1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим




Скачать 21,48 Kb.
Название1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим
страница3/10
Дата04.02.2016
Размер21,48 Kb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

9. Согласование уровней сигналов при сопряжении разнотипных элементов.

Иногда в одних и тех же устройствах приходится по тем или иным сообра­жениям применять элементы разных схемотехнологических типов. Самая типичная ситуация — одновременное использование элементов КМОП и ТТЛ(Ш). Различие элементов требует рассмотрения их совместимости по уровням напряжений, токов, быстродействию и т. д.

Согласование элементов КМОП и ТТЛ(Ш) отличается простотой. Выход­ные уровни U] и Uq элементов КМОП близки соответственно к уровню питания и нулевому уровню, отличаясь от них на несколько процентов (например, в серии КР1554 при напряжениях питания 3—5 В Uj = Ucc ~ 0,1 В, a Uo = 0,1 В). При подключении к выходу элемента КМОП входов элементов ТТЛ(Ш) оказывается приемлемой прямая передача сигналов от элемента к элементу (рис. 1.34, а). При этом низкий нулевой уровень, по­ступающий от КМОП-элемента, оказывается более "хорошим", чем ана­логичный уровень, получаемый от "своего" элемента ТТЛ(Ш). Высокий уровень логической единицы у элементов КМОП близок к напряжению питания, а у элементов ТТЛ(Ш) этот уровень приблизительно вдвое меньше. Повышение уровня логической единицы благоприятно для по­вышения помехоустойчивости схемы, но может быть опасно с точки зре­ния возможности пробоя входных цепей. Если повышение уровня Uj до­пустимо, то прямое управление элементом ТТЛ(Ш) от элемента КМОП вполне приемлемо. В частности, такое управление рекомендуется для из­вестных серий микросхем КР1533 и КР1554.

В сочетаниях элементов ТТЛ(Ш)—КМОП напряжение высокого уровня, формируемое выходным каскадом ТТЛ(Ш), обычно недостаточно для надле­жащего управления элементами КМОП, и должно быть увеличено. В типовой схеме сопряжения (рис. 1.34, б) это выполняется с помощью цепочки Uб может показаться странной, поскольку в ней дополнительная цепочка Ucc—R должна воздействовать на выходное на­пряжение элемента ТТЛ(Ш). Выходные сопротивления элементов малы, что позволяет им работать на большие нагрузки и не поддаваться внешним воз­действиям, жестко сохраняя выработанные сигналы. Поэтому, как правило, никакие сигналы на выходы элементов не подаются. Однако в рассматривае­мом случае ситуация иная. Типичная выходная цепь элемента ТТЛ(Ш) изо­бражена на рис. 1.34, в.



Рис. 1.34. Схемы согласования элементов КМОП и ТТЛ(Ш) (а, б) и пояснения к их работе (в, г)

При формировании высокого уровня напряжения транзистор Т1 работает в схеме эмиттерного повторителя и создает малое выходное сопротивление для тока, вытекающего из выходной цепи. Ток, втекающий извне в выходной электрод, напротив, встречает чрезвычайно высокое сопротивление запер­того транзистора Т2 и сопротивление обратно включенного диода D. Такая резкая асимметрия выходных сопротивлений каскада для вытекающего тока (обычного рабочего режима) и втекающего, создаваемого цепочкой Ucc~R> позволяет этой цепочке определять напряжение в линии связи между эле­ментами, задавая уровень Ub приблизительно равный Ucc> что и требуется для элемента КМОП (рис. 1.34, г). Рекомендуемые для сопряжения элемен­тов серий КР1533 и КР1554 значения сопротивления резистора равны при­близительно 5 кОм.


10. Важнейшие параметры ЗУ.

Информационная емкость — максимально возможный объем хранимой ин­формации. Выражается в битах или словах (в частности, в байтах). Бит хра­нится запоминающим элементом (ЗЭ), а слово — запоминающей ячейкой (ЗЯ), т. е. группой ЗЭ, к которым возможно лишь одновременное обращение. Добавление к единице измерения множителя "К" (кило) означает умножение на 210 = 1024, а множителя "М" (мега) — умножение на 220 = 1048576.

