Senkron bellekte, veri yazma ve okuma işlemleri yapılırken yapılan tüm işlemler, merkezi işlemcinin (veya sistem veri yolunun) saat frekansı, yani. bellek ve CPU, bekleme döngüleri olmadan eşzamanlı olarak çalışır. Bilgi, yüksek hızlı senkronize bir arayüz kullanılarak paketler halinde iletilir.

Bellek tipi SDRAM. Eşzamanlı dinamik bellek SDRAM'inin temel özelliklerini ele alalım.

Sinyallerin bileşimi ve amacı. Senkron bellek sinyalleri, sinyalleri içerir RAS#, CAS#, BİZ.#, MA# asenkron dinamik bellekle aynı işlevleri gerçekleştiren. Yukarıdaki sinyallere ek olarak, SDRAM dinamik belleğe özgü sinyaller kullanılır. Bunlar şunları içerir:

• CLK(Saat) - pozitif bir kenar üzerinde hareket eden saat senkronizasyon darbeleri (0 → 1);
• SKE(Saat Etkinleştir) – şu durumlarda senkronizasyonu etkinleştirin/devre dışı bırakın SKE= 1/0. Saat darbelerinin olmaması bellek güç tüketimini azaltır. Düşük güç moduna geçiş, aşağıdaki durumlarda özel komutlar kullanılarak gerçekleştirilir: SKE= 0. Vurgulanmalıdır üç mod:

■ düşük tüketim modu(Güç Kapatma Modu), NOP veya INHBT komutları tarafından uygulanır. Bu modlarda bellek yongası kontrol komutlarını kabul etmez. İçlerinde kalma süresi, yenilenme süresi ile sınırlıdır;

■ duraklatma modunu senkronize et(Saat Askıya Alma Modu), veri aktarımının olmadığı ve yeni komutların kabul edilmediği. Mikro devre, SKE=0 sinyali ayarlandığında bir okuma veya yazma komutunun yürütülmesi sırasında bu moda girer;

■ kendini yenileme modu, Kendi Kendini Yenileme komutuyla mikro devrenin içinden geçtiği. Bu modda, rejenerasyon döngüleri, harici senkronizasyon devre dışı bırakılarak dahili zamanlayıcıya göre periyodik olarak gerçekleştirilir;

• CS# (Çip Seçimi) – çip seçimi. saat CS#= 0 komut kodunun çözülmesine izin verilir; de CS# = 1 komutların kodunun çözülmesi yasaktır, ancak başlatılan komutların yürütülmesi devam eder;
• BSO, BSL(Banka Seçimi) veya VA 0, VA 1 (Banka Adresi) – komutun adreslendiği bankayı seçin;
• D ve ANCAK 1 set sütun adresi, sinyal ANCAK 10 = 1, otomatik ön şarj modunu etkinleştirir. Döngülerde Ön şarj sinyali A 10=1, 550, 551 sinyallerinin değerlerinden bağımsız olarak tüm bankaların ön şarj modunu etkinleştirir;
• DQ(Veri Giriş/Çıkış) – çift yönlü veri giriş/çıkış hatları;
• DQM(Veri Maskesi) – veri maskeleme. AT okuma döngüsü de DQM=İki döngüden sonra 1 veri yolu yüksek empedans durumuna aktarılır (kapalı). AT yazma döngüsü de DQM- 1 mevcut verilerin yazılması yasaktır, DQM= 0 gecikmeden yazmaya izin verir.

SDRAM yongaları, sütun adres sayaçlarının yanı sıra iki veya daha fazla bankaya sahiptir. Senkron SDRAM arayüzünün avantajları, dahili çoklu banka organizasyonu ile birlikte, sık erişimlerle yüksek bellek performansı sağlayabilmesi gerçeğini içerir.

SDRAM bellek, birden fazla bankadaki satırları etkinleştirme yeteneğine sahiptir. Her satır, başka bir banka ile herhangi bir işlem sırasında kendi ACT komutu ile etkinleştirilir. Seçilen bankanın hattını yazma ve okuma sırasında etkinleştirdikten sonra, hat hemen değil, elemanlarına yapılan bir dizi çağrıdan sonra kapatılabilir. Gerekli bankanın açık satırına erişmek için, sütun adresini ve banka numarasını belirten RD oku ve WR yaz komutları kullanılır. Yazma/okuma işlemlerini, her döngüdeki veri yolunun farklı bellek alanlarına bir dizi erişim için verinin bir sonraki bölümünü taşıyacak şekilde organize etmek mümkündür. Çağrılar aktivasyon komutları gerektirmediği için daha hızlı olacaktır. CS# çip seçme sinyalini kullanarak, ortak bir bellek veri yolu ile bağlı farklı çiplerin sıralarını açık tutabilirsiniz.

Bir sayaç kullanmanın uygulanması çok kolaydır grupçalışma modu. Başlatma sırasında, paket uzunluğu (1, 2, 4, 8 eleman), paketteki adreslerin sırası (ara eklenmiş veya doğrusal) ve çalışma modu (tüm işlemler için patlama modu veya salt okunur) programlanabilir. modunda DQM = 1 sinyali ile kayıtlar paketin herhangi bir öğesinin yazma engellemesi gerçekleştirilir ve modda okuma– veri arabelleğinin yüksek empedans durumuna aktarım.

Bekleme döngülerinin ortadan kaldırılması, adres serpiştirme, patlama modu, üç aşamalı ardışık düzen adresleme sayesinde, mikro devrenin çalışma döngü süresini 8 ... veri yolu 100 MHz'e düşürmek mümkün oldu.

DDR SDRAM (Çift Veri Hızı) bellek. Geleneksel SDRAM ile ilgili olarak DDR belleğin ana özelliği, veri geçişinin sistem veri yolu saat darbelerinin ön ve kenarında gerçekleştirilmesidir. Bu, saat aralığı başına iki erişim gerçekleştirmeyi ve performansı ikiye katlamayı mümkün kılar. Senkronizasyon darbelerinin ön ve kenarı boyunca veri iletirken, kontrol sinyallerinin ve verilerin zamanlama parametrelerine artan gereksinimler uygulanır. Bunları karşılamak için aşağıdaki önlemler alındı: bir flaş DQS sinyali getirildi; ek donanımın yanı sıra iki saat darbesi CLK1 ve CLK2 kullanılır. Yazma için verilerin komutla aynı anda iletildiği geleneksel SDRAM yongalarından farklı olarak, DDR SDRAM'de, yazma için veriler bir döngü gecikmesiyle sağlanır (Yazma Gecikmesi). CAS Gecikme değeri kesirli olabilir (CL = 2, 2.5, 3).

100 MHz frekansında, DDR SDRAM, 8 bayt DIMM'lerde 1600 MB / s performansa karşılık gelen pin (pin) başına 200 Mbit'lik bir tepe performansına sahiptir. 133 MHz frekansında performans 2100 MB / s'dir.

Bellek türü RDRAM. 1992'de Amerikan şirketi Rambus, RDRAM (Rambus DRAM) adı verilen yeni bir bellek türü geliştirmeye başladı. Bu belleğin depolama çekirdeği, geleneksel CMOS dinamik bellek hücreleri üzerine inşa edilmiştir. Bununla birlikte, bellek arayüzü, geleneksel senkronize arayüzden önemli ölçüde farklıydı. Yüksek hızlı Rambus RDRAM arabirimi, 1 baytlık bir veri yolu üzerinden 600 MB/sn'ye kadar hızlarda veri aktarma yeteneği sağlar. Etkili aktarım hızı, EDO DRAM cihazlarından 10 kat daha yüksek olan 480 MB/sn'ye ulaşır. Bir dizi bellek hücresine erişim süresi bayt başına 2 ns'den azdır ve gecikme süresi (veri dizisinin ilk baytına erişim süresi) 23 ns'dir. Büyük miktarda veri alışverişi yaparken, performans/maliyet oranı açısından Rambus bellek en iyi seçenektir. Daha ileri bir gelişme, Direct DRAM arabirimi ya da 16-bit (kontrol bitli çipler için 18-bit) veri yoluna sahip DDRAM idi. RDRAM bellek, 1999'dan beri yüksek performanslı kişisel bilgisayarlarda kullanılmaktadır ve sistem mantığının yonga setlerinde desteklenmektedir.

RDRAM bellek alt sisteminin yapısı şunlardan oluşur: bellek denetleyicisi, damla ve gerçek bellek yongaları(Şek. 10.9).

RDRAM belleği, diğer bellek türlerine (FPM / EDO ve SDRAM) göre aşağıdaki ayırt edici özelliklere sahiptir:

• bir dar kanal cihazı veri iletimi. Saat başına aktarılan veri miktarı yalnızca 16 bittir, iki ekstra eşlik biti sayılmaz;
• kanal hatlarının az sayıda (30) olması ve konumları için özel olarak alınan önlemler nedeniyle kanal saat frekansı artırılır

Pirinç. 10.9.

