Методические указания по выполнению лабораторных работ по междисциплинарному курсу мдк02. 01
Скачать 2.05 Mb.
|
| Тема 1.2 .Организация памяти микропроцессорных систем ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ РАЗЛИЧНОГО ТИПА Учебные цели: 1. Изучение основных принципов построения оперативных запоминающих устройств статического и динамического типов и их работа 2.Исследование оперативных ЗУ статического и динамического типов Учебные задачи: 1.Исследование работы и принципа организации оперативных ЗУ статического и динамического типа; 2. Закрепление полученных теоретических знания по вопросам организации запоминающих устройств; 3.Практически наблюдать принципы записи и считывания информации из ячеек памяти по командам процессора Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения: Студент должен: уметь: - выполнять требования технического задания по программированию микропроцессорных систем; знать - программное обеспечение микропроцессорных систем; - базовую функциональную схему микропроцессорной системы. - структуру типовой системы управления и организации микроконтроллерных систем; - состояние производства и использования микропроцессорных систем. Задачи лабораторной работы:
Обеспеченность занятия:
- - Калиш Г.Г. Основы вычислительной техники. – М.: Высшая школа, 2000 г. - Коган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы - М.:Энергоатомиздат, 1995,552 с. - Кузин А.В., Жаворонков М.А. Микропроцессорная техника. – М., ИЦ Академия, 2007 г. - Келим Ю.М. Вычислительная техника. Учебное пособие для студентов СПО:М.,Академия, 2007.-384. - Сергеев Н.П., Вашкевич Н.П. Основы вычислительной техники. Изд.-М., Академия,2008 г,312с
- Конспект лекций «Микропроцессорные системы». Составитель Кузнецов Е.Г. Изд, ГБОУ СПО ЖГК, 2013 г.
- Персональный компьютер; - Принтер.
- Операционная система Windows; - Учебная программа VMSLAB 9.
- Персональный компьютер; - Принтер.
Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы Чаще всего ЗУ выполнены в виде ЗУ с произвольной выборкой, которые имеют ряд преимуществ перед ЗУ с последовательным доступом. Полупроводниковые ОЗУ подразделяются на: - статические оперативные запоминающие устройства (СОЗУ); - динамические оперативные запоминающие устройства (ДОЗУ). Статическое запоминающее устройство. Структура микросхем статических ОЗУ (рис.2.1) включает матрицу накопителя, дешифраторы кода адреса строк и столбцов, устройство ввода-вывода (УВВ). Для управления ИС предназначены: адресные сигналы Ап_1 -АО, обеспечивающие обращение к заданному ЭП, сигнал "Запись-Считывание" (ЗС), определяющий режим ИС, сигнал "Выборка микросхемы"(ВМ),разрешающий доступ к накопителю по информационным входу D и выходу F. Матрица накопителя состоит из строк и столбцов, на пересечениях которых размещены элементы памяти. Основу ЭП, вариант схемотехнической реализации которого приведен на рис. 2.2а), составляет статический триггер на транзисторах VTI-VT4. Транзисторы VT5, VT6 являются ключами, через которые триггер подключается к информационным разрядным шипам РШО и РШI. Состояние ключей зависит от уровня сигнала на шине строки Xi: при 1 ключи открыты и информация из разрядных шин записывается в триггер или считывается из него в разрядные шины и далее на выход; при О ключи закрыты, и триггер находится в режиме хранения. Р  исунок 2.1Для обращения к ИС для записи 0 или 1 следует подвести эту информацию ко входу D, затем подать код адреса, разрешающий сигнал ВМ и сигнал ЗС, соответствующий режиму записи, при указанных сигналах возбуждается заданная строка, выбранная дешифратором кода адреса строк, и в результате этого открывается доступ по информационным (разрядным) шинам ко всем ЭП данной строки. Обычно требования к информационной емкости ОЗУ значительно превосходят возможности одной ИС памяти как в отношении разрядности, так и числа хранимых слов. Поэтому при построении ЗУ ИС объединяют в модули, которые вместе с регистрами и устройством управления образуют функционально-законченный блок ОЗУ. Запоминающая ячейка динамического ОЗУ. В отличие от статических ЗУ, которые хранят информацию пока включено питание, в динамических ЗУ необходима постоянная регенерация информации, однако при этом для хранения одного бита в ДОЗУ нужны всего 1-2 транзистора и накопительный конденсатор (рис. 2.2. Такие схемы более компактны. Естественно, что в микросхеме динамического ОЗУ есть один или несколько тактовых генераторов и логическая схема для восстановления информационного заряда, стекающего с конденсатора. Это несколько "утяжеляет" конструкцию ИМС. Р  исунок 2.2. Запоминающая ячейка динамического ОЗУ.В лабораторной работе изучается типичная ячейка динамического ОЗУ на трех транзисторах.. Бит информации хранится в виде заряда емкости затвор-подложка (Cg). Для опроса ячейки подается импульс на линию предварительной зарядки и открывается транзистор T1. При этом выходная емкость Cr заряжается до уровня Ec и возбуждается линия выборки при считывании. Операция ЗАПИСЬ выполняется путем подачи соответствующего уровня напряжения на линию записи данных с последующей подачей импульса на линию выборки при записи. При этом транзистор T1 включен и Cg заряжается до потенциала линии записи данных. Период регенерации зависит от температуры и для современных приборов находится, как правило, в интервале 1-3 мс при температуре от 0 до 55С. Регенерация ячейки динамического ОЗУ выполняется путем считывания хранимого бита информации, передачи его на линию записи данных и последующей записи этого бита в ту же ячейку при помощи импульса, подаваемого на линию выборки при записи. Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе: 1.Как осуществляется обмен данными между микропроцессором и памятью? 2. Какие причины ограничивают быстродействие ОЗУ? 3. Предложите способ наращивания емкости памяти при использовании БИС с организацией 1Кх1бит; 1Кх8бит. 4. Назовите достоинства и недостатки статических и динамических ЗУ. 5. Почему нецелесообразно использовать динамические ЗУ для построения небольшой по объёму памяти? 6. Какой тип памяти применяют при построении КЭШ-памяти? 7. Какая технология производства интегральных схем преимущественно используется при изготовлении микросхем памяти? Чем это можно объяснить? 8. Как выполняется регенерация динамического ЗУ? Задания для лабораторного занятия: 1. Исследовать работу статического ЗУ в режиме записи и считывания информации.
1.2. Зарисовать временную диаграмму записи данных в ЗУ Таблица 1
1.3. Выполнить операции, указанные в п.1.2., и провести считывание записанной в ЗУ информации. Результаты измерений занести в таблицу (табл.2). Провести сравнение результатов записи с исходной информацией. 1.4. Зарисовать временную диаграмму считывания данных из ЗУ
2.1. Выполнить операции, указанные в п.2.1. и провести запись исходных данных по 8 последовательно расположенным адресам, начиная о адреса А 1 в соответствии с табл.2 Таблица 2
3.1 Выполнить операции, указанные в п.3.1. и провести запись данных в динамическую ячейку памяти. Убедиться в том, что при записи логической «1», происходит накопление заряда на конденсаторе МОП транзистора Т3 3.1. Выполнить операции, указанные в п.3.1., и провести считывание записанной в ячейку ЗУ информации. Убедиться в том, что при считывании «1» информация теряется (т.е. конденсатор разряжается) Инструкции по выполнению работы Лабораторная работа состоит из двух частей: - в первой изучается статическое запоминающее устройство, а также принцип объединения отдельных устройств для построения памяти большой емкости; - во второй изучаются особенности работы динамической памяти. В лабораторной работе используются программные модели различных ЗУ. Для выполнения работы надо инициировать файл START9.BAT.
Для этого : - при нажатии цифры 1, предлагается интерфейс программы для исследования ЗУ статического типа; - программа работает в интерактивном режиме и предлагает выполнять определенные действия с помощью клавиатуры; 1.1. Исследование работы статического ЗУ в режиме записи - выбирается режим ЗАПИСИ данных; - набирается адрес любой ячейки памяти от ячейки с адресом 0 до F в двоичном коде; - предлагается записать в ячейку памяти данные 0 или 1; - при соответствующем выборе на экране монитора появится новая информация о том, что запись произошла. На схеме возникнет состояние триггера ячейки, временная диаграмма сигналов ЗАПИСИ в ОЗУ и ячейка примет состояние записанной информации 0 или 1. - заполнить таблицу 1 1.2 Исследование работы статического ЗУ в режиме считывания - выбирается режим СЧИТЫВАНИЯ данных; - далее, выполнить операции, указанные в п.1.1 и провести считывание записанной в ЗУ информации по тем же адресам. Результаты занести в таблицу (табл.1). Провести сравнение результатов записи с исходной информацией. Интерфейс программы исследования ОЗУ статического типа:  2 Исследование матрицы накопителя ЗУ Для этого : - при нажатии цифры 2, предлагается интерфейс программы для исследования ЗУ матричного типа; - программа работает в интерактивном режиме и предлагает выполнять определенные действия с помощью клавиатуры; 2.1. Исследование работы накопителя ЗУ в режиме записи - выбирается режим ЗАПИСИ данных; - набирается адрес любой ячейки памяти от ячейки с адресом 0 до F в двоичном коде; - предлагается записать в ячейку памяти четырехразрядные данные 0 - F; - при соответствующем выборе на экране монитора появится новая информация о том, что запись произошла. На схеме возникнет состояние триггера ячейки, временная диаграмма сигналов ЗАПИСИ в ОЗУ и ячейка примет состояние записанной информации 0 - F . - заполнить таблицу 1 2.2 Исследование работы накопителя ЗУ в режиме считывания - выбирается режим СЧИТЫВАНИЯ данных; - далее, выполнить операции, указанные в п.2.1 и провести считывание записанной в ЗУ информации по тем же адресам. Результаты занести в таблицу (табл.2). Провести сравнение результатов записи с исходной информацией. 3 Исследование ячейки памяти динамического ЗУ Для этого : - при нажатии цифры 3, предлагается интерфейс программы для исследования ЗУ динамического типа; - программа работает в интерактивном режиме и предлагает выполнять определенные действия с помощью клавиатуры; 3.1. Исследование работы ячейки динамического ЗУ в режиме записи - выбирается режим ЗАПИСИ данных; - на линию ЗАПИСЬ подаем с клавиатуры ПК требуемый сигнал;; - предлагается записать в ячейку памяти логической « 1»; - при соответствующем выборе на экране монитора появится новая информация о том, что запись произошла. На схеме возникнет состояние составного транзистора ячейки, и ячейка примет состояние записанной информации «1» (отобразится изменением цвета накопление заряда перехода МОП транзистора Т3) . - в правом окне интерфейса программы будут даны разъяснения происходящих изменений состояния транзисторов ячейки памяти. Внимательно ознакомиться с этими разъяснениями. 3.2 Исследование работы ячейки динамического ЗУ в режиме считывания - выбирается режим СЧИТЫВАНИЯ данных; - на линия СЧИТЫВАНИЕ подаем с клавиатуры требуемый сигнал -  далее, выполнить операции, указанные в п.3.1 и провести считывание записанной в ячейку ЗУ информации. Рис.2 Интерфейс программы исследования ОЗУ динамического типа: Убедиться в том, что при считывании изменится состояние транзисторов ячейки и потенциал уровня «1» пойдет по линии считывания. Информация о логической «1» в ячейке разрушится; - в правом окне интерфейса программы будут даны разъяснения происходящих изменений состояния транзисторов ячейки памяти. Внимательно ознакомиться с этими разъяснениями. Содержание отчета. 1. Наименование и цель работы 2. Таблицы полученных экспериментов; 3. Временную диаграмму в циклах ЗАПИСЬ и ЧТЕНИЕ; 4. Схему работы запоминающего элемента в динамической памяти. 