Элементы цифровых систем, страница 8

В середине 60-х гг. были выработаны единые принципы организации обмена информацией между различными электронными устройствами и ЭВМ, которые после уточнения и дополнения в 1969 и 1972 гг. получили всеобщее распространение и известны под названием стандарта КАМАК (от англ. Соmputег Аррliсаtion Меаsuгеments and Соntгоl).

Важное место в нем отводится магистрали, обеспечивающей двухстороннюю передачу данных между различными электронными модулями, помещенными в единый блок – крейт (от англ. сгаtе). Благодаря стандартизации конструктивных и электрических параметров любой модуль, выполненный в стандарте КАМАК, будучи установленным в любой разъем крейта, оказывается подключенным к магистрали и готовым к обмену информацией с другими модулями крейта. Управление этим обменом осуществляет устройство управления – контроллер крейта. Через него же происходит обмен информацией с ЭВМ и контроллерами других крейтов.

Система КАМАК получила широкое распространение в технике физического эксперимента. Она предоставляет пользователю возможность быстро приспосабливать и оперативно видоизменять структуру сложного электронного обеспечения конкретного эксперимента, возложить на ЭВМ функции сбора и обработки экспериментальных данных, контроля параметров, автоматической подстройки и т. п., иными словами, осуществить комплексную автоматизацию процесса измерения и обработки на базе ЭВМ.

6.13. Запоминающие устройства

Запоминающее устройство (ЗУ) или память –это устройство, с помощью которого информация существует во времени, т.е. передается от одного момента к другому. Все последовательностные схемы и компьютеры, в том числе, обладают свойством запоминания. Одним из носителей этого свойства является триггер.

Обычно информация передается порциями, состоящими из фиксированного числа битов и называемыми словами. ЗУ можно представить себе в виде некоторого пространства, состоящего из множества идентифицируемых позиций для размещения слов.

В некоторых ЗУ на каждую такую позицию отводятся свои фиксированные запоминающие элементы. В этом случае местоположение запоминающих элементов однозначно определяет позицию слова, называемую ячейкой. В других ЗУ слова перемещаются относительно множества запоминающих элементов, сохраняя упорядоченность относительно друг друга. В этом случае позиция слова фиксируется как местоположением запоминающих элементов, так и временем. Во всех случаях, когда слово информации передается в ЗУ, оно помещается в некоторую конкретную позицию. Этот процесс называется записью в память. Когда же информация передается из памяти, она выбирается из некоторой конкретной позиции. Этот процесс называется считыванием из памяти.

Интегральные микросхемы ЗУ, как правило, представляют собой функционально законченные изделия, что позволяет создавать устройства памяти с большой информационной емкостью непосредственным наращиванием разрядности и числа слов. Полупроводниковые ЗУ по режиму занесения информации делятся на оперативные (ОЗУ) и постоянные (ПЗУ); по режиму работы – на статические (СЗУ) и динамические (ДЗУ); по принципу выборки информации – на устройства с произвольной и последовательной выборкой; по технологии изготовления – на биполярные и униполярные. Классификация ИС ЗУ, проведенная по этим признакам, показана на рис. 6.33.

ОЗУ – это устройства для введения в процессор компьютера новых данных и программ, а также для хранения текущих результатов или данных, полученных в процессе работы.

ПЗУ — это устройства, из которых можно считывать только заранее записанную информацию. ПЗУ применяются для генерации кода программы или данных, которые будут часто использоваться, что избавляет от необходимости загружать программу каждый раз заново. Информация в ПЗУ, в отличие от ОЗУ, записывается на кристалле с изменением его физических свойств, поэтому отключение питания не сказывается на содержании записанной информации.

СЗУ образуется матрицей запоминающих элементов (ЗЭ), каждый из которых может быть установлен в одно из двух возможных состояний, сохраняющихся при включенном питании. Основным ЗЭ в СЗУ является триггер. Очевидно, что такая матрица в рабочем состоянии непрерывно потребляет энергию.

ДЗУ - это матрица элементов, для которых требуется периодическое восстановление информации (регенерация).

В ДОЗУ в качестве ЗЭ используется конденсатор, в котором информация хранится в виде заряда. Заряд на запоминающем конденсаторе с течением времени уменьшается, поэтому для его восстановления требуется периодическая подзарядка конденсатора. Динамическая схема памяти эффективна для ОЗУ относительно большого объема. Память малого объема обычно реализуется на статических элементах.

Биполярные ЗУ имеют значительно большее быстродействие, но существенно меньшую плотность упаковки элементов по сравнению с униполярными ЗУ. Биполярные ЗУ наиболее эффективны как высокоскоростные буферные ЗУ больших систем. Наиболее широко применяются биполярные ЗУ на ТТЛШ и ЭСЛ структурах. Самая высокая плотность упаковки элементов биполярных ЗУ достигнута на структурах И²Л.

ЗУ на р-канальных МОП транзисторах имеют минимальную себестоимость, но обладают низким быстродействием. ЗУ на n- канальных МОП транзисторах по быстродействию приближаются к биполярным.

ЗУ на КМОП структурах имеют очень низкую статическую потребляемую мощность и среднее быстродействие.

ДЗУ имеют ряд преимуществ по сравнению со статическими ОЗУ: по быстродействию и экономичности они превосходят ЗУ на КМОП структурах, а по плотности упаковки запоминающих элементов намного их превосходят.

Для потребителей выбор типа ПЗУ во многом определяется не только электрическими параметрами, но и способами программирования БИС. ПЗУ могут программироваться как у потребителя, так и на предприятии-изготовителе. Существуют ПЗУ однократного и многократного программирования. Перепрограммирование некоторых типов ПЗУ можно проводить простой сменой команд.