6 –ma’ruza. Yarimo’tkazgichli xotira qurilmalar. Mikroprosessorlar

6 –ma’ruza.Yarimo’tkazgichli xotira qurilmalar. Mikroprosessorlar. Mikroprosessorlarning tuzilmalari. Mikrokontrollerlar. Mikrokontrolleming ishlash prinsipi. Web PACK ISE paketidagi raqamli mantiqiy qurilmalarni loyihalashtirish
Reja:
Xotirlovchi qurilma. Asosiy tushunchalar va parametrlari.
Xotira elementlari.
Xotira mikrosxemalari.
Doimiy xotira qurilmalari.
Tayanch iboralar: xotira, xotira qurilmasi, murojaat, xotira elementa, xotira' bloki, boshqarish sxemalari, statik xotira elementi, dinamik xotira elementa, xotira mikrosxemasi, doimiy xotira qurilma, boglovchi element.
1. Xotirlovchi qurilma (XQ) yoki xotira raqam kodida ifodalangan axborotni qabul qilish, saqlash va talab qilinganida uzatigaga mo’ljallangan texnik vositalar majmuidir. "Xotirlovchi qurilma" atamasi uning kurilish printsipini ta’kidlash lozimligida ko’llanilsa, "xotira" atamasi u bajaradigan vazifalariga e’tiborni karatishda ishlatiladi.
Odatda qabul qilish va uzatishni mos holda yozish va o’qish deb yuritiladi. Yozishni va o’qishni umumiy atama XQga murojaat deb ham atashadi.
Axborotni saqlash uchun har xil fizik muhitlardan foydalaniladi. Axborot birligini saqlashga mo’ljallangan fizik muxit elementi xotira elementi (XE) deb yuritiladi. Xotira elementlari ma’lum uzunlikdagi mashina so’zini saklovchi xotira yacheykasiga (XYa) birlashtiriladi. Xotira yacheykasiga joylashtirish mumkin bo’lgan bitlar soni xotira xonaliligini belgilaydi. Xotira yacheykalari xotira blokiga (XB) birlashtiriladi. Murojaat berilgan adres bo’yicha XBdagi kerakli yacheykani kidirib topib, unga axborotni yozishni yoki undan axborotni o’qishni bajara oladigan boshqaruvchi sxemalar yordamida amalga oshiriladi. Bitta yoki bir nechta bir xil xotira bloki hamda adresni qabul qiluvchi bitga umumiy kanaldan hamda mashina so’zlarini qabul kiluvchi va uzatuvchi bir xil kanallardan iborat boshqaruvchi sxemalar xotira qurilmasini tashkil etadi.
Xotira qurilmasining sifati va biror kompyuterda yoki kompyuter tizimida ishlatilihining maqsadga muvofiqligi qator parametrlar bilan belgilanadi. Bu parametrlarning ichida eng muhimlari xajm va tezkorlik.
XQ xajmi unda bir vaqtda saqlanishi mumkin bo’lgan axborot birliklarining eng katta soni orqali aniqlanadi. Xajm bitlarda, baytlarda (8 bit q 1 bayt), kilobaytlarda (210 bayt q 1 Kbayt), megabaytlarda (210Kbaytq 1 Mbayt), gigabaytlarda (210Mbaytq 1 Gbayt), pentabaytlarda (210 Gbayt q 1 Pbayt), eksobaytlarda (210Pbayt q 1Ebayt), zetabaytlarda (210 Ebayt q 1 Zbayt), yotabaytlarda (210 Zbayt q Shbayt) ifodalanadi.
XQ tezkorligini murojaat vaqti va to’la sikl vaqti orqali ifodalash qulay hisoblanadi. Murojaat vaqti XQga kerakli yacheyka adresini yuborish paytidan XK chiqish yo’lida bu yacheykada saqlangan sonni olish paytigacha (o’qishda) bo’lgan vaqt oralig’idan iborat.
Sikl vaqti ketma-ket murojaatlar orasidagi joiz vaqt orqali o’lchanadi.
