Энциклопедия PC

336 Глава6. Электроннаяпамять

кого напряжения на вход Vpp. По интерфейсу и командам микросхемы совпадают с микросхемамиBoot Block (исключаяспецификуBoot-блока).

Архитектура микросхем 28F016SA существенно изменена, что значительно повышает производительность программирования (до 28,6 Мбайт/с в пакетном режиме) и обеспечивает поблочную защиту. Микросхема имеет два буфера данных для записи по 256 Кбайт. Введены новые команды, обеспечивающие расширение функций. Нижеперечисленыдополнительныевозможностимикросхем.

жБуферированное страничное программирование. Кроме обычного побайтного или двухбайтного программирования, возможно быстрое заполнение буфера шинными циклами записи. Далее переписывание его содержимого (всего или фрагмента) во флэш-память выполняется одной командой. Содержимое буфера может быть считано после подачи соответствующей команды.

жПоддержкаочередикоманд.

тАвтоматическаязаписьизбуферавофлэш-массиввовремястираниядругого блока.

»Программная защита позволяет для любого блока установить бит защиты в специальную энергонезависимую область. Запись и стирание защищенного блока может осуществляться только после снятия общей защиты записи по сигналу WP#. Сброс бита защиты блока осуществляется только при его успешномстиранииилиперезаписи.

тСтираниевсехнезащищенныхблоковможетвыполнятьсяоднойкомандой.

« Перевод микросхемы в режим ожидания (Sleep) с пониженным потреблением. В этом режиме возможно считывание состояния и получение команд.

Микросхема 28F032SA представляет собой два параллельно соединенных кристалла 28F016SA в одном корпусе. Входы СЕ# одного из них соединены с выводами СЕО# иСЕ1#, второго - сСЕО# иСЕ2#.

Третье поколение — современные микросхемы, выполненные по технологии SmartVoltage, допускают стирание и программирование при напряжении Vpp как 12 В, так и 5 В. В последнем случае эти операции занимают больше времени. Кроме того, операции чтения возможны при пониженном (3,3 и даже 2,7 В) напряжении питания Vcc, при этом снижается потребление, но увеличивается времядоступа.

Флэш-памятьфирмыAMD

Фирмой AMD выпускается несколько семейств микросхем флэш-памяти. Первые из них были близки по характеристикам к флэш-памяти Intel первого поколения (Bulk Erase, стирание и программирование 12 В): это Am28F256/512/010/ 020. В отличие от аналогичных микросхем Intel, Am28F256/512 не имели стоп-таймера, что требовало точной выдержки припрограммирования истирании. Следующим этапом были микросхемы Am28F256A/512A/010A/020A со встроеннымалгоритмом программирования, отличающимся оталгоритма микросхем Intel второго поколения какпоследовательностьюкоманд, такиспособомопределе-

6.5. Энергонезависимаяпамять 337

шля окончания операций. Состояние выполнения операций стирания или программирования определяется по результату данных, полученных в шинном цикле чтения по адресу ячейки, участвующей в операции. При этом для определения окончания операций может использоваться метод Data# Polling или Toggle Bit. Метод Data# Polling основан на анализе бита DQ7 считанных данных. В начале выполнения внутреннего цикла он устанавливается инверсным по отношению к тому, что должно быть записано в ячейку. По успешному окончанию операции он принимает желаемое значение (при стирании — 1). Метод Toggle Bit основан на анализе бита DQ6, который при каждом шинном цикле считывания во время выполнения операции меняет свое значение на противоположное. По окончании операции он остановится в каком-либо состоянии, при этом об успешности можно судить по биту 7. Единичное значение бита DQ5 — Exceeded Timing Limits — указываетнапревышениедопустимоговременивыполненияоперации.

Микросхемы семейства Am29Fxxx выполняют все операции при одном питающем напряжении 5 В и имеют секторированную структуру (Sector Erase), симметричную (аналогично Flash File) или несимметричную (Boot Block), с верх-*км (Т) и нижним (В) положением Boot-блока. С помощью программатора каждый сектор может быть защищен от модификации в целевой системе (в отличие от Intel способ установки и снятия защиты фирмой AMD широко не раскрывается). По расположению выводов и интерфейсу микросхемы соответствуют стандарту JEDEC для флэш-памяти с одним питающим напряжением. Для защиты от случайного выполнения цепочки команд состоят из 3-6 шинных циклов, причем для них существенен и адрес. Микросхемы позволяют выполнять одновременное стирание группы секторов. Все эти микросхемы, кроме Am29F010, имеют возможность приостанова стирания сектора (Erase Suspend) для выполнения чтения других секторов, a Am29F080/016 позволяют и программировать байты во время приостанова стирания.