16x400x2/8 = 1600 MB / s'ye eşit bir performans sağlayan 400 MHz'e kadar (saatin ön ve kenarındaki veri aktarımını dikkate alarak). Performansı artırmak için, veri aktarım hızını sırasıyla 3,2 veya 6,4 MB / s'ye çıkarabilen iki ve dört kanallı RDRAM kullanabilirsiniz. Şu anda kullanımda olan çift kanallı PC800 RDRAM en hızlı bellek türüdür (PC2100 DDR SDRAM'in biraz ilerisinde);

• hücre adresi ayrı veri yollarında iletilir: biri satır adresi için, diğeri sütun adresi için. Adresler ardışık paketler halinde iletilir. RDRAM'in çalışması sırasında, bir ardışık bellek alma gerçekleştirilir ve adres, verilerle aynı anda iletilebilir;
• performansı artırmak için başka bir tasarım çözümü önerildi: kontrol bilgilerinin aktarımı, veri yolu üzerindeki veri aktarımından ayrılmıştır. Bunun için bağımsız kontrol devreleri sağlanır ve iki grup veri yolu tahsis edilir: satır ve sütun seçim komutları için adres yolları ve 2 bayt genişliğinde veri iletimi için bir bilgi yolu;
• az enerji tüketir. R1MM bellek modüllerinin ve RDRAM cihazlarının besleme voltajı yalnızca 2,5 V'a ulaşır. Düşük voltaj sinyalinin voltajı 1,0 ila 1,8 V arasında değişir, yani. voltaj düşüşü 0,8 V'tur. Ek olarak, RDRAM'in dört güç kapatma modu vardır ve bir işlemin sonunda otomatik olarak bekleme moduna girerek güç tasarrufu sağlar.

Sanal kanallara sahip bellek– VC SDRAM. Bellek ataması. Modern bir bilgisayarda RAM'e çeşitli cihazlar tarafından erişilir. Bazı aygıtlar (çok görevli bir işletim sisteminde paralel olarak çalışan programlar) belirli bellek alanlarını kendilerine ayırır. İşlemciler, IDE ve SCSI denetleyicileri, AGP ses ve video kartları ve diğerleri gibi aygıtlar doğrudan RAM'e erişir. Birkaç cihaz aynı anda belleğe eriştiğinde servisleri gecikir. Bu eksikliği gidermek için, 16 bağımsız bellek kanalı içeren özel bir bellek modülü mimarisi geliştirilmiştir. Her cihaza (program) belleğe erişmek için ayrı bir kanal tahsis edilmiştir.

bellek mimarisi. Sanal kanallara sahip bellek mimarisinin (Sanal Kanal Bellek Mimarisi) bir özelliği, depolama hücreleri dizisi ile bellek yongasının harici arayüzü arasında olmasıdır. kanal tamponları(Şek. 10.10). Birden çok arabellek sanal kanallarda birleştirilebilir. Kompozisyon ve sinyal seviyeleri açısından, VC SDRAM (Sanal Kanal SDRAM) yongaları geleneksel SDRAM'e benzer (4, 8 veya 16 veri bitlik harici bir organizasyona sahiptirler), ancak yapı, komut sistemi ve bir dizi başka göstergede farklılık gösterir. . Mikro devre, kare matris şeklinde yapılmış iki banka (A ve B) içerir. Matrisin her satırı 4 bölüme ayrılmıştır. 128 Mbit kapasiteli bir çip için matris boyutu 8K x 8K, hattın hacmi 8K bit ve segment 2K bittir. Kanal arabelleğinin kapasitesi de 2K bittir. Matrise bir erişim için, arabelleklerden biri ile seçilen satırın bir bölümü arasında 2K bitlik paralel bir veri aktarımı gerçekleştirilir. Çipler 168 pinli bir DIMM'e takılır.

Değişim organizasyonu. Veri alışverişi işlemleri iki aşamaya ayrılır:

dış değişim bilgi kaynağı ve kanal arabelleği arasındaki veriler. Değişimin bu aşaması bellek denetleyicisi (Şekil 10.10'da gösterilmemiştir) aracılığıyla gerçekleştirilir ve kanal numarasını ve sütun adresini gösteren okuma ve yazma komutları (OKU ve YAZ) ile gerçekleştirilir. Değişim toplu modda gerçekleşir. Paket uzunluğu programlanabilir ve 1, 2, 4, 8 veya 16 dişli (eleman) olabilir. Kanalı okurken ilk veriler, okuma komutuna göre 2 döngü gecikme ile görünür, sonraki veriler her döngüde gider;

Pirinç. 10.10.

iç değiş tokuş kanallar ve bellek hücresi dizisi arasındaki veriler. Değişim aşağıdaki sırayla ilerler:

■ Bellek dizisine eriştikten hemen sonra gelen PRFA ön getirme ve RSTA kaydetme komutlarını kullanarak, satırlar otomatik olarak devre dışı bırakılır (ön şarj). Seçilen bankayı ve her iki bankayı aynı anda devre dışı bırakmak için özel komutlar kullanılabilir;

■ bankayı (A veya B) ve satırın adresini ayarlayan ACT komutuyla, matrisin gerekli satırı etkinleştirilir;

■ PRF (Ön Getirme) ve RST (Geri Yükleme) komutları diziyi arabelleğe okur ve arabellek verilerini dizide depolar. Komutlar banka numarasını, segment numarasını ve kanal numarasını belirtir.

Değişimin her iki aşaması, neredeyse birbirinden bağımsız olarak harici arabirimden gelen komutlarla gerçekleştirilir. Kullanılan komutların listesi Tabloda verilmiştir. 10.1.

VC DRAM'in yenilenmesi, periyodik olarak REF komutları verilerek (yenilenen hatların adresinin dahili sayacına göre otomatik yenileme) veya mikro devrelerin SELF komutuyla değiştirildiği enerji tasarruflu kendi kendini yenileme modunda gerçekleştirilir.

Birçok modern yonga seti, VCM SDRAM DIMM'lerini destekler.

Bir veya başka tür bellek kullanma olasılığının anakart yonga seti tarafından belirlendiğine dikkat edilmelidir.

Geleneksel bir mikrobilgisayarda, bellek miktarını artırmak zor değildir, sadece kaç megabayt ekleyeceğinize ve hangi tedarikçiyle iletişime geçeceğinize karar vermeniz yeterlidir. Bellek tahsisinin bir tasarım öğesi olduğu ve farklı tipteki bellek cihazlarının bloklarının birlikte kullanıldığı mikroişlemci kontrollü bir cihazın tasarımında daha fazla zihinsel çaba harcanmalıdır - programları depolamak için uçucu olmayan ROM ve geçici olarak uçucu RAM veri ve yığınların yerleştirilmesi ve ayrıca bir çalışma alanı programları olarak.

(bkz. orijinal)

Pirinç. 11.29. 12 bit çift kanallı DAC'ler (Analog Cihazların izniyle), 1 bayt yük genişliğine sahip bir - 7537 yongası; b - 12 bit indirme genişliğine sahip 7547 yongası.

"Kablolu" programlara sahip uçucu olmayan ROM'lar, cihaz her açıldığında bir program yükleme ihtiyacını ortadan kaldırmak için mikroişlemci cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu bölümde farklı bellek türlerini ele alacağız: statik ve dinamik RAM (Rastgele Erişimli Bellek), EPROM (Yeniden Programlanabilir Salt Okunur Bellek), EEPROM (Elektrikle Silinebilir Yeniden Programlanabilir Salt Okunur Bellek). Onları biraz anladığınızda, seçim yapmak artık zor değil. Doğrudan Şekil'e başvurabilirsiniz. 11.35, depolama cihazı türlerini bir araya getirdiğimiz yer.

Statik ve dinamik RAM.

Statik RAM'de bitler flip-flop matrislerinde depolanırken dinamik RAM'de yüklü kapasitörlerde depolanır. SRAM'a yazılan bir bit, üzerine yazılana veya güç kaynağı kapatılana kadar orada kalır. DRAM'de, veriler "yeniden oluşturulmadıysa", bir saniyeden daha kısa sürede kaybolur. Başka bir deyişle, DRAM sürekli olarak verileri unutur ve onu depolamak için bellek yongasındaki iki boyutlu bit matrisinin "satırlarını" periyodik olarak sorgulamanız gerekir. Örneğin, 256 kbit RAM'de, her 4 ms'de bir 256 satırın her birine erişilmesi gerekir.