Ushbu parametrlarni bitta xotira qurilmasi xududida qanoatlantirish mumkin emas, chunki xajm oshishi bilan tezkorlik pasayadi va aksincha. shy sababli, kompyuter xotirasida kurilish printsiplari va xarakteristikalari bir-biridan farqlanuvchi turli xil XKlari ishlatiladi.
2. Katta integral sxemalar (BIS) texnologiyasidagi yutuqlar istiqbolli yarimo’tkazgich XQ larni yaratishga imkon berdi. Amalda eng keng tarqalgan yarimo’tkazgich xotipa qurilmalaridan bipolyar va unipolyar (MDP) tranzistorlarda qurilgan XQlarni ko’rsatish mumkin.
Axborot kodlarini saqlash usuli bo’yicha statik va dinamik xotira elementlari (xotira qurilmalari) farklanadi. Statik xotira elementida axborot o’zgarmay saklansa, dinamik xotira elementida axborot saklanish vaqti chegaralangan va vaqti-vaqti bilan axborotni tiklash kerak buladi.
Bipolyar tranzistorlarda qurilgan statik xotira elementida (6.1-rasm "a") ikkita emitterli T1 va T2 tranzistorlar hamda R1 va R2 rezistorlar ishlatiladi. Tranzistorlarning pastki emitgerlari adres shinasiga (ASh), yuqori emitterlari esa mos holda "0" va «1» xona shinalariga (XSh.0 va XSh.1)ga ulangan.
Axborotni yozish AShga musbat kutbli, XSh.0 va XSh.1xona shinalariga esa yoziladigan axborotga qarab mos holda musbat yoki manfiy kutbli signallarni bir vaqtda berish orqali amalga oshiriladi, "0" ni yozganda XSh.0 shinasiga manfiy kutbli, XSh.1 shinasiga esa musbat kutbli signal beriladi. Bu vaqtda T1 tranzistor ochiladi va tok E1 emitter orqali XSh.0 shinasiga oqadi. “1” ni yozganda XSh.1 shinasiga manfiy kutbli, XSh.0 shinasiga esa musbat qutbli signal beriladi. Natijada T2 tranzistor ochiladi tok E3 emitter orqali XSh.1 shinasiga oqadi.
Axborotni saklash rejimida xona shinalaridagi patentsial adres shinasidagi potentsialdan ancha katta bo’ladi. Shuning uchun saqlash toki AShga ulangan tranzistorning emitteri orqali (saqlanuvchi kodga bog’liq holda E2 yoki E4 emitter orqali) oqadi.
6.1-rasm. Statik xotira elementi sxemasi a) va axborotni yozish va o’qish jarayonlarining vaqt diagrammasi b).
Axborotni o’qish rejimida AShga xona shinalaridagi potentsialdan katta bo’lgan musbat qutbli signal beriladi. Natijada saqlash rejimida E2 yoki E4 emitterlar orqali AShga okayotgan tokning hammasi E1 yoki E3 emitterlar yordamida mos xona shinalariga ulanadi va chiqish yo’li signali sifatida ishlatiladi. Adres shinasidagi signal tugashi bilanok tranzistor yana AShga ulanadi, ya’ni o’qishdan so’ng axborot o’chirilmaydi. 6.1-rasm "b"da axborotni yozish va o’qish jarayonlarining vaqt bo’yicha diagrammasi keltirilgan.
Bipolyar tranzistorlarda qurilgan XQlar unipolyar tranzistorlarda qurilgan XQlarga nisbatan katta tezkorlikka ega. Ammo bu xil XQlarda axborot joylashish zichligi kam, iste’mol quvvati katta. Undan tashkari bipolyar tranzistorlarda xotira elementini qurish texnologiyasining murakkabligi xotirlovchi qurilma narxining oshishiga olib keladi.
