1. Подключение памяти и устройств ввода-вывода

Несмотря на то, что линии и предназначены для управления чтением и записью информации в ЗУ, к ним же можно подключить и УВВ — тогда и останутся незадействованными, а УВВ будут рассматриваться ЦП как память. Подключение УВВ к линиям и (см. рис. 1.14 а)) называют совместным с памятью, а к линиям и , (см. рис. 1.14 б) — раздельным.

Подключение УВВ совместно с памятью требует распределения между ними адресов, а следовательно и линий для того, чтобы ЦП взаимодействовал только с адресованным устройством. На рисунке 1.14 а) показано распределение линий и между двумя блоками ЗУ и УВВ соответственно. Если ЦП адресует ЗУ, то активен сигнал , а если УВВ — . Общее количество блоков при таком подключении УВВ не может превышать числа линий , равного 2ⁿ , где n — число входов ДА (см. п. 1.4.1). Соотношение количества блоков ЗУ и УВВ будет определять возможности МПС по объему сохраняемой информации и подключению внешних устройств. В этой связи при проектировании МПС необходим поиск оптимального решения по применению как памяти, так и УВВ.

Особенность подключения УВВ раздельно с памятью заключается в том, что ДА предварительно разрешает обмен данными как с блоком ЗУ, так и УВВ одним и тем же сигналом . Например, (см. рис.1.14 б)) если ЦП выбирает блок ЗУ с нулевым адресом, то одновременно по линии будет выбран и блок УВВ, имеющий при таком подключении тот же самый адрес. Блоки, подключенные к , также будут иметь одинаковые адреса. Таким образом, уникальный адрес присваивается не отдельным блокам, а их парам.

Бесконфликтный доступ к ячейкам ЗУ или УВВ, находящихся в паре, обеспечивается тем, что окончательное разрешение работы одного из двух одновременно выбранных блоков и его настройку на запись или чтение осуществляется сигналами, принадлежащими двум разным классам:

• класс 1: и (чтение и запись в ЗУ);

• класс 2: и (чтение и запись в УВВ).

Таким образом, выбранный блок ЗУ или УВВ должен переключаться из Z-состояния на прием или выдачу информации только на то время, когда один из сигналов управления чтением или записью, относящийся к определенному классу, активен. Это исключит конфликтную ситуацию даже в том случае, если ЗУ и УВВ имеют одинаковые адреса. Действительно, если осуществляется чтение (запись) из УВВ, выбранного L-уровнем , то только это устройство переключится на выдачу (прием) данных сигналом ( ). Блок ЗУ, также подключенный к _, останется в Z-состоянии, поскольку в интервале времени, когда ( ) активен, все сигналы управления обменом данными с памятью пассивны (см. таблицу 1.2).

Рассмотренный подход к управлению устройствами дает возможность подключить к ЦП столько же блоков УВВ, сколько и ЗУ. Таким образом, если число линий составляет 2ⁿ, то к ЦП может быть подключено 2ⁿ блоков ЗУ и 2ⁿ блоков УВВ общим количеством 2ⁿ + 2ⁿ. Это позволит создать МПС как с достаточным объемом памяти, так и с развитыми средствами ввода-вывода.

1. Типы запоминающих устройств

В МПС применяются следующие типы ЗУ:

• оперативные (ОЗУ);

• постоянные (ПЗУ).

ОЗУ и ПЗУ представляют собой ИМС, содержащие встроенный дешифратор и ячейки для приема, хранения и выдачи информации, (см. п. 1.4.2 и рис. 1.12). Электрические выводы этих ИМС имеют назначение:

• адресации ячейки по ША;

• приема и выдачи информации из адресованной ячейки на ШД;

• управления передачей информации (чтение и запись);

• управления Z-состоянием ИМС (входы , и );

• электропитания U_cc и заземления GND.

ОЗУ могут хранить данные только при включенном электропитании — при его отключении информация утрачивается. ПЗУ в отличие от ОЗУ сохраняют информацию и при отключенном питании. Тем не менее запись данных в ПЗУ нельзя осуществить сигналом — в МПС ПЗУ применяются только для работы в режиме выдачи информации, которая ранее была записана с помощью устройства, называемого программатором. В этой связи ПЗУ называют памятью только для чтения (read only memory — ROM). ОЗУ допускают как чтение, так и запись данных, в связи с чем были названы памятью с произвольной выборкой (random access memory — RAM). В зависимости от типа элементов, запоминающих один бит информации, (запоминающих элементов) ОЗУ подразделяют на следующие типы:

• статические;

• динамические.

Запоминающим элементом статических ОЗУ является триггер, а динамических — конденсатор. Заряженный конденсатор соответствует хранению логической 1, а разряженный — 0.

Изображение на электрических схемах ИМС ПЗУ и статического ОЗУ приведено на рис. 1.15 а) и б), где обозначено:

• ША — А0 — Аm-1;

• ШД — D0 — Dk;

• , — входы управления Z-состоянием

• (Write Enable) — вход управления чтением и записью;

• линии электропитания и заземления — U_СС и GND.

Значения сигналов на входах и , при которых ПЗУ выдает данные или находится в Z-состоянии представлены в таблице 1.4.

Таблица 1.4

Режим работы ПЗУ	Входы управления
Выдача данных	0	0
Z-состояние	1	0
Z-состояние	0	1
Z-состояние	1	1

Согласно таблице считывание данных возможно только в том случае, если на входах и установлены сигналы L-уровня.

Режимы работы ОЗУ, определяемые сигналами и , приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5

Режим работы ОЗУ	Входы управления
Прием данных	0	0
Выдача данных	1	0
Z-состояние	Любое	1
	значение

Из таблицы следует, что переключение микросхемы из Z-состояния в рабочий режим осуществляется только при значении 0 на входе , а управление чтением и записью данных в ОЗУ осуществляется сигналом , не влияющим на Z-состояние.

Отличие статических ОЗУ от динамических состоит в том, что триггеры могут сохранять данные до тех пор, пока включено электропитание, а конденсаторы достаточно быстро разряжаются и при включенном питании. Если их вовремя не подзаряжать, то информация в динамическом ОЗУ будет разрушена. Чтобы не допустить разрушения информации ее чтение и запись осуществляется через устройства, предназначенные для своевременного восстановления (регенерации) кода, хранимого в ячейках динамических ОЗУ. В этой связи ИМС этих ОЗУ кроме входов управления чтением, записью и Z-состоянием имеют также входы управления регенерацией. Последняя требует определенного времени, в течение которого считывать и записывать данные в ОЗУ нельзя. При этом устройство, отвечающее за восстановление данных, вырабатывает специальный управляющий сигнал, указывающий другим устройствам на необходимость ожидания приема или выдачи данных до завершения регенерации.

Рис. 1.15.