Исследование работы РПЗУ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4                              

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ РЕПРОГРАММИРУЕМ0ГО ПОСТОЯННОГО

ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТР0ЙСТВА

 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

            Целью настоящей работы является исследование особенностей функционирования больших интегральных схем ( БИС ) репрограмируемых постоянных запоминающих устройств ( РПЗУ ) в режиме записи и считывания информации.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛ0ЖЕНИЯ

             2.1. Устройства хранения информации занимают значительное место в структуре современных цифровых вычислительных систем. Особую роль при этом играют полупроводниковые запоминающие устройства, предназначенные для построения внутренней памяти ЭВМ. К устройствам данного класса относятся оперативные запоминающие устройства ( ОЗУ ), постоянные запоминающие устройства ( ПЗУ ), программируемые постоянные запоминающие устройства ( ППЗУ ) и репрограммируемыв постоянные запоминающие устройства ( РПЗУ ).

            2.2. Полупроводниковые ОЗУ обеспечивают запись, хранение и считывание информации, поступающей из центрального процессора или устройств внешней памяти ЭВМ. Они характеризуются высоким быстродействием, однако при отключении питания информация, записанная в 0ЗУ данного типа, стирается.

            П3У предназначены для длительного хранения информации многократного использования ( константы, таблицы данных, стандартные программы и т.д. ). Запись информации в ПЗУ производится в процессе их изготовления. ПЗУ функционируют только в режиме считывания и сохраняет информацию при отключении питания.

            В отличии от ПЗУ программируемые ПЗУ позволяют пользователю производить однократную запись ( программирование ) информации по каждому адресу. Основным режимом работы ППЗУ также является режим считывания информации.

            Исследуемые в настоящей работе РПЗУ сохраняют информацию при отключении источников питания, а также допускают возможность ее многократной перезаписи электрическими сигналами непосредственно самим пользователем, что имеет принципиальное значение при отладке тех или иных систем. В отличие от ОЗУ быстродействие этих устройств в режиме записи информации значительно ниже, чем в режиме считывания информации. В связи с этим можно считать, что основным режимом работы РПЗУ является режим считывания информации.

            2.3. Основными определяющими параметрами запоминающих устройств являются информационная емкость и быстродействие. В качестве единицы измерения информационной емкости используются бит, представляющий собой один ( любой ) разряд двоичного числа. Часто используются производные единицы:

                     байт ( 1 байт = 8 бит );

                     Кбайт ( 1 Кбайт =  2¹⁰   байт );

                     Мбайт ( 1 Мбайт = 2²⁰ байт ) и др.

            Информационная емкость записывается, как правило, в виде произведения

                    Синф = n x m, где

                     n - число двоичных слов;

                     m - разрядность слова.

            Например, емкость ОЗУ типа К155РУ1 составляет

                    Синф =  16 х 1 бит  =  16 бит.

            Емкость ППЗУ типа К155РЕЗ равна

                    Синф = 32 х 8 бит = 256 бит = 32 байта.

            Такая форма записи характеризует также и организацию памяти. Так, в приведенном примере ОЗУ типа К155РУ1 содержит 16 слов с разрядностью 1, а ППЗУ типа К155РЕЗ содержит 32 слова с разрядностьв 8.

            Быстродействие запоминающего устройства характеризуется величиной времени обращения. Время обращения - это интервал времени от момента подачи сигнала записи или считывания информации до момента завершения операции, т.е. минимальный интервал времени между двумя последовательными сигналами обращения к запоминающему устройству. Это время может составлять от долей до единиц микросекунд в зависимости от типа устройства.                                          

            2.4. В качестве примера запоминающего устройства рассмотрим БИС РПЗУ типа КР1601РР1 информационной емкостью

                    Синф 1К х 4 = 4 Кбит (1К = 2¹⁰ =1024 ).                 

            Условно-графическое обозначение микросхемы приведено на рис.1.

Рис.1

На рис.1 использованы следующие обозначения:

A0 ¸ A9 - входы адреса

D0 ¸ D3 - входы / выходы данных

CS - выбор кристалла

RD - вход сигнала считывания

PR - вход сигнала программирования

ER - вход сигнала стирания

U_PR -вход напряжения программирования

            Режимы  работы микросхемы представлены в таблице 1.