Unipolyar (MDP) tranzistorda qurilgan dinamik xotira elementida (6.2-rasm "a") bitta adres va bitga xona shinasi mavjud. Ikkalasi o’qishda ham, yozishla xam ishlatiladi. Axborotni xotirlash vazifasini ondensator o’gaydi. «1»ni yozish uchun adres shinasi AShga manfiy qutbli, xona shinasi XShga esa musbat kutbli signal beriladi. Natijada tranzistor T ochiladi va kondensator C xona shinasidagi potentsial kattaligigacha zaryadlanadi. "0"ni yozganda xona shinasiga musbat kutbli signal berilmaydi, ya’ni tranzistor T berk bo’ladi va kondensator S zaryadlanmaydi. Axborotni o’qishda adres shinasiga manfiy kutbli signal beriladi, natijada xotirlash kondensatoridagi zaryad xona shinasiga uzatiladi.
Ikki tranzistorli xotira elementida (6.2-rasm "b,") yozish va o’qish uchun alohida shinalar mavjud. Bu sxemada ham o’qishdan so’ng axborot o’chiriladi.
Uch tranzistorli xotira elementida (6.2-rasm "v") T1 tranzistor yozish, T3 tranzistor esa o’qish uchun ishlatiladi. Axborotni yozishda S kondensator xona shina kuchlanishining kattaligigacha zaryadlanadi. Yozilayotgan axborotga karab T2 tranzistor ochiq («1» yozilganida) yoki yopik ("0" yozilganida) bo’ladi. Axborot o’qilganida , T2 tranzistor ochiq bo’lganida T2 , T3 tranzistorlar zanjirida tok bo’ladi, T2 tranzistor yopiq bo’lganida esa bu zanjirda tok bulmaydi.
To’rt tranzistorli xotira elementida (6.2-rasm "g") T1, T2 tranzistorlar statik triggerdagidek ulangan bo’lsada, ularning yuklama qarshiliklari bo’lmaganligi sababli, element dinamik hisoblanadi. Axborotni yozishda ares shinasiga musbat kutbli, mos xona shinasiga esa manfiy kutbli signal beriladi. Natijada T3 yoki T4 tranzistorlar ochiladi va axborot XSh0 yoki XSh1dan kiritiladi. Axborot S1, S2 kondensatorning birida saqlanadi. Axborotni o’qishda adres shinasiga musbat kutbli signal beriladi va o’qilgan tok T3 yoki T4 tranzistor orqali xona shinasiga uzatildi.
Amalda uch tranzistorli xotira elementa ko’llaniladi chunki bir va ikki tranzistorli xoti elementlari juda kichik xotirlash sig’imiga ega bo’lsa to’rt tranzistorli xotira elementining o’lchami katta.
Unipolyar tranzistorlarda qurilgan XQlarda axborotning joylashish zichligi katta, iste’mol kuvvati kam. Undan tashkari unipolyar tranzistorlarda xotira elementini qurish texnologiyasining soddaligi, xotirlovchi qurilma narxining arzonlashishiga olib keladi. Unipolyar tranzistorlarda qurilgan XQlarning tezkorligi bipolyar tranzistorlarda qurilgan XQlarga nisbatan kichik.
6.2-rasm. Dinamik xotira elementi sxemalari.
Ta’kidlash lozimki, unipolyar tranzistorlar asosida statik xotira elementini qurish mumkin.
3. Yarimo’tkazgich xotira qurilmalarini loyihalashda aloxida xotira elementlari bilan emas, balki integral xotira mikrosxemalari bilan ish ko’riladi.
Xotira mikrosxemasi ma’lum bir tarzda xotira matritsasiga birlashtirilgan boshqaruvchi sxemalarga ega bo’lgan (yoki ega bo’lmagan) xotira elementlaridan tashkil topgan tugal konstruktiv birlikdir.
Yarimo’tkazgich xotira elementlari (XE) xotira mikrosxemalariga 3D, -2D va shakli o’zgargan 2D (D inglizcha Dimentional - o’lcham so’zidan olingan) tizimlari bo’yicha birlashtirishlari mumkin.