Следующим этапом является секторированная флэш-память Am29LVxxx содним питающим напряжением (3,0 В) для всех операций. У этих микросхем защита любого сектора также устанавливается с помощью программатора стандартной EPROM и возможно временное снятие защиты в целевой системе. Кроме программной (биты состояния) индикации окончания операции имеется и аппаратная (сигнал RY/BY#). Также имеется сигнал аппаратного сброса, переводящий в режимчтения.

Вышеперечисленные микросхемы имеют традиционную архитектуру NOR. От них значительно отличается микросхема Am30LV0064D — 64 Мбит (8Мх8) с архитектурой UltraNAND, обеспечивающей быстрый последовательный доступ к данным выбранной страницы. Каждая страница имеет 512 байт данных и 16 дополнительных байт, используемых, например, для хранения ЕСС-кода. Для выбора страницы при чтении (загрузки во внутренний 528-байтный регистр) требуется около 7 мкс, после чего данные считываются последовательно со скоростью до 20 Мбайт/с (50 не/байт). Таким образом, среднее время на чтение одного байта составляет всего 65 не. Для записи данные (страница полностью или частично) загружаются в регистр с той же скоростью, после чего запись их в массив хранящих ячеек требует всего 200 мкс. Таким образом, среднее время на запись самого байта составляет всего 430 не — в 20 раз быстрее обычной (NOR) флэш-(скорость записи 2,3 Мбайт/с). Стирание выполняется блоками по

338 Глава6. Электроннаяпамять

8 Кбайт за 2 мс (в обычной — 600 мс). Микросхема питается от 3 В. Планируется достижение объема микросхемы до 1 Гбит. Надежность хранения — 10 лет, 104 циклов безошибочного программирования, более 106 циклов программирования с коррекцией ошибок. Применение — «твердые диски», цифровые камеры, диктофоныит. п.

Флэш-памятьдругихфирм

Микросхемы флэш-памяти выпускаются многими фирмами. Они различаются по организации, интерфейсу, напряжению питания и программирования, методам защиты и другим параметрам. Лидеры в области разработки и производства флэш-

памяти — фирмы AMD, Fujitsu Corporation, Intel Corporation и Sharp Corporation

— летом 1996 года приняли спецификацию CFI (Common Flash Interface),

обеспечивающую совместимость разрабатываемого программного обеспечения с существующими и разрабатываемыми моделями флэш-памяти. Для микросхем с дополнительными архитектурными расширениями используется расширенный

(масштабируемый) наборкомандSCS (Scalable Command Set).

Для большинства изделий справедливы тенденции, описанные при рассмотрении микросхем Intel и AMD, а именно — повышение объема, снижение напряжений питания и потребляемой мощности, повышение производительности и упрощениевнешнегоинтерфейсадляоперацийстиранияипрограммирования.

Микросхемы с буферированным программированием или страничной записью (Fast Page Write) могут не иметь в своей системе команд отдельной операции стирания сектора. Внутренняя операция стирания (и предварительного обнуления сектора) выполняетсяпристраничномпрограммировании.

Для защиты от случайного выполнения ключевые последовательности команд содержат от 2 до 6 шинных циклов, причем у них может быть важен и адрес (как в микросхемах AMD). Методы защиты секторов имеют различную как программную, так и аппаратную реализацию. Для временного снятия защиты используют различные способы, одним из которых является ключевая последовательностьсемишинныхцикловчтения.

Микросхемы флэш-памяти Micron совместимы с Intel и обозначаются аналогично, но начинаются с признака MT28F. Среди них есть и особенные, например: MT28F321P2FG - 2М х 16 Page Flash Memory, MT28F322D18FH - 2М х 16 Burst Flash Memory.

Фирма Silicon Storage Technology выпускает разнообразные микросхемы флэшпамяти с одним напряжением питания для всех операций. Их свойства можно определитьпообозначениювидаSST xx YY zzz — ttt, гдехх— семейство:

а 28 — побайтноепрограммирование, посекторноестирание;

т29 — страничное программирование с прозрачным стиранием (команда стирания сектора отсутствует, внутренняя операция выполняется автоматическипередзаписьюстраницывмассив).

ЭлементYY задаетфункциональныйтипинапряжениепитания:

ж ЕЕ— EEPROM-совместимые, выполнение однойинструкции, Vcc = 5 В;

шLE — тоже, чтоиЕЕ, Vcc = 3 В;

тVE — тоже, чтоиЕЕ, Vcc = 2,7 В;

т0 1 0 - 1 Мбит(128Кх8);

я 040 - 4 Мбит(512Кх8); « 080 - 8 Мбит(Шх8);

т016 - 16 Мбит(2Мх8);

т032 - 32 Мбит (4М х 8).

Элементttt задаетвремядоступапричтении.