Организация ЗУ— произведение числа хранимых слов на их разрядность. Видно, что это дает информационную емкость ЗУ, однако при одной и той же информационной емкости организация ЗУ может быть различной, так что организация является самостоятельным важным параметром.

Быстродействие (производительность) ЗУ оценивают временами считывания, записи и длительностями циклов чтения/записи. Время считывания — ин­тервал между моментами появления сигнала чтения и слова на выходе ЗУ. Время записи — интервал после появления сигнала записи, достаточный для установления ЗЯ в состояние, задаваемое входным словом. Минимально допустимый интервал между последовательными чтениями или записями образует соответствующий цикл. Длительности циклов могут превышать времена чтения или записи, т. к. после этих операций может потребоваться время для восстановления необходимого начального состояния ЗУ.

Время чтения, записи и длительности циклов— традиционные параметры. Для некоторых современных ЗУ они должны быть дополнены новыми. Причиной является более сложный характер доступа к хранимым данным, когда обращение к первому слову некоторой группы слов (пакета) требует большего времени, чем обращение к последующим. Для таких режимов вво­дят параметр времени доступа при первом обращении (Latency) и темпа пере­дач для последующих слов пакета (Bandwidth). Темп передач в свою очередь оценивается двумя значениями — предельным (внутри пакета) и усредненным (с учетом Latency). С уменьшением пакета усредненный темп снижается, все более отличаясь от предельного.

Помимо указанных основных параметров для ЗУ указывают еще целый на­бор временных интервалов. Перечисленные выше динамические параметры являются эксплуатационными (измеряемыми). Кроме них, существует ряд режимных параметров, обеспечение которых необходимо для нормального функционирования ЗУ, поскольку оно имеет несколько сигналов управле­ния, для которых должно быть обеспечено определенное взаимное располо­жение во времени. Для этих сигналов задаются длительности и ограничения по взаимному положению во времени.

Один из возможных наборов сигналов ЗУ (рис. 4.1, а) включает следующие сигналы:



Рис. 4.1. Типичные сигналы ЗУ (а) и их временные диаграммы (б)

- А— адрес, разрядность которого n определяется числом ячеек ЗУ, т. е. максимально возможным числом хранимых в ЗУ слов. Для ЗУ типично число ячеек, выражаемое целой степенью двойки. Адрес является номе­ром ячейки, к которой идет обращение. Очевидно, что разрядность адре­са связана с числом хранимых слов N соотношением n = log2N (имеется в виду максимально возможное число хранимых слов). Например, ЗУ с информационной емкостью 64К слов имеет 16-разрядные адреса, выра­жаемые словами

- CS — или СЕ, который разрешает или запре­щает работу данной микросхемы;

- R/W — задает выполняемую операцию (при единичном зна­чении — чтение, при нулевом — запись);

- DI и DO — шины входных и выходных дан­ных, разрядность которых m определяется организацией ЗУ (разряд­ностью его ячеек). В некоторых ЗУ эти линии объединены.

Требования к взаимному временному положению двух сигналов (А и В) за­даются временами предустановки, удержания и сохранения.

Время предустановки сигнала А относительно сигнала В tsu (а - в) есть ин­тервал между началами обоих сигналов.

Время удержания tH (A - В) — это интервал между началом сигнала А и окон­чанием сигнала В.

Время сохранения tV (A - В) — интервал между окончанием сигнала А и окон­чанием сигнала В.

Длительности сигналов обозначаются как tw (индекс от слова Width — ширина).

Для ЗУ характерна такая последовательность сигналов. Прежде всего пода­ется адрес, чтобы последующие операции не коснулись какой-либо другой ячейки, кроме выбранной. Затем разрешается работа микросхемы сигналом CS (СЕ) и подается строб чтения/записи R/W (взаимное положение сигна­лов CS и R/W для разных ЗУ может быть различным). Если задана, напри­мер, операция чтения, то после подачи перечисленных сигналов ЗУ готовят данные для чтения, что требует определенного времени. Задний фронт сиг­нала R/W, положение которого во времени должно обеспечивать установле­ние правильных данных на выходе ЗУ, считывает данные.