3D tizimida har bir xotira elementi xi- va yi adres shinalarining kesishgan joyida joylashtirilib, kerakli xotira elementini tanlash shu shinalarda signallarning muvofiqligi bo’yicha amalga oshiriladi (6.3-rasm).
6.3-rasm. 3D tizimi bo’yicha xotira elementlarini xotira mikrosxemasiga birlashtirish.
Axborotni yozish uchun masalan, XE1 xotira elementiga, xi va ni adres shinalarini kuzgatih yozilayotgan kodga qarab, Yoz1, yoki Yoz0 shinasiga signal berish lozim. Axborotni o’qishda faqat adres shinalarini qo’zg’atish kifoya. O’qishdan so’ng axborot o’chirilmaydi.
6.4-rasmda keltirilgan 2D tizimli xoti mikrosxemasi to’rt xonali to’rtta so’zni saqlahga mo’ljallangan. Har bir adres shinasi bir qatordagi xotira elementlarini birlashtiradi. Har bir xona shinasi barcha to’rtta so’zning nomdosh xonalarini birlashtiradi. Yozishga ruxsat beruvchi shina barcha so’zning barcha xonasiga umumiy. Masalan, ASh2 adres bo’yicha so’zni yozish uchun ASh shinasini tanlash, 1...4 kirish yo’llariga to’rt xonali so’zni berish hamda yozishga ruxsat beruvchi shinani qo’zg’atish lozim. Axborot o’qish tanlangan adres bo’yicha murojaatda bajariladi va o’qishdan so’ng axborot o’chirilmaydi. Shakli o’zgargan 2D tizimida adres shinasi bir kancha so’zning xotira elementlarini birlashtiradi.
6.4-rasm. 2D tizimi bo’yicha xotira elementlarini xotira mikrosxemasiga birlashtirish.
Yuqorida ko’rilgan XQ xillari kompyuterda hisoblash jarayonida uzgaruvchi asosiy axborotni saqlash uchun ishlatiladi va operativ xotira qurilmasi (OXQ), inglizcha RAM (Random Access Memory) deb ataladi. Ularda yozilgan axborot manba uzilishi bilan o’chiriladi.
4. Doimiy xotira qurilmalari (DXQ), ruscha ПЗУ, inglizcha ROM (Read Only Memory) - faqat o’qiladigan xotira deb shunday xotirlovchi qurilmalarga aytiladiki, U XK larning ishlashi jarayonida undan faqat oldindan yozib ko’yilgan axborot o’qiladi. DXQlarga axborot oldindan, kompyuterda masala echishdan avval, ba’zida hatto DXQ yasalganda yoziladi va masala echish jarayonida o’zgarmaydi. Boshqacha aytganda, DXQlar faqat axborotni o’qish rejimida ishlatiladi, ya’ni DXQ kirish yo’li axboroti (adres) bilan uning chiqish yo’li axboroti (o’qilgan so’z) o’rtasida bir ma’noli muvofiqlik mavjud.
DXQning xotira bloki odatda 2D tizim bo’yicha tashkil qilinib (6.5-rasm), tugunlarida bog’lovchi elementlar (BE) joylashgan matritsadan iborat. BEning borlshi «1» kodiga, yo’qligi esa "0" kodiga mos keladi. DXQga murojaat vaqtida adres simiga (vertikal simga) signal beriladi. Chiqish yo’li signallari tanlangan adres simi bilan bog’lovchi elementlar yordamida ulangan xona simlarida (gorizontal simlarda) paydo bo’ladi.
Doimiy xotira mikrosxemalari quyidagi guruhlarga bo’linadi:
DXQ yoki PZU yoki ROM (Read Only Memory) -bir marta, uni tayyorlovchi korxona tomonidan dasturlanadi va niqobli deb yuritiladi;
dastulanuvchi doimiy xotira qurilmalari yoki ППЗУ yoki PROM (Programmable ROM) -foydalanuvchi tomonidan bir marta elektr usuli bilan dasturlanadi;
ultrabinafsha nur yordamida o’chirishli elektr usuli bilan yozishli doimiy xotira qurilmalari yoki РПЗУ -Uf yoki EPROM (Erasable PROM);
elektr usuli bilan ko’p marota dasturlanadigan va o’chiriladigan doimiy xotira qurilmalari yoki РПЗУ-ЭС yoki EEPROM (Electrisal EPROM).
