Модуль оперативного запоминающего устройства

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА РЭИС

модуль оперативного запоминающего устройства

Пояснительная записка

К курсовой работе по дисциплине

«Цифровые устройства и микропроцессоры»

Руководитель: Добряк В.А.

Студент:

Группа:

Екатеринбург

2000

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Модуль ОЗУ и программа его тестирования.

Основные технические требования:

– Ёмкость – 128 Кб;

– Раздельные шины адреса и данных;

– Статическое оперативное запоминающее устройство;

– Микропроцессор – Z80.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Принцип работы устройства

2. Описание работы программы функционального контроля памяти

3. Алгоритм теста

4. Программа тестирования устройства на ассемблере

Список использованной литературы

Приложение 1. Схема электрическая принципиальная модуля ОЗУ

Приложение 2. Технические характеристики микросхемы ОЗУ UM621024A

ВВЕДЕНИЕ

Развитие микроэлектроники в начале семидесятых годов привело к появлению
микропроцессоров – новой разновидности БИС, особенность которых
заключается в реализации полного перечня функций, выполняемых
процессором современных компьютеров. В связи с широким спектром
возможных применений эволюция архитектуры микропроцессоров пошла по
нескольким различным направлениям, в результате чего появились следующие
их классы:

простые однокристальные 4- и 8-разрядные контроллеры невысокой
производительности для применения в бытовых приборах и небольших
подсистемах;

быстродействующие секционные комплекты микропроцессорных БИС для
создания машин произвольной разрядности, адаптируемых к алгоритмам
обработки данных на микропрограммном уровне;

мощные однокристальные 16- и 32-разрядные микропроцессоры, сравнимые по
быстродействию с мини-ЭВМ;

процессоры цифровой обработки сигналов, подключаемые к стандартным
интерфейсам микроЭВМ для обработки арифметических алгоритмов, таких, как
быстрое преобразование Фурье;

аналоговые микропроцессоры – устройства, включающие АЦП, ЦАП,
устройства цифровой обработки и представляющиеся пользователю как
системы с аналоговым входом и аналоговым выходом.

Существенное отличие архитектуры, ориентированной на различные классы
задач, порождает взаимную незаменяемость разных классов
микропроцессоров. Развитие всех направлений дополняет друг друга, в
результате чего создаётся элементная база, ориентированная на
эффективное использование в составе систем и устройств различной
производительности и потребления энергии.

Использование микропроцессоров позволило создать новый класс
малопотребляющих компактных машин – микроЭВМ. Данная курсовой работа, в
частности, и рассматривает одну из наиболее важных частей такой микроЭВМ
– работу одного из однокристальных микропроцессоров – Z80 с оперативным
запоминающим устройством ёмкостью 128 Кб.

1. ПРИНЦИП РАБОТЫ УСТРОЙСТВА

Выбранный микропроцессор Z80 как нельзя лучше подходит для создания
микроЭВМ. Хотя в данное время производительность данного класса машин
стремительно растёт, остаются ниши для использования и данного
микропроцессора. Например, такие машины вполне себя оправдывают, если их
использовать в технологических линиях контроля и сборки. Причём самых
различных изделий. На такие рабочие места новую высокопроизводительную
технику ставить нецелесообразно, а собрать на базе данного
микропроцессора устройство, измеряющее параметры изделия и производящее
регулировку его, достаточно просто и не требует значительных затрат.

Наиболее важное ограничение в использовании микропроцессора Z80
накладывает, то, что данный микропроцессор напрямую может использовать
не более 216 ячеек памяти. Т.е. микропроцессор адресует всего 64 Кбайт
памяти. Зачастую в тех областях, где применяется данный процессор более
и не требуется, но иногда существует острая потребность в расширении
адресного пространства. Это довольно просто удовлетворяется путём
некоторой модернизации схемы работы микропроцессора с памятью.

В данной курсовой работе рассматривается один из способов расширения
адресного пространства микропроцессора Z80 – метод окна.

Метод окна позволяет очень просто разрешать указанные проблемы. Идея
метода состоит в отображении на «большом» отрезке лишь части «малого»
отрезка. Эта часть соответствует свободным адресам микроЭВМ и называется
окном.
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Рис.1. Схемная реализация метода окна

Система работает следующим образом:

1. Процессор загружает программно-доступный регистр старших разрядов
адреса с шины данных, задавая положение проекции окна в адресном
пространстве главной памяти.

2. Процессор обращается к некоторому адресу, лежащему внутри окна.

3. Дешифратор опознаёт принадлежность текущего адреса фиксированному
окну и разрешает передачу в главную память сигнала сопровождения адреса.
В главную память выдаётся полный адрес, определяющий одну из её ячеек.

