Наращивание размерности блока постоянной памяти

 

Предположим, что в соответствии с техническим заданием необходимо разработать блок постоянной памяти емкостью N*M, где N – число слов, М – разрядность, с быстродействием t_выб (t_счит), потребляемой мощностью Р_потр и стоимостью С. Поэтапно процесс построения можно представить следующим образом.

1. Выбор типа интегральной микросхемы ПЗУ по заданным N,M, t_выб, Р_потр, С и другим характеристикам.

2. Определение формата блока памяти. Блок памяти будет представлять собой прямоугольную матрицу размером К_кол*К_строк. (Общее количество микросхем ПЗУ Q в блоке будет равно Q=К_кол*К_строк, Если выбранная микросхема имеет m информационных выходов и n_a – адресных входов (n - слов), то

 

3. Разрядность регистра адреса определяется по формуле Na=]log₂N[ с округлением в большую сторону.

Весь регистр адреса делится на две группы:

1-я группа - n_a (по количеству адресных входов у микросхем)

2-я группа – (Na-n_a)

1-я группа адресных входов подключается к адресным входам всех микросхем и в случае необходимости усиливается.

2-я группа адресных входов подключается к дешифратору адреса.

4. Строится дешифратор адреса, размерностью (Na-n_a)*Кстр. Дешифратор будет полным, если Кстр=2^Na-na и неполным, если Кстр меньше.

5. Входы CS микросхем ПЗУ построчно объединяются и подключаются к соответствующим выходам дешифратора адреса. (Нулевая строка к нулевому выходу, первая строка – к первому выходу и т.д.). Дешифратор адреса должен управляться внешним (системным) сигналом CS. В микропроцессорных системах для этих целей используется сигнал MEMR (чтение памяти).

6. Одноименные информационные выходы ПЗУ объединяются по колонкам и подключаются к соответствующим выходам блока ПЗУ.

Примечания:

· Если Na-n_a=0, то в блоке ПЗУ одна строка, а при К_кол=1 даже одна микросхема, потребность в дешифраторе адреса отсутствует.

· Если Na-n_a=1, то в блоке ПЗУ две строки и необходим дешифратор адреса размерностью 1*2. Его можно реализовать, в том числе, на обычной логике так, как это показано ниже.

 

 

· Если в микросхеме ПЗУ несколько входов CS объединенных знаком «&», то их можно рассматривать как встроенный распределенный дешифратор и использовать для упрощения (или замены) дешифратора адреса.

 

В качестве примера построим принципиальную схему блока ПЗУ емкостью 32К*16 – разрядных слов (N=32K, М=16) с заданными временем выборки t_выб, потребляемой мощностью Р_потр, стоимостью С и т.д. Предположим, что заданным значениям t_выб, Р,С и др. соответствует микросхема 556РТ16. Ее условное графическое обозначение представлено ниже.

 

С учетом сделанного выбора:

n=8К (n_a=13), m=8;

 

Всего для построения блока памяти потребуется Q=8 микросхем ПЗУ КР1556РТ16. Для адресации блока потребуется шина адреса разрядностью (регистр адреса разрядностью) Na=log₂32K=15.

Первая группа адресных линий равна n_a=13 (по разрядности адреса микросхем). Вторая группа Na-n_a=15-13=2. . Внешний дешифратор адреса DCA будет иметь размерность 2*4. В этом качестве может быть использован, например, дешифратор КР1533ИД4.

 

 

Проведя несложные предварительные расчеты, можно приступить к построению схемы. Схема представлена ниже.

 

 

 

 

 

Если представленную схему выполнить в соответствии с требованиями стандартов, в частности, без пропуска микросхем, то схема электрическая принципиальная потребует формата А3 или А2. Однако ее можно упростить, используя разрешенное «наложение» («совмещение») одинаково подключаемых полей. После такого упрощения схема окончательно примет вид:

 

 

В упрощенном варианте для микросхем DD3-DD5 и DD7-DD9 показан только вход CS, т.к. только его подключение отличается от подключения одноименного входа других микросхем. Адресное поле и поле данных микросхем DD2-DD5 и DD6-DD9 в пределах одной колонки подключается одинаково, поэтому эти поля совмещены с микросхемой DD2 в первой колонке и микросхемой DD6 во второй колонке. Упрощенный вариант схемы легко читается и требует для графического исполнения меньшего формата. Это преимущество проявляется в большей степени с увеличением количества микросхем.

Некоторые интегральные микросхемы ПЗУ

 

Динамическое питание ПЗУ

 

Некоторые микросхемы ПЗУ отличаются большой потребляемой мощностью и может встать вопрос об экономии энергопотребления. В рассмотренной ранее организации блока памяти, состоящего из нескольких строк, в каждый момент времени активной является только одна строка. Все остальные строки микросхем находятся в третьем состоянии (не участвуют в работе). В результате, если питание блока ПЗУ каждый раз подключать только к активным строкам, то можно сэкономить энергопотребление в К-раз (по количеству строк). Возможный способ реализации такого питания иллюстрирует схема:

 

 

 

В соответствии с адресом на входах дешифратора один из его выходов приходит в активное состояние. Соответствующий транзистор, например VT1 открывается и питание от источника V_СС2 через переход эмиттер, коллектор VT1 подается на вход питания микросхемы ПЗУ нулевой строки. Остальные строки отключены из-за отсутствия питания. Если технические характеристики микросхемы не позволяют работать при пониженном напряжении питания, то с учетом реального падения на переходе коллектор-эмиттер 0,5-1В источник V_СС2 должен быть несколько выше номинального напряжения питания микросхем. С помощью резистора R9 подбирают питание, подаваемое на микросхемы. Следует учитывать некоторое снижение быстродействия такого блока ПЗУ из-за большей задержки включения по сравнению с задержкой перехода из третьего состояния в рабочее.