRAS tRP

RAS tT

tCRP

tRSH tCAS tCSH

tRCD

CAS tASR Address

tRAH t ASC

Row

tRAL

tCAH Column

tRCHA

tCAL

tOH

tRCS tRCHR

tOHR tRCHC

tOFR

tCAC

tOFF1

tAA

DOUT

DOUT tDZC

OE

tRCH tRRH

WE

DIN

tRDD

tRAC

tOAC

High-Z tDZO

tOFF2 tCDD tODD

tWEZ

tWDD

tOEP

Mem.9.a. ábra Dinamikus RAM olvasási id diagramja. A Dinamikus RAM-oknál került bevezetésre egy a tokozás lábszámát er teljesen csökkent megoldás, az id multiplexelt címzés. Ezt a címzési módot, a 4kx1 bites DRAMoktól kezd d en használják. Az els DRAM-ok az akkori technológiáknak megfelel en 3 tápfeszültséget (+5, + 12, -5 V) igényeltek. Tömeges elterjedésük a 16k x 1 bites kapacitás

Mem.1.2. 12/48


2004-02-19

mellett történt. Ennél a nagyságrendnél jelentek meg a kényelmesebben használható egy tápfeszültség+ típusok is. A DRAM-ok használatához – a visszaírás vezérlését kívánó felépítés, a frissítés szükséglete és a címmultiplexelés miatt egy speciális kiegészít áramkörre - az úgynevezett DRAM vezérl re is szükség van. Mem.10. ábra. A frissítést a korszer+ típusok egy részébe már beépítik. Az egyéb vezérlésre azért ekkor is szükség van. A DRAM-oknál a tároló helyigényének csökkentése a kondenzátor méretének a csökkentésével oldható meg. Ez alapvet en a szigetel anyag relatív dielektromos állandójának ( r) a növelését kívánja. Ennek kutatása fontos téma. Kezdetben a szigetel anyag szilícium dioxid volt, majd szilíciumnitridet használtak. Új anyagok kutatása folyik. Az eredményeket meglehet sen rzik. Tájékoztatásul a tároló kondenzátor kapacitása néhány száz femto Farad. (10-15 F) tRC tRAS tRP

RAS tT

tRSH

tCRP

tCAS

tRCD tCSH CAS tASR Address

Row

tRAH

tASC

tCAH

Column tWCS

tWCH

WE tDS DIN

tDH DIN Hi Z

DOUT

Mem.9.b. ábra Dinamikus RAM egyszer+ írási (el írás = Early Write) id diagramja. - A közönséges DRAM-okban a kondenzátor teljes feltöltöttsége, vagy kisütöttsége képviseli az információt, vagyis egy kondenzátoron 1 bit információ tárolható. A 90-s évek végén megjelentek már olyan típusok is, melyekben a kondenzátor töltöttségének mértékét

Mem.1.2. 13/48


2004-02-19

érzékeli a kiolvasó er sít , és ezeknél egy kondenzátoron már 4 szintet megkülönböztetve, kétbitnyi információt tárolnak. Az el rejelzések szerint várható a megkülönböztetett szintszám emelkedése, és ezzel a hely kihasználás javítása, ami az egy chip-en megvalósítható memóriakapacitás további növekedését eredményezi. tRC tRAS tRP

RAS tT

tCRP

tRSH tRCD

tCAS tCSH

CAS tASR Address

tCAH

tRAH t ASC

Row

tCWL tRWL

Column tRCS tWP

WE

tDS tDH High Z

DIN

tDZC tDZO

DIN tODD

tOEH

DOUT Invalid D OUT

tOFF2 OE

Mem.9.c. ábra Dinamikus RAM késleltetett írási (Delayed Write Cycle) id diagramja.

Mem.1.2. 14/48


2004-02-19

tRWC tRAS tRP tCRP

RAS tT

tRSH tRCD

CAS

tRAD tASR

Address

tCAS

tRAH

tCAH

tASC

Row

Column tAWD

tRCS

tRWD tRAC

OE

tWP

tDS

High Z

DIN

DOUT

tRWL

tCAC

tAA

WE

tCWL

tCWD

tOAC

tDZO

DOUT tODD

tDH DIN

tOFF2

tOEH

tOEP

Mem.9.d. ábra Dinamikus RAM olvasás után írási (Delayed Write Cycle) id diagramja. A memória áramkörök belsejében fontos szerepet játszik egy sajátságos áramkör, az úgynevezett olvasó er sít . Els sorban a töltést tároló eszközöknél, de más típusoknál is az olvasó/író vezetéken lév szint, illetve töltés nagyságából dönti el, hogy az adott bit 0 vagy 1 érték+ e. Az olvasó er sít min sége nagyon fontos a memória áramkör m+ködése szempontjából, igaz viszont, hogy a helyes kialakítása a félvezet tervez mérnök lehet sége és kötelessége. Funkcióját tekintve tulajdonképpen egy differenciál komparátor, mely a bemenetén lév nem logikai szintekb l, a kimenetére a memória áramkör belsejében használatos logikai szintet állít el . Mint a nagyintegráltságú áramkörök alapjainak tárgyalásánál a megfelel fejezetben láttuk, az áramkör belsejében használatos szintek nem szükségképpen azonosak az áramkör csatlakozó felületén használt szint tartományokkal. Ez az áramkörök gyorsulásával (Hozzáférési id < 10 ns) egyre inkább így van, illetve lesz. Az író áramkör a megkívánt sebesség eléréséhez, általában valamilyen áramgenerátoros megoldású.

Mem.1.2. 15/48


2004-02-19

A DRAM-ok különösen nagy követelményt támasztanak az olvasó er sít vel szemben. Gondoljunk bele, a tároló kondenzátor kapacitása néhány tized pF, a nagy (bit) kapacitású memóriák viszonylag “hosszú” ( 10 mm) kiolvasó vezetékének a kapacitása néhány pF is lehet. Amennyiben a tároló kondenzátort 1 V-ra töltöttük fel az olvasó er sít bejáratán ez már < 0,1 V-s változást jelent csak. E miatt is, a kiolvasáskor sok segédm+veletet hajtanak végre, pl. el töltik az olvasó vezetéket, stb. illetve az olvasó/író vezeték hosszát igyekszenek a lehet legrövidebbre választani. E miatt az olvasó/író er sít t a memória chip közepére helyezik, egyes esetekben, a memória mez t kett nél több részre osztják fel. tRC

tRP

tRAS RAS tT

tCRP

tRPC

tCRP

CAS tASR Address

tRAH

Row High-Z

DOUT Mem.9.e. ábra Dinamikus RAM alapvet felfrissítési (NRAS-Only Refresh Cycle) id diagramja. A klasszikus DRAM-oknak általában 3 vezérl jele van. NRAS, NCAS, NWE. Egyes újabb típusoknál megjelent az adatkimenet engedélyez NOE jel is. Segítségével az adatsínre kerülés vezérlése egyszer+bbé vált, amit jó pár rendszer ki is használ. Ilyen megoldású a bemutatott, a Hitachi HM514405C típusú 1Mx4 bites DRAM-ja. A használatos jelek és m+ködési módok a részletes ábrákon (Mem.9.x ábrák) tanulmányozhatók. Az új CMOS típusok egy részénél az oszlopcímzés statikus m+ködés+vé vált, ennek megfelel en szerepét vesztette és megsz+nt az NCAS jel.

Mem.1.2. 16/48

Grosz Imre: Él Digitronika (Fejezetek a digitális elektronikából) Memóriák Mem.1.2.5. tRC

tRC

tRAS RAS

tRP

(Read) tT

tRP

tRAS

tRP

(Refresh)

tRSH

tCRP

tCHR tCAS

tASC tASR

tRAH Address

tRAS

tRC

(Refresh)

tRCD

CAS

2004-02-19

tRAL tRAD

Row

tCAH Column tRCH tRRH tOHR

tRCS WE

tCAC tAA

tRAC

tOFF1 tOH DOUT

DOUT

tOFF2

tDZC DIN

High - Z tDZO

tOAC

tCDD

tVEZ tWDD

tODD tRDD

OE

Mem.9.f. ábra Dinamikus RAM rejtett felfrissítésének egy lehetséges megvalósítása (Hidden Refresh Cycle) Mem.1.1.2.1. A DRAM vázlatos m+ködése Olvasás (9.a. ábra) A multiplexált címsínen beállítjuk a sor címet, majd az el készítési id kivárása után az NRAS sorkijelöl jel lefutó élével beírjuk a bels sorregiszterbe. A sor dekóder ebb l a félcímb l kidekódolja a megfelel sorkiválasztó jelet. A sorkiválasztó jel kinyitja a sorhoz tartozó összes átereszt kaput, és a tároló kondenzátorokat rákapcsolja az oszlop vezetékekre. Az olvasó er sít k érzékelik a töltöttségnek megfelel szintet, és kijáratukon ennek megfelel logikai jelet állítanak el a sor bitjeit tároló latchek bemenetére. Az NRAS jel lefutását követ tartási id múlva a sor cím megszüntethet , és a címvezetékekre adható az oszlop kiválasztó félcím. Ezt az el készítési id és a sor kijelöl jel lefutásától mért, minimálisan betartandó id után követheti az NCAS oszlopcím kijelöl jel lefutó éle. Olvasásnál ezen élet meg kell, hogy el zze az írás üzemmód engedélyez NWE jel “H” szintjének garantált beállása. Az NCAS jel alacsony szintjének kialakulása után a memória elem kiválasztott állapotban van, adat kijárata a megel z “Z” állapotból aktív állapotba kerül. Az adatkimenet a bels adatvonalak állapotától függ en, némi átmeneti változás után, az adott típusverzióra jellemz - legrosszabb esetben maximális - hozzáférési

Mem.1.2. 17/48


2004-02-19

Mem.9.g. ábra Dinamikus RAM blokkos olvasása (Page Mode Read Cycle) id múlva stabil állapotba kerül. A kiolvasott adat felhasználható. Fontos: a katalógusok többnyire külön be és kimeneti adatvonalakon adják meg az adatok bekövetkez , vagy elvárt viselkedését még akkor is, ha mint jelen esetben is közös ki/bemeneti adatsínt használ a memória. Az adat érvényességét követ en megszüntethet (H szintre vihet ) az NRAS és az NCAS jel. Az NCAS jel felfutó élét követ en az adat még egy megadott minimális ideig stabil az adatkijáraton. Az NOE jel az adat tartást és jelenlétet módosítja, ezzel a felhasználást rugalmasabbá teszi. A részletekre nézve az adatlapok részletes tanulmányozását ajánlom. Az NRAS vezérl jel magasba men élére beindul a kondenzátorokba visszaírási folyamat. Adatforrásnak a bels adatsor latch szolgál. Ez a m+ködés, és a vezérlés id zítésének a legkényesebb része. A visszaíráshoz szükséges id t az

