КР по Микропроцессорным системам. МПС. 1. Расставьте числа в порядке возрастания и объясните свой выбор
 Скачать 0.96 Mb.
|
|
К555ИД4, КМ555ИД4 Микросхемы представляют собой сдвоенный дешифратор-мультиплексор 2–4. Содержат 171 интегральных элементов Корпус типа 238.16-1, масса не более 1,2 г. Условное графическое обозначение:  Назначение выводов: 1 — вход А1; 2 — вход А2 (строб); 3 — вход 1 (выбор); 4 —выход  ; 5— выход  ; 6 — выход  ; 7—выход  ; 8 — общий; 9— выход  ; 10 — выход  ; 11 — выход  ; 12—выход  ; 13- вход 2; 74 — вход  ; 15 — вход  , 16 — напряжение питания.а) типоразмер и изображение корпуса;  б) напряжение питания и выводы, на которые оно подается; Номинальное напряжение питания : 5В± 5%. Вывод 16 – напряжение питания, вывод 8 – общий. в) напряжения логических нуля и единицы; Выходное напряжение низкого уровня: ≤0.5 В (логический ноль). Выходное напряжение высокого уровня: ≥2,7 В (логическая единица). г) ток потребления (потребляемая мощность); Ток потребления: ≤10 мА Потребляемая мощность: 52,5 мВт д) диапазон рабочих частот; Максимальное время задержки составляет 30 нс, поэтому максимальная частота переключения:  МГц.е) интервал рабочих температур; Диапазон рабочих температур: -10...70°С ж) время задержки включения (выключения); Время задержки распространения при включении: ≤7-30 нс. Время задержки распространения при выключении, от инверсных входов: ≤15 нс. Время задержки распространения при выключении, от прямых входов: ≤26-27 нс. з) коэффициент объединения по входу; и) коэффициент разветвления по выходу. В справочных данных нет сведений по этим показателям. 9. Флэш-память. Команды чтения, стирания и подготовки к программированию. Существует разновидность стираемой программируемой ROM, для которой обе операции (стирание и программирование) можно выполнить электрическим путём. Такие микросхемы, называемые электронно-перепрограммируемой постоянной памятью (Electrically Erasable Programmable ROM, EEPROM), не требуется извлекать из компьютера для стирания или перезаписи. Более того, их содержимое можно изменять выборочно. Единственным недостатком EEPROM является то, что для стирания, записи и чтения данных в них требуется разное напряжение. Другой тип электронно-перепрограммируемой постоянной памяти получил название флэш-память. По сравнению с EEPROM флэш-память имеет большую плотность ячеек, а следовательно, большую ёмкость и меньшую стоимость в пересчёте на бит хранимой информации. Для неё достаточно напряжения питания одного уровня, и к тому же она более экономична по энергопотреблению. Флэш-память появилась довольно давно (первые образцы были разработаны компанией Toshiba ещё в 1984 г.), однако её массовое использование началось в 90-х гг. ХХ в. с появлением цифровых фотокамер. Флэш-память служит для хранения обновляемых программ и данных в самых разных системах, кроме цифровых фото- и видеокамер, в сотовых телефонах, модемах, BIOS, системах управления автомобильными двигателями и прочее. В сотовых телефонах блоки флэш-памяти используются для хранения телефонных номеров и идентификатора пользователя (SIM-карта), производители автомобилей используют флэш-память в системах управления двигателями для хранения кодов ошибок и параметров оптимальных режимов работы. Широко распространены сменные носители информации на основе флэш-памяти, опередившие по популярности дискеты формата 3.5". Флэш-память обладает уникальными свойствами. Подобно EEPROM, флэш-память модифицируется (переписывается) электрически внутрисистемно, энергонезависима и хранит данные даже после отключения питания. Однако в отличие от EEPROM флэш нельзя переписывать побайтно. Флэш-память читается и записывается традиционно – побитно или побайтно, но перед тем, как записывать новые данные поверх существующих, содержимое памяти нужно стереть, причём стирается флэш-память не отдельными ячейками, а сразу во всей микросхеме или в достаточно большом блоке (странице), объёмом от 1 до 128 кбайт. Стирание содержимого всей микросхемы памяти или отдельной страницы может быть осуществлено отдельным сигналом (отсюда и название флэш-памяти, от слов Flash Erase – стирание быстрое, как вспышка). Это позволяет сократить длительность служебных сигналов, требуемых для традиционного последовательного стирания байта за байтом. Изменение содержимого одного бита (байта) данных во флэш-памяти происходит поэтапно: сначала с флэш-микросхемы в буфер считывается блок данных, потом этот блок стирается в микросхеме, затем в буфере изменяется нужный бит (байт) и блок данных снова записывается в микросхему. Эта принципиальная особенность перезаписи содержимого флэш-памяти объясняет относительно низкую скорость её работы, самые быстродействующие экземпляры микросхем флэш пока заметно проигрывают жёстким дискам, но технологии в области флэш-памяти стремительно развиваются и быстродействие заметно растёт (табл. 10.1). Таблица 10.1 Быстродействие операций над флэш-памятью