Merak ediyor olabilirsiniz, kim DRAM'ı seçer? Gerçek şu ki, tetikleyiciler olmadan dinamik RAM daha az yer kaplar ve bunun sonucunda daha büyük bir çip daha ucuz olur. Örneğin, günümüzün popüler statik RAM'i (kbps), 1 Mbps dinamik RAM'in mevcut fiyatının iki katı olan yaklaşık 10$'a mal oluyor. Sonuç olarak, dinamik RAM kullanarak yarı fiyatına 4 kat daha fazla belleğe sahip olacaksınız.

Şimdi, muhtemelen merak ediyorsunuzdur, kimin statik RAM'e ihtiyacı vardır (bir şey sizi bir yandan diğer yana fırlatır)? Statik RAM'in ana avantajı basitliğidir. Yenileme döngülerine gerek yoktur, senkronizasyonları konusunda endişelenmenize gerek yoktur (yenileme döngüleri sıradan bellek erişim döngüleriyle rekabet eder ve bu nedenle sıkı bir şekilde senkronize edilmelidir). Sınırlı sayıda bellek yongası olan basit sistemlerde statik RAM kullanmak doğaldır. Ek olarak, mevcut statik RAM'lerin çoğu, pille çalışan cihazlar için gerekli olan CMOS teknolojisini kullanır. Bu arada, ana güç kapatıldığında otomatik olarak pil gücüne geçen statik CMOS RAM (gibi bir güç yönetimi yongası kullanarak), kalıcı bellek olarak ROM'a iyi bir alternatiftir. Statik RAM'in bir diğer avantajı, yüksek performansları (mikro devreler en az 25 karakteristik zamanla üretilir) ve ayrıca 8 bitlik bölümlerde uygun bir düzendir. Her iki RAM türünü de daha ayrıntılı olarak düşünün.

Statik RAM. Veri, yığın ve çalışma alanı için böyle bir RAM kapasitesinin kullanıldığı mikroişlemci tasarımımızda statik RAM ile zaten karşılaştık (program EPROM'da yazılmıştır). Statik RAM ile iletişim kurmak, armut kesmek kadar kolaydır: okuma döngüsünde adresi, çip seçimini (CS) ve çıkış etkinleştirme (OE) sinyallerini ayarlarsınız; istenen veriler, maksimumdan (adres erişim süresi) sonra üç durumlu veri satırlarında görünür. Bir yazma döngüsünde, adresi, verileri ve CS sinyallerini ve ardından (adres ileriye bakma süresinden sonra) yazma etkinleştirme (WE) darbesini ayarlarsınız; Geçerli veriler WE darbesinin sonuna yazılır. 120 statik olmayan RAM için etkin zaman sınırları, şekil 2'de gösterilmiştir. 11.30, hafızanın "hızının" geçerli bir adresin ayarlanmasından geçerli verilere (okuma sırasında) veya bir yazma döngüsünün tamamlanmasına (yazma sırasında) kadar geçen süre olduğu görülebilir.

Pirinç. 11.30. 120 ns hızında statik RAM senkronizasyonu. a - okuma döngüsü, b - yazma döngüsü.

Statik RAM için, ardışık bellek erişimleri ("döngü süresi") arasındaki zaman aralığı erişim süresine eşittir; dinamik RAM için aşağıda gösterildiği gibi durum böyle değildir.

Statik RAM yongalarının kapasitesi 1 Kb (veya daha az) ile 1, 4 veya 8 bit genişliğinde 1 Mb arasında değişebilir. Performans (erişim süresi) 150 ila 10 ns arasında değişir. 80 ns erişim süresine sahip ucuz CMOS statik RAM'ler ve önbellek için daha küçük kapasiteli ancak daha hızlı statik olmayan CMOS RAM'ler artık yaygın olarak kullanılmaktadır. Yonga varyantları, girişler ve çıkışlar için ayrı pinlere, iki erişim portuna ve bazı harici tasarımlara (örneğin, tek sıralı bir paket) sahip olabilir.

Bu önemli olabilir, ancak CPU veri hatlarının aynı adı taşıyan bellek yongası pinlerine bağlı olduğundan emin olmanız gerekmediğini unutmayın - sonuçta, bağlantı sırasından bağımsız olarak, okurken her zaman aynı sonucu alırsınız. senin yazdığın! Bu açıklama adresler için de geçerlidir. Ancak, bunu ROM ile yapmaya çalışmayın.

Egzersiz 11.18. Ve neden?

Dinamik RAM. Statik RAM'lerle karşılaştırıldığında, dinamik RAM'ler tam bir baş ağrısıdır. Şek. 11.31 normal bir döngüyü gösterir. Adres (örneğin, 1 MB kapasiteli RAM için 20 bit içerir) iki gruba ayrılır ve Pin sayısının yarısına çoğullanır, ilk önce "hat adresi", Adres Strobe sinyali - hat adresi flaşı tarafından kapılanır ) ve ardından “sütun adresi”, kapılı CAS sinyali (Sütun Adresi - sütun adresi flaşı). Veriler, CAS ayarının ardından yazılır (veya yön girişinin durumuna göre okunur). Bir sonraki bellek döngüsü başlamadan önce, bir miktar “RAS ıslatma” süresinin geçmesi gerekir, bu nedenle döngü süresi erişim süresinden daha uzundur; örneğin, bir DRAM'in erişim süresi 100 ns ve döngü süresi 200 ns olabilir. Rejenerasyon döngüsü aynı görünüyor, ancak CAS sinyali yok. Aslında, tüm olası satır adreslerine erişildiğini garanti edebilirseniz, normal bellek erişimleri, belleği geri kazanmada harikadır!

Statik RAM'ler gibi DRAM'ler 1, 4 ve 8 bit veri genişliklerinde, 64Kb ila 4Mb arasında kapasitelerde ve yaklaşık 70 ila 150 nsn hızlarında mevcuttur. Büyük -bit yongaları en popüler olanlardır, bu anlaşılabilir bir durumdur: 4 MB ve 16 bit genişliğinde büyük bir bellek matrisine ihtiyacınız varsa ve organizasyonlu 1 Mb RAM varsa, -bit yongalarını kullanmak mantıklıdır, çünkü (a ) her veri hattı yalnızca iki IC'ye (16 yerine) bağlanacak, bu da kapasitif yüklemeyi büyük ölçüde azaltacaktır ve (b) daha az veri pini ek adres pinlerini telafi etmekten daha fazla olduğu için bu IC'ler daha az yer kaplar.

Pirinç. 11.31. DRAM okuma ve yazma döngüleri (Motorola, 120 ns).

Ek olarak, -bit IC'ler genellikle daha ucuzdur. Yukarıdaki mantık, büyük bir bellek oluşturuyorsanız geçerlidir ve örneğin bellekli basit mikroişlemcimiz için geçerli değildir.Ancak, geliştirilmiş yüksek yoğunluklu çip paketleme teknolojisinin, pim sayısını en aza indirmenin önemini azalttığını unutmayın.

RAS, C AS ve DRAM kontrolü için gerekli olan çoklanmış adreslerin ve sinyallerin sırasını oluşturmanın birkaç yolu vardır. Bu RAM her zaman mikroişlemci omurgasına bağlı olduğundan, DRAM alanından doğru adresin ayarlandığını gösteren bir sinyal (veya eşdeğeri) algılayarak (daha yüksek adres satırlarında belirtildiği gibi) onunla çalışmaya başlarsınız. Geleneksel yöntem, adres çoğullama (çok kanallı giriş çoklayıcılar) ve RAS, CAS ve çoklayıcı kontrol sinyalleri üretmek için orta düzeyde entegre ayrık bileşenler kullanmaktır.

İstenen dizi, mikroişlemci saatinin bir katında veya daha iyisi, kademeli bir gecikme hattıyla saatlenen bir kaydırma yazmacı tarafından üretilir. Periyodik yenileme döngülerini (yalnızca RAS) düzenlemek için birkaç mantık devresine ve ardışık satır adreslerini sayan bir sayaca ihtiyacınız vardır. Bütün bunlar yaklaşık 10 bina alacak.

"Ayrık" DRAM kontrol şemalarına çekici bir alternatif, bir PLA kullanımıdır ve gerekli tüm sinyalleri üretmek için bir veya iki mikro devre yeterlidir. Örneğin, özel bir "dinamik RAM desteği" yongası almak daha da kolaydır. Bu tür çipler, yalnızca adres çoğullama ve RAS/CAS sinyallerinin oluşturulmasıyla ilgilenmekle kalmaz, aynı zamanda satır adreslerinin oluşturulmasıyla birlikte rejenerasyon tahkimiyle de ilgilenir; dahası, aşağıda açıklanacağı gibi, geniş bellek yonga dizilerini sürmek için gerekli olan güçlü sürücüler ve sönümleme dirençleri bile içerirler. Bu tür DRAM kontrolörleri genellikle senkronizasyon ve hata tespiti ve düzeltmesi için ek çiplerle birlikte gelir; sonuç olarak, küçük bir yonga seti, tasarımınıza DRAM ekleme sorununu tamamen çözer.