Mem.1.2. 18/48


2004-02-19

NRAS jel magas szintje biztosítja. Ennek az id nek a be nem tartása katasztrofális bit átíródásokhoz vezethet. Gyakorlatilag egy egész bels sor egyforma állapotba szokott kerülni ilyenkor. Az NRAS kell en hosszú magas szintje után, ha lejárt az el z ciklus indítása után a minimálisan betartandó ciklus id , új m+ködési ciklus indítható. A visszaírás és felfrissítés szükséglete miatt, az NRAS aktív (L) szintjének és a ciklusnak a maximális hossza korlátozva van. Vagyis a statikus m+ködés+ memóriáktól eltér en, nem olvashatunk korlátlan ideig ki egy dinamikus m+ködés+ memóriát. Írás (Mem.9.b., c. ábrák) Írásnál két alap üzemmód van: - El írás, ekkor az NWE írási üzemmód kijelöl jel és a beírandó adat már stabil kell, hogy legyen az NCAS lefutó élekor. Az adat és az írójel el készítési, valamint tartási ideje az NCAS lefutó éléhez képest értend . A beírt adat a bels adattároló latch-ben az oszlopcím alapján kiválasztott bite(ke)t módosítja a visszaírás el tt. Egyéb m+ködés az olvasásnál elmondottak szerint. – Késleltetett írás. Ekkor az NCAS lefutó élekor az NWE jel még “H” szint+. Kimen (olvasott) adat az alkalmazott id zítést l függ en megjelenhet. Az Írandó adatnak, most az NWE jel lefutó éle környezetében kell stabilnak lennie. Ez végzi ugyanis most a beírást. A helyes m+ködéshez az írás kijelöl jel minimálisan el írt idejének biztosítása szükséges. A késleltetett írás üzemmód az alapja a kombinált olvasás utáni írás, illetve a gyorsított blokkbeírás üzemmódoknak. Egyéb m+ködés az el írásnál elmondottak szerint. - Frissítés. Ez egy speciális csak a dinamikus memóriáknál szükséges üzemmód. (Mem.9.e. ábra) A korszer+ DRAM-nál több féle lehet sége is van. Most csak az egyszer+ frissítést tárgyaljuk. Ez a leírt formában minden multiplexelt címzés+ DRAM-nál megtalálható üzemmód. Ekkor csak a frissítést szolgáló címet kell az adatsínre kapuznunk, és csak az NRAS jelet kell a kívánt id zítések szerint vezérelnünk. A frissítés alatt az NCAS (és az NWE jelek) kötelez en “H” szint+(ek). Ennek következtében, az adatvonalak lebeg “Z” állapotban vannak. A bels m+ködés során kiolvasódnak a frissít címhez tartozó adatok, majd a (bels ) visszaírási folyamat során már a változtatás nélküli, regenerált értékük kerül beírásra a tároló cellákba. A frissítést az együttesen felhasznált memória modulokra egyszerre is elvégezhetjük. Lényeges szempont viszont, hogy ekkor a legnagyobb a modul áramfelvétele. A dinamikus memóriák áramfelvétele az er sen változó terhelés következtében két nagyságrendet is változik a m+ködés során. A jellegzetes áramfelvételi diagramot a Mem.9.h. ábrán mutatjuk be. Megfigyelhet , hogy nagy áramfelvételi csúcsok a vezérl jelek változásai után lépnek fel. Sajnálatos módón áramfelvételi id diagramot a katalógusok ritkán közölnek, csak a maximálisan el fordulható áramokat adják meg. (A bemutatott áramfelvételi id diagram sem a részletesen tárgyalt típushoz tartozik, hanem az els csak 5 V-t használó Intel 2118 id diagramja. A jelleg azonban a m+ködésb l adódóan azonos.) Az energia ellátást ezekre az áramcsúcsokra kell méretezni. Ezért is fontos a memóriák mellett a gyors áramigény ellátását szolgáló úgynevezett tápsz+r kondenzátor, amit itt helyesebb lenne “tápláló kondenzátor”-nak nevezni. A gyártó, minden ezzel kapcsolatos ajánlását célszer+ messzemen kig figyelembe venni.

Mem.1.2. 19/48


2004-02-19

Összetett m+ködés+ üzemmódok: A DRAM-ok az alapvet m+ködésükön kívül sokféle összetett m+ködésre is képesek, ezekb l mutatnánk be háromfélét. Az olvasás utáni írás alapvet en a hibajavító kódolást használó m+ködés során szükséges (Mem.9.d. ábra) A kiolvasott adat után lehet ség van egy új adat beírására. A lapm+ködés+ üzemmódból az olvasást mutatjuk be (Mem.9.g. ábra), de létezik az írás mindkét fajtája, és az olvasás utáni írás is. A frissítés egyik lehetséges megoldása, miközben a kiolvasott adatot kint tartjuk az adatsínen, a háttérben több oszlop egymás utáni frissítését elvégezzük (Mem.9.f. ábra) RAS ONLY REFRESH

RAS/CAS RAS CAS WE

IDO (mA)

TIME (ns)

TIME (ns) LONG RAS/CAS RAS CAS WE

IDO (mA)

TIME (ns)

Mem.9.h. ábra dinamikus memória jellegzetes áramfelvételi id diagramja. (Intel 2118 alapján) Egy konkrét, vizsgált típusra a léptékezés, a katalógusban megadott minimális ciklusid , és a maximális áramfelvétel alapján végezhet .

Mem.1.2. 20/48


2004-02-19

Mem.1.1.3. Speciális memóriák -

NVRAM (Nonvolatile RAM) Nem felejt RAM. Egy SRAM és egy EEPROM összeépítése. A tápfeszültség bekapcsolásakor az EEPROM tartalma átmásolódik a RAMba, a m+ködés során a RAM-t olvassuk, írjuk, a tápfeszültség kikapcsolását jelz jel hatására (ez a tápfeszültségnek egy meghatározott érték alá csökkenésekor az IC belsejében keletkezik.) a RAM-ból a megváltozott tartalom átíródik az EEPROM-ba.

- Zéró Power RAM. A CMOS RAM-ok csökkentett tápfeszültség mellett (1,5 V) is meg rzik a tartalmukat, bár ekkor írni és olvasni nem lehet ket. Nagy berendezésekben - ha szükséges - használnak olyan tármodulokat, ahol a kártyára beépített akkumulátor biztosítja a meg rzéshez szükséges energia ellátást. Az IC-k áramfelvétele ilyenkor csekély, 10 µA nagyságrendjébe esik. A Zéró Power RAM ezt az üzemmódot biztosítja az IC tokba beépített alkáli elem segítségével. A garantált adatmeg rzési id 10 év. A fentebbi két típust alapvet en nagy megbízhatóságot kívánó berendezésekben használják. Felhasználásuk és a FLASH egyes alkalmazásai megegyeznek. Mem.1.1.4. Általános, vegyes ismeretek A korszer+ memóriák bels cellái többnyire a tok tápfeszültségénél kisebb feszültségr l üzemelnek. Ezt a kisebb feszültséget a tok bels leg állítja el . Ez a csökkentett tápfeszültség a nagy integráltságú IC-nél általános kezd lenni, és a teljesítmény felvétel csökkentését, valamint ami ezzel jár, a leadott h mennyiség csökkentését szolgálja. Úgyszintén bels leg állítanak el egy 1 Voltnál kisebb negatív feszültséget, amely a félvezet szelet el feszítését, a záró irányú átmeneteknek a helyes m+ködéshez szükséges lezárását szolgálja. Egyes esetekben ez a kis érték+ negatív feszültség mérhet az IC valamelyik lábán is. Többnyire az NC (No connect) lábak valamelyikén, (Ami ennek megfelel en, "nem csatlakoztatott" helyett, "ne csatlakoztasd sehova" értelm+.), vagy valamelyik be nem kötött, vezérlést kívánó lábon. A CMOS technológiájú memóriák az információt meg rzik csökkentett küls tápfeszültség mellet is. Ez tipikusan 1,5 V-t jelent. Áramfelvételük ekkor néhány, vagy néhányszor 10 µA Ebben az állapotukban írni és olvasni nem lehet bel lük. Hasonló funkciót lát el az úgynevezett standby állapot is, amikor hasonlóan kis áramfelvétel mellett csak tárolás van.

Mem.1.2. 21/48


2004-02-19

AH0-6

Oszt.

AL0-6

Sor

B0 B1 x0/OP2 x/CLK

REFR CNTR CLK CLR Oszcillátor

3:1 MUX

Frissítõ REF R/C RAS jelek dekódolója

Test mode

CLK Frissítést

REFRQ

CLR

REFRQ D

REFRQ ALE RD/S1 WR PCS

D

Q SYNC CLK CLR

CLK

MEMREQ

ALE Parancs dekóder

B0 B1 CLR STB

idõzítõ

REFREQ

Q

REFR

CLK Döntõbíró

REF D

Q SYNC CLK CLR

OUT0-6

MEMR

REF Start

RAS0 RAS1 RAS2 RAS3

CLK RAS R/C CAS

CAS

WE

WE

CLR EOC

1 SACK

Start

D CLK Q

SACK

CLR

OP1 Test mode

1 XACK

D CLK Q

XACK

CLR

Mem.10. ábra Dinamikus memóriát vezérl áramkör (DRAM controller) egy lehetséges megvalósítása A memóriák felépítésében nagyon fontos szerepet játszanak az író/olvasó er sít áramkörök. Ezek a speciális áramkörök biztosítják a tároló cellák – a szokásos digitális áramkört l eltér - beírási, illetve kiolvasási üzemmódját. Az író/olvasó áramköröket minden oszlophoz megvalósítják. Kiolvasáskor a memória címbitekb l dekódolt sorcímmel megcímezzük a kiolvasni kívánt sort, és a sor minden oszlopában lév bit kiolvasódik. A már digitális jelb l, a címbitek másik felével vezérelt multiplexeren keresztül kerülnek kiválasztásra az adatok, és a kimeneti meghajtó áramkör(ök)ön biztosítják a kívánt meghajtóképességet. Íráskor, a folyamat hasonlóan játszódik le, csak most egy demultiplexeren keresztül kerülnek az adatok az író er sít khöz. Statikus memóriáknál csak a beírni kívánt oszlop meghajtó áramköreit gerjesztjük, dinamikus memóriáknál az el zetesen kiolvasott adatokat minden olyan helyen visszaírjuk, ahol nem történik új adat beírása. A mátrixszervezés jellegzetesen négyzetes, ritkábban 1 a 2-höz arányú elrendezést ad. Az olvasó er sít ket a mátrixok középvonalában helyezik el, mert így a legrövidebb a kiolvasó vezeték hossza és kapacitása, ezért ez az elrendezés adja a leggyorsabb m+ködést. A felépítés következménye, hogy a bels szószélesség a tok kapacitásától függ, a mátrix oszlopainak számával egyezik meg, míg a tok jellemzésére használt szószélesség az adott típus küls bitszámát jelenti.

Mem.1.2. 22/48


2004-02-19

Újra írás: dinamikus memóriáknál az olvasási folyamat destruktív. Kiolvasáskor felhasználjuk a kondenzátoron tárolt töltés energiáját, ezért olvasás után a sorban lév összes tároló cellába vissza kell írni az el z leg kiolvasott értéket. A visszaírás a ciklus befejez szakaszában, a már inaktív (magas szint+) CAS vezérl jel alatt történik. Tulajdonképpen íráskor ekkor írjuk be az új adatot is. Ez a folyamat, a vezérlés legkényesebb része. Megsértése, az itt el irt id zítések be nem tartása, az információ katasztrofális sérüléséhez vezethet. Felfrissítés: A tároló kondenzátor töltése bizonyos id alatt elszivároghat, ezért id szakosan a benne tárolt töltések újra töltése, frissít írása szükséges. Ez a folyamat a REFRESH. Itt tulajdonképpen egy speciális olvasásról van szó. A sor minden oszlopát kiolvassuk és anélkül, hogy a külvilág felé eljuttatnánk, a ciklus végén újra beírjuk. Általánosan ezt a folyamatot hívjuk frissítésnek. A frissítést minden sorra, a katalógusban megadott id n belül el kell végezni. Ez tipikusan ms nagyságrend+ id tartamot jelöl. A gyakorlatban nem az a módszer, hogy a kívánt id tartamonként egymás után felfrissítik az összes sort, hanem a folyamatot elosztják, és a felfrissítési id osztva a felfrissítend sorok számával1, id nként végeznek egy frissítési ciklust. A leírt megvalósítás mellett a frissítés végrehajtása id tartalékkal bír, és lehet vé teszi, hogy a felhasználás els bbséggel rendelkezzen a frissítési igényhez képest. Ennek szervezését a DRAM-controllerek végzik. Minden dinamikus memória rendelkezik alapvet felfrissítési ciklussal, (Mem.9.e. ábra), a korszer+bbeknél ezenfelül megvalósítanak rejtett (hidden) frissítési formá(ka)t is (Mem.9.f. ábra). Ezt a folyamatot a legtöbb memória típus bels leg is elvégzi, csak indítási id zítést kíván. Ritkább típusok, ha teljesen bels leg végzik ezt a fajta frissítést, akkor normál olvasás indításakor várakoztatás jel aktivizálásával jelzik, hogy pillanatnyilag bels leg foglaltak. Dinamikus memória használatát gyorsító, illetve könnyít üzemmódok: A mátrix szervezésb l adódó megoldás, vagyis bels leg egy teljes sor kiolvasása, lehet vé teszi, hogy a sor tartalmán belül gyorsabban férjünk hozzá az egyes bitekhez, illetve küls szavakhoz, hiszen csak a kimeneti multiplexert kell átállítanunk. Ennek a lényegileg blokkos adatátvitelt lehet vé tev módnak a kihasználására a gyártók többféle megoldást dolgoztak ki. A NRAS egyszeri érvényesítése mellett új oszlop címek és a NCAS jel ismételt L-be váltásával történik a blokk következ elemének a kiolvasása, vagy írása. (Mem.9.g. ábra.) A CMOS technológia elterjedésével a kimeneti vezérlésnél már bizonyos típusoknál elt+nt a CAS vezérl jel, és a második címrészlet már érvényesít jel nélkül a statikus memóriáknál megszokott módon jut érvényre. Ennek megfelel en itt az adatkiolvasás is egy címz multiplexer váltását követ en megtörténik. A felfrissítési igény elrejtésére (Hidden Refresh) szintén többféle megoldás létezik. Az elmondottakkal, kapcsolatos részletekkel ismerkedni kívánóknak, a katalógusok tanulmányozására utalnék. Úgyszintén a memóriák részletesebb bels felépítésével kapcsolatban érdekl d knek, a b séges irodalmat és a katalógusok használatát ajánlom.

ami a RAS alatt használt címbitek kombinációját jelenti, tehát egy 64K szó kapacitású memóriánál 8 a RAS alatt megcímzett címbitek száma, így 256 cím frissítése szükséges

1

Mem.1.2. 23/48


2004-02-19

Mem.2.1. A memóriák általános szervezése A memóriákban az egyes tároló bitek mátrixszer+en helyezkednek el. Ez a félvezet felületén elérhet legs+r+bb elhelyezés. A mátrix elrendezésnél a vezetékek szabályos, rácsszer+ mintázatot alkotnak, és minden rácspontban van egy tároló cella, ezért egy adott technológiánál mindig a memóriákban tudnak a legtöbb alapelemet, ún. tranzisztor funkciót megvalósítani. A kezdetek óta az elhelyezhet alkatelemek száma évente közel megduplázódik, 2000-ben memóriáknál már, több mint 4 milliárd tranzisztornál tartottak. (1 Giga bites memória elem) A Memória mátrixhoz cím dekóder, író, olvasó er sít és egyéb szükséges áramkörök csatlakoznak. Lásd a Mem.5.a. és a Mem.7.a. ábrák blokkdiagramját. Felépítésben, a f részeket illet en a ROM, PROM, EEPROM is hasonló, természetesen a m+ködési módból adódó eltérések még eltér részáramkörök használatát is igénylik. Mem.2.1.1. A küls áramkörökhöz kapcsolódó csatlakozó felületek Címek: A memórián belüli megfelel adat(ok) kiválasztását végz vezetékek. A címek bináris kódot képviselnek. Egy Memória kapacitása 2n szó, ahol az “n” a címz bitek száma. Számozásuk mindig 0-tól (a legkisebb súlytól) indul. Nevük jellegzetesen A0 – An –ig tart, ahol A = Address = cím rövidítése. Az egyes szó kapacitásokhoz tartozó bitszámok: Jellemz en a létez és a jöv ben várható nagyságokat adtuk meg.2 KBi = helyenként k = kibi (bináris kiló = 1024 = 210 szó MBi = Mebi (bináris Mega) = 1024 x 1024 = 220 szó GBi = Gibi (bináris Giga) = 230 szó TBi = Tebi = (bináris Terra) = 240 szó 16 256 512 1K 2K 4K 8K 16K 32K 64K 256K 1M 4M 16M 64M 256M 1G 4G 16G 64G 256G 1T 4T 2

cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+ cím+

A0 – A3 A0 – A7 A0 – A8 A0 – A 9 A0 – A 10 A0 - A11 A0 - A12 A0 - A13 A0 - A14 A0 - A15 A0 - A17 A0 - A19 A0 - A21 A0 - A23 A0 - A25 A0 - A27 A0 - A29 A0 - A31 A0 - A33 A0 - A35 A0 - A37 A0 - A39 A0 - A41

4 cím bit 8 cím bit 9 cím bit 10 cím bit 11 cím bit 12 cím bit 13 cím bit 14 cím bit 15 cím bit 16 cím bit 18 cím bit 20 cím bit 22 cím bit 24 cím bit 26 cím bit 28 cím bit 30 cím bit 32 cím bit 34 cím bit 36 cím bit 38 cím bit 40 cím bit 42 cím bit

Az elnevezések használata még többnyire a régibb Kiló, Mega, Terra szerint történik

Mem.1.2. 24/48


2004-02-19

Léteznek (ha ritkábban is) páratlan címbitet használó memória elemek is, ezek értékei a táblázatból egyértelm+en következnek. Bit szám: Az egy tokban lév , a felhasználó számára elérhet összes bitek számát jelenti. Szóhossz (szószélesség): A kimeneten egy id ben elérhet bitek száma. (szószervezés+ memória) Jellemz en léteznek: (alapvet en a RAM-oknál el forduló eseteket adjuk meg.) -1 bites, ekkor külön ki, és bemenet van. A kapacitás növekedésével RAM-nál mindig el ször az 1 bites típusok jelennek meg. PROM-oknál kb. 8K-ig létezik, illetve létezett. - 4 bites 1 K-ig különválasztott be és kimenet+, fölötte jellemz en közösített be-kimenet+ típusok léteznek. PROM-nál is el fordul. - 8 bites (byte-s). EPROM-ok jellegzetesen csak ebben a formában léteztek. ROM-ok, PROMok 256 bájtostól, SRAM-oknál 1 K-tól (régebbi típusok 128 bájttól) a létez típusok csak közösített be-kimenettel kaphatók. DRAM-nál 1M fölött léteznek. - 9 bites, RAM-oknál a 9-ik bit hibavédelmi kódolásra szolgál - 16 bites a 90-es években megjelent típusok, egy részük 8/16 bitesként használható - 18 bites RAM (2 hibavédelmi bit) - 32 bites RAM - 36 bites RAM (4 hibavédelmi bit) - 72 bites RAM (8 hibavédelmi bit, alapvet en több IC-b l felépített modulok formájában, de kaphatók egy felületszerelhet IC tokba építve is.) EPROM, EEPROM, FLASH, a különleges típusokat - ami általában órajellel vezérelt soros hozzáférést jelent – kivéve, alapvet en bájtos szervezésben kaphatók. A 16 bites, a 90-es évekt l megjelent típusok jellemz en 8/16 bites kivitelben kaphatók, ami azt jelenti, hogy van egy külön vezérl bemenet, aminek az állapotától függ en a tok n bites cím+ 16 bites szó, vagy n + 1 bites cím+ 8 bites szószervezésben címezhet . Kapacitás: Az egy IC-ben (vagy memóriát tartalmazó szerelvényen, pl. úgynevezett SIM-line memória) lév bitek száma. Cím szorozva a szóban lév bitek számával. Szervezés: Egy Memória IC-ben, vagy szerelvényen lév bitek megjelenési formája az IC lábain. pl. 2K x 8 bit vagy 16K x 1 bit vagy 4K x 4 bit, ahol mindegyik kapacitása 16K bit. Léteznek 9 vagy 18 bites típusok is, ahol a + bitek hibavédelmi kiegészít bit céljaira vannak beépítve. Az adatbitek jellegzetesen tri-state kimenet+ek. A kisebb kapacitású, külön választott be és kimenet+eknél léteznek OC-s típusok is. E mellett újabban lehet találkozni más, pl. nyitott emitteres és egyéb megoldásokkal is. A tok kiválasztást az NCE (Chip Enable) tokengedélyezés, vagy NCS (chip select) tok kiválasztás jel engedélyezi, mely jellegzetesen alacsony szinten aktív. El fordulnak egynél több kiválasztó jelet használó típusok is. Itt vegyes szint+ek is lehetnek a kiválasztó jelek. A csak olvasható memóriák mindig rendelkeznek még egy kimenet engedélyez jellel is, és ez az NOE (Output Enable) jellemz en alacsony szinten aktív bemenet.

Mem.1.2. 25/48


2004-02-19

- Írható, olvasható memóriáknál az írás, olvasás jel hozzávezetésére kétfajta megoldás terjedt el: - a. Külön jelek használata NRD (Read = olvasás), NWR (Write = írás) kiválasztó jel melyek alacsony szinten aktívak. Az NRD és az NCE együttes aktiválásakor a memória IC tartalma a közös adatsínre kerül. Az NWR és az NCE együttes aktiválása el tt a beírandó adatot el kell helyezni az adatsínen, és onnan az NWR jel hatására beíródik a memória megcímzett szavára. Lásd a statikus memória id diagramját. Mem.7.b. ábrán. RD jel használata. Ez esetben ez a jel, m+ködésmód kijelöl bitként szolgál - b. Közös WR és a Memória IC aktiválását az NCE (vagy NCS) jel végzi. Ugyanez jellemz a dinamikus memóriák irány vezérl bemeneteire, csak itt a tok kiválasztását a megfelel sorrendben aktivizálódott NRAS, NCAS jelek biztosítják. Lásd a Mem.9. ábrákat. Mem.2.1.2. Memóriák id zítési viszonyai A memóriákkal kapcsolatban nagyon fontos jellemz k az id adatok. A legfontosabb id adatok: /lásd az id diagramokat is. Mem.5.b.; 7.b.; és a 9.a – 9.l. ábrákat / - Elérési id (Acces Time). A cím vagy az engedélyez jel(ek) egyértelm+ megjelenését l az adat állandósult megjelenéséig eltelt id tartam ns-ban. - Adat vagy cím el készítési id , amennyivel az írandó adatnak vagy címnek meg kell el znie a kijelöl jel hatásos élét. - Tartási id , amennyivel az írandó adatnak vagy címnek stabilnak kell maradnia a kijelöl jel hatásos éle után. - A WR jel megkívánt minimális szélessége, a biztos beíráshoz legalább ennyi ideig kell stabilnak lennie az NWR jelnek. - Ciklusid , ennyi id nként tudunk új adatot olvasni vagy írni a memóriából/ba. - Ezenkívül az egyes vezérl jelek, pl. NRAS, NCAS között megkívánt minimális, és megengedett maximális id k. Egy DRAM-nál jellemz en kb. 40 féle id adattal kell számolnunk. Lásd részletes tanulmányozás végett a Mem.9. ábra sorozatát. Az ábrák egymás utánja az ismereti fontosság sorrendjét takarja. Az olvasás, írás (1) és az alapvet felfrissítési ciklus mindig megkérdezésre kerül.

A jellemz sebességek 1999-ben: Általános célra szánt eszközök (SRAM) elérési és ciklus ideje 50-120 ns között van. Gyors memóriák esetében 10-35 ns között. Léteznek már 5 ns körüli típusok is. Dinamikus memóriák hozzáférési ideje: 50-150 ns. A memóriáknál jellemz , hogy egy-egy típusnak több hozzáférési idej+ változata van forgalomban. Ezt hajdan - a 70-es években - a típusszám után köt jellel kapcsolt egyjegy+ számmal jelölték. A jelölések tartalma cégenként és típusonként is változott, úgyhogy csak a katalógusok adtak eligazítást. A 80-as években bevezették, hogy a köt jeles kétjegy+ számok már a hozzáférési id tized részét jelentik. Tehát -12 az 120 ns, -15 150 ns hozzáférési id t jelöl. A megadott értékek mindig az olvasás indításától, az adat stabilizálódásáig tartó id t jelentik. Dinamikus memóriáknál ehhez természetesen többféle feltétel betartása is szükséges. A 100 ns-nál gyorsabb hozzáférés+ memóriáknál a számérték, a tényleges hozzáférési id t jelenti. Pl. -12 az 12 ns, -7 az 7 ns hozzáférési id t jelent. Általában egy-egy típusnak 2 - 5 sebesség+ változata van forgalomban. Gyakori, hogy az er sen eltér hozzáférési idej+, de kapacitásban és tokozásban, valamint

Mem.1.2. 26/48


2004-02-19

lábkiosztásban azonos memóriák más-más típusjelzéssel vannak forgalomban. A leggyorsabb eszközöknél jellemz , hogy az írási ciklusid kevesebb, mint az olvasási. Ennek okába gondoljon bele a tisztelt olvasó, nehogy meglepetés érje, ha vizsgán megkérdezzük!

A 10 ns körüli tartományban er sen terjednek az órajellel mintavételezett, bels cím és adattárolást biztosító un. BURST SRAM-ok. Ezeknél a címet ugyan a típus függvényében, több óraütemmel is követheti a kiolvasott adat, viszont folyamatos üzemben gyorsabb m+ködést tesznek lehet vé, mint az egyszer+bb aszinkron m+ködési változatok. A kapacitás növekedésével egyenes arányban n az IC-k lábszáma. A többlábú IC drágább is. Az árban a tokozás költsége ma már sokszor több mint a félvezet áramkör, a chip ára. A tokozás lábszám igényét csökkentend dolgozták ki a multiplexelt címzés+ memóriákat. Itt a multiplexelés azt jelenti, hogy a memória címet két részletben, id ben eltolva juttatjuk a memória IC-be. Ott egy tárolóba beírjuk, és a továbbiakban onnan használjuk. A multiplexeléssel a címekhez, a címbitek felével megegyez számú vezeték kell. A multiplexelt címzés+ memóriáknál az NCE jel helyett két vezérl jel van; NRAS (Row address select = Sor cím kiválasztás) és az NCAS (Column address Select = Oszlop cím kiválasztás). A vezérl jelek alacsony szintben aktívak. A multiplexelt címzés els dlegesen a DRAM-oknál terjedt el. Ott járulékos el nyökkel is bír. SRAM-oknál alkalmazása ritka, inkább eleve multiplexelt címzést használó processzorok kiegészít memóriáinál használatos. A DRAM-ok (a legels , 16K bitnél kisebb típusokat kivéve) jellemz en multiplexelt címzés+ memóriák. A dinamikus memóriáknál a bonyolultabb vezérlési kívánalmaknak megfelel en, az id diagrammon közel 40 id adat megadása szükséges. Ezek egy részének szerepe már az eddigiekb l is ismert, csak több jel viszonylatában, a kapcsolatra utaló módon szerepel. Megnevezésük gyártónként, teljesen azonos funkció esetén is eltérhet, ezért két összehasonlítandó típus vizsgálatánál, szigorúan az id diagramon bejelölt id zítés helyek funkcióit kell összehasonlítani. A könnyebb, id zítési hely funkcionális megnevezés, és az adatok megadása sorok összekeresését segítend , egyes gyártók a bet+kombinációkon kívül körbe tett szám megadásával is segítik a katalógus használóját. A dinamikusmemória id adataiból, különös fontossága miatt, néhány dologra felhívnám a figyelmet: - Az NRAS jel megsz+nése után, annak magas szintjére vonatkozó id betartása alapvet en fontos. Ezen id alatt történik az adattároló kondenzátorok feltöltése, illetve a visszatöltés. Helytelen vezérlés (ezen id adat minimális értékének be nem tartása) esetén, katasztrofális bit tévesztés el fordulásával kell számolni. A hatás olyan mintha részterületenként azonos adatokkal írnám tele a memóriát. - A felfrissítést minden ebb l a szempontból megkívánt címkombinációnál, a megengedett maximális id n belül biztosítani kell. Hiánya esetén a memória “elfelejti” a tartalmát. - DRAM-oknál a ciklusid jelent sen nagyobb a hozzáférési id nél. Léteznek azonos hozzáférési idej+ típusoknál is jelent sen eltér ciklus id vel rendelkez változatok, és a RAS, CAS jelek közötti id zítés is lehet nagyon eltér . Ez különösen javítás esetén fontos kérdés, ha nem a kártyán lév meghibásodott típust, tudjuk beszerezni – mivel a megvalósított vezérlés az eredetileg beépített típus id zítés kívánalmai szerint van beállítva - a kaphatókból csak gondos mérlegeléssel lehet eldönteni, hogy az adott helyen megvalósított vezérlési id k mellett melyik jöhet szóba. Az eddig elmondottakat az Mem.9.0. ábra blokkvázlatán és a Mem.9.a. – 9.g. ábrák id diagramján mutatjuk be.

Mem.1.2. 27/48


2004-02-19

Mem.2.1.3. DRAM vezérlése A DRAM m+ködtetéséhez szükségünk van egy speciális áramkörre, a DRAM vezérl re. (Mem.10. ábra) A DRAM vezérl feladatai: - - A memória modul bejöv címeib l a multiplexelt címek el állítása. Modulnak itt a memóriakezelés szempontjából összefogott részáramkörök együttesét értjük. Nagysága szerint ez lehet egy önálló kártya, f leg a régebbi számítógépeknél, vagy a mai legnagyobb kategóriájúaknál, illetve egy összetett kártya részegysége (pl. az elterjedt személyi számítógépeknél). - - A bejöv vezérl jelekb l a memória vezérl jelek és ezek id zítéseinek el állítása. - - A felfrissítéshez szükséges címek el állítása. - - A felfrissítés indítás id zítésének el állítása. - - Több helyr l érkez memória kiszolgálás kérelem esetén a kérelmek kiszolgálási sorba állítása, és amennyiben a kiszolgálás, a folyamatban lév miatt késedelmet szenved, a kér egység felé várakoztatási jel küldése. - - Még egyszer szeretnénk hangsúlyozni, hogy új hozzáférés, csak az el z ciklus teljes befejezése után indítható, és ennek a feltételnek a biztosítása is a DRAM vezérl feladata. A DRAM vezérl vagy önálló tokként, vagy a memória kiszolgálására tervezett funkcionális VLSI részeként kapható. Léteznek eleve multiplexelt címzéssel rendelkez processzorok, illetve olyan típus is (pl. a 8 bites Z-80) van még forgalomban, mely a processzorba integráltan megvalósítja a frissítéshez szükséges címeket el állító áramkört. A DRAM-ok egy részébe már bele van integrálva a frissítéshez szükséges logika, küls leg csak a funkció indításáról kell gondoskodni. Mem.2.1.4. Memóriák adatvédelme A RAM-ok használatánál szükséges megemlíteni a hibavédelmi kódolás szükségességét. A memóriák környezetében fennálló zavaró hatások miatt véletlenszer+en 1-1 bit tartalma megváltozhat, és a kiolvasásnál nem a beírt adatot kapjuk vissza. A hiba forrása lehet a környezetb l származó elektromágneses zaj, illetve a háttérsugárzás. A tervez k igyekeznek a zavarok iránti érzékenységet csökkenteni, a hiba bekövetkezésének valószín+ségét azonban nem lehet 0-ra csökkenteni. E zavaroknak a kondenzátoron való tárolási elv miatt els sorban a dinamikus memóriák vannak kitéve. A felhasznált memória kapacitások növekedése miatt, miután a hiba valószín+sége a technológia függvénye, a bithibák lehetséges el fordulása n . Ez néhány óránkénti, naponkénti bithibát jelenthet. Ennek kiküszöbölésére használják a hibavédelmi kódolást. Részletes tárgyalása nem tartozik a fejezet szigorúan vett témájához, de fontossága miatt dióhéjban megemlítem a legfontosabb jellemz ket. A hiba felismeréséhez és javításához szükséges információ tárolásához redundanciára van szükség. A redundáns kiegészít biteket a beíráskor, a beírandó szóból állítjuk el , és kiolvasáskor ellen rizzük, hogy a redundáns bitek megegyeznek-e a kiolvasott szóból képezhet vel. Ha igen, a szó hibátlan és felhasználható, ha nem az alábbi esetek lehetségesek: - - A szóban egy bit hiba van és a szó javítható, ekkor a kijavított szó kerül elküldésre a felhasználó áramkör felé, valamint vissza is lesz írva a memóriába, alapvet en ezért szükséges a Read-Modify-Write üzemmód. A visszaírás célja, hogy hasonló

Mem.1.2. 28/48


-

2004-02-19

valószín+séggel jelentkez újabb hiba el fordulásakor csak a javítható egy bitnyi hiba keletkezhessen. - A szóban két bit hiba van, ez már nem javítható, csak jelezhet és az áramkör hiba IT-t generál a Processzor felé. - Kett nél több hiba jelzésére az általában használatos 32 bit mellett 4 hibavédelmi bitet használó kódolás már nem alkalmas. Szerencsére az ilyen hiba el állásának a valószín+sége már olyan kicsi, hogy a szokásos felhasználásoknál nem okoz gondot. - Extrém megbízhatóságot kívánó helyeken, pl. +rhajózás, 50% redundancia bit felhasználásával már a szó felét érint meghibásodás is javítható. - Fontos tudni, hogy az egynél több bitet érint meghibásodás valószín+sége er teljesen csökken nagyságrend+.