Флэш-память создаётся на однотранзисторных элементах, что обеспечивает плотность хранения информации даже несколько выше, чем в динамической оперативной памяти, использующей, как известно, минимум 2 транзистора и конденсаторный элемент. Элементарная ячейка флэш-памяти, в которой хранится бит информации, представляет собой полевой транзистор со специальной электрически изолированной областью, управляемой извне, называемой "плавающим затвором" (floating gate). Плавающий затвор представляет собой изолированный тончайшим слоем окисла второй затвор, расположенный между нормальным затвором и каналом транзистора. Электрический заряд, помещённый в плавающий затвор, способен сохраняться многие годы (срок гарантированного хранения информации 10 лет в нормальных диапазонах температуры и влажности). При записи одного бита данных ячейка памяти заряжается, заряд помещается на плавающий затвор, при стирании заряд снимается с затвора и ячейка разряжается. Так ячейка памяти управляется изменением заряда плавающего затвора, превращающегося в накопитель электронов. Поскольку электрическое поле, создаваемое зарядом плавающего затвора, влияет на "проходимость" канала транзистора между истоком и стоком, то считать записанный в память бит можно, попытавшись пропустить ток между этими контактами транзистора. В зависимости от величины заряда на плавающем затворе напряжение на транзисторе будет различаться. Флэш-память (Flash Memory) по типу запоминающих элементов и основным принципам работы сходна с EEPROM. однако имеет структурные и технологические особенности. Для заряда плавающих затворов используется лавинная инжекция, а для стирания—туннелирование электронов через тонкий слой диэлектрика (эффект Нордхайма-Фаули). Разработка флэш-памяти считается кульминацией развития энергонезависимых ЗУ с электрическим стиранием информации. Блочное стирание. Для флэш-памяти не предусмотрено стирание отдельных слов, стирание информации вначале осуществлялось для всей памяти одновременно, позднее — для достаточно больших блоков. Исключение записи/стирания с разрешающей способностью до каждого слова (байта) упрощает схемы ЗУ и способствует повышению их уровня интеграции и быстродействия при снижении стоимости. Проще всего стирать одновременно всю информацию, но это имеет недостаток — даже замена одного слова требует стирания и новой записи для всего ЗУ в целом. Сейчас схемы со стиранием всего массива данных уступили место схемам с блочной структурой, в которых массив памяти делится на блоки, стираемые независимо друг от друга. Вначале емкость блоков составляла 64...256 байт, затем размеры блоков увеличились до 64... 128 Кбайт и более. Число циклов репрограммирования для флэш-памяти хотя и велико, но ограничено. Чтобы увеличить долговечность памяти, используются специальные алгоритмы, способствующие "разравниванию" числа перезаписей по всем се блокам. Соответственно областям применения флэш-память имеет архитектурные и схемотехнические разновидности. Основные направления эффективного использования флэш-памяти: хранение не очень часто изменяемых данных (обновляемых программ и т. п.); замена памяти на жестких магнитных дисках. В микросхемах первого направления (несимметричных блочных структурах) массив памяти делится на неидентичные специализированные блоки. По имени Boot-блоков, в которых информация особо надежно защищена от случайного стирания, эти ЗУ называют также Boot Block Flash Memory. Boot-блоки хранят программы инициализации системы, позволяющие ввести ее в рабочее состояние после включения питания. Микросхемы второго направления (симметричные блочные структуры) предназначены для замены жестких магнитных дисков (Flash-File Memory), содержат более развитые средства перезаписи информации и имеют идентичные блоки. Надежность хранения информации во флэш-памяти достаточно высока – гораздо выше, чем на жёстких дисках, дискетах и магнитной ленте. По сравнению с другими средствами хранения и переноса данных, накопители флэш-памяти имеют преимущества: высокую надёжность и ударопрочность (результат отсутствия движущихся компонентов и механической конструкции носителей и накопителей), малое энергопотребление, компактность. К недостаткам можно отнести ограниченное количество циклов перезаписи и относительно низкую скорость работы. Схемотехника накопителей (матриц запоминающих элементов) флэш-памяти представлена двумя направлениями: на основе ячеек типа ИЛИ-НЕ (NOR) и на основе ячеек типа И-НЕ (NAND). Обе разновидности имеют хорошие перспективы развития. Для улучшения технико-экономических характеристик в схемах флэш-памяти применяются различные средства и приемы (часть из них присуща и другим типам ЗУ). □ Прерывание записи при обращениях процессора для чтения (Erase Suspend). Без этого возникали бы длительные простои процессора, т. к. запись занимает большое время. После прерывания запись возобновляется под управлением внутренних средств флэш-памяти. □ Внутренняя очередь команд управления, позволяющая организовать конвейеризацию выполняемых операций и ускорить процессы чтения и записи. □ Программирование длины хранимых слов для согласования с различными портами ввода/вывода. □ Введение режимов пониженной мощности на время, когда к ЗУ нет обращений, в том числе режима глубокого покоя, в котором мощность снижается до крайне малых значений. □ Автоматическая приспособляемость к работе с разными питающими напряжениями.• □ Введение в структуру микросхемы страничных буферов для быстрого приема данных, подлежащих записи. Два таких буфера могут работать в режиме "пинг-понг", когда один из них принимает данные, подлежащие записи, а другой в это время переписывает свое содержимое в память. Если второй уже освободится, в то время как первый заполнится, то они поменяются местами, и прием данных продолжится. □ Различные меры защиты от случайного или несанкционированного доступа. □ Применение специальных кодов для обнаружения и исправления ошибок, поскольку в схемах столь высокого уровня интеграции трудно полностью избежать появления неработоспособных запоминающих элементов. □ Выполнение операций чтения во время проведения в других блоках операций стирания/записи (в структурах Concurrent Flash Memory). Флэш-память имеет перед EEPROM и EPROM ряд преимуществ и зачастую наиболее удобна как энергонезависимая намять для самых разных условий. Вначале ее применение сдерживалось высокой стоимостью, но позднее положение изменилось. Сейчас флэш-память широко используется пользователями компьютеров, входит в схемы практически всех персональных компьютеров и сотовых телефонов, многих модемов и т.д. Команды управления В микросхемах флэш-памяти помимо чтения непосредственно в системе выполняются стирание старых данных и запись новых, процессы сложные и длительные. Поэтому управление флэш-памятью имеет относительно сложный характер. В отличие от традиционного управления с помощью адресных и управляющих сигналов флэш-память имеет дополнительное управление словами-командами, записываемыми процессором в специальный внутренний командный регистр. Команды определяют работу внутреннего автомата управления, обеспечивающего для реализуемого режима необходимую последовательность действий. Типичный состав команд: □ две команды для стирания (подготовка стирания/стирание и проверка стирания); □ две команды для программирования (подготовка программирования/программирование и проверка программирования); □ две команды, задающие операцию чтения (для данных и кодов идентификатора); □ команда, задающая операцию сброса. После команды стирания правильность операции проверяется чтением содержимого ячеек. Чтение правильного кода (состоящего из единиц) показывает, что все биты слова стерты. Если считывается иной код, выполняется повторное стирание и его проверка. Процесс проверки продолжается до достижения последнего адреса. Программирование ведется слово за словом (последовательно или при произвольном доступе). При этом цикл чтения от процессора выводит записанные данные, которые сравниваются с заданными. Равенство байтов свидетельствует об успешном программировании. После этого процесс программирования переходит к следующему слову. Команда сброса надежно устраняет возможное последействие команд стирания/программирования. После каждой из этих команд в регистр команд можно записать код операции сброса, что устранит возможность каких-либо влияний, связанных с указанными командами. Содержимое памяти уже не сможет изменяться. Для дальнейшего приведения схемы в желаемое состояние в регистр команд нужно записать соответствующую команду. Память с несимметричными блоками Блоки этой памяти специализированы и имеют разные размеры. В Boot-блоке (ББ) хранятся программы BIOS (Basic Input/Output System), необходимые для правильной эксплуатации и инициализации системы. Содержимое ББ аппаратно и программно защищено от случайного стирания. При этом в микросхему вводится пароль пользователя. Блоки программируются последовательностью операций стирания данных в блоке, содержащем изменяемые байты, и затем программированием блока в режиме байт за байтом. Для инициализации стирания в микросхему вводится последовательность байтов (команда стирания), в которой фиксируется и адрес блока. Сама операция управляется внутренними средствами кристалла без использования внешних синхросигналов. Все элементы памяти в стираемой области приводятся в состояние логической единицы. При программировании состояние соответствующих элементов изменяется на нулевое. Программирование завершается по истечении определенного времени, для его индикации предусмотрены специальные меры (контроль состояния одного из разрядов шины I/O). Если выявляется конец цикла программирования байта, то можно начинать новый доступ для операций чтения или программирования. 10. Системные шины. Порты ввода/вывода. 10.1. Шина – это канал пересылки данных, используемый совместно различными блоками системы. Шина может представлять собой набор проводящих линий, вытравленных на печатной плате, провода припаянные к выводам разъемов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский кабель. Компоненты компьютерной системы физически расположены на одной или нескольких печатных платах, причем их число и функции зависят от конфигурации системы, её изготовителя, а часто и от поколения микропроцессора. Основными характеристиками шин являются разрядность передаваемых данных и скорость передачи данных. Системная шина предназначена для обеспечения передачи данных между периферийными устройствами и центральным процессором, а также оперативной памятью. Существует несколько стандартов организации системной шины для ПК. |