Пример временной диаграммы для рассмотренного набора сигналов ЗУ и операции чтения приведен на рис. 4.1, б.

Индексом А (от слова Access) обозначаются согласно стандарту времена дос­тупа — интервалы времени от появления того или иного управляющего сиг­нала до появления информационного сигнала на выходе. Время доступа от­носительно сигнала адреса обозначается, если следовать правилу, как tА(А), не часто просто как tA. Аналогично этому, время доступа относительно сигнала CS, т. е. tА(SC) часто обозначается просто как tcs. Время tA называют также временем выборки, а время tcs — временем выбора.

Кроме отмеченных параметров для ЗУ, используется и ряд других (уровни напряжений, токи, емкости выводов, температурный диапазон и т. д.), кото­рые не требуют специального рассмотрения, т. к. они традиционны для цифровой схемотехники. Исключение составляет свойство энергонезависимо­сти, т. е. способность ЗУ сохранять данные при отключении напряжения питания. Энергонезависимость может быть естественной, т. е. присущей самим ЗЭ, или искусственной, достигаемой введением резервных источни­ков питания, автоматически подключаемых к накопителю ЗУ при снятии основного питания.


11. Основные структуры запоминающих устройств.

Адресные ЗУ представлены в классификации статическими и динамически­ми оперативными устройствами и памятью типа ROM. Многочисленные варианты этих ЗУ имеют много общего с точки зрения структурных схем, что делает более рациональным не конкретное рассмотрение каждого ЗУ в полном объеме, а изучение некоторых обобщенных структур с последую­щим описанием запоминающих элементов для различных ЗУ.

Общность структур особенно проявляется для статических ОЗУ и памяти типа ROM. Структуры динамических ОЗУ имеют свою специфику и рассмот­рены в § 4.7. Для статических ОЗУ и памяти типа ROM наиболее характерны структуры 2D, 3D и 2DM.

В структуре 2D (рис. 4.3) запоминающие элементы ЗЭ организованы в пря­моугольную матрицу размерностью М = k х m, где М — информационная емкость памяти в битах; k — число хранимых слов; m — их разрядность.



Рис. 4.3. Структура ЗУ типа 2D

Дешифратор адресного кода DC при наличии разрешающего сигнала CS (CS — сигнала выбора микросхемы) активизирует одну из выходных линий, разрешая одновременный доступ ко всем элементам выбранной строки, хранящей слово, адрес которого соответствует номеру строки. Эле­менты одного столбца соединены вертикальной линией — внутренней ли­нией данных (разрядной линией, линией записи/считывания). Элементы столбца хранят одноименные биты всех слов. Направление обмена опреде­ляется усилителями чтения/записи под воздействием сигнала R/W (Read — чтение. Write — запись).

Структура типа 2D применяется лишь в ЗУ малой информационной емко­сти, т. к. при росте емкости проявляется несколько ее недостатков, наибо­лее очевидным из которых является чрезмерное усложнение дешифратора адреса (число выходов дешифратора равно числу хранимых слов).

Структура 3D позволяет резко упростить дешифраторы адреса с помощью двухкоординатной выборки запоминающих элементов. Принцип двухкоор­динатной выборки поясняется (рис. 4.4, а) на примере ЗУ типа ROM, реа­лизующего только операции чтения данных.

Здесь код адреса разрядностью n делится на две половины, каждая из кото­рых декодируется отдельно. Выбирается запоминающий элемент, находя­щийся на пересечении активных линий выходов обоих дешифраторов. Та­ких пересечений будет как раз





Рис. 4.4. Структура ЗУ типа 3D с одноразрядной (а) организацией




Рис. 4.4. {окончание) Структура ЗУ типа 3D с многоразрядной (б) организацией

Суммарное число выходов обоих дешифраторов составляет



что гораздо меньше, чем 2n при реальных значениях п. Уже для ЗУ неболь­шой емкости видна эта существенная разница: для структуры 2D при хране­нии 1К слов потребовался бы дешифратор с 1024 выходами, тогда как для структуры типа 3D нужны два дешифратора с 32 выходами каждый. Недос­татком структуры 3D в первую очередь является усложнение элементов па­мяти, имеющих двухкоординатную выборку.