Ancak, neredeyse tamamen! DRAM ile ilgili asıl sorun, tüm bu flaş ve adres ana hatlarındaki gürültüden kurtulmaya çalıştığınızda başlar. Sorunun özü, birkaç düzine MOS devre paketinin anakartın geniş bir alanına dağılmış olması ve kontrol ve adres yollarının tüm paketlere uyması gerçeğinde yatmaktadır. Onlara birkaç düzine mikro devre bağlamak için güçlü Schottky çıkış aşamaları gereklidir; bununla birlikte, uzun hat uzunlukları ve dağıtılmış giriş kapasitansı, çıkış aşamalarının dik kenarlarıyla birleştiğinde, yüksek genlikli zil sesine neden olur. RAM adres satırlarında sıklıkla -2 V'a kadar negatif yükselmeler görebilirsiniz! Tipik bir çözüm (her zaman tam olarak başarılı değildir), her sürücünün çıkışına yaklaşık 33 ohm dirençli seri sönümleme dirençleri eklemektir. Başka bir sorun, genellikle hat başına ulaşan devasa geçici akımlardır. Çıkışlarının çoğunun, örneğin yüksekten düşüğe rasgele aynı yönde değiştirildiği bir -bit sürücü IC'sini hayal edin. Bu, bir süre için sıfır terminalinin potansiyelini ve bununla birlikte düşük olması gereken tüm çıkışları yükselten yaklaşık 1 A'lık bir geçici akım ile sonuçlanır. Belirtilen sorun hiçbir şekilde akademik nitelikte değildir - bir zamanlar tam olarak sürücünün aşırı akımları nedeniyle oluşan sıfır çıkıştaki bu tür geçici akımlar nedeniyle bellek arızalarını gözlemledik. Bu durumda, aynı mikro devrenin -sürücülerine geçen manyetiklerin bellek döngüsünü tamamlamak için yeterli olduğu ortaya çıktı!

DRAM'lerde ek bir parazit kaynağı, bir bütün olarak mikro devreler tarafından üretilen büyük geçici akımlardır ve en dürüst geliştiriciler bile bu fenomen hakkında teknik materyallerinde bilgi içerir (Şekil 11.32). Genel çözüm, sıfır hattına küçük bir endüktans ile bağlı şönt kapasitörler kurmaktır; her bir çipi seramik kapasitans kapasitör ile şöntlemek makul kabul edilir.

Harici dirençli mantık sürücülerinin, entegre sönümleme dirençlerini içeren özel tip sürücülerin yaptığı gibi, DRAM ile iyi çalıştığını bulduk. Geliştiricilerin güvencelerine göre, yukarıda belirtilen dinamik RAM denetleyicisi, -0,5 V'tan fazla olmayan negatif emisyonlar verirken, harici bileşenler olmadan 88'e kadar bellek yongasına hizmet edebilir.

Pirinç. 11.32. DRAM geçici akımları.

Belirli bir sürücünün seçiminden daha da önemli olan, düşük endüktanslı nötr hatların kullanılması ve sık geçiştir. Dar zemin hatlarına sahip çift taraflı levhalar, kaçınılmaz olarak sorunlara yol açacaktır; Sarmalı breadboard'lar genellikle daha iyi değildir.

Girişim nedeniyle oluşan bellek hatalarının iletilen verilerin bit dağılımına büyük ölçüde bağlı olabileceğini ve her zaman basit okuma/yazma bellek testlerinde görünmediğini anlamak önemlidir. Güvenilir bellek performansı sağlamanın en iyi yolu, muhafazakar tasarım ve kapsamlı bellek testidir (osiloskop dalga biçimleriyle).

Salt okunur bellek aygıtları (ROM).

ROM, güç kapatıldığında (geçici olmayan) yok edilemeyen ve neredeyse her bilgisayar sisteminde bunlara ihtiyaç duyan belleği ifade eder. Örneğin, mikrobilgisayarlar, yalnızca yığın ayırma ve bağlantı noktası ve kesme başlatma satırlarını değil, aynı zamanda işletim sistemini diskten okumak için yönergeleri de içeren önyükleme yönerge dizisini depolamak için en azından küçük bir ROM'a ihtiyaç duyar. Kişisel bilgisayarınız bir bellek testi gerçekleştirdiğinde ve ardından DOS'a önyükleme yaptığında, bazı ROM'ların talimatlarını yürütür. Ek olarak, bir mikrobilgisayarın işletim sisteminin bir kısmını (genellikle donanıma en çok bağımlı modüller) ROM'da depolaması tipiktir; bu bölüme "temel G/Ç sistemi" (BIOS) adı verilir ve işletim sisteminin belirli bağlantı noktalarına erişmesi için standart bir mekanizma sağlar. ROM'lar, örneğin bir ekranda görüntülenen bir karakter oluşturucu için çeşitli tabloları depolamak için yaygın olarak kullanılır. Aşırı durumda, genel olarak, derleyiciler ve grafik programları dahil olmak üzere tüm işletim sistemi ROM'a yerleştirilebilir. Örneğin, bir Macintosh mikrobilgisayarında, sistem yazılımının çoğu ROM'da depolanır ve neredeyse 256 KB RAM'in tamamı kullanıcıya verilir. Ancak, bu "ROM odaklı" yaklaşım, esnek olmaması nedeniyle mikrobilgisayarlarda nispeten nadiren kullanılır; ancak, hata düzeltmelerinin ve küçük yazılım geliştirmelerinin RAM yamalarıyla yapılabileceğini unutmayın.

Mikroişlemci kontrollü cihazlarda ROM'lar daha yaygın olarak kullanılmaktadır. ROM, çevrimdışı programın tamamını depolarken, geçici RAM yalnızca dizileri ve geçici verileri depolamak için kullanılır. Bu tam olarak sinyal ortalamamızda yapılan şeydir. ROM'lar, örneğin keyfi durum makineleri oluşturmak için veya bir ölçüm sisteminin yanıt fonksiyonunu doğrusallaştırmak için düzeltme tablolarının bir deposu olarak, ayrık dijital uygulamalarda genellikle yararlıdır. Farklı kalıcı bellek türlerini kısaca ele alalım: Maske programlamalı ROM ve ayrıca elektrikle silinebilir EEPROM.

RPZU. Silinebilir programlanabilir salt okunur bellek aygıtları, kuvars pencereli büyük yongalar şeklinde yapılır. Bu, bilgisayarlar için açık ara en popüler kalıcı bellek türüdür. EEPROM'lar CMOS ve MOS teknolojisini kullanır ve 20 V'un üzerindeki voltajlar uygulandığında kapı yalıtım katmanının "çığ" bir kırılma süreci ile şarj edilebilen büyük yüzer kapı FET'leri ve MOSFET dizilerinden oluşur.Veriler EEPROM'da süresiz olarak saklanır. yüzyıllar mertebesinde bir zaman sabitine sahip kapasitörler olarak kabul edilebilecek, izole edilmiş "gömülü" kapıların ihmal edilebilir bir yükünün (yaklaşık 106 elektron) şekli. Bireysel bir kapasitörün durumunu okumak için MOSFET kanalının kapısı olarak hareket etmelidir. Deklanşöre elektriksel olarak erişilemediğinden, yük ancak mikro devreyi yoğun bir ultraviyole ışını ile 10-30 dakika boyunca ışınlayarak silinebilir, bu da fotoiletkenlik olgusu nedeniyle depolanan yükün boşalmasına neden olur. Sonuç olarak, EEPROM'un bireysel baytları seçici olarak silinemez.

Bu kitabın ilk baskısında, "klasik" 2716 çipinden, 25$'lık ERP'den bahsetmiştik.Artık o kadar klasik hale geldi ki, başka hiçbir yerde bulamazsınız! Zamanımızın tipik EEPROM'ları birkaç dolara kadar bir kapasiteye sahiptir ve maliyeti vardır. Cypress gibi şirketler küçük 25ns ROM'lar sunsa da erişim süreleri tipik olarak 150-300ns'dir. Bir EPROM'u programlamak için, gerekli bayt değerlerini ayarlarken EPROM'a artırılmış bir voltaj (genellikle 12,5 veya 21 V) uygulayın. Orijinal algoritmalar her bir baytın programlanmasını gerektiriyordu (ki bu 2716 yongası için 100 s verir, ancak orta boyutlu bir RROM için yarım saate dönüşür). Büyük ROM'ların serbest bırakılması, buluşun geliştiricilerinden daha gelişmiş algoritmalar gerektirdi; burada her bir bayt, süresi olan bir darbe dizisi tarafından programlandı ve her yazmadan sonra bir okuma girişiminde bulunuldu; bir bayt doğru bir şekilde okunduğunda, öncekilerin toplamının üç katına eşit uzunlukta son yazma gerçekleştirilir. Baytların çoğu ilk darbe ile programlanır, sonuç olarak her bayta yaklaşık 2 dakika ve tüm ROM'larda 2 dakika harcanır.

EPROM'lar silindikten sonra tekrar kullanılabildikleri için prototipleme için çok kullanışlıdır. Ayrıca küçük cihaz gruplarının üretiminde de kullanılırlar. EEPROM'un kuvars penceresiz daha ucuz versiyonları ticari olarak mevcuttur ve bazen "tek seferlik programlanabilir EEPROM'lar" olarak adlandırılır. Bu mikro devreler EPROM olarak adlandırılmamasına rağmen, mühendisler olağan adını değiştirmek istemiyorlar. EPROM'ların muhafazakar üreticileri, içlerindeki bilgilerin sadece 10 yıl korunmasını garanti eder. Bu değer, en kötü koşulları (özellikle, şarj sızıntısına yol açan yüksek sıcaklık) varsayar; aslında, kusurlu bir parti almadığınız sürece EEPROM'lar veri kaybetmiyor gibi görünüyor.

EPROM, sınırlı sayıda yeniden programlama döngüsü, yani silme ve yeniden programlama ile karakterize edilir. Üreticiler bu numarayı belirtmekte isteksizdir, ancak çipin yalnızca 100 veya daha fazla silme/programlama döngüsünden sonra gözle görülür şekilde bozulmasını bekleyebilirsiniz.

Pirinç. 11.33. RPZU ile mikrodenetleyici. a - RPZU'yu kurmak için kontakları olan 8 bitlik mikro denetleyici; b - Dahili EPROM'lu 8 bit mikro denetleyici.

ROM'ları ve Fuse ROM'ları maskeleyin. Maske ile programlanabilir ROM'lar, belirttiğiniz bit düzeniyle doğan özel çipler kategorisine aittir. Üretici, bit spesifikasyonunuzu daha sonra ROM'un imalatında kullanılan bir metalizasyon maskesine dönüştürür. Bu prosedür, büyük yonga yığınları için iyidir ve umarım bir prototip için maskeli bir ROM sipariş etmeyi düşünmezsiniz. Tipik maliyet, üretim çalışması başına 1.000 ila 3.000 ABD Doları arasındadır ve firmalar, bin ROM'dan daha az sipariş almak konusunda isteksizdir. Bu tür miktarlarda çip birkaç dolara mal olabilir.

Birçok tek çipli mikro denetleyici, aynı pakette birkaç kilobayt ROM ve RAM içerir, böylece bitmiş cihaz ek bellek yongaları olmadan yapabilir. Çoğu durumda, mikrodenetleyici ailesi, harici bir ROM gerektiren seçenekleri ve bazen yerleşik bir EEPROM'lu seçenekleri içerir (Şekil 11.33). Bu, programı yazabileceğiniz cihazı geliştirirken EPROM (veya harici ROM) ile sürümü kullanmayı mümkün kılar, bir toplu cihaz hazırlarken maske programlama ile daha ucuz kontrolörlere yönelin.

Bir kerelik programlanabilir ROM'ların başka bir türü, eriyebilir bağlantı ROM'larıdır. Serbest bırakıldıklarında, tüm bitleri ayarlanmıştır ve gerekli bitleri sıfırlamak için ROM'un bir elektrik akımına maruz kalması gerekir. Tipik bir örnek, Bipolar (TTL) teknolojisinde de bulunan eriyebilir bağlantı PROM'larına sahip bir CMOS PROM (Programlanabilir Salt Okunur Bellek) olan Harris çipidir.

ERPZU. Elektrikle silinebilir programlanabilir ROM'lar, doğrudan bellek olarak kullanıldıkları devrede seçici olarak silinebilir ve elektriksel olarak yeniden programlanabilir. Bu tür ROM'lar, yapılandırma sabitlerini, kalibrasyon ayarlarını ve bilgisayar açılmadan önce ROM'a yazılamayan diğer bilgileri depolamak için idealdir. EEPROM'lar, EEPROM'lar gibi, kayan kapı MOS teknolojisini kullanır.

İlk EEPROM'lar, artan voltajlar ve uzun programlama prosedürleri gerektiriyordu. Modern IC'ler tek bir besleme voltajı kullanır ve statik RAM ile hemen hemen aynı şekilde çalışır - başka bir deyişle, omurga üzerinde tek bir yazma döngüsü ile herhangi bir baytı yeniden programlayabilirsiniz. EEPROM yongası, artan bir programlama voltajı üretmek için dahili devrelere sahiptir ve dahili mantık, verileri kilitler ve işlem süresi boyunca BUSY bayrağının ayarlandığı veya okuma döngüsü sırasında tersine çevrilmiş verilerin oluşturulduğu birkaç milisaniyelik bir programlama dizisi oluşturur. yazma işleminin devam ettiğini gösterir. Bazı EEPROM'lar, genellikle .

Bu ROM'larla arayüz oluşturmak basittir - onları normal RAM ile aynı şekilde takın ve kesintileri başlatmak için BUSY hattını kullanın (veya BUSY veya veri durumunu okuyun ve bir durum bayrağı olarak kullanın) (bkz. Şekil 11.34).

Pirinç. 11.34. ERPZU.

Yoklama protokolü, EEPROM'un herhangi bir devre değişikliği olmaksızın standart bir RAM soketine yerleştirilebilmesi açısından uygundur (tabii ki programlarınız, geri okunan verileri analiz etmek ve yazdıklarınızla eşleşmesini beklemek için satırlar içermelidir). EEPROM'a yazmak nispeten nadir olduğu için, aslında RDY/MEŞGUL hattında kesintilere gerek yoktur.

CMOS EEPROM'lar, yaklaşık 10-50$ kapasiteli IC'ler olarak mevcuttur.Erişim süresi (200-300 nsn) ve dahili bir algoritma geliştirmesi kullanan programlama süresi), standart bir EEPROM'unkilerle karşılaştırılabilir. EEPROM'lar, EPROM'lar gibi sınırlı sayıda yazma okuma döngüsüne izin verir. Üreticiler belirli sayılar vermekten kaçınsalar da, adresinde 100.000 yazma-okuma döngüsünden bahsedilebilir.

Yorum. EEPROM'lar, anında yeniden programlanabilmeleri bakımından benzersiz olsalar da, bir EEPROM programlayıcıda kullanım noktasından ayrı olarak da programlanabilirler. Eski bir programa sahip bir EEPROM'un UV ışığı altında kızartması için yarım saat beklemeniz gerekmediğinden, bu onları gömülü yazılım geliştirme için çok kullanışlı hale getirir.

ERPZU için iki ilginç seçenek var. National, Xicor ve diğerleri, küçük 8 pinli EEPROM çipleri üretiyor. Bu devrelerin kapasitesi bitlerden bitlere kadar olabilir; seri erişim modunda çalışırlar ve bir saat girişi ve tek bir veri hattı ile donatılmıştır. Bu yongaların bir mikroişlemci olmadan kullanılması zordur; ancak mikroişlemci kontrollü cihazlarda az sayıda ayarı vb. saklamak için çok uygundurlar. Aynı şirket, Xicor, bir "dijital kontağın" konumunu depolayan, elektrikle silinebilir bir belleğin dahiyane bir uygulaması olan "elektrikle silinebilir potansiyometre"yi üretiyor. Bu mikro devreye eşit boyutta 99 dirençten oluşan bir zincir yerleştirilmiştir ve bunlardan musluğun yazılım tarafından ayarlanan konumu, aynı mikro devrede bulunan kalıcı bellekte saklanır. Kontrol düğmelerinin mekanik ayarı olmadan bazı cihazların otomatik veya uzaktan kalibrasyonunun istendiği uygulamaları hayal etmek zor değildir.

EEPROM'un flaş adı verilen yeni bir modifikasyonu, EEPROM'un yüksek yoğunluğunu, EEPROM'da bulunan işletim devresindeki yeniden programlama ile birleştirir. Bununla birlikte, flash EEPROM'lar, normal EEPROM'larda yapılabileceği gibi, genellikle bireysel baytların silinmesine izin vermez. Bu nedenle, Intel anında EEPROM yalnızca tam silmeye izin verir (EPROM gibi), Seeq yongası ise sektör bazında (512 bayt) veya tamamen silme sağlar. Ayrıca, şu anda mevcut olan çoğu flash EEPROM, silme/yazma süresi için ek bir anahtarlanabilir +12V güç kaynağı gerektirir; bu, geleneksel EEPROM'ların tek bir +5V kaynağı ile çalıştırıldığı düşünüldüğünde çok pahalıdır.

Anlık EEPROM'lar 100 ila 10.000 program döngüsüne dayanabilir.

