Лекція 3. Застосування постійних запам'ятовувальних пристроїв

Основними областями застосування ПЗП є:

1. Зберігання програм і даних.

2. Функціональне перетворення:

а) виконання математичних і логічних функцій однієї змінної y = f(x);

б) участь у виконанні функцій над двома та більше вхідними змінними y = f(x₁, x₂, ... );

в) шифратори та дешифратори.

3. Формування цифрових і аналогових сигналів.

3.1. Зберігання даних на прикладі блоку rom-bios pc/xt

Структурна схема ПЗП в PC/XT наведена на рис.3.1. Сигнал АENBRD забезпечує режим роботи прямого доступу до пам’яті (ПДП), оскільки в пасивному режимі (АENBRD=0) шини А0..А7 і D0..D7 використовує центральний процесор (CPU), а в активному режимі ПДП виставляє сигнали А0..А7, D0..D7 безпосередньо на шину X. ROM-програми розміщаються в останніх 64 кБ пам'яті. Тому XА16..XА19=1, а адреси XА13..XА15 обирають одну з восьми МС ПЗП. У молодших семи банках розташовується Basic-система, а останньому банку знаходиться BIOS PC/XT.

При звертанні до пам'яті формується сигнал ROMSEL#, що перемикає МС АП6 на читання пам'яті.

SА║А0..А7 ┌───┐ ║ XА │-XMEMR А0..А12┌────┐

╠═══════>╡ > ╞>═══╬════════════════════════╡ ROM╞═╗

AENBRD ║ 8 │АП5│ ║ ├───────────────┐ │2764│ ║

────┬───────────┤E# │ ║ └─────────┬──┐ │ │ │ ║

│ ║А8..А15 ├───┤ ║XА16..19┌──┐ │ 1│ └──oCS# │ ║

│ ╠═══════>╡ > ╞>═══╬════════╡& o─┬─┤ ├─┐ ├────┤ ║

│ ║ 8 │АП5│ ║ ЛА1└──┘ │ └──┘ │┌──oOE0#│ ║

│ ║ ├─┤E# │ ║ ┌────────┘ ЛЕ1 ││ ├────┤ ║

│ ║А16..А19├───┤ ║XА13│.15┌───┐ИД7 ││ o... │ ║

│ ╠═══════>╡АП5╞>═══╬════════╡ DC├───────│┘ ├────┤ ║

│ ║ 4 ├─┤E# │ ║ │ │ │... │ ┌─oOE7#│ ║

│ └───┘ └───┤E# ├───────│─┘ └────┘ ║

│SD║D0..D7 ┌─────┐ ║ XD └───┘ │ XD0..7 ║

│ ╠══════<╡ <> ╞<══╬════════════════════│══════════╝

│ ║ 8 │ АП6 │ ║ ROMSEL# │

└──────────┤E# DR├────────────────────────┘

└─────┘

Рис. 3.1. Структура ROM-BIOS

3.2. Функціональне перетворення

Функціональний перетворювач y = f(x)

Часто при реалізації цифрового алгоритму необхідно виконати одномісну операцію, наприклад, множення на постійний множник, отримання логарифма або експоненти, зведення у квадрат та ін. У цьому випадку за допомогою ПЗП можна проводити табличне перетворення.

ПЗП програмується таким чином, що адресою записуваних даних є вхідне число x, а самі дані являють собою значення функції f(x). Для виконання перетворення на адресний вхід подають аргумент x і після активізації МС сигналами -CS, -OE з її виходу зчитують результат y(x). Таким чином, досягається висока швидкодія (порядку 10нс) та потрібний ПЗП невеликого обсягу (для 8-розрядних значеннях x - 256 байт).

Прикладом використання одномісного перетворення є вимірник рівня вихідної потужності підсилювача та подання його на цифровому індикаторі у вигляді децибелів потужності (дБп)

Рис. 3.2 Структура вимірника ДБП

Функціональний перетворювач із двома та більше змінними y= f(x1,x2,...)

По суті, аналогічно одноміснії операції можна виконувати і багатомісну операцію y = f(x1,x2,...). У цьому випадку аргументи склеюються в єдине число з кількістю розрядів, рівним сумі розрядів x1, x2 і т.д. І це число є адресою комірки ПЗП. Ясно, що обсяг ПЗУ при цьому значно зростає, тим більше, що результат може мати також підвищене число розрядів. Наприклад, для виконання точного множення 8-розрядних чисел потрібний 16-розрядний адресний простір двохбайтних слів, що становить 128 кБ.

Для порівняння в таблиці 3.1 наведені характеристики різних пристроїв множення. У дужках зазначений час виконання операції при використанні табличних методів обчислення за допомогою ОЗП або кеш-пам'яті.

Таблиця 3.1

Пристрій	Функціональне призначення	ta, нс	Tп, мА
27С210, 64k x 16	ПЗУ	150	60 (4)
КР1802ВР2 8 x 8 КР1802ВР3 8 x 8 КР1802ВР5 16 x 16	Послідовне множення/розподіл Паралельне множення Паралельне множення	940 140 175	300 300 800
IBM PC/XT, 4.8МГц Pentium 200 МГц Pentium 2ГГц DSP AD 100МГц	Множення/розподіл	15000(3000) 40 (20) 4 (2) 20

Як видно, ПЗП може з успіхом конкурувати з відомими спеціалізованими МС апаратного множення. Однак слід зазначити, що після появи апаратних пристроїв множення за КМОН технологією ефективність останніх може бути вищою.

Разом з тим, при виконанні операції наближеного множення використання пристрою на ПЗП може залишитися кращим. Наближеність множення полягає в тому, що розрядність результату обмежується та береться, наприклад, рівною розрядності вхідних чисел. Розглянемо приклади двох таких пристроїв:

1) Оскільки має місце тотожність

,

то пристрій множення може бути реалізоване у вигляді

x1 ═══╦═════╗

║ 8 ┌─v─┐ 8 ┌─────┐ 8 ┌───┐ 8

║ │ + ╞═════>┤ ROM ╞════>┤ - ╞═════> y = x1*x2.

║ └─^─┘ └─────┘ └─^─┘

x2 ═══║═════╣ ║

║ 8 ┌─v─┐ 8 ┌─────┐ 8 ║

╚══>┤ - ╞═════>┤ ROM ╞═══════╝

└───┘ └─────┘

Рис.3.3. Пристрій множення 1

Тут ПЗП виконує операцію зведення у квадрат з розподілом на 4.

2) Через співвідношення x1*x2 = exp(ln x1+ln x2) пристрій множення може мати наступну структуру:

8 ┌─────┐ 8 ┌───┐ 9 ┌─────┐ 8

x1 ═════>┤ ROM ╞════>┤ + ╞════>┤ ROM ╞════> x1*x2 ( x1/x2).

└─────┘ └─^─┘ └─────┘

║

8 ┌─────┐ 8 ║

x2 ═════>┤ ROM ╞═══════╝

└─────┘

Рис. 3.4. Пристрій множення 2

ПЗП до суматора виконують операцію логарифмування, а після суматора - операцію отримання значень експоненти. Якщо замість суматора поставити пристрій вирахування, то вийде пристрій розділення числа x1 на число x2.