Структура типа 3D, показанная на рис. 4.4, а для ЗУ с одноразрядной орга­низацией, может применяться и в ЗУ с многоразрядной организацией (рис. 4.4, б), приобретая при этом "трехмерный" характер. В этом случае не­сколько матриц управляются от двух дешифраторов, относительно которых они включены параллельно. Каждая матрица выдает один бит адресованного слова, а число матриц равно разрядности хранимых слов.

Структуры типа 3D имеют также довольно ограниченное применение, по­скольку в структурах типа 2DM (2D модифицированная) сочетаются досто­инства обеих рассмотренных структур — упрощается дешифрация адреса и не требуются запоминающие элементы с двухкоординатной выборкой.

Структура 2DM

ЗУ типа ROM (рис. 4.5, а) структуры 2DM для матрицы запоминающих эле­ментов с адресацией от дешифратора DCx имеет как бы характер структуры 2D: возбужденный выход дешифратора выбирает целую строку. Однако в от­личие от структуры 2D, длина строки не равна разрядности хранимых слов, а многократно ее превышает. При этом число строк матрицы уменьшается и, соответственно, уменьшается число выходов дешифратора. Для выбора одной из строк служат не все разряды адресного кода, а их часть от An-1 до Аk. Остальные разряды адреса (Ak-1... A0) используются, чтобы выбрать не­обходимое слово из того множества слов, которое содержится в строке. Это выполняется с помощью мультиплексоров, на адресные входы которых по­даются коды Ak-1... A0. Длина строки равна m2k, где m — разрядность храни­мых слов. Из каждого "отрезка" строки длиной 2k мультиплексор выбирает один бит. На выходах мультиплексоров формируется выходное слово. По раз­решению сигнала CS, поступающего на входы ОЕ управляемых буферов с тремя состояниями, выходное слово передается на внешнюю шину.

На рис. 4.5, б в более общем виде структура 2DM показана для ЗУ типа RAM с операциями чтения и записи. Из матрицы М по-прежнему считыва­ется "длинная" строка.



Рис. 4.5. Структура ЗУ типа 2DM для ROM (a) Рис. 4.5. Структура ЗУ типа 2DM для RAM (б)

Данные в нужный отрезок этой строки записываются (или считываются из нее) управляемыми буферами данных BD, воспринимающими выходные сигналы второго дешифратора DCy, и выполняющими не тавько функции мультиплексирования, но и функции изменения направления передачи дан­ных под воздействием сигнала R/W.


12. Схемы контроля четн/нечетн.

Контроль правильности передач и хранения данных — важное условие нормальной работы ЦУ. В этой области простейшим и широко применяемым методом является контроль по модулю 2. Приступая к ознакомлению с этим методом, следует остановиться на некоторых понятиях из теории построения помехоустойчивых кодов. Кодовая комбинация — набор из сим­волов принятого алфавита. Код — совокупность кодовых комбинаций, ис­пользуемых для отображения информации. Кодовое расстояние между дву­мя кодовыми комбинациями — число разрядов, в которых эти комбина­ции отличаются друг от друга. Минимальное кодовое расстояние — мини­мальное кодовое расстояние для любой пары комбинаций, входящих в данный код. Кратностью ошибки называют число ошибок в данном слове (число неверных разрядов).

Из теории кодирования известны условия обнаружения и исправления ошибок при использовании кодов:



где dmin — минимальное кодовое расстояние кода; гобн и rиcnp — кратность обнаруживаемых и исправляемых ошибок соответственно.

Существует также понятие веса комбинации, под которым понимается число единиц в данной комбинации.