PROM teknolojisi gelişmeye devam ediyor ve neler sunabileceğini merak ediyoruz; sen de bekle!

Uçucu olmayan RAM.

EPROM'lar kalıcı ROM'lar olarak kullanım için uygundur, ancak genellikle kalıcı RAM'e sahip olmak gerekir. Bunun için EEPROM kullanılabilir, ancak çok uzun bir yazma döngüsü (ve sınırlı sayıda okuma / yazma döngüsü) ile karakterize edilirler. Sınırsız sayıda yazma okuma döngüsü ile karakteristik RAM yazma okuma süresini elde etmek için iki olasılık vardır: pil destekli statik CMOS RAM veya statik RAM ve EEPROM'u birleştiren alışılmadık bir Xicor çipi kullanın.

Bir taşla iki kuş vuran RAM pil yedeklemesi konusu daha önce tartışılmıştı: RAM yazmanın düşük fiyatı ve yüksek okuma hızı, ROM'un değişken olmamasıyla birleşiyor. Elbette bu durumda kritik akım değeri bilinen bir CMOS RAM kullanmalısınız. Bazı firmalar, bir CMOS ROM çipi ile birlikte geleneksel bir pakete bir lityum pil ve güç anahtarlama mantığı yerleştirerek "uçucu olmayan RAM" üretirler. Örnek olarak, Dallas Semiconductor çiplerinden bahsedilebilir.Bu şirket aynı zamanda bir pil ve mantık devreleri içeren bir dizi "akıllı konektörler" üretiyor ve bunun yardımıyla geleneksel RAM sihirli bir şekilde uçucu değil. Bu şekilde oluşturulan kalıcı RAM'in kesinlikle ölümsüz olmadığını unutmayın; pil ömrü ve dolayısıyla veriler, yaklaşık 10 yıl. Geleneksel statik RAM'de olduğu gibi, belleğin dayanabileceği yazma okuma döngülerinin sayısında bir sınır yoktur. RAM'de.

Açıklanan iki geçici olmayan RAM seçeneği karşılaştırıldığında, pil yedekleme seçeneği, sıfır akım kapatma moduna sahip olduğu sürece mevcut herhangi bir RAM'in kullanımına izin verdiği için genellikle tercih edilir görünmektedir. Bu, en son sürümlerin büyük RAM'ini kullanabileceğiniz ve örneğin sizin için önemliyse en hızlı RAM'i seçebileceğiniz anlamına gelir. Pillerin sınırlı bir ömrü olmasına rağmen, çoğu uygulama için yeterlidir. Kısa süreli (bir gün veya daha az) bilgi depolaması için, lityum pili yüksek kapasiteli çift katmanlı bir kapasitörle değiştirebilirsiniz; bir farad veya daha fazla kapasitansa sahip çok küçük durumlarda bu tür kapasitörler Panasonic, Sohio, vb. Tarafından sunulmaktadır.

Depolama aygıtları: genel özet.

Pirinç. 11.35, çeşitli bellek türlerinin en önemli özelliklerini özetler. Şekilde gösterilenlerden, büyük okuma ve yazma bellek dizileri için 1 bit genişliğinde dinamik RAM, mikroişlemci sistemlerinin küçük bellek dizileri için 1 bayt genişliğinde statik RAM, yeniden yazma gerektirmeyen program ve parametreleri depolamak için EPROM öneririz. ve değiştirilmiş verilerin kalıcı olarak depolanması için EEPROM (yazma işleminin süresi önemli değilse) veya pil destekli statik RAM (maksimum okuma/yazma performansı için).

Pirinç. 11.35. Depolama aygıtı türleri.

DRAM

Farklı olan PC yüksek hızlı RAM çipi

2 milisaniye içinde okunmazsa içeriğini kaybeder.

Mikro devreler, her sütunun ve satırın kesişimi karşılık gelen temel hücrelerin adresini belirten bir kare matris şeklinde düzenlenir. Matris girişine bir satır darbesi uygulandığında satır adresi okunur ve bir sütun darbesi uygulandığında sütun adresi okunur. Satır ve sütun adresleri, özel bir çoklanmış adres yolu MA (Çoklu Adres) üzerinden iletilir. Dinamik bellek, senkron ve asenkron versiyonlarda uygulanmaktadır. İkinci durumda, adresin ayarlanması, kontrol sinyallerinin sağlanması ve verilerin okunması / yazılması

keyfi zamanlarda yürütülebilir.

DRAM TÜRLERİ

FPU DRAH "Fast Paged Dynamic RAM": Anakartlarda bulunanla aynı olan temel bir video belleği türü. Kontrol sinyallerinin sistem saat frekansına sıkı sıkıya bağlı olmadığı veri depolama hücrelerine eşzamansız (rastgele) erişim kullanır.

EDO DRAH/RAH "Uzun Süreli Kullanılabilirlik RAM'i": Geleneksel dinamik RAM'den farklı bir dinamik bellek yongası. Sözde sayfa modunda çalışma yeteneği artırılmış otomatik sistemlerin teknik desteği (metnin bitişik kelimelerini seçerken döngü sayısında azalma ile ilişkili). Sonuç olarak, makinenin verimliliği artar (yaklaşık %5). Pentium ve Pentium Pro mikroişlemcilerine dayalı PC'lerin ana belleği olarak ve ayrıca veri yolu frekansı 40-50 MHz olan video kartlarında kullanılır. Maksimum verim yaklaşık 105 MB/sn'dir.

DDR SDRAM "Çift Veri Hızlı Senkron Dinamik RAM" veya "Genişletilmiş Senkronize Dinamik RAM", SDRAH'tan farklıdır, çünkü SDRAH'a önbellek olarak işlev görmek üzere küçük bir statik bellek eklenir. Ek bir önbellek kullanmak, zaman gecikmelerini azaltmanıza ve 200 MHz'lik bir tepe çalışma frekansı elde etmenize olanak tanır. Bu önbelleğe almanın amacı, sık erişilen verileri depolamak ve daha yavaş DRAM'e erişimi en aza indirmektir. SRAM önbelleği ve DRAM'in kendisi arasında veri alışverişi yapılırken, böyle bir kombinasyonun verimi ve çalışma hızı da ikiye katlanır.

SRAM önbelleği ve denetleyici arasında kullanılandan daha geniş veri yolu

DRAM. Bu tür gelişen bellek, grafik hızlandırıcıların üretiminde en büyük popülerliği kazandı.

FB-DIMM "Tam Arabelleğe Alınmış Bellek", çift kanallı erişim teknolojisini kullanarak RAM performansını iyileştirir. Bu tür belleğe duyulan ihtiyaç, bir mikroişlemci kuzey köprüsü denetleyicisine yerleştirilebilecek modül sayısındaki azalma nedeniyle ortaya çıktı.

VRAH "Video RAM" veya "Video Belleği": Bilgisayarın grafik alt sistemi ve multimedya uygulamaları için dinamik RAM'in geliştirilmesinden kaynaklanan yüksek hızlı bilgisayar RAM'i. Bazen "çift bağlantı noktalı DRAM" olarak da adlandırılır. Sistem performansında önemli (yaklaşık iki kat) bir artış sağlayan iki girişin (port) varlığı nedeniyle veri yazma ve okuma işlemlerini aynı anda gerçekleştirme yeteneği ile geleneksel dinamik RAM (DRAH) şemalarından farklıdır. Grafik bağdaştırıcılarında kullanılır. Parametreleri şunlardır: veri yolu bant genişliği 25-33 MHz, maksimum bant genişliği 120 MB/s. VRAM, en pahalı bellek türlerinden biridir.

(Ders)

Dinamik tipte bir bellek hücresi, bilgileri bir kapasitans yükü biçiminde depolar. Ters taraflı bir p-n bağlantısının kaçak akımı 10-10 A'dan (0,1 N) fazla değildir. A) ve kapasitans 0.1..0.2 pF'dir, bu nedenle deşarj süresi sabiti 1 mS'den fazladır. Bu nedenle, her 1.2 ms'de bir, depolama elemanlarının kapasitelerinin yeniden şarj edilmesi gerekir - dinamik belleğin yenilenmesi.

Dinamik RAM'de sözde. Dikdörtgen bir depolama matrisinin bir satırında bulunan tüm öğelerin bir döngüde yeniden oluşturulduğu "sıra yenileme". Bir bellek hücresine (yazma veya okuma) herhangi bir erişimin onu yeniden oluşturduğuna ve aynı anda sürücünün aynı satırında bulunan tüm hücreleri yeniden oluşturduğuna dikkat edilmelidir.

Pirinç. 1. Dinamik bellek yenileme yönetimi

Ancak, MPS'nin bir parçası olarak RAM'in çalışması sırasında, genel durumda, sürücünün tüm satırlarına 2 ms içinde erişileceğini garanti etmek imkansızdır, çünkü adreslerin akışı rastgeledir. MPS'nin çalışması sırasında dinamik RAM'deki bilgilerin garantili güvenliğini sağlamak için, sıralı satır adreslerinde RAM'e erişerek özel rejenerasyon döngüleri başlatılır.

Çoğu dinamik RAM'de, hücre adresi iki adımda sağlanır: ilk olarak, dahili RAM kaydında depolanan satır adresi, ardından aynı satırlar boyunca sütun adresi. Adresin çoğullanmış hatlar üzerinden iletilen her parçasına karşılık gelen bir kontrol sinyali (RAS, CAS) eşlik eder.

Sürücüyü yeniden oluşturmak için yalnızca ardışık hatlara erişmek yeterlidir - yeniden oluşturma için her erişim döngüsü yalnızca bir hattın adresinin aktarılmasından oluşabilir. Bu nedenle, 16K hacimli bir depolama halkasının tamamen yenilenmesi için (matris 128 ´ 128) 128 ölçü yeterlidir. Satır sayısını azaltmak ve rejenerasyon süresini azaltmak için kare olmayan matrislere daha büyük akümülatörler uygulanır. Yani, 64K'lık bir sürücünün matrisi 128'dir. ´ 512.

MPS'de dinamik RAM rejenerasyonunu düzenlemenin birkaç yolu vardır.

Rejenerasyon "zamanlayıcı ile". MPS, MP'nin belleğe erişmesini engelleyen ve yenileme prosedürünü başlatan her 2 ms'de bir sinyal üreten bir yenileme zamanlayıcısı içerir. Yenileme kontrol devresi, bir yenileme adres sayacı, bir yenileme tetikleyicisi ve bir adres çoklayıcı içerir.

Bu yenileme yönteminin dezavantajı, yenileme için önemli bir zaman kaybıdır - MPS'nin çalışma süresinin yüzde birkaçına kadar ve bu süre, MPS'nin artan bellek boyutu ile artabilir. Bu nedenle, zamanlayıcı rejenerasyon yönteminin kullanılması, MPS'nin performansını düşürür, çünkü bir rejenerasyon gerçekleştirirken, MP bekleme durumundadır.

"Şeffaf" rejenerasyon. Şeffaf rejenerasyon yönteminin ana avantajı, RAM rejenerasyonu sırasında MP kesinti süresinin olmamasıdır, çünkü MP sistem veri yolunu işgal etmediğinde bu tür zaman anları rejenerasyon için seçilir. Bir kez rejenerasyona başladığınızda, onu tamamen gerçekleştirmeniz hiç de gerekli değildir. Rejenerasyon döngüleri, işlemci döngüleri ile değişebilir, ana şey, sürücü yenileme işleminin 2 ms'yi geçmeyen bir sürede tamamlanmasıdır. Birçok MP, veri yolunun meşgul olduğunu gösteren özel sinyaller üretir. Bu sinyaller, rejenerasyon tetikleyicisini kontrol etmek için kullanılabilir. MP (örneğin, i8080) bir ana hat meşgul sinyali üretmezse, böyle bir sinyal özel bir harici devre tarafından oluşturulabilir.

Bu nedenle, i8080 MP'nin makine döngüsünde, MP'nin sistem veri yolunu işgal etmediği T4, T5 döngüleri görünebilir. Bu zaman anları özel bir şema ile ayırt edilebilir ve yenilenme için kullanılabilir.

Z80 mikroişlemci, yerleşik bir rejenerasyon sayacına sahiptir ve bu işlemi, çip üzerindeki bilgilerin dahili işlenmesine paralel olarak bağımsız olarak sağlar.

Çoğu milletvekilinde, yenilenmeyi sağlamanın hiçbir yolu yoktur, çünkü MPS, dinamik belleğe sahip olmayabilir. Ancak mikroişlemci kitlerinin bir parçası olarak rejenerasyon kontrolörleri için özel LSI'lar üretilmektedir. Örnek olarak LSI K1818VT03 - "Dinamik Bellek Denetleyicisi"nin yapısını ve işleyişini kısaca ele alalım. BIS 565RU5'in yapısı (64K ´ 1) ve Şekil 3'te çalışmasının zamanlama şeması.

Pirinç. 2. Dinamik RAM'in LSI yapısı

LSI dinamik bellek, 16K'dan başlayan birimlere sahiptir ´ 1 (565RU3) 1 milyona kadar ´ 1 (..RU9), ancak aynı yapıya ve kontrol hatlarına sahiptir (adres sayısı hariç).

Pirinç. 3. DRAM LSI İşleminin Zamanlama Şeması

Şekillerden, hücre adresinin, RAS\ (satır adresi flaşı) ve CAS\ (sütun adres flaşı) kontrol sinyalleriyle birlikte aynı satırlar boyunca iki kısım halinde sırayla RAM'e beslendiği takip edilir. Bu nedenle, MP tarafından oluşturulan sistem veri yolundaki adres çoğullanmalı ve RAS ve CAS kontrol sinyalleri aynı anda üretilmelidir.

RAM yongası, yalnızca iki koordinatta blok seçimine izin veren RAS = CAS = 0 koşulu altında seçilir.

Dinamik Bellek Denetleyicisi(KDP), CAS ve RAS kontrol sinyalleri (RAM modüllerini seçmek için) ve ayrıca dahili (zamanlayıcı ile) veya harici (şeffaf) rejenerasyon oluşturarak sistem veri yolu adresi çoğullama sağlar.

Kontrolörün blok şeması şunları içerir:

· sistem bus adresini ve kontrolünü bağlamak için tampon devreleri Buf.1,2,3;

· rejenerasyon adres sayacı;

· çoklayıcılar MUX1,2;

· bir saat üretecine, bir zamanlayıcıya ve bir rejenerasyon tetikleyicisine, bir hakeme ve kontrol sinyallerinin üretilmesi için bir mantık devresine L sahip bir kontrol devresi.

CDP, MPS'nin sistem veri yolu sinyallerinin dinamik RAM kontrol sinyallerine dönüştürülmesini sağlar ve iki modda çalışabilir: "16/64" (sırasıyla 16K veya 64K bellek için). "16" modunda, iki yüksek adres satırı RAS \ sinyallerinden birini oluşturmak için kullanılır, "64" modunda CDP her biri 64K'lık iki bankayı kontrol edebilir ve RAS sinyali RAS0'dan birinde görünür veya RAS1 çıkışları - "64" modunda RAM bankasının numarasını belirleyen bir giriş haline gelen RAS3\ satırının /B0 durumuna bağlı olarak.

Rejenerasyon iki modda gerçekleştirilebilir - dahili ve harici. REFR girişi 10..16 µs boyunca inaktif kalırsa, dahili zamanlayıcıdan bir rejenerasyon döngüsü talebi oluşturulur ve bir çakışma durumunda hakem bellek döngüsüne öncelik verir. Böylece zamanlayıcı rejenerasyonu sırasında ücretsiz bus döngüleri de kullanılır. Harici rejenerasyon için, REFR girişinde talep oluşturulmalıdır.

PCS - "Korumalı Çip Seçimi" sinyali, geleneksel CS'den farklıdır, çünkü PCS oluşturulduktan sonra bellek döngüsü iptal edilemez.

Pirinç. 4. DRAM denetleyicisi

RD, WR - sırasıyla okuma ve yazma döngüleri istekleri.

X0, X1 - dahili bir jeneratörle çalışırken bir kuvars rezonatörü bağlamak için terminaller. Harici bir osilatörle çalışırken, X0 girişi yüksek potansiyeldir ve X1, harici osilatörün CLK frekansıdır.

SACK\ çıkış sinyali, bellek erişim döngüsünün başlangıcında DRC tarafından üretilir. MP'den gelen istek bir yenileme döngüsüne girerse, SACK\ okuma/yazma döngüsünün başlangıcına kadar ertelenir.

XACK\ ("Veri Hazır") çıkış sinyali, okuma/yazma döngüsünün sonunda oluşturulur.

SACK\ ve XACK\ sinyalleri, mikroişlemcinin HAZIR girişindeki potansiyeli kontrol etmek için kullanılabilir.

Bazı oldukça nadir özel durumlarda, rejenerasyon yöntemini kullanabilirsiniz. "veri yerleştirme". Bu nedenle, örneğin, görüntü görüntü belleği tek bir MPS RAM'in ayrılmaz bir parçasıysa ve MP, görüntüyü ekranda tutmak için bu alana düzenli olarak erişiyorsa, o zaman MPS belleğindeki görüntü RAM alanını aşağıdaki gibi düzenlemek yeterlidir. sürücünün tüm satırlarını "örtüşecek" (uygun adres seçimine ulaşıldı), böylece görüntü RAM alanına her erişim, görüntüyü yeniden oluşturmaya ek olarak, MPS'nin tüm belleğini de yeniden oluşturur.