Mem.2.1.5. Tápellátási igény Minden memória helyes m+ködéséhez, mint ez a DRAM-oknál bemutatott áramfelvételi diagramból is látszik (Mem.9.h. ábra) elengedhetetlen a minden tok mellé beültetett, a katalógus által el írt minimális érték+, induktivitás szegény energiaellátó = tápláló, tévesen tápsz+r kondenzátor megléte. Jellemz értéke: 100-1500 nF. Ezenkívül IC soronként több 10 µF érték+, jó min ség+, elektrolit kondenzátorra is szükség van. Digitális technikában ez tantál alapanyagú elektrolit kondenzátort jelent. A gyors energia igényt kielégít tápsz+r (tápláló) kondenzátor hiánya, vagy sérülése esetén meghatározhatatlan hely+ (minden teszteléskor más címnél jelentkez ) bithibák keletkeznek Ugyanilyen fontos a jól kialakított induktivitás minimalizált föld és tápcsatlakoztatás. Ez alapvet en többréteg+ NYÁK-ot (Multilayer) jelent. Lásd még az e témakörrel foglalkozó fejezetet, és az idevonatkozó, más tárgyból megismert tanulmányokat is. Mem.2.1.6. Néhány, a felhasználást segít észrevétel - A felhasználási helyre beépített, ott írt és olvasott memóriánál az azonos típusú címbitek szempontjából mindegy, hogy a kapcsolásban a tok rajzán megadott indexnek megfelel e a cím használata (egyeztetettek-e a címbitek). Ugyanez igaz az adatbitekre is, hiszen azonos úton tesszük be és vesszük ki az adatokat, a felhasználás szempontjából mindegy, hogy fizikailag hol tárolódnak. - Egyes memória típusok küls készülékben és a felhasználás helyére beépítve is írhatók. Olvasásuk, az éget ben történ ellen rzést leszámítva, alapvet en a felhasználási helyen történik. A küls (a felhasználás helyét l eltér hely+) beírás esetén már feltétlenül szükséges a küls és a bels címek használatának az egyeztetése, mert különben a felhasználás helyén nem a megkívánt adatokat olvassuk ki. Megjegyzend , hogy létezik olyan egyszer+bb módszer, a foglalatban elhelyezett, csak olvasható memóriák tartalmának illetéktelen másolás (koppintás) elleni védelmére, amikor a beírási helyen szándékosan keverik a cím és az adatbiteket, és a felhasználási hely fóliázása ennek a keverésnek megfelel en van kialakítva, tehát ott jó adatot tudunk kiolvasni. - Az írható, olvasható tárakat célszer+ a bekapcsolás után egy-egyszer+bb teszt futtatásával ellen rizni. - A nagyszámítógépek felügyel rendszere, szabad gépid ben folyamatosan teszteli a RAMokat, (természetesen erre az id re kikapcsolja a hibavédelmi áramkört) és mágneses háttértárolóra feljegyzi az el forduló hibák helyeit. Az állandó bithibát, mivel ez sürg s

Mem.1.2. 29/48


-

2004-02-19

beavatkozást kíván azonnal (következ ráfutáskor) jelzi az operátornak, a lágy hibákról pedig hiba statisztikát képez. A rendszeres karbantartáskor ezeket a hiba statisztikákat elemzik és a s+r+bben “lágy” hibát mutató memória tokokat kicserélik. Lágy hibának nevezzük a környezeti zavarból el álló, nem állandó helyen jelentkez hibahelyeket. A kikapcsoláskor nem felejt memória típusok nem vizsgálhatók a szokásos memória tesztekkel, hiszen akkor felülírnánk a tartalmukat. Ezeknél az ellen rzésre használatos módszer a következ : a tok írása el tt képezünk egy ellen rz összeget (kontroll summát), az erre alkalmas algoritmussal, és ezt beírjuk a tok utolsó címeire. Ellen rzéskor ugyanazzal az algoritmussal kiszámítjuk az összeget, és a beírttal összehasonlítjuk. Ha egyezik, a tartalom hibátlan, ha nem, sérült. A vizsgálati eljárás bemelegedés utáni többszöri lefuttatásával kideríthet k a csak melegedésre el forduló PROM hibák is.

Mem.2.2. Memória elemek gyakorlati felhasználása Mem.2.2.1. Memória modul kialakítása A memória elemeket nagy mennyiségben használják fel a különböz digitális eszközökben. A felhasználás nagy része mikroprocesszoros környezetben történik. Erre mutatnánk be egy példát, amiben szándékosan 8 bites eszközt szerepeltetünk. Egyszer+bb feladatoknál ma is tömegesen használt és a jöv ben is használandó szószélességr l van szó. A 16 bites eszközök kihalása már er teljesen halad. Használatban csak bizonyos mikrokontrolleres alkalmazásoknál marad. A 8 bites eszköznél minden szükséges megoldási részlet bemutatható és a rajz áttekinthet bb, mint a több bájtos szavaknál, ahol tulajdonképpen csak a szóban felhasznált, azonos módón megcímzett elemek száma n . Természetesen egy több bájtos eszköznél több párhuzamosan kapcsolt adatleválasztó er sít re lesz szükség. A nagyobb címtartományú memóriáknál jellegzetesen nagyobb kapacitású elemeket használnak, ennek megfelel en többnyire csak a címszelekcióra és az egyes memória elemek megcímzésére felhasznált címbitek indexe n , a kialakítandó kapcsolás nagyon hasonló lesz. Fontos megjegyzés. Sok esetben - az árviszonyok, miatt többnyire gazdaságosabb egy db. nagyobb kapacitású tok részleges, pl. ½ vagy ¾-es kihasználása, mint a szükséges kapacitás több tok felhasználásával való kialakítása. Ráadásul 1 tok helytakarékosabb megoldást tesz lehet vé, ami esetleg csökkenti a NYÁK felület igényét, ez pedig járulékosan, jelent sen csökkentheti a ráfordítás költségét. Példa egy 8 bites adatokkal dolgozó memóriakártya kialakítására. A berendezésben felhasznált címtartomány 1 Mega A kártya cím tartománya: 128K 00000h - 1FFFFh-ig A felhasznált elemek: EPROM 8K byte-s 4 db. 00000h - 07FFFh-ig SRAM 8K byte-s 2 db. 08000h - 0BFFFh-ig 2 db. 2 vezérl jeles, SRAM 8K byte-s 2 db. 0C000h - 0FFFFh-ig 2 db. 3 vezérl jeles típusú DRAM 16K x 1 bites 10000h - 1FFFFh-ig Vezérl jelek: amik a memóriamodul (kártya) felületén a processzortól megjelennek: - MEMRQ memória m+velet kijelöl jel, alacsony szintje mellett m+ködhetnek a memóriák -

RD alacsony szinten aktív olvasásvezérl jel WR alacsony szinten aktív írásvezérl jel

Mem.1.2. 30/48


2004-02-19

A címzéssel kapcsolatban a következ feladatok adódnak: - Több, különféle típusú memória használata egy adott kártyán. - Címterület felismerése, ha több memóriamodult használunk. A legnagyobb index+, a modulban még fel nem használt címbitek segítségével állítjuk el , többnyire azonosság felismer áramkör alkalmazásával, ahol az egyik bemen jelcsoport, a felismerend címek halmaza, a másik a kapcsolókkal, vagy átkötésekkel beállítható, a modul kiválasztását (címterületének a felismerését) megadó érték. Ez alapján egy modul kiválasztó jelet képezünk, amibe többnyire már az id beli elhatárolódást biztosító - memóriam+velet folyamatban van (többnyire NMEMREQ) - jelet is belekapuzzuk. - A modulon belüli kiválasztáshoz demultiplexer áramköröket használunk. Az alapelv, hogy egy, vagy több lépcs ben annyi felé választjuk a szelektáló jelet, ami a legkisebb nagyságú memória kiválasztását biztosítja. A nagyobb címtartományú memóriákhoz, vagy a demultiplexer lánc korábbi szintjér l visszük el a kiválasztó jeleket, vagy a kisebb nagyságok VAGY kapcsolatából állítjuk el . Ennek megfelel en egy megadott címtartományú felbontást kívánó memória modul megvalósításához a kiválasztó áramkör többféle módon is el állítható. Mem.2.2.2. Fontos megjegyzések: -

Általános esetben a demultiplexerben felhasznált legkisebb helyiérték+ bit, a kiválasztott memóriánál felhasznált legnagyobb helyiérték+ címbitet követ címbit. Természetesen, ha részterületek összekapcsolása után folytatjuk a szétosztást, átfedések lehetnek. A memóriamodulokat tipikusan adatleválasztó er sít vel kapcsoljuk a rendszer adatsínére. A leválasztó er sít knek a felhasznált címtartomány szerinti engedélyezésér l és az átviteli irány beállításáról feltétlen gondoskodnunk kell. A megvalósított modul kapcsolását a Mem.11.a., b. ábrákon mutatjuk be. (A megvalósítás egyúttal példa a nagyobb rajzok megosztására is.)

-

Id zítési megjegyzések: Gyakori megoldás, hogy a DRAM-okból kiolvasott adatot egy regiszterben tároljuk, és a tárolt értéket kapuzzuk az adatsínre. Hibavédelemmel ellátott memóriáknál a hibajavításhoz is id kell. Id kell a címszelekcióhoz. Id be telik a sínleválasztó er sít (kö)n való áthaladás. Ezen okok miatt egy memóriamodul hozzáférési ideje a felhasznált memória elemek hozzáférési idejénél mindig több. Minél gyorsabb a memória, ez az eltérés annál felt+n bb. (el fordulhat 1 a 3-hoz arány is.)

Mem.2.2.3. A megtervezett memória kártya leírása A cím felosztáshoz vegyük számba a szükséges biteket: Az 1 M (Mebi = Bináris Mega) címterület 20 felhasznált címbitet jelent (A0 – A19). Mivel kártyánk 128 k (kibi = Bináris kiló) címterületet foglal le, ezért a kártyán 17 címbitet (A0 – A16) használunk fel. A felhasznált címterület a 00000 címt l 1FFFF –ig tart. Ez azt jelenti, hogy a kártya kiválasztó MKSEL jelhez a legnagyobb 3 címbitet 0 értéken (L színt) használjuk fel. Ehhez ÉS-eljük még a memória hozzáférést id zít BMEMREQ jelet is, így ezzel a kártya egyéb helyein nem kell foglalkozni.

