Three (Tri)-State Bus

Size: px

Start display at page:

Download "Three (Tri)-State Bus"

Joseph Jordan
5 years ago
Views:

1 פרק 7: מבנים רגולריים 1 בנית שערים לוגיים באמצעות מ תגים המימוש הטכנולוגי של שערים לוגיים נעשה באמצעות טרנזיסטורים המשמשים כמתגים. לכל מתג שלוש קצוות: כניסת בקרה (C) ושני קצוות (B,A) שהמתג יכול לחבר ביניהם. נגדיר שני סוגי מתגים, ו-, באמצעות טבלות אמת: A A C C מתג B B מצב המתג כניסת הבקרה C מחובר 0 מנותק 1 מצב המתג כניסת הבקרה C מנותק 0 מחובר 1 מתג 2 1

2 בנית מהפך באמצעות מתגים זוג מתגים המחוברים בטור בין הקבועים '1' ו-' 0 ' ) MUS V) LUS, V כאשר 0=A, מתג מנותק ומתג מחובר, וכך עובר הקבוע '1' ליציאה B. כאשר 1=A, מתג מחובר ומתג מנותק, וכך עובר הקבוע '0' ליציאה B.. A B 3 בנית שער AD באמצעות מתגים שער AD מורכב מ ארבע ה מת גי ם כלה ל ן. נסה ל הב י ן את פע ולת ו: A B Z B 4 2

3 Three (Tri)-State Bus A B Enable A B Enable Three-State Bus נגדיר שער חדש באמצעות מתגים: כאשר 1=Enable פועל השער כמו OT רגיל כאשר 0=Enable מנותקת יציאתו B, והשער איננו מסוגל לכתוב ערך לוגי על היציאה. זהו "המצב השלישי": היציאה איננה '0' ואיננה '1' השער קרוי: OT עם יציאה מסוג "three-state או גם: OT עם יציאת.HIGH-Z נסמן את השער החדש בסימון: 5 Three-State Bus ניתן לחבר יחד יציאות של מספר שערים כאלו היציאה המשותפת קרוייה BUS (עורק בעברית) לכל היותר רק שער אחד רשאי לכתוב בו זמנית על היציאה המשותפת מפענח יבטיח שלכל היותר רק אחד מן השערים יכתוב על ה- BUS בו זמנית אם יש למפענח כניסת Enable אזי אם Enable=0 כל יציאות המפענח הן '0' ואף שער אינו כותב על ה- BUS Enable 6 3

4 Three-State Bus Enable S 0 S 1 2->4 Decoder D 3 D 2 D 1 D 0 BUS המערכת כולה (אוסף השערים, ה-,BUS והמפענח) שקולה לבורר. BUS עשוי להיות מהיר יותר במקצת מאשר בורר, אך יתרונו העיקרי טמון בפשטותו: בורר מצריך פרישת חוטים רבים BUS מכיל חוט יחיד. המפענח בדרך כלל ממומש באופן מבוזר, ולכל היותר דרושים log(k) חוטים להעברת אותות הבקרה. 3 7 Three-State Bus S 1 S 0 Enable מימוש BUS עם מפענח מבוזר: 0 1 BUS

5 Wired-AD Bus ull-down ull-up קיים סוג נוסף של,BUS הנבדל מקודמו רק בדרך המימוש. נגדיר שני שערים חדשים: שער pull-down הוא החצי התחתון של שער OT שער pull-up הינו החצי העליון: 9 Wired-AD (pull-down) Bus ull-down הכניסה של שערי pullup/pulldown יכולה לבוא מימין או משמאל היציאה מחוברת ל- Bus בכיוון מעלה-מטה. Bus המורכב כולו משערי pull-down פועל כלהלן: אם יש '1' בכניסה של שער אחד או יותר, ערכו של ה- Bus הוא.'0' אחרת, ערכו של ה- Bus הוא '1' (התקן מיוחד, המסומן כקופסה מרובעת בציור, מחובר אל ה- Bus ומבטיח את קיום ברירת המחדל). OR מממש פונקציה של שער pull-down Bus (או לפי דה-מורגן פונקצית (AD קרוי גם :Wired-AD Bus OR ( 0, 1,..., k ) = AD( 0, 1,..., k ) 10 5