Veri deposu- Bu, bilgisayar çalışırken işlemcinin yoğun olarak etkileşime girdiği bellek alanıdır. İçinde (yüklendikten sonra) saklanır aktif Tek bir bilgisayar oturumu sırasında kullanılan programlar ve veriler. Bilgisayarı kapatmadan veya sıfırlama düğmesine (Sıfırla) basmadan önce, çalışmanın sonuçları (alınan veriler) kalıcı bir depolama aygıtına (örneğin bir sabit diske) kaydedilmelidir.

Bu bölüm RAM'in yapısal-fonksiyonel ve mantıksal organizasyonuna ayrılmıştır. RAM'in yapım, çalışma ve temel özelliklerini ele alır; RAM'in yapısı, alanlara dağılımı ve bu alanların amacı; ana RAM yongaları, RAM modülleri vb.

Bellek öğeleri

İsim "dinamik RAM" Aşağıda gösterildiği gibi, şarjı depolayabilen küçük kapasitörler olan bellek elemanları nedeniyle. Gerçek koşullarda, kondansatör boşalır ve sürekli periyodik olarak yeniden şarj edilmesi gerekir. Bu nedenle, kapasitif öğelere dayalı bellek, dinamik bir bellektir ve bu bellekte, güç açıkken keyfi olarak uzun bir süre boyunca bilgi depolayabilen iki durumlu hücrelerde uygulanan statik bellekten temel olarak farklıdır. Bu nedenle, dinamik veri depolama, her şeyden önce, bilgilerin tekrar tekrar RAM'e yazılması olasılığının yanı sıra, verilerin periyodik olarak (yaklaşık her 15 ms'de bir) güncellenmesi veya yeniden yazılması ihtiyacı anlamına gelir.

Kapasitif bellek elemanlarını kullanırken, milyonlarca hücreyi tek bir çip üzerine yerleştirmek ve orta düzeyde güç tüketimi ile yeterince yüksek hızda en ucuz yarı iletken belleği elde etmek mümkündür. Bu nedenle, dinamik RAM temel bilgisayar hafızası.

Bir hafıza elemanı olarak bir kapasitör kullanma olasılığı üzerine. İdeal bir kapasitör, şarjı iki terminalli bir ağdır. Q voltajın lineer bir fonksiyonudur sen(Şekil 10.1, a). Anahtar aracılığıyla ideal kapasitör C ise İle voltaj uygula sen EMF kaynağından (Şekil 10.1.6), daha sonra kapasitörde sabit bir şarj görünecektir Q volt-coulomb özelliğine göre (Şekil 10.1, a). Sabit şarj ile (Q= const) devrede akım akmıyor (/= AQ/At= 0), bu nedenle anahtarın açılması (Şekil 10.1, c) C kondansatörünün durumunu değiştirmeyecektir, yani. kapasitörde hala 0 = const kalacak ve U= inşaat Buradan, kapasitör, bir Qw voltajı U şarj etme yeteneğine sahiptir.

Pirinç. 10.1.İdeal bir kapasitörün (a) Volt-Coulomb özelliği, kapatıldığında durumu (b) ve açık (in) anahtarı İLE, bir direnç üzerinden bir C kondansatörünü boşaltmak için devre Sağ (r)

Gerçek kapasitörlerin kayıpları vardır, ayrıca yazma ve okuma modlarını uygulamak için kapasitörlere ayrıca kayıpları olan harici devreler bağlanır. Kayıplar aktif dirençle modellenir R kapasitör C ile paralel olarak bağlanır (Şekil 10.1, d). Bu koşullar altında, anahtar açıldığında İleŞekildeki devrede 10.1.5 aracılığıyla direnç R akım / akmaya başlayacak (Şekil 10.1, d) ve kapasitörde birikir İle elektrik alanının enerjisi, direnç tarafından salınan termal enerjiye dönüştürülecektir. R. Deşarj işlemi sırasında kapasitör yükünü kaybeder ve kutuplarındaki voltaj düşer. Bu nedenle, yukarıda belirtildiği gibi, kapasitörlerin bellek elemanları olarak kullanılması, periyodik restorasyon gerektirir. (yenilenme) Gerilim.

Kapasitif bir bellek elemanının uygulanması hakkında. Kapasitif bellek elemanlarının inşasının temeli, MOS transistörleridir. Şu anda, kapasitif bellek elemanına ek olarak, onu bit veriyoluna bağlama aracına sahip olan tek transistör yapıları yaygın olarak kullanılmaktadır. Tek transistörlü bir bellek elemanının yapısı, Şek. 10.2a ve polisilikondan yapılmış tahliyenin harici çıkışı olmayan bir n-MOS transistörüdür. Transistörün tahliyesi kapasitörün bir plakasını oluşturur, alt tabaka diğerini oluşturur. Plakalar arasındaki dielektrik, ince bir silikon oksit tabakasıdır. Si O 2. Yapı kaynağı - kapı - tahliye, bir transistör anahtarının işlevlerini yerine getirir. Bellek elemanının şeması, Şek. 10.2.6.

Tek transistörlü kapasitif bir bellek öğesi, 6 transistör içeren statik bir RAM bellek öğesinden daha basittir (Şekil 10.2, a). Bir çip üzerine daha fazla bellek elemanı yerleştirilebilmesi nedeniyle, dinamik RAM'ler statik muadillerine göre önemli ölçüde daha büyük bir bellek kapasitesine sahiptir.

Pirinç. 10.2. Yapı hafıza elemanı dinamik Veri deposu(a) ve eşdeğer devresi (b)

Dinamik RAM'de bellek elemanının çalışması. Bellekte kapasitif bellek öğelerinin kullanılması, sürücünün yapısını etkiler. Bellek öğelerine ek olarak, sürücü, normal çalışması için gerekli koşulları sağlayan ek düğümler ve bileşenler içerir. Dinamik RAM'de bir bellek elemanının çalışma prensiplerini düşünmek için Şekil 2'de gösterilen diyagramı kullanacağız. 10.3, a. Bellek elemanlarının transistör anahtarlarının kapıları adres yollarına (satırlar), kaynaklara - bit yollarına (sütunlar) bağlanır.

Adres veriyolunda gerilim olmadığında, transistör UT 1 kilitlenir ve bellek elemanının Cep kapasitörünün bit veriyoluyla bağlantısı kesilir. Bellek öğesi depolama modunda çalışır.

Adres veriyoluna ve dolayısıyla transistör anahtarının kapısına voltaj uygulandığında VT Bit veriyoluna 1 bellek elemanı bağlanır. Okuma/yazma sinyalinin değerine bağlı olarak, iki kapasitif bellek elemanının çalışma modu.

Transistör anahtarlarının kapılarına uygulanan kontrol sinyallerini kullanarak kayıt modunda VT 3 veya VTŞekil 4'te, bellek öğesine sırasıyla mantıksal bir sıfır veya bir yazılabilir. Bu durumda, mantıksal sıfır, Sep kapasitör üzerindeki voltajın sıfır değerine karşılık gelir, mantıksal birim, eşit bir voltaja karşılık gelir. E.

Pirinç. 10.3.

Okuma modunda, bit yolunun uzun olması ve buna bağlı çok sayıda farklı eleman nedeniyle, veri yolu, bellek elemanının Cep kapasitesinden birçok kat daha büyük bir CY kapasitesine sahiptir. Bir bit veriyoluna kapasitif bir bellek elemanı bağlandığında bilgi okumak için, bus üzerindeki voltajın tam değerine sahip olmak gerekir. Bu nedenle, okumadan önce, bit veriyoluna güç kaynağının voltajına eşit sabit bir voltaj uygulanır. E veya E/ 2, Su kapasitesini şarj etmek için. Bundan sonra, bellek elemanı bit veriyoluna bağlanır.

Analiz şunu gösteriyor:

• bellek elemanı üzerinde okurken, üzerinde bir voltaj değişikliği meydana gelir ±pE/ 2, nerede R= Eylül/Sayma yıkıcı bir süreçtir ve orijinal bilgilerin geri yüklenmesini gerektirir;
• Gerilim okuma modunda bit satırında küçük ölçüde değişir, bu da bellek öğesinde depolanan verilerin doğru şekilde yakalanmasını zorlaştırır.

Bu eksiklikleri gidermek için aşağıdaki önlemler alınır:

• bellek öğesinin şarjını geri yüklemek için girin rejenerasyon döngüleri;
• Kapasiteyi arttırmak SEP bellek elemanı, örneğin, daha yüksek bir dielektrik sabiti olan bir dielektrik kullanarak;
• kapasitansı azaltmak C y bit bus iki yastığa bölünerek zar zor katlanır;
• okumak için pozitif geri beslemeli son derece hassas diferansiyel yükselteçler kullanın - amplifikatörler - rejeneratörler.