5. Ответы на контрольные вопросы. 6. Анализ полученных результатов6. Методика анализа результатов, полученных в ходе лабораторной работы: Оперативная память является одним из важнейших элементов компьютера. Именно из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Название “оперативная” эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен. При выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается. Часто для оперативной памяти используют обозначение RAM (Random Access Memory, то есть память с произвольным доступом) . При обращении к памяти МП выставляет по ША адрес ячейки памяти (ЯП), а по ШУ - сигнал MEMRD в цикле чтения памяти или MEMWR в цикле записи (рис.3).  Рис. 3 Временная диаграмма работы блока памяти Образец отчета по лабораторной работе ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ РАЗЛИЧНОГО ТИПА Учебные цели: 1. Изучение основных принципов построения оперативных запоминающих устройств статического и динамического типов и их работа 2.Исследование оперативных ЗУ статического и динамического типов Учебные задачи: 1.Исследование работы и принципа организации оперативных ЗУ статического и динамического типа; 2. Закрепление полученных теоретических знания по вопросам организации запоминающих устройств; 3.Практически наблюдать принципы записи и считывания информации из ячеек памяти по командам процессора 1. Исследование работы статического ЗУ
Таблица 1
Временная диаграмма записи. Операция записи заключается в том, что активное устройство (микропроцессор), захватив магистраль, пытается передать данные в ячейку памяти ОЗУ. На рис. 2. приведена временная диаграмма записи при указании адреса. Последовательность событий следующая. Момент t1,. Захватив магистраль, активное устройство выдает сигнал по линии С1 (запись), адрес и данные, которые нужно записать по этому адресу. Момент t2. Через время, не меньшее 150 не (75 нс — на «успокоение» магистрали и 75 нс—запас), активное устройство выдает сигнал сопровождения адреса MSYN. Момент t3. ОЗУ, опознаёт адрес и принимает информацию с шины данных в соответствующую ячейку. Приняв данные, это устройство отвечает ведущему сигналом SSYN.  Рис. 2. Временная диаграмма записи Момент t4. Получив сигнал SSYN, активное устройство «узнаёт», что запись состоялась, и поэтому снимает с магистрали все сигналы, кроме сигнала BBSY, Момент t5. Убедившись в том, что ответный сигнал SSYN воспринят активным устройством (о чем говорит снятие сигнала MSYN), ОЗУ снимает сигнал SSYN. Момент t6. Активное устройство, дождавшись снятия сигнала SSYN, освобождает магистраль, т. е. снимает сигнал BBSY. Временная диаграмма чтения. При чтении активное устройство пытается получить слово данных от некоторого программно-доступного элемента, например от ячейки ОЗУ. При правильном указании адреса реализуется временная диаграмма, показанная на рис. 3. При отсутствии абонента с указанным адресом возникает зависание, которое примерно через 10 мкс устраняется искусственной выдачей ответного сигнала от специальной схемы, как и в предыдущем случае. Приведем последовательность событий при чтении. Момент t1. Захватив магистраль, активное устройство выдает адрес ячейки памяти, из которой нужно извлечь данные (одно слово).  Рис. 3. Временная диаграмма чтения Момент t2. Активное устройство формирует сигнал MSYN, подтверждающий истинность адреса. Момент t3. Схемы дешифрации адреса выбирают нужную ячейку ОЗУ. Момент t4. Активное устройство, получив сигнал SSYN, узнаёт о том, что через время, большее 75 не, информацию можно будет принять с шины данных. Выждав 75нс (или более), устройство принимает информацию. Момент t5. Приняв информацию, активное устройство снимает адрес и сигнал MSYN, так как чтение уже состоялось и эти сигналы утратили актуальность. Момент t6. Оперативное запоминающее устройство снимает данные и сигнал SSYN, так как оно узнало (по снятию сигнала с линии MSYN) о том, что данные уже приняты активным устройством.