4. Выбранная ячейка главной памяти выдаёт или принимает информацию в
зависимости от сигнала на линии управления режимом работы и посылает
сигнал по линии передачи ответа.

Принципиальная схема устройства находится в Приложении 1.

В данном случае используется двухстраничное деление памяти. Всё ОЗУ
находится на одной микросхеме, и переключение страниц производится путём
подачи на регистр по шине данных сигнала высокого уровня, который
переключает диапазон адресов ОЗУ. Используется только один разряд шины
данных. Использование всех разрядов позволяет получить 40322 страницы
памяти по 64 Кбайт. Т.е. применение данной схемы позволяет адресовать
около 2,64 Гбайт памяти.

Для обеспечения режима ожидания предусмотрена схема перевода
микропроцессора в режим ожидания. Ожидание обозначает некоторый период
времени, необходимый для выполнения операций чтения или записи в память.
Когда время ответа (реакции) памяти больше, чем время цикла команды,
цикл команды должен быть увеличен. Период ожидания должен быть
достаточным для срабатывания устройства памяти. Можно отметить, что в
данной схеме выход второго триггера соединяется с выводом 4 вентиля НЕ
И. Т.к. время доступа памяти выбранного типа не превышает 100 нс., а
период последовательности тактовых импульсов микропроцессора Z80 не
менее 1 мкс., то задержка на один период последовательности тактовых
импульсов будет достаточной. Сигнал запроса ожидания на вход триггера
типа D поступает с выхода микропроцессора MREQ. Для подачи
синхроимпульсов используется линия, по которой поступают синхроимпульсы
на вывод 6 микропроцессора Z80.

2. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ПРОГРАММЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ПАМЯТИ

Под функционированием какого-либо объекта понимается выполнение
предписанного ему алгоритма функционирования при применении объекта по
назначению. Методы функционального контроля основаны на сравнении с
эталонными сигналами выходных реакций (сигналов) тестируемой схемы на
заданные входные воздействия.

Одним из основных узлов системы функционального контроля является
генератор тестов, предназначенный для формирования последовательности
тестирующих и эталонных сигналов по заданному закону. Наборы входных
сигналов, задаваемые в виде машинных слов (кодов), определяют порядок
обращения к элементам памяти и последовательность выполняемых операций.
Математические адреса элементов памяти могут не совпадать с их
физическими координатами на кристалле.

Для тестирования памяти в нашем случае, применим линейный алгоритм
“Марш”, с некоторой модернизацией, позволяющей более качественно
провести функциональный контроль. Данный алгоритм отличается высоким
быстродействием, позволяющим применять его для технологического контроля
микросхем памяти. Модернизация алгоритма связана с тем, что сначала
память тестируется несколькими разными тестовыми значениями, так
называемыми, шаблонами. Эти шаблоны, подобраны специально таким образом,
что позволяют значительно эффективней выявлять ошибки чтения/записи
памяти. А затем проводится тестирование памяти перемещающимся разрядом.
Также данный тест обеспечивает тестирование двух страниц памяти.

В каждый байт записывается 0,FF16,AA16(101010102) и 5516(010101012) и
проверяется, могут ли они быть правильно считаны. В каждую позицию
разряда каждого байта помещается 1 и проверяется, может ли быть эта
единица правильно считана при всех остальных нулевых разрядах. Если все
тесты работают правильно, то сбрасывается флаг переноса. При нахождении
ошибки осуществляется немедленный выход из программы с установлением
флага переноса и возвратом тестового значения и адреса, при котором
произошла ошибка.

При проверке с одним значением (с 0,FF16,AA16 и 5516) сначала
заполняется область памяти, а затем каждый байт сравнивается с заданным
значением. Заполнение сначала всей области памяти должно обеспечить
достаточный временной разрыв между записью и чтением, чтобы определить
ошибки сохранения данных (которые могут возникнуть при неправильной
разработке схем обновления). Затем, начиная с разряда 7, выполняется
тест с перемещающимся разрядом; здесь записываются данные в память, и
осуществляется попытка немедленно прочитать их обратно для сравнения.
Далее все тесты повторяются для второй страницы памяти.

3. Алгоритм теста

–

4. ПРОГРАММА тестирования УСТРОЙСТВА НА АССЕМБЛЕРЕ

Программа тестирования памяти по алгоритму «Марш»

START: LXI H,0 ;HL=базовый адрес

LXI D,65536 ;число байтов

CALL TEST ;вызов подпрограммы тестирования

MOV A,80h ;запись в аккумулятор значения

OUT OPORT ;включение второй страницы памяти

JMP START ;переход на начало тестирования

TEST:

;заполнение памяти числом 0 и проверка

MVI C,0 ;загрузка тестового значения

CALL LOOP ;вызов подпрограммы тестирования