Микросхемы SST29ЕЕ010, 29LE010 и 29VE010, часто применяемые в качестве носителя флэш-BIOS, организованы как 1024 страницы по 128 байт с программной и аппаратной защитой. Каждаястраница может-бытьзащищена независимо отдругих. Временные диаграммы стирания и программирования, а также необходимое напряжение программирования генерируются внутри микросхемы. Окончание операцииопределяетсяпоалгоритмуToggle Bit илиData# Polling.

Аналогичные параметры имеют микросхемы 29ЕЕ011, 29LE011, 29VE011 фирмы

Winbond.

6.5.3. Энергонезависимаяпамятьс последовательнымиинтерфейсами

Для микросхем энергонезависимой памяти малого объема, от которых не требуется высокой производительности обмена данными, часто применяют послеювательный интерфейс. Двухпроводный (считаются только сигнальные линии, эбщий провод подразумевается) интерфейс PC обеспечивает низкую скорость - ередачи (частота до 100, 400 КГц и 1 МГц у самых быстрых устройств). Трехгроводный интерфейс SPI (Serial Peripheral Interface) с линией синхронизации SCK и раздельными линиями входных (SI) и выходных (SO) данных обеспечивает более высокую скорость, чем PC: SPI Mode 0 — частота 2,1 МГц, Mode 3 - 5 МГц.

Применение последовательного интерфейса позволяет упаковывать микросхемы памяти любого объема в корпус, имеющий всего 8 выводов (рис. 6.37, 6.38, табл. 6.16). С таким интерфейсом выпускаются микросхемы EEPROM, FRAM и слэшпамяти. Микросхемы EEPROM и флэш-памяти выполняют внутренние гоерации записи автономно, о завершении выполнения операции можно судить но результатам опроса ее состояния. Более сложные микросхемы имеют блоч-

9.4. Параллельныйпорт— LPT

Порт параллельного интерфейса былвведен вPC дляподключенияпринтера — отсюда и пошло его название 1РГ-порт(Line PrinTer — построчный принтер).

9.4. Параллельныйпорт— LPT 585

Хотя через этот же порт подключается и большинство лазерных принтеров, которые по принципу действия не построчные, а постраничные, название «LPT» «крепилось основательно. Аппаратные средства «классического» стандартного LPTпорта позволяют программным способом реализовать протокол передачи данных Centronics (см. выше). Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода-вывода. Регистры аорта адресуются относительно базового адреса порта, стандартными значениями которого являются 3BCh, 378h и 278h. Порт может использовать линию запроса аппаратного прерывания, обычно IRQ7 или IRQ5. С внешней стороны порт имеет 8-

битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную мину управляющих сигналов, выведенные на разъем-розетку DB-25S. В LPT-nop-те используются логические уровни ТТЛ, что ограничивает допустимую длину хабеля из-за невысокой помехозащищенности ТТЛ-интерфейса. Гальваническая развязка отсутствует — схемная земля подключаемого устройства соединяется :о схемнойземлейкомпьютера.

Порт имеет поддержку на уровне BIOS — поиск установленных портов во время теста POST и сервисы печати Int 17h (см. п. 9.3.9) обеспечивает вывод гнмвола (по опросу готовности без аппаратных прерываний), инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера. Стандартный порт эриентирован на вывод данных, хотя с некоторыми ограничениями позволяет вводить данные. Существуют различные модификации LPT-порта — двунаправленный, ЕРР, ЕСР и др., расширяющие его функциональные возможности, повышающиепроизводительностьиснижающиенагрузкунапроцессор. ПоначалуJHH являлисьфирменнымирешениямиотдельныхпроизводителей, позднеебылпринят стандартIEEE 1284.

К LPT-портам подключают принтеры, плоттеры, сканеры, коммуникационные устройства и устройства хранения данных, а также электронные ключи. Иногда параллельный интерфейс используют для связи между двумя компьютерами — получаетсясеть, «сделаннаянаколенке» (LapLink).

Практически все современные системные платы (еще начиная с PCI-плат для процессоров 486) имеют встроенный адаптер LPT-порта. Существуют карты ISA с LPT-портом, где он чаще всего соседствует с парой СОМ-портов, а также с контроллерами дисковых интерфейсов (FDC+IDE). LPT-порт обычно присутствует и на плате дисплейного адаптера MDA (монохромный текстовый) и HGC (монохромный графический «Геркулес»). Есть и карты PCI с LPT-портами, но их применение может вызывать некоторые затруднения из-за их «чрезмерной интеллектуальности».

В спецификации РС'99 порт LPT пока еще разрешен для использования. Устройства, подключаемые к LPT-порту, рекомендуется переводить на последовательныешиныUSB иFireWire.

9.4.1. ТрадиционныйLPT-порт

Традиционный, он же стандартный, LPT-порт называется SPP (Standard Parallel Port) и является однонаправленным портом, через который программно реализуется протокол обмена Centronics. Название и назначение сигналов разъема порта (табл. 9.6) соответствуют интерфейсу Centronics.

1I/O задает направление передачи (вход-выход) сигнала порта. О/1 обозначает выходные линии, состояние которых считывается при чтении из портов вывода; 0(1) — выходные линии, состояние которыхможетбытьсчитанотолькоприособыхусловиях(см. ниже).

2Символом «\» отмечены инвертированные сигналы (1 в регистре соответствует низкому уровню линии).

3ВходAck# соединенрезистором(10 кОм) спитанием+5 В.

Адаптер LPT-порта SPP содержит три 8-битных регистра, расположенных по соседним адресам в пространстве ввода-вывода, начиная с базового адреса портаBASE (3BCh, 378h или278h).

Data Register (DR) — регистр данных, адрес=ВА5Е. Данные, записанные в этот регистр, выводятся на выходные линии интерфейса. Данные, считанные из этого регистра, в зависимости от схемотехники адаптера соответствуют либо ранее записанным данным, либо сигналам на тех же линиях, что не всегда одно и то же. Если в порт записать байт с единицами во всех разрядах, а на выходные линии интерфейса через микросхемы с выходом типа «открытый коллектор» подать какой-либо код (или соединить ключами какие-то линии со схемной землей), то этоткодможетбытьсчитанизтогожерегистраданных. Такимобразомнамногих старых моделях адаптеров можно реализовать порт ввода дискретных сигналов, однако выходным цепям передатчика информации придется «бороться» с выходным током логической единицы выходных буферов адаптера. СхемотехникаТТЛтакиерешениянезапрещает, ноесливнешнееустройствовыполненона микросхемах КМОП, их мощности может не хватить для «победы» в этом шинномконфликте. Однакосовременныеадаптерычастоимеютввыходнойцепи

9.4. Параллельныйпорт— LPT 587

:*.тасующий резистор с сопротивлением до 50 Ом. Выходной ток короткого за- м^кания выхода на землю обычно не превышает 30 мА. Простой расчет показы- 1.ыт. что в случае короткого замыкания контакта разъема на землю при выводе «*мнницы» на этом резисторе падает напряжение 1,5 В, что входной схемой при-'v.- iHKa будетвоспринятокак«единица». Такчтотакойспособвводабудетрабо-

*i-ъ не на всех компьютерах. На некоторых старых адаптерах портов выходной '-• фер отключается перемычкой на плате. Тогда порт превращается в обыкно- «**нныйпортввода.

Status Register (SR) — регистр состояния; представляет собой 5-битпый порт

**>ласигналовсостоянияпринтера(битыSR.4-SR.7), адрес=ВА5Е+1. БитSR.7 ин- *гг>тируется — низкому уровню сигнала соответствует единичное значение бита i

.«сгистре, инаоборот.

Ниже показано назначение бит регистра состояния (в скобках даны номера с:«тактов разъема порта).

•SR.7 - Busy — инверсное отображение состояния линии Busy (11): при низком уровне на линии устанавливается единичное значения бита — разрешение навыводочередного байта.

вSR.6 - Ack (Acknowledge) — отображение состояния линииAck# (10).

•SR.5 - РЕ (Paper End) — отображение состояния линии Paper End (12). Еди-

ничное значение соответствует высокому уровню линии — сигналу о конце бумагивпринтере.

•SR.4 - Select — отображение состояния линии Select (13). Единичное значение соответствует высокому уровню линии — сигналу о включении принтера.

8SR.3 - Error — отображение состояния линии Еггог# (15). Нулевое значение соответствуетнизкомууровнюлинии— сигналуолюбойошибкепринтера.

•SR.2 - PIRQ — флаг прерывания по сигналу Ack# (только для порта PS/2). Бит обнуляется, если сигнал Ack# вызвал аппаратное прерывание. Единичное значение устанавливается по аппаратному сбросу и после чтения регистра состояния.

» SR[1:0] — зарезервированы.

Control Register (CR) — регистр управления, адрес=ВА$Е+2. Как и регистр дан- «и\. этот 4-битпый порт вывода допускает запись и чтение (биты 0-3), но его входной буфер обычно имеет тип «открытый коллектор». Это позволяет кор- WTMO использовать линии данного регистра как входные при программирова-? '•: ихввысокийуровень. БитыО, 1, 3 инвертируются.

Нижепоказано назначение битрегистра управления.

•CR[7:6] — зарезервированы.

•CR.5 - Direction — бит управления направлением передачи (только для портов PS/2, см. ниже). Запись единицы переводит порт данных в режим ввода. Причтениисостояние битанеопределено.

•CR.4 - AcklNTEN (Ack Interrupt Enable) — единичное значение разрешает прерывание по спаду сигнала на линии Ack# (сигнализацию запроса следующего байта).