Таблица 1
Запоминающая ячейка динамического ОЗУ. В отличие от статических ЗУ, которые хранят информацию пока включено питание, в динамических ЗУ необходима постоянная регенерация информации, однако при этом для хранения одного бита в ДОЗУ нужны всего 1-2 транзистора и накопительный конденсатор (рис. 4. Такие схемы более компактны. Естественно, что в микросхеме динамического ОЗУ есть один или несколько тактовых генераторов и логическая схема для восстановления информационного заряда, стекающего с конденсатора. Это несколько "утяжеляет" конструкцию ИМС. Рисунок 4. Запоминающая ячейка динамического В лабораторной работе изучается типичная ячейка динамического ОЗУ на трех транзисторах.. Бит информации хранится в виде заряда емкости затвор-подложка (Cg). Для опроса ячейки подается импульс на линию предварительной зарядки и открывается транзистор T1. При этом выходная емкость Cr заряжается до уровня Ec и возбуждается линия выборки при считывании. Операция ЗАПИСЬ выполняется путем подачи соответствующего уровня напряжения на линию записи данных с последующей подачей импульса на линию выборки при записи. При этом транзистор T1 включен и Cg заряжается до потенциала линии записи данных. Период регенерации зависит от температуры и для современных приборов находится, как правило, в интервале 1-3 мс при температуре от 0 до 55С. Регенерация ячейки динамического ОЗУ выполняется путем считывания хранимого бита информации, передачи его на линию записи данных и последующей записи этого бита в ту же ячейку при помощи импульса, подаваемого на линию выборки при записи. Ответы на контрольные вопросы: 1. 2. 3. 4. Анализ результатов, полученных в ходе лабораторной работы ОЗУ предназначено для хранения переменной информации; оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения вычислительного процесса. Таким образом, процессор берёт из ОЗУ код команды и, после обработки каких-либо данных, результат обратно помещается в ОЗУ. Причем возможно размещение в ОЗУ новых данных на месте прежних, которые при этом перестают существовать. В ячейках происходит стирание старой информации и запись туда новой. Из этого видно, что ОЗУ является очень гибкой структурой и обладает возможностью перезаписывать информацию в свои ячейки неограниченное количество раз по ходу выполнения программы. Основной составной частью микросхемы ОЗУ является массив элементов памяти, объединённых в матрицу накопителя. Элемент памяти (ЭП) может хранить один бит информации. Каждый ЭП обязательно имеет свой адрес. Для обращения к ЭП необходимо его “выбрать” с помощью кода адреса, сигналы которого подводят к соответствующим выводам микросхемы. В качестве элемента памяти в статическом ЗУ используются триггера на биполярных или МДП - транзисторах. Число состояний триггера равно двум, что позволяет использовать его для хранения двоичной единицы информации. Получив заряд один раз, ячейка такой памяти способна хранить его сколь угодно долго, по крайней мере до тех пор, пока будет питание. Естественно, что в данном случае исчезают непроизводительные задержки на обновление информации, что приводит к ускорению работы с такими микросхемами. Однако статические ЗУ стоят существенно дороже, чем динамические. В результате, сфера применения микросхем статических ЗУ ограничена теми областями, для которых требуется небольшой объем памяти, а значительное быстродействие. Устройства динамической памяти базируются иеся на способности сохранять электрический заряд. Микросхемы динамических ОЗУ отличаются от микросхем статических ОЗУ большей информационной ёмкостью, что обусловлено меньшим числом компонентов в одном элементе памяти и, следовательно, более плотным их размещением в полупроводниковом кристалле. РАЗДЕЛ 1 |
Похожие:
 | Методические указания предназначены для студентов экономического факультета, изучающих курсы «Документирование управленческой деятельности»... | | Мдк02. 02 Стропальное дело профессионального модуля пм. 02 Ремонтно-профилактическое обслуживание механизмов кранов металлургического... |
 | Настоящие методические рекомендации определяют общие требования по выполнению практических работ в соответствии с фгос по специальности... | | Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине информатика для студентов I курса специальности 080507 IV курса... |
| Методические указания предназначены для обучающихся по специальности 140448 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического... | | Учебно-методическое пособие предназначенодля студентов 3 курса, обучающихся по профессии 23. 01. 03 Автомеханик. Пособие содержит... |
| Информационные технологии на транспорте: Методические указания по изучению раздела «субд ms access» и выполнению лабораторных работ.... | | Методические указания к выполнению практических работ обучающимися по дисциплине оп. 05 |
| ... | | Методические указания предназначены для выполнения лабораторного практикума в соответствии с программой курса «Аналитическая химия»... |