Mem.1.2. 31/48


MA0 MA1 MA2 MA3 MA4 BA13 BA14 BA15

BA16

A B C E0

74HC 138

E1 E2

NCE0 NCE1 NCE2 NCE3 NCE4 NCE5 NCE6 NCE7

MKSEL

MA7 MA8 MA9 MA10 MA11 MA12 NRD

A2 A3

O0

A2

O1

O A5 2764A 3 O A6 8Kbyte 4 O A7 EPROM 5 O6 A8 O7 A9 A10

A1

O0

O7

A9 A10

A

Y

74HC244

MA0 MA1 MA0 MA1 MA2 MA3 MA4 MA5 MA6 MA7

MA2 MA3 MA4 MA5 MA6 MA7 MA8 MA9

A

Y

74HC244

MA8 MA9 MA10 MA11 MA12 NRD NWR

MA10 MA11 MA12

O6 O7

A3

A3

O5

A7

O6

A8

O7

A9 A10

NCE2

D7

A11

MA12

A12 CE OE

D0

O1 O3 O4

A5 A6 D7

O0 O2

A4

A11

MA12

NCE1

A2

O1

O5

A8 A9 A10

A12 CE OE

A0 A1

O3 O4

A7 D7

O0

D0

O2

A5 A6

A11

MA12

A12 CE OE

O6

A8

A2

A4

O5

A7

MA0

A3

O3 O4

A5 A6

A11

A2

O2

A4

D7

A0 A1

D0

O1

A3

O2

A4

MA0

A12 CE OE

NCE3

D0-D7

NDRAM BA16

BA8 BA9 BA10 BA11 BA12 BRD BWR

A0

A0 A1

D0

NCE0

BA17 BA18 BA19 BMEMREQ

BA0 BA1 BA2 BA3 BA4 BA5 BA6 BA7

MA5 MA6

MA0

A0 A1

2004-02-19

MA0

A0 A1 A2 A3 A4 A5

B0

A1

I/O0

A2

I/O1

A3 A4

I/O2 I/O3

A5

I/O A6 8Kbyte 4 I/O5 A7 RAM I/O6 D7 A8 I/O7 A9 RD/ WR A

A6 A7 A8 A9

A12 CE

RD/ WR

B1

I/O0

A2

I/O1

A3 A4

I/O2 I/O3 I/O4

A5 A6

I/O5 I/O6 I/O7

A7 A8 A9

D7

MA12

A11 A12 CE

MA0

A0 A1

A10

10

A11

MA0

A0

B2

A1

I/O0 I/O1 I/O2

I/O3 I/O4 8KbyteI/O RAM 5 I/O6

WR

MA12

A12 CE OE WR

B3 I/O0

A3 A4

I/O2

A6 A7

D7

A8 A9

I/O7

A11

A2

A5

A10 RD/

A0

I/O1 I/O3 I/O4 I/O5 I/O6 I/O7

D7

A10 MA12

A11 A12 CE OE WR

NRD NCE4

NCE5

NCE6

NCE7

Mem.11.a. ábra Memória blokk felépítési feladat címszelektáló és Statikus memóriákat tartalmazó része. A kártyán belül két jól elkülöníthet címtartomány van: Az A16 címbit 0 értékénél 8 db. 8 k-s részre kell felosztani az alsó 64 k-t. Ezt egy 3-ról a 8-ra (74HC138) demultiplexerrel megoldjuk. Az egyes tokokat az NCE0 – NCE7 szelekciós jelek engedélyezik. Az A16 címbit 1 értékénél DRAM van. 4 sor 16 k-s. Ennek a felosztását a DRAM kontroller megoldja, mindössze az MKSEL és az A16 = 1 össze ÉS-elésével el állított a kontrollert kiválasztó NDRAM jelre van szükség. A DRAM kontroller kimen jeleivel sorba kötött ellenállások a kimenet kimeneti ellenállásait sorosan kiegészítve, azokat a vezeték hullámimpedanciájához illesztik. Ily módon lehet leg reflexiómentes meghajtást hozunk létre. Ezzel biztosítjuk a jelek elvárt fel és lefutását, lengésmentességét, valamint a sebesség kihasználását. Lásd még a “Reflexiók, áthallások és az ellenük való védekezés” cím+ fejezetet! A kártya és a hátlapsín közé kapcsolt adatleválasztó, meghajtó er sít vezérléséhez, mivel a kártyán lév memória a kiválasztásban szerepl teljes adatterületet kitölti elégséges az MKSEL jel. Mindössze a helyes szintr l kell gondoskodni. Ezt egy inverter végzi.

Mem.1.2. 32/48


2004-02-19

BA14 BA15 MA0 MA1 MA2 MA3 MA4 MA5 MA6 MA7 MA8 MA9 MA10 MA11 MA12 BA13 NDRAM

S1 S0 A0 NRAS0 A1 NRAS1 A2 NRAS2 A3 NRAS3 A4 NCAS DRAM A5 Controller A6 QA0 A7 QA1 A8 QA2 A9 QA3 A10 QA4 A11 QA5 A12 QA6 A13

NR0 NR1 NR2

NCAS

NR3

DMA0 DMA1 DMA2 DMA3 DMA4 DMA5 DMA6

RAS A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6

RAS

CAS 8 Db 2118

2118 DI 16kx1 DRAM DO

D0

D1 ... D6

WE

CE

CAS

2118 DI

D7

DO

WE

WE RD WR CLK

NRD NWR ÓRA MWAIT

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6

NDMWRE D0-D7 NR1

NCAS RAS A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6

CAS

RAS 8 Db 2118

2118 DI

D0

D1 ... D6

DO

WE

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6

CAS

2118 DI

D7

DO

WE

NDMWRE D0-D7 NR2


CAS

RAS 8 Db 2118

2118 DI

D0

D1 ... D6

DO

WE

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6

CAS

2118 DI

D7

DO

WE

D0-D7 NR3


CAS

RAS 8 Db 2118

2118 DI

D0

D1 ... D6

DO

WE

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6

CAS

2118 DI

D7

DO

WE

D0-D7 NWR MKSEL

DIR A7 A6 OE

B7

74HC245

A0 B0

BD0-BD7

Mem.11.b. ábra Memória blokk felépítési feladat DRAM-t és adatleválasztó er sít t tartalmazó része.

Mem.1.2. 33/48


2004-02-19

Mem.2.2.4. Sorrendi áramkörök megvalósítása memória elemek felhasználásával Memória elemek és regiszterek felhasználásával, programozással módosítható tulajdonságú sorrendi hálózatokat tudunk építeni. Az áramkör az igazság tábla módosításával tetsz leges, a memória címbitjeinek megfelel számú változóval m+köd áramkör realizálását teszi lehet vé. Az áramkör, a memória elemek “garantáltan hazárdos” kimenetei miatt, csak szinkron tárolókkal felépített sorrendi áramkörök létrehozására alkalmas. A memóriával kialakítható, programozható áramkörre bemutató példa: PROM jelleg+ memória tartalmát a feladatban el írt sorrendben végigjárandó állapotok szerint kitöltjük és a kimenetre helyezett tároló elemek kijáratát a PROM címz bemeneteire kötve, kialakítjuk a kívánt szekvenciális hálózatot. Mem.12. ábra A példában egy RES 2h; 3h; 4h; 7h; 8h; Bh; Ch; 6h; Dh; és 2h szerint m+köd vezérl kialakítását mutatjuk be. A nem felvehet állapotokról (ami csak hiba esetén fordulhat el ) lépjen Fh-ra és ott álljon meg. A küls vezérl bitek jelentése: - A4 = RESET – A5; A6; A7 = 0 A feladatot megvalósító igazság táblázat, vagyis a PROM tartalma a következ oldalon található Levonható következtetések: - A címz bemeneteken szerepl “X” értékek most azt jelentik, hogy az X értékkel megadott címbiteknél azok 0 és 1 értéke mellet is a kimenet értéke azonos a táblázatban szerepl vel. Tehát a példánkban a 17-es sor 16 címkombinációt jelöl, ahol a PROM tartalma mindenütt az adatoknál megadott egyetlen érték most konkrétan a RESET-re felvett érték (ami 2h). - – A 18. sorban szerepl yyy jelentése: A kombinációk a 0-t kivéve minden más esetre – tehát ahol A7 A6 A5 érték nem 0 - vonatkoznak. A jelen példánál mivel a felhasználásban nem fordulhatnak el – hiszen fixen 000-ra vannak kötve ezek a címbitek - az “e” érték kitöltésével nem kell foglalkozni, az a PROM eredeti, kiindulási értéke maradhat. Ha számolunk azzal, hogy az A5; A6; A7 lábak közül valamelyik 1-re kerülhet, akkor célszer+bb az A4 cím értékének megfelel en a feladat léptet részének, illetve a törlésnek megfelel értékeket beleírni. (20-FF-ig terjed címterület) - Az adat biteknél szerepl “d” értékek most azt jelentik, hogy az adott adatbiteket nem használjuk fel a kapcsolásban. Az O7 - O4 bitek nincsenek sehova sem bekötve. A szükséges 4 bites helyett 8 bites ROM-ot és a szükséges 32 szó kapacitás helyett, az elérhet bb 256 szó kapacitású memória elemet használjuk. Erre beszerezhet ségi és felhasznált alkatrészféleség csökkentési okból gyakran van szükségünk. A “d” -vel jelölt helyen az égetési táblázat elkészítésekor a konkrét eszközben eredetileg (gyárilag) szerepl értéket hagyjuk meg, így el fordulhat, hogy különböz technológiájú eszközök használatakor az azonos funkciójú elemek tartalma a m+ködés során felhasználásra nem kerül helyeken eltér. Figyelem! A felhasznált biteknél, a csak hibás m+ködés következtében kiválasztásra kerül bithelyek tartalma, soha nem lehet “d”, mindig a szükséges kódot kell tartalmaznia. Aggályos esetben így a feladatunk 18 sorában szerepl cím helyekre is a Reset funkciónak megfelel 2h értéket kell beírni. A 18. sorral most 224 címet jelzünk.

Mem.1.2. 34/48

Grosz Imre: Él Digitronika (Fejezetek a digitális elektronikából) Memóriák Mem.1.2.5. -

2004-02-19

- A 4 bites kimenetnek megfelel en az els 16 címre a lépéseket szolgáló tartalmat kell beírni - A 17. sorban A4 “1’ értéke mellett a sorrendi hálózat kimenetét l függetlenül minden címérték mellett a RESET által beírandó 2h érték szerepel.