Для двоичного кода минимальное кодовое расстояние dmin=1, поэтому он не обладает возможностями какого-либо контроля производимых над ним действий. Чтобы получить возможность обнаруживать хотя бы ошибки еди­ничной кратности, нужно увеличить минимальное кодовое расстояние на 1. Это и сделано для кода контроля по модулю 2 (контроля по четно­сти/нечетности).

При этом способе контроля каждое слово дополняется контрольным разрядом, значение которого подбирается так, чтобы сделать четным (нечетным) вес каждой кодовой, комбинации. При одиночной ошибке в кодовой комбинации четность (нечетность) ее веса меняется, а такая комбинация не принадлежит к данному коду, что и обнаруживается схемами контроля. При двойной ошибке четность (нечетность) комбинации не нарушается — такая ошибка не обнаруживается. Легко видеть, что у кода с контрольным разрядом dmin=2. Хотя обнаруживаются ошибки не только единичной, но вообще нечетной кратности, на величину dmin это не влияет.

При контроле по четности вес кодовых комбинаций делают четным, при контроле по нечетности — нечетным. Логические возможности обоих вари­антов абсолютно идентичны. В зависимости от технической реализации ка­налов передачи

данных, может проявиться предпочтительность того или иного варианта, поскольку один из вариантов может позволить отличать обрыв всех линий связи от передачи нулевого слова, а другой — нет.

После передачи слова или считывания его из памяти вновь производится сложение разрядов кодовой комбинации по модулю 2 (свертка по модулю 2) и проверяется, сохранилась ли чет­ность (нечетность) веса принятой комби­нации. Если четность (нечетность) веса ком­бинации изменилась, фиксируется ошибка операции.

Из приведенного материала следует, что контроль по модулю 2 эффективен там, где вероятность единичной ошибки много больше, чем вероятность двойной (или вообще групповой).

В частности, для полупроводниковой основной памяти компьютеров такая ситуация справедлива, т. к. каждый бит слова хранится в своей собственной ячейке, и наиболее вероятны единичные ошибки. А для памяти на магнит­ных носителях информации (диски, ленты) дефекты таковы, что обычно затрагивают площадь, на которой размещено несколько бит данных, поэто­му для этой памяти контроль по модулю 2 неэффективен.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Похожие:

1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconЗазнаев О. И. Вторая молодость «долгожителя»: концепт «политический институт» в современной науке Раздел Теоретические проблемы политологии
Институты – это конструкции, созданные человеческим сознанием. Но даже самые убежденные представители неоклассической школы признают...
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconЛекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой он и создается, это выполнение команд. Система команд, выполняемых процессором,
Система команд, выполняемых процессором, представляет собой нечто подобное таблице истинности логических элементов или таблице режимов...
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconЛекция: природный фактор
В конечном счете все, чем обладает современный человек, кроме знаний и информации, сделано из природного материала, пусть и преобразованного....
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconПрограмма «Credo Топополан» программа создания цифровой модели местности и выпуска топографических плАнов
Назначение: создание цифровой модели местности инженерного назначения, выпуск планшетов и чертежей топографических планов
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconМежсистемные взаимодействия в сложных информационных структурах создания рэс
Показаны преобразования модели при изменении параметров изделия в ходе жизненного цикла и результаты применения подобных методик...
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconОпределение параметров модели процесса миграции радионуклидов в почве
Предлагается методика экспериментального определения параметров модели процесса миграции радионуклидов в почве
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconУтренняя гимнастика
Основные движения бег и подскоки обязательно включаются в утреннюю гимнастику, они усиливают деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной...
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим icon1 00 книг, без которых нельзя прожить
В конечном счете, качество выигрывает. Хотя люди и скупали "Код да Винчи" миллионными тиражами, но в опросе о любимых книгах британцев...
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconПятая международная конференция
Законы преобразования информации: Общая теория информации и интеллект. (Yi-Xin Zhong, Китай)
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconРекомендации участникам олимпиады по истории основные подходы к проведению Олимпиады по истории
Особо выделим цель – отбор учащихся-победителей для создания ими портфолио успешности ученика и, в конечном счете, формирования льготных...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница