Организация банков памяти

В состав банка памяти в общем случае входят ПЗУ и ОЗУ, подключенные к системной шине МПС: шине адреса ША, шине данных ШД и шине управления ШУ (рис. 3.48,а). Для каждого из этих устройств допустима операция чтения информации, и обращение к ним осуществляется с помощью общего сигнала чтения MEMR. Одновременная активизация ПЗУ и ОЗУ привела бы к клинчу информации на шине данных и ее полному искажению, что недопустимо.

Рис. 3.48. Организация банка памяти для МП ВМ88:

а) распределение адресов старшей адресной линией;

б) распределение адресов комбинацией старших адресных линий

Для устранения клинча необходимо распределить адресное пространство МП между ПЗУ и ОЗУ, что исключит их одновременную активизацию. Распределение адресного пространства реализуется путем селекции адресных зон по старшим разрядам шины адреса и введением входа выборки каждого ЗУ в целом.

В простейшем случае распределение адресов осуществляется с помощью одной старшей линии адреса, например, A19 (см. рис. 3.48,а). В этом случае все адреса 0.A18A0 относятся к ОЗУ, а 1.A18A0  к ПЗУ. Недостатком такой селекции является равенство адресных зон, выделенных каждому ЗУ.

В общем случае формирование селектирующих сигналов осуществляется с помощью дешифратора, декодирующего состояние нескольких старших адресных линий. При этом схема селекции имеет вид, приведенный на рис. 3.48,б.

Количество старших разрядов адреса n_ст, используемых для селекции, определяется минимальной зоной адресного пространства A_min, выделяемой некоторому ЗУ, в соответствии с формулой: n_ст = n log₂A_min, где n разрядность шины адреса МП.

Пример 3.13.

Определить количество адресных линий, используемых для селекции ЗУ, при требуемом объеме ОЗУ 2 Кбайт, а объеме ПЗУ  8 Кбайт.

Учитывая, что n = 20, A_min = 2K = 2¹¹ байтов, A_max = 8K = 2¹³ байтов, легко получить n_ст = n  log₂A_min = 20  log₂ 2¹¹ = 20  11 = 9. Следовательно, для точной селекции зоны в 2 Кбайт необходимо 9 старших адресных линий.

Рассмотренный вариант организации банка памяти и распределения адресного пространства между ПЗУ и ОЗУ полностью справедлив для МПС на базе МП ВМ88, имеющих единственный банк.

Для МПС на базе МП ВМ86, имеющих два банка памяти, организация банков и распределение адресного пространства осуществляются аналогичным образом и могут быть представлены схемой, приведенной на рис. 3.49. Селектирующие дешифраторы банков памяти стробируются сигналами и A0, что обеспечивает обращение к ним для обмена информацией необходимым образом.

Рис. 3.49. Организация банков памяти для МП ВМ86

Распределение адресного пространства путем использования одной старшей адресной линии (например, A19) в этом случае также возможно, но она должна быть застробирована сигналами и A0 с помощью логических элементов.

Селектирующие дешифраторы DC в банках памяти (см. рис. 3.48.б, 3.49) наиболее удобно выполнять по двухступенчатой схеме. В этом случае старшие разряды адреса n_ст, используемые для селекции, разбиваются на две группы n₁ и n₂ в соответствии с формулами:

n_ст = n₁ + n₂, n₁ = n log₂A_max, n₂ = n_ст n₁,

где A_max  максимальная зона адресного пространства, выделяемая некоторому ЗУ.

Схема селектирующего дешифратора при этом будет иметь вид, приведенный на рис. 3.50,а. Такое распределение соответствует разбиению адресного пространства на K = 2ⁿ¹ максимальных зон, каждая из которых может быть разбита на L = 2ⁿ² минимальных зон (рис. 3.50,б).

Рис. 3.50. Двухступенчатая селекция адресного пространства:

а) схема селектирующего дешифратора;

б) схема распределения адресного пространства

Пример 3.14.

Разделить адресные линии, используемые для селекции ЗУ в примере 3.13, для двухступенчатой реализации селектирующего дешифратора.

Учитывая, что для этого примера n = 20, n_ст = 9, A_max = 2¹³ байтов, легко получить

n₁ = n log₂A_max = 20 13 = 7; n₂ = n_стn₁ = 9 7 = 2.

Таким образом, в разрабатываемой схеме дешифратор первой ступени DC₁ должен декодировать состояния семи самых старших адресных линий A19A13, а дешифратор второй ступени DC₂  состояния двух следующих адресных линий A12A11. При этом адресное пространство будет разбито на 128 максимальных зон по 8 Кбайт, а выбранная максимальная зона будет разбита на 4 минимальных зоны по 2 Кбайт в каждой.

Рассмотренный способ селекции обеспечивает высокую гибкость в распределении адресного пространства. Путем изменения единственной связи можно перемещать ЗУ в любую зону адресного пространства.

Как правило, ОЗУ размещается в самых младших адресах, что определяется положением таблицы векторов прерываний, а ПЗУ  в самых старших адресах адресного пространства, что определяется положением стартовой точки программы. В ячейках ПЗУ, соответствующих стартовой точке программы, должна находиться команда безусловной передачи управления на начало программы.

Пример 3.15.

Построить двухступенчатую схему селекции для примеров 3.13, 3.14 с размещением ОЗУ в самых младших, а ПЗУ  в самых старших адресах адресного пространства.

Очевидно, что при построении селектирующего дешифратора по схеме, приведенной на рис. 3.50,а, для размещения ОЗУ объемом 2 Кбайт в самых младших адресах необходимо соединить его вход выборки с выходом A_min0 дешифратора второй ступени DC₂, вход выборки которого должен быть соединен с выходом A_max0 дешифратора первой ступени DC₁. Для размещения ПЗУ объемом 8 Кбайт в самых старших адресах необходимо соединить его вход выборки с самым последним выходом A_maxK(K = 127) дешифратора первой ступени DC₁.

Очень часто при наличии избыточного адресного пространства для упрощения селектирующего дешифратора используется неполное декодирование селектирующих адресных линий. В этом случае декодируется не вся группа старших адресных линий, а лишь ее часть. Это приводит к дублированию выделенных адресных зон 2^m раз, где m  количество отброшенных старших адресных линий. Наиболее целесообразно исключать из декодирования самые младшие из группы старших адресных линий. Это приведет лишь к расширению селектируемых адресных зон за счет дублирования смежных областей адресного пространства.