6 Wired-AD Bus ull-down Bus 3 OR ( 0, 1,..., k ) = AD( 0, 1,..., k ) 11 Wired-OR (pull-up) Bus ull-up באופן דומה, Bus המורכב כולו משערי pull-up פועל כלהלן: אם יש '0' בכניסה של שער אחד או יותר, ערכו של ה- Bus הוא.'1' אחרת, ערכו של ה- Bus הוא '0' (התקן מיוחד, המסומן כקופסה מרובעת בציור, מחובר אל ה- Bus ומבטיח את קיום ברירת המחדל). לכן pull-up Bus מממש פונקציה,AD (או לפי דה-מורגן (OR AD( 0,1,..., ) = קרוי גם :Wired-OR Bus OR(, k 0 1,..., k ) 12 6

7 Wired-OR (pull-up) Bus ull-up Bus 3 AD( 0,1,..., ) = OR(, k 0 1,..., k ) 13 rogrammable Logic Array (LA) מימוש רגולרי יעיל של מספר פונקציות של אותן כניסות שימוש חוזר במכפלות המשותפות ("AD ב"מישור (המאורגנים Wired-AD Buses משמשים לחישוב המכפלות "מישור "OR המורכב מ- Wired-OR Buses משמש לסיכום המכפלות ליצירת הפונקציות. למשל, מימוש הפונקציה f=ab+cd יראה כלהלן: CD (CD)' AB (AB)' A' B' C' D' AB + CD 14 7

8 rogrammable Logic Array (LA) בדרך כלל משתמשים במערך LA מוכן מראש יש רק לבחור אילו שערים משתתפים במימוש = "תכנות" של ה-.LA לפשטות הסימון מסמנים רק את המקומות של השערים המשתתפים. למשל: AD LAE OR LAE A B C D E AB+CD AB+C'E' 15 rogrammable Logic Array (LA) אפ י ו ן :LA מספר משתני הכניסה (5) מספר המכפלות האפשריות (6) מספר היציאות האפשריות (3) AD LAE OR LAE A B C D E AB+CD AB+C'E' 16 8

9 מימוש באמצעות LA Op5 Op4 Op3 Op2 Op1 Op0 S3 S2 S1 S0 CWrite CWriteCond IorD MemRead MemWrite IRWrite MemtoReg CSource1 CSource0 ALUOp1 ALUOp0 ALUSrcB1 ALUSrcB0 ALUSrcA RegWrite RegDst S3 S2 S1 S0 17 Read Only Memory (ROM) -- ROM רכיב זכרון הכולל: קווי כניסה ("קווי הכתובת") לבחירת תא זכרון מסוים קו יציאה לקריאת ערכו של תא הזכרון שנבחר. יתרון: המידע אינו נמחק עם כיבוי המתח החשמלי לכן ה- ROM משמש לאכסון מידע קבוע (כגון התוכנה שמסייעת להתחלת הפעולה של מחשב, מייד לאחר שמדליקים אותו). לח י ל ופ י ן, ROM מממ ש טבלת א מת של פ ונ קצ יה: משתני הפונקציה מוכנסים על קווי הכתובת ערך הפונקציה מופיע במוצא. 18 9

10 Read Only Memory (ROM) '1' 0 מערך חד-מימדי עם בורר '1' 1 '0' 2 '1' '0' 3 4 Mux out f = ( 0,1,3,6, 7 ) '0' 5 '1' 6 '1' 7 Address input 19 Read Only Memory (ROM) 0 1 מערך חד-מימדי עם מפענח ו- ull-down bus 2 Dec f = ( 0,1,3,6, 7 ) 6 7 Address input out 20 10

11 Read Only Memory (ROM) מבנה עקרוני של ROM דו-מימדי בעל n+m קוי כתובת ) n+m 2 תאי זכרון): n 2 wires Decoder m n 2 x 2 array of pulldowns n address bits m 2 wires m address bits Multiplexer n m output יש רכיב pulldown בכל צומת השייכת לכתובת בה אגור '0' אין רכיב pulldown בכל צומת השייכת לכתובת בה אגור '1'. הכתובת מחולקת לשני חלקים: 21 Read Only Memory (ROM) מ י מ וש ROM דו-מי מ ד י: בבורר של (n+m) כניסות יש סדר גודל של 2 m 2 n שערים במבנה הכולל מפענח בעל n כניסות ובורר בעל m כניסות יש רק סדר גודל של 2 n 2+ m שערים. מבחינה גאומטרית, קל יותר לממש שני התקנים (מפענח ובורר) מאשר בורר אחד גדול. מבנה זה מאפשר קריאת כתובות זכרון עוקבות במהירות רבה, כאשר משנים רק את כניסות הבקרה של הבורר ניתן אף לצרף מספר בוררים ולבצע קריאות בו זמניות 22 11

12 Read Only Memory (ROM) רכיב הזכרון מכיל את פונקצית הראשוניות של מספרים בני 6 סביות: Dec Address input Mux יש 64= 6 2 כתובות בזכרון. למשל, 11 מיוצג ע"י : שלוש הסיביות השמאליות (001) מצביעות על שורה 1, ושלוש הסיביות הבאות (011) בוחרות את עמודה 3. המספר (000110) 6 נמצא בשורה 0, עמודה Read Only Memory (ROM) רכיבי ROM מחולקים לשלוש מחלקות, בהתאם לאופן בו המידע מתוכנת אליהם: ROM - מיוצר עם תוכן מקודד שאינו ניתן לשינוי. (ROM) rogrammable ROM ניתנים לתכנות חד-פעמי ע"י המשתמש. בטכנולוגיה הנפוצה כיום, אותות התכנות "שורפים" חיבורים ברכיב, ולכן התכנות הוא חד פעמי ובלתי הפיך. (EROM) Erasable ROM ניתנים להחזרה למצבם המקורי על ידי חשיפה לאור אולטרא-סגול או על ידי חיבור למתח חשמלי גבוה, ואז לתכנות מחדש. תהליכי הכתיבה והמחיקה שלROM ו- EROM הם בסדרי גודל יותר איטיים מאשר תהליך הקריאה, ואינם מיועדים לשימוש שוטף. בדרך כלל, רכיב כזה משמש כ- ROM לכל דבר. לעיתים משתמשים ברכיבי EROM (או רכיבים דומים, הקרויים (Flash Memory לאכסון תכנה ונתונים הניתנים לעדכון והחלפת גרסה אחת למספר חודשים

13 Random Access Memory (RAM) Write Enable DATA תא זכרון בסיסי SELECT Out In DATA 25 RAM ח ד-מימדי In In In In In Out Out Out Out Dec K Address input Out 26 13

14 SET CLR SET CLR SET CLR SET CLR SET CLR SET CLR SET CLR SET CLR RAM ח ד-מימדי Write Enable Input data Read address D D D Write address Dec D Mux Output data D D D D 27 RAM ח ד-מימדי על ידי הוספת בורר נוסף, ניתן יהיה לבצע פעולת כתיבה ושתי פעולות קריאה בו זמנית. על ידי שימוש ב- n עותקים של מעגל זה, ניתן לבנות זכרון למילים בנות n סביות. לצורך בניית זכרונות גדולים, משתמשים בד"כ בטכנולוגיות אחרות (למשל במערכי קבלים של זכרונות DRAM שהמטען בהם מייצג סיביות של מידע)

15 RAM דו-מימד י 0 DEC 1 K1 K0 0 1 MUX Address input 29 גילוי תקלות בזכרונות שיטת הסריקה איננה מתאימה לזכרונות. שיטה אפשרית אחרת היא לכתוב לכל תא בזכרון, לקרוא אותו, ולהשוות את מה שנכתב למה שנקרא. יש צורך לחזור על כך עם תוכן שונה בכל פעם, בכדי לבדוק תקלות שונות התלויות בתוכן הנכתב. זהו תהליך ארוך ויקר. במקום זאת משתמשים במכונות מצבים המייצרות תוכן אקראי לכאורה, כותבות לזכרון וקוראות בחזרה. משתמשים בקודים לגילוי שגיאות, הפוטרים את מכונת המצבים מלזכור מה נרשם לתוך הזכרון המכונה יכולה לחשב האם היתה שגיאה (כלומר תקלה) על פי התוכן הנקרא

16 גילוי תקלות בזכרונות (ה מ שך) מכונות אלו בנויות יחד עם הזכרון והפעלתן איננה דורשת מכשיר בדיקה חיצוני. שיטה זו קרויה Built In Self Test (BIST) נ ית ן לה ו ס י ף לכל זכר ו ן כמ ות קטנ ה של זכר ו ן רזרבי: המכונה לגילוי התקלות יכולה לתכנת את הזכרון כך שאיזור זכרון שיש בו תקלה יוחלף בזכרון רזרבי. שיטה זו קרויה (BISR) Built In Self Repair והיא נפוצה מאוד במוצרי זכרון שונים

תצוגת LCD חיבור התצוגה לבקר. (Liquid Crystal Display) המערכת.

תצוגת LCD חיבור התצוגה לבקר. (Liquid Crystal Display) המערכת. 1 (Liquid Crystal Display) תצוגת LCD בפרויקט ישנה אפשרות לראות את כל הנתונים על גבי תצוגת ה- LCD באופן ברור ונוח. תצוגה זו היא בעלת 2 שורות של מידע בעלות 16 תווים כל אחת. המשתמש יכול לראות על גבי ה- LCD