Таблица 1

            2.4.1. В режиме хранения на вход С подается логический "0", при этом независимо от характера сигналов на других управляющих и адресных входах на выходах данных устанавливается высокоомное состояние ( R_off ).

            2.4.2. При подаче CS = 1, ER = 0, PR = 1 и  RD = 0 происходит стирание информации во всех ячейках памяти микросхемы, что соответствует для данной микросхемы установление всех ячеек в состояние логической "1".

            2.4.3. При подаче сигналов CS = 1, ER = RD = 0 происходит избирательное стирание информации только по одному адресу А, установленному на входах AО ¸ А9 .

            2.4.4. Для программирования РПЗУ на вход подается сигналы СS = 1 и  PR = 0. При этом обеспечивается запись по заданному адресу А информации, поступившей на входы DО ¸ D3.

            2.4.5. Для считывания информации по адресу А на вход микросхемы подаются сигналы СS = RD = 1. Считываемая информация поступает на выходы D0 ¸ DЗ микросхемы.

            2.4.6. В режиме стирания и программирования на вход U_PR подается повышенное напряжение -33 ¸ -31 В. В режиме считывания это напряжение может иметь любое значение в интервале от -33 В до 5 В.

3. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА И СРЕДСТВ ИССЛЕДОВАНИЯ

            Функциональная схема исследуемого устройства представлена на рис.2.

            3.1. Исследуемая микросхема запоминающего устройства ДД2 представляет собой РПЗУ с электрическим стиранием информации типа КР1601РР1, рассмотренное выше.

            3.2. Для задания кода адреса РП3У используются десять кнопок с фиксацией SA7 ¸ SA16. Отжатому состоянию кнопки соответствует сигнал логического "0", нажатому состоянию - сигнал логической "1" ( при этом загорается соответствующий светодиод ).

            3.3. Данные для записи в РПЗУ формируются с помощью генератора пачки импульсов и счетчика  СТ ( ДД1 ). Число импульсов задается с помощью четырех кнопок с фиксацией на блоке К32 под надписью "Программатор СИ". Генератор запускается путем нажатия поочередно кнопок "Устан.О" и “Пуск". Число импульсов подсчитывается счетчиком, собранном на микросхеме типа К155ИЕ5, и в двоичном коде через шинный формирователь ВД подается на вход данных РПЗУ. При необходимости счетчик  СТ  может быть обнулен с помощью кнопки  SA6.

            3.4. Шинный формирователь  ДДЗ  выполняет функцию коммутатора, обеспечивающего заданную пересылку четырехразрядных слов данных. С этой целью в микросхеме ДДЗ предусмотрены три различные группы входов / выходов.

            3.4.1. Входы  D1  предназначены для приема данных от внешних устройств ( например, счетчика импульсов ) и пересылки их в РП3У.

            3.4.2. Выходы D0 предназначены для передачи считываемых данных на блок индикации БИ2.

            3.4.3. Выводы D1/0 представляют собой входы или выходы микросхемы в зависимости от направления передачи данных.

            3.4.4. При подаче на управляющий вход шинного формирователя  Е сигнала логического "0" данные с входов  D1 подаются на выходы D 1/0. При подаче на вход  Е  сигнала логической "1" данные с входов  D 1/0 передаются на выход DО.

            3.5. Блок  формирования импульсов управления представляет собой устройство, формирующее сигнал управления работой РПЗУ.

            3.5.1. В режиме "0бщее стирание" БФИ формирует на входе ER РПЗУ сигнал логического "0". Сигнал формируется с помощью кнопки SА1 на блоке К32 путем перевода ее в нажатое состояние и обратно.

            3.5.2. В режиме "Избирательное стирание" БФИ формирует на входах  ЕР  и  РР РПЗУ сигналы логического "0". Сигналы формируются с помощью кнопки   SА2 путем перевода ее в нажатое состояние и обратно.