ROM va PROM mikrosxemalarda bog’lovchi sifatida diodlar, bipolyar va unipolyar tranzistorlar ishlatiladi.
Niqob yordamida dasturlanuvchi DXQlar faqat bir marta, uni tayyorlovchi korxonada maxsus fotoshablonlar yordamida dasturlanadi.
Diod DXQ (6.6-rasm, "a") eng sodda DXQ hisoblanadi. Kerakli so’zni tanlash mos adres simiga past satxli signal berib bajariladi. Bunda tanlangan so’z adresining simini xona simlari bilan bog’lovchi diodlar qarshiligi kichik bo’ladi va mos xona simlarida "0" signallarni akslantiruvchi past sathli kuchlanish hosil bo’ladi. Agar bog’lanish nuqtasida diod bo’lmasa, R rezistor orqali tok o’tmaydi va mos xona simida «1» signali paydo bo’ladi.
Bipolyar tranzistor-larda qurilgan DXQning matritsasiga (6.6-rasm "b") axborotni yozish so’z adresi simi bilan tranzistor bazasi (yoki chiqish yo’li simi bilan tranzistor emitteri) ulanishini yo’qotish yo’li bilan amalga oshiriladi. Axborotni o’qish esa mos so’z adresi simiga kuchlanish berish orqali bajariladi.
Foydalanuvchi tomonidan dasturlanuvchi DXKlarda axborot foydalanuvchi tomonidan maxsus dasturlash pulti yordamida yoziladi. Bu xildagi DXKlar diod matritsalari yoki bipolyar tranzistor matritsalari asosida yuqorida ko’rilgan niqob yordamida dasturlanuvchi DXKlarning ishlashi quriladi. Foydalanuvchi tomonidan dasturlanuvchi DXQlarning ishlashi bipolyar tranzistorlarning baza-emitter o’tishi bilan yoki diodlarning r-n utishi bilan ketma-ket erituvchan kashak (EK) larni ulashga asoslangan. 6.7-rasmda foydalanuvchi tomonidan dasturlanuvchi DXQlarning xotira elementlari tasvirlangan.
Qayta dasturlanuvchi DXKlarda zaruriyat tugilganda kristalldagi ma’lumotlar o’chirilib, uni qayta dasturlash mumkin. Ko’pincha, axborot kristallga ultrabinafsha nurlar ta’sir ettirib o’chiriladi.
6.5-rasm. Doimiy xotira qurilma tuzilmasi.
Flesh-xotira (Flash-Memory) xotirlovchi element xili va ishlash printsiplari bo’yicha EEPROM xilidagi xotiraga o’xshash, ammo uning arxitekturaviy va tuzilmaviy xususiyatlari uni alohida sinfga ajratishga imkon beradi. Flesh-xotiraning yaratilishi axboroti elektr usuli bilan o’chiriladigan doimiy xotira «sxemotexnikasi rivojining eng yuqori nuqtasi hisoblanadi. Flesh-xotiradan samarali foydalanishning ikki yo’nalishini ko’rsatish mumkin:
unchalik tez-tez o’zgarmaydigan ma’lumotlarni saqlash;
magnit diskdagi xotirani o’rniga foydalanish.
a) b)
6.6-rasm. Diod va tranzistorlarda tuzilgan doimiy xotira qurilmasi matritsalari.
6.7-rasm. Foydalanuvchi tomonidan dasturlanuvchi doimiy xotira qurilma elementlari
Flesh-xotirada alohida so’zlarni o’chirish ko’zda tutilmagan, axborotni uchirish butun xotira bo’yicha baravariga yoki etarlicha katta bloklar bo’yicha amalga oshiriladi.
|