A feladatot megvalósító igazság táblázat, vagyis a PROM tartalma S.sz. Hexa érték 1. 0 2. 1 3. 2 4. 3 5. 4 6. 5 7. 6 8. 7 9. 8 10. 9 11. A 12. B 13. C 14. D 15. E 16. F 17. 1X 18. YX

A7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 y

A6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 y

A5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 y

Címek A4 A3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 x x x

A2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 x x

A1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 x x

Hexa A0 érték O7 0 d 1 d 0 d 1 d 0 d 1 d 0 d 1 d 0 d 1 d 0 d 1 d 0 d 1 d 0 d 1 d x d x d

O6 d d d d d d d d d d d d d d d d d d

O5 d d d d d d d d d d d d d d d d d d

Adatok O4 O3 d 1 d 1 d 0 d 0 d 0 d 1 d 1 d 1 d 1 d 1 d 1 d 1 d 0 d 0 d 1 d 1 d 0 d e

O2 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 e

O1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 e

O0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 e

Mem.1.2. 35/48


2004-02-19

KQ3 KQ2 KQ1 KQ0 +5V Clr ÓRA

Q0 Q1 Q2 Q3 74.175

CK

D0 D1 D2 D3

CE

O7 O6 O5 O4 O3 O2 O1 O0 74.188

OE

A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

RESET

Mem.12. ábra. Sorrendi hálózat megvalósítása memória felhasználásával

Mem.1.2. 36/48


2004-02-19

Mem.3. Ellen rz kérdések és példák Mem.3.1. Ellen rz és számonkérési “kis” kérdések 1. Mikor van egy DRAM kiválasztott (select) állapotban? 3 p. 2. Mik a tároló cellái az alábbi memória típusoknak? Egy - egy rövid mondattal, vagy rajzzal feleljen. - ROM - PROM - EPROM - EEPROM - FLASH - RAM - DRAM 1 - 1 p. 3. Mivel lehet törölni az alábbi memória típusokat? - ROM - PROM - EPROM - EEPROM - FLASH - RAM - DRAM 1 - 1 p. 4. Az alább felsorolt memóriáknál, mely típusoknál szükséges az áramkör saját, és a rendszerben használt címeinek az egyeztetése és melyiknél nem. A táblázat kitöltésével válaszoljon. memória típus ROM PROM EPROM EEPROM FLASH SRAM DRAM

mindig

felhasználástól függ en

érdektelen

1 - 1 p. 5. Mire kell - saját és munkatársaink érdekében - különösen ügyelni az EPROM törlésekor? 2 p. 6. Mit lehet kiolvasni az EPROM-ból és az összes korszer+ programozható memóriából azonosító üzemmódban? 2 p. 7. Rajzolja le egy multiplexelt címzés+ DRAM a vezérl jelekhez viszonyított jellegzetes áramfelvételi diagramját! 3 p.

Mem.1.2. 37/48


2004-02-19

8. Rajzolja le egy multiplexelt címzés+ DRAM olvasási id diagramját a jellegzetes id helyek feltüntetésével! Megnevezést nem kérünk. 5 p. 9. Rajzolja le egy multiplexelt címzés+ DRAM egy fajta írási id diagramját a jellegzetes id helyek feltüntetésével! Megnevezést nem kérünk. 5 p. 10. Rajzolja le egy multiplexelt címzés+ DRAM egyszer+ felfrissítési id diagramját a jellegzetes id helyek feltüntetésével! Megnevezést nem kérünk. 5 p. 11. Kb. hány id adattal lehet teljesen leírni egy DRAM-ot? 2 p. 12. Mivel, és hogyan lehet törölni az EPROM-t, mikre kell vigyázni a végrehajtása során? 3 p. 13. Rajzolja le egy statikus RAM blokkdiagramját! 4 p. 14. Rajzolja le egy DRAM blokkdiagramját! 4 p. 15. Rajzolja le egy DRAM jellegzetes áramfelvételi id diagramját! Minek a szükségessége következik ebb l? 5 p. 16. Melyik memóriafélénél van, és mire szolgál a REFRESH ciklus? Mit illik még tudni ezzel kapcsolatban? 3 p. 17. Mit kell tudni, és biztosítani egy dinamikus RAM használatához? 3 p. 18. Milyen feladatai vannak a DRAM controllernek? 4 p.

Mem.1.2. 38/48


2004-02-19

Mem.3.2. Megoldott mintafeladat Cím szelekcióra kidolgozott mintapélda. Tervezzük meg a következ (bonyolultabb) címfelosztású memória kártyát: EPROM 0000 – 0FFF 4000 – 4FFF C000 – CFFF F000 – FFFF A négy terület egyetlen EPROM-ban megvalósítva. RAM 2000 – 3FFF - 8k bájtos 5000 – 6FFF - 8k bájtos 8000 – -16k x 4 bites 1-szer Memóriába ágyazott csak írható periféria LED mez nek kialakítva F800 – FFFF A nem megadott címterületek máshol kerülnek megvalósításra. Gondoskodjon az adatleválasztó er sít vezérlésér l is! Vezérl jelek: NMEMREQ; NWR; NRD El ször is az áttekintés végett írjuk fel a dekódolandó címbiteket. A15 A14 A13 A12 0 0 0 0 EPROM 0 0 0 1 Szabad 0 0 1 0 RAM/8k 0 0 1 1 RAM/8k 0 1 0 0 EPROM 0 1 0 1 RAM/8k 0 1 1 0 RAM/8k 0 1 1 1 Szabad 1 0 0 0 RAM 16k 1 0 0 1 RAM 16k 1 0 1 0 RAM 16k 1 0 1 1 RAM 16k 1 1 0 0 EPROM 1 1 0 1 Szabad 1 1 1 0 Szabad 1 1 1 1 EPROM 1 1 1 1 1 Írható periféria A címbitekb l látszik, hogy szükséges felosztás 4k ezt a 64k-ból 16 felé osztással érjük el. A megoldásnál az els lépés a 4 k-ra felosztást biztosító NSX szelekciós jelek el állítása, majd ezekb l az egyes memória tok szelekciók kialakítása. Ehhez többféle megoldás is adódik. 1. 1 db 4-r l 16-ra demultiplexer 74.151. Ez nagy méret+ tok és nincs is minden sorozatban 2. 2 db 3-ról 8-ra demultiplexer 74.138 3. 2 db 2-r l 4-re demultiplexer 74.139 A 4k-s részekb l az egyes nagyobb memóriák szelekcióját még külön el kell állítani.

Mem.1.2. 39/48


2004-02-19

Elöljáróban szeretném felhívni a figyelmet a rajzi azonosíthatóság szempontjából fontos szempontokra. Nevezetesen, hogy: - az azonosíthatóság végett, a kimenetek megnevezéséb l – még vázlaton is – legalább az egyiket meg kell adni. - Az el állított és a felhasznált jelek aktív szintjét jelölni kell! pl. PON = H –ban érvényes NPON = L -ben érvényes jel - Memóriánál különösen szükséges az el állítói cím u.n. kombinációs súlya (értéke) szerinti index adás. BA12 BA13 BA14

A

Y0

B

BA15 "1"

BA12 BA13 BA14

NS3 NS4 NS5

E0

NS6

E1 E2

Y7

A

Y0

B

BA15

NWR NKS

NS7

NS8 NS9 NSA

C

NS2 NS3

NSRAM2-3

NS5 NS6

NSRAM5-6

NS8 NS9 NSA NSB NSF NWR

NSEPROM

A11

NSRAM16

NSEPROM NSRAM2-3 NSRAM5-6 NSRAM16

NKS

NSPERIF

NSB

138 NBMEMREQ

NS1 NS2

C

138 NBMEMREQ

NS0 NS4 NSC NSF

NS0

NSC

NS0 NSD

AROM12

NS0 NS1

AROM13

NSD

E0

NSE

E1 E2

Y7

NSF

D0

D7

DIR

A0

A7

OE

B0

B7

BD0

BD7

Mem.13.a. ábra. Példánk címszelekciós áramkörének megvalósítása 74.138-as demultiplexerekkel és az egyes kiválasztó jelek kikapuzása. A Mem.13.a. ábrához kapcsolódóan néhány megjegyzést tennék. A szelekciós jeleket értelemszer+en az egyes részterületek VAGY-olásával, itt értelemszer+en ÉS kapu használatával állítjuk el . A periféria terület része, a legnagyobb cím+ EPROM területnek. Mivel a két felhasználás azonos területen, de eltér hozzáférési üzemmódban van használva, ezért a címátfedés semmilyen gondot nem okoz. Javítja a címterület kihasználását. A perifériás terület kiválasztó NSPERIF jelébe bekapuzzuk az írást kijelöl NWR jelet is. Figyelem! Az adatleválasztó er sít NKS engedélyez jele az EPROM kiválasztójel felhasználásával lett ugyan kialakítva, de az írás irányítottsága miatt az itt írásra nem felhasznált címterületek – amennyiben szükséges - máshol még kell odafigyeléssel kialakíthatóak.

Mem.1.2. 40/48


BA14 BA15 NBMEMREQ

NS0-3

BA12

A

NS4-7

B .139

NSRAM16

E

NSC-F

BA13 NS0-3

BA12 BA13 NS4-7

BA12 BA13 NSC-F

2004-02-19

A B .139 E

A B .139 E

A B .139 E

Y0 Y1 Y2 Y3

Y0 Y1 Y2 Y3

Y0 Y1 Y2 Y3

NS0 NS1 NS2 NS3

NS4 NS5 NS6 NS7

NSC NSD NSE NSF

Mem.13.b. ábra. Példánk címszelekciós áramkörének megvalósítása 74.139-es demultiplexerekkel. A többi áramkör megoldása értelemszer+en azonos, kivéve az itt egyszer+bb NSRAM-t. A feladattal kapcsolatban fontos felhívni a figyelmet az összetett címkiválasztású memóriák legnagyobb címbitjeinek kialakítására. Az els 8k-s RAM A12 - es cím bitjénél semmi gond nincs, természetes sorrend+ címzés történik. A második 8-kilósnál az alacsonyabb címérték+ terület a RAM-ban fizikailag a magasabb 4k-ba kerül, és fordítva, de ez az egyértelm+ leképzés miatt érdektelen. A 16-k-s terület címzése normális. Az EPROM külön szót érdemel. Nézzük az egymás utáni címterületeket: A15 0 1 1 1

A14 0 0 1 1

A13 0 0 0 1

A12 0 0 0 1

látható, hogy az A13, A12 cím bit direktben nem felhasználható, mert háromszoros címzést okozna. Két lehet ség van: - Egyrészt az a. ábrán bemutatott NSX jelekb l történ AROM12, AROM13 címbit kialakítás. Ez mindig megvalósítható. - A másik lehetséges megoldás, hogy a BA14 bejöv címbitet kötjük az EPROM A13-s lábára és az A12-s lábra a bemutatott módon kialakított AROM12 címbitet.