            3.5.3. В режиме "Запись информации" БФИ формирует сигналы логического "0" на входе PR РПЗУ и на входе Е шинного формирователя. Сигналы формируются с помощью кнопки SАЗ путем перевода ее в нажатое состояние и обратно. Указанные сигналы формируются при условии, что одна из кнопок  SА1  или  SA2 находится в отжатом состоянии.

            3.5.4. В режиме "Считывание информации" БФИ  формирует сигнал логической "1" на входе RD РПЗУ и на входе  Е  шинного формирователя. Сигналы формируются с помощью кнопки  SА4 путем перевода ее в нажатое состояние и обратно.  Считывание информации производится из ячейки памяти с заданным адресом  А. После считывания данные через шинный формирователь поступают на блок индикации БИ2.

            3.6. Блок индикации БИ1, расположенньй слева на передней панели блока К32, регистрирует число, находящееся в счетчике  СТ2 ( ДД1 ). Число представляется в десятичной форме с помощью двух семисегментных индикаторов ( третьего и четвертого ). Кнопка " IO |_ 2”, расположенная под индикатором, должна находиться в отжатом состоянии.

            Блок индикации БИ2, расположенный на панели справа, регистрирует данные, считываемые из РПЗУ. Информация на блоке индикации может быть представлена как в двоичной, так и в десятичной форме,

            3.7. Вышеуказанный ряд питающих напряжений, необходимый для функционирования исследуемого устройства, формируется с помощью  блоков пи-

Рис.2

тания стенда. Для подачи необходимых напряжений соответствующие кнопки питания должны находиться в нажатом состоянии, что сопровождается свечением индикаторов "+5" , "+15" , "-15" , "-30".

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

            Для исследования режимов работы РПЗУ подготовить исходную информацию в виде блока данных в двоичном коде и занести эти данные в таблицу (табл.2 ). Значения данных в десятичном коде предварительно согласовать с преподавателем.

            4.1. Исследовать работу РПЗУ  в режиме общего стирания информации.                                                              

            4.1.1. Выполнить операции, указанные в п.3.5.1. с учетом п.2.4., и провести общее стирание информации в РПЗУ.

            4.1.2. Провести считывание информации из РПЗУ по 8 последовательно расположенным адресам, начиная с адреса  А = 1. Результаты измерений занести в таблицу ( табл.2 ). Сделать выводы о работе РПЗУ в данном режиме.

            4.2.  Исследовать работу РПЗУ в режиме записи информации.

            4.2.1. Выполнить операции, указанные в п.3.5.3., и провести запись исходных данных по 8 последовательно расположенным адресам, начиная о адреса  А 1 в соответствии с табл.2

Таблица 2

4.2.2. Выполнить операции, указанные в п.4.1.2., и провести считывание записанной в РПЗУ информации. Результаты измерений занести в таблицу (табл.2). Провести сравнение результатов записи с исходной информацией.

            4.3. Исследовать работу РПЗУ в режиме избирательного стирания.

            4.3.1. Выполнить операции, указанные в п.3.5.2. для первых 4-х адресов, начиная с адреса А = 1, проведя избирательное стирание информации по указанным адресам.

            4.3.2. Провести считывание всего блока из 8-ми данных. Результаты считывания занести в таблицу ( табл.2 ). Сделать выводы о работе РПЗУ в режиме избирательного стирания информации.

            4.4. Провести общее стирание информации в РПЗУ, а затем повторное считывание исходного блока данных, начиная с адреса А = 1. Убедитесь, что информация в заданном массиве соответствует исходному состоянию и РПЗУ подготовлено к повторному программированию.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название и цель работы.

2. Основные характеристики исследуемого РПЗУ.

3. Функциональная схема исследуемого устройства.

4. Таблица по п.4 и выводы о работе РПЗУ.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте определение  основных видов  запоминающих устройств.

2. Назовите отличительные особенности  ОЗУ,ПЗУ, ППЗУ  и РПЗУ.

3. Приведите основные параметры запоминающих устройств и единицы их измерения.                                        

4. Объясните основные режимы работы РПЗУ.

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Щеголева Л.И., Давыдов А.Ф. Основы вычислительной техники и программирования. - М.: Энергоиздат, 1981.

ОГЛАВЛЕНИЕ