Mem.1.2. 41/48


2004-02-19

A Mem.13.b. ábrával kapcsolatban érdemes megjegyezni, hogy most ez az egyszer+bb megoldás. Két 2-r l a 4-re demultiplexer áramkör van ugyanis egy tokban és ekkor a kétszint+ dekódolás miatt az NSRAM16 rögtön el is áll. Nem kell el bb részeit el állítani, majd azokból létrehozni. A memóriába ágyazott periféria egy 2 k-s minden címre kiterjed szétágaztatást, vagyis demultiplexer rendszert jelent. Az egyes címeken egy-egy 8 bites írható regiszter van, és a regiszter mindegyik kimenetével egy-egy db. LED-et hajtunk meg. A 2048 darab fizikailag egy kijelz mátrixot alkot, vagyis egy grafikusan is kezelhet kijelz táblát. A példában egyszer+ ~ 10 mA-s meghajtás szerepel. Ez a mai nagyfényerej+ LED-ekhez elégséges. Ha valamilyen okból nagyobb árara van szükség, a meghajtásra vonatkozóan lásd a Nagyfeszültség+ és nagyáramú meghajtások, cím+ fejezetet. A feladatban a regiszterek írásához szükséges 3-ról 8-ra multiplexerek száma: 2048:8 = 256 db. Tisztán szétágazásos rendszerben a megel z sorokban: 32, 4, majd 1 db. szükséges. A regisztereket író áramkörök száma, a szükséges kimenetszám miatt nem csökkenthet . Ügyes szervezéssel csökkenthet viszont az el z 37 db. Ehhez mátrix elv+ kiválasztást kell megvalósítani. Nevezetesen a 3 db. 138-s kimeneti jeleit úgy kötjük a meghajtó oszlop egyes demultiplexereinek az engedélyez bemeneteire, hogy minden egyes demultiplexer más engedélyez jel kombinációt kapjon. Ily módon a logikailag 20 db. engedélyez jel biztosítja a 256 demultiplexerb l az aktuális címzésnek megfelel egy darab kiválasztását. Terhelési okokból, a használt áramköri család adataiból számolható mennyiség+ er sít elemre is szükség lehet. Ezt most csak jelöltük. Ekkor a logikailag azonos, de áramkörileg eltér jelek egy megkülönböztet indexet, ez esetünkben az “A” és a “B” kapnak. Természetesen a Mem.14. ábrán a kimeneti író multiplexerekb l és a regiszterekb l csak egy-egy bekötését adtuk meg. Gyakorlati megvalósítás esetén a bemutatott módon minden egyes tok bekötése megszerkeszthet , és a teljes dokumentációnak tartalmaznia kell a részletez rajzot is. Az adatbiteket természetesen szintén er síteni kell, és a regiszterek bejáratára negáltan bekötve kapjuk a LED-ek meghajtásához használatos szinteket. Ezt jelöltük. Az elosztó és invertáló er sít rendszer kialakítását nem. Ennek a vázlatát kiegészítésül rajzolja meg. Még egy megjegyzés: a legnagyobb helyiérték+ mátrixjel el állító demultiplexer bemenetén az NSF, NWR és az A11 jelek felhasználásával el állítottuk a teljes mez kiválasztását, így a Mem.13.a. ábrán szerepl nél kett vel kevesebb inverterre és eggyel kevesebb 3 bemenet+ NAND kapura van szükség. Figyelem! A Mem.14. ábrán szándékosan, a gyakorlatban, vagy a vizsgán sokszor elkövetett hibákat helyeztünk el. Derítse fel és javítsa ki ket! Ez is a felkészülés része. Nem a technológiai sor megadásáról van szó. Azt csak egy tényleges megvalósításnál kell feltüntetni, és a következményeit figyelembe venni.

Mem.1.2. 42/48


2004-02-19

NSP00A BA6 BA7 BA8

A

Y0

B C

NSP00

BA0

NSP00B

NSP10

BA1

NSP20

BA2

NSP30

A

Y0

B C

.138

40

E1 E2

1

NSP0A

50

E0 Y1

NSPR0000

60

NSP00A

70

SP000A

E0 E1 E2

Y7

NSPR0007

NSP0A BA3 BA4 BA5

A

Y0

B

NSP0

NSP0B

NBD0A

NSP1

+

NSP2

C

NSP3

.273

4 5

E0

6

E1 1

Q0

D0

E2

Y1

7

NBD7A

D7 Ck

NSPR 2047

240 BA9 BA10

A

Y0

B

A11

NTORL

SP000B SP000A SP100A

SP200A

.138 NWR

Cl

SP100B

C

NSF

Q7

SP300A

E0 E1 E2

Y7 Nem használt kimenetek

Mem.14. ábra. Csak írható, memóriába ágyazott periféria, vagyis LED tábla kialakításának vázlata (néhány megkeresend hibával)

Mem.1.2. 43/48


2004-02-19

Mem.3.3. Megoldandó feladatok Mem.3.3.1. Címszelekciós áramkörök kialakítása 1. Adott az alábbi címfelosztású, és megadott elemméret+ (byte) memória kártya. Készítse el a kapcsolási rajzát! A kártya adatsínén sínleválasztó er sít t (74.245) feltétlenül használjon! 0000h - 3FFFh EPROM 8k-s elemekb l 4000h 32k-s SRAM a következ címeken 2k-s SRAM a legfels 8k tartalék. 2. Rajzoljon le egy cím dekóder áramkört, mely a következ címtartományra történ felosztásokat valósítja meg! 00000h - 3FFFFh 64 k Byte-s EPROM-ból 40000h - 7FFFFh 256 k bites DRAM 80000h - FFFFFh 512 k 4 bites SRAM Vezérl jelként alacsony szinten aktív Memória üzemmód kijelöl jel és Read, Write jelek állnak rendelkezésre. 3. Adott az alábbi címfelosztású és megadott elemméret+ (byte) memória kártya. Készítse el a kapcsolási rajzát! A kártya adat sínén sínleválasztó er sít t (74.245) feltétlen használjon! EPROM 0000h - 4FFFh 8k-s elemekb l RAM 5000h 32k-s SRAM a következ címeken 2k-s SRAM, a legfels 8k tartalék. 4. Rajzoljon le egy címdekóder áramkört, mely a következ címtartományra felosztásokat valósítja meg! 00000h - 2FFFFh 64 kByte-s EPROM-ból C0000h - FFFFFh 256 kbites DRAM 30000512 k 4 bites SRAM Vezérl jelként alacsony szinten aktív Memória üzemmód kijelöl jel és READ, WRITE jelek állnak rendelkezésre.

Mem.1.2. 44/48


2004-02-19

5. Egy Z-80-as processzor mellet a következ önálló kártyán lév memória modult építjük fel: - 0000-2000 EPROM 16 k Bájtos elemb l Figyelem! Végig gondolandó!!! - 1800-1FFF Memóriába ágyazott, csak írható periféria terület (a modulban csak a kiválasztása és az adatleválasztója nyer elhelyezést) - 2000-5FFF 16 k x 1 bites DRAM - 6000-7FFF 4k x 4 bites SRAM, szeparált NWR és NOE lábbal - 8000-97FF az EPROM megfelel része, - A800-AFFF az EPROM maradék része - C000 – max-ig 16 k x 1 bites DRAM - A nem megadott memória terület közvetlenül a processzor mellett nyer elhelyezést. - Rajzolja le a címszelekció kialakítását, és a modul vázlatos felépítését! -

Feltétlen rajzolja le az adatleválasztó (74F245) bekötését is!

6. Egy memória kártya a következ címeken EPROM-ot tartalmaz, összesen 1 darabot (Mekkora is? Ezt is pontozom.) 0000h-07FFh 2000h-27FFh 4000h-47FFh 6000h-67FFh 8000h-87FFh A000h-A7FFh C000h-C7FFh E000h-E7FFh Az egyéb memória elemek elhelyezkedése: 0000h - 3FFFh 16 k 4 bites SRAM 4000h - 7FFFh EPROM által felhasználton kívüli területei más kártyán kerülnek felhasználásra 8000h - BFFFh 16 k Byte-s SRAM C000h - FFFFh 16 k 1 bites DRAM. Az EPROM által igénybe vett területek nem kerülnek kihasználásra (az aktuális memória elem itt nem címz dik meg) Oldja meg a cím szelekciót, az id tartomány kijelöl NMEMREQ jel felhasználása mellett 1 db. szükséges bemenetszámú OR kapu és 1 db 74LS138 felhasználásával. Rajzolja le a teljes memória kapcsolási rajzát a cím és adat jelek gondos bejelölésével. Ez csak látszólag nehéz feladat! Megfelel odafigyeléssel és a címterületek gondos, a megfelel mélységig alkalmazott, bites felírásával rájön, hogy egyszer+ a megoldás.

Mem.1.2. 45/48


2004-02-19

Mem.3.3.2. PROM-al megvalósítható vegyes feladatok A PROM értelmes leíró táblája feltétlen része kell, hogy legyen a megoldásoknak. 1. 4 bites regiszter és 1 kByte-os PROM felhasználásával tervezze meg az alábbi állapotokat bejáró számlálót! Resetre: 25, 53h-ról 6Fh-re, 7Fh-r l 84h-re, ACh-r l AEh-re, B8h-ról CCh-re, F1h-r l F4h-re, F4h-r l FFh-re, FF-r l 45h-re, és újra az egész. A nem bejárható értékekr l lépjen 02h-re és ott álljon meg. Ezt az értékét egy LED kigyújtásával jelezze is. A LED árama 10 mA, nyitó feszültsége 2,1 V 2. Egy a 74HC16x-as családból felépített számláló a következ állapotokat járja végig: Resetre: 15h, 29h-r l 37h-re, A9h-r l B6h-ra, FFh-r l 14h-re, és innen folyamatosan az el z sor. Valósítsa meg a számlálót a típus utolsó számjegyének megadása mellett: - 1 db 1 kByte PROM felhasználásával! Ez esetben semmilyen kapuáramkör nem használható! A számlálók regiszterként való felhasználása nem elfogadható megoldás. Ne feledkezzen meg a számlálók típusának a megadásáról sem! 3. Egy a 74HC16x családból felépített számláló a következ állapotokat járja végig: Resetre: 15h, 29h-r l B6h-ra, FFh-r l 37h-re, A9h-r l 14h-re, és innen folyamatosan az el z sor. Valósítsa meg a számlálót: - a szükséges kapuáramkörök felhasználásával! - 1 db 1 kByte PROM felhasználásával! Ez esetben semmilyen kapuáramkör sem használható! A számlálók regiszterként való felhasználása nem elfogadható megoldás. Ne feledkezzen meg a számlálók típusának a megadásáról sem! Ha a számláló A9h után újra a B6h-ra lép és FFh-r l lép a 14h-re, majd innen tovább, akkor milyen plusz áramkör kellene?

Mem.1.2. 46/48


2004-02-19

4. Egy a 74HC16x családból felépített számláló a következ állapotokat járja végig: Resetre: 17h, 28h-ról 33h-ra, A8h-ról B6h-ra, FFh-r l 16h-ra, majd innen folyamatosan az el z sor. Valósítsa meg a számlálót a visszacsatolásban 1 db. 1 Kbyte PROM felhasználásával. Semmilyen kapuáramkör sem használható. 5. Tervezzen meg egy 4 bites betölthet , sorosan léptethet regisztert, 4 bites párhuzamos beírású regiszter (74HC175) és a szükséges méret+ PROM felhasználásával! Az SH/LOAD jel 0 értékénél betöltés, 1 értékénél léptetés történjen!

Mem.4. Felhasznált Irodalom 1. Masszi-Szamosközi: LSI-VLSI áramkörök felépítése, tesztelése, alkalmazása M+szaki könyvkiadó Budapest 1985 2. Hitachi IC Memory No3 1995 3. Motorola adatlapok 1998

Mem.1.2. 47/48


Mem.5. Jegyzetek

Mem.1.2. 48/48

2004-02-19

Mem Információt tápfeszültség nélkül is megrz memóriák

Recommend Documents