ПОСТОЯННЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА, ИХ

РАЗНОВИДНОСТИ. КОНТРОЛЛЕРЫ подготовил: студент гр. 240301 Гаронин Вадим

ЧТО ТАКОЕ ПОСТОЯННЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА? Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергозависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.

ИСТОРИЧЕСКИЕ ТИПЫ ПЗУ

До ЭВМ:

Кулачковый валик (шарманки, музыкальные шкатулки)

ПЗУ на основе потенциалоскопов, моноскопов, лучевых ламп

В ЭВМ:

Штепсельные матрицы

ПЗУ на базе ферритовых колец

ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ ПЗУПостоянные запоминающие устройствастали находить применение в технике задолго до появления ЭВМ и электронныхприборов. В частности, одним из первыхтипов ПЗУ был кулачковый валик, применявшийся в шарманках, музыкальных шкатулках, часах с боем.

С развитием электронной техники и ЭВМ возникла необходимость в быстродействующих ПЗУ. В эпоху вакуумной электроники находили применение ПЗУ на основе потенциалоскопов, моноскопов, лучевых ламп.

При необходимости хранения больших объёмов данных (для ЭВМ первых поколений — несколько десятков килобайт) применялись ПЗУ на базе ферритовых колец (запоминающее устройство, хранящее информацию в виде направления намагниченности небольших ферритовых сердечников).

Именно от этих типов ПЗУ и берёт своё начало термин «прошивка» — логическое состояние ячейки задавалось направлением навивки провода, охватывающего кольцо. Поскольку тонкий провод требовалось протягивать через цепочку ферритовых колец для выполнения этой операции применялись металлические иглы, аналогичные швейным. Да и сама операция наполнения ПЗУ информацией напоминала процесс шитья.

X, Y — провода возбуждения,  S — считывания, Z — запрета

ЭЛЕМЕНТЫ ПАМЯТИ ПЗУ

Неразрушенная перемычка – протекает эмиттерный ток транзистора

Разрушенная перемычка – ток не протекает

Плавкая перемычка (П): - поликристаллический кремний- нихром- другие материалы

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЗУПо типу исполненияМассив данных совмещён с устройством выборки (считывающим устройством), в этом случае массив данных часто в разговоре называется «прошивка»: микросхема ПЗУ; Один из внутренних ресурсов однокристальной микро ЭВМ (микроконтроллера), как правило FlashROM.

Массив данных существует самостоятельно: компакт-диск; перфокарта; перфолента; штрих-код; монтажные «1» и монтажные «0».

По разновидностям микросхем ПЗУПо технологии изготовления кристалла:

ROM — (англ. read-only memory, постоянное запоминающее устройство), масочное ПЗУ, изготавливается фабричным методом. В дальнейшем нет возможности изменить записанные данные.

PROM — (англ. programmable read-only memory, программируемое ПЗУ (ППЗУ)) —ПЗУ, однократно «прошиваемое» пользователем.

Запись информации при помощи последней операции – металлизации.

Схема масочного ПЗУ

Диоды имеют выводы из хромоникелевого сплава (20-30 нм в ширину и 100 нм толщиной)

Схема диодного ПЗУ

Вариант структурной схемы ПЗУ и однократным программированием (PROM)

EEPROM

Структура транзистора с плавающим затвором

УФ

~10-100 раз стирания

EPROM — (англ. erasable programmable read-only memory, перепрограммируемое/репрограммируемое ПЗУ (ПППЗУ/РПЗУ)). Например, содержимое микросхемы К573РФ1 стиралось при помощи ультрафиолетовой лампы. Для прохождения ультрафиолетовых лучей к кристаллу в корпусе микросхемы было предусмотрено окошко с кварцевым стеклом.

EEPROM — (англ. electrically erasable programmable read-only memory, электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ). Память такого типа может стираться и заполняться данными несколько десятков тысяч раз. Используется в твердотельных накопителях. Одной из разновидностей EEPROM является флеш-память (англ. flash memory).

Сток Исток

Линия слов

Лин

ия б

итов - - - - - -

Запись

Плавающийзатвор

Затвор

Запись/стирание/считывание

Сток Исток

Линия слов

Лин

ия б

итов - - - - - -

Стирание

Плавающийзатвор

Затвор

Сток Исток

Линия слов

Лин

ия б

итов

Cчитывание

- - - - - - -Плавающий

затвор

Затвор

ПЗУ на магнитных доменах, например К1602РЦ5, имело сложное устройство выборки и хранило довольно большой объём данных в виде намагниченных областей кристалла, при этом не имея движущихся частей. Обеспечивалось неограниченное количество циклов перезаписи.

Запись на магнитных доменах с помощью магнитной головки

NVRAM, non-volatile memory — «неразрушающаяся» память, строго говоря, не является ПЗУ. Это ОЗУ небольшого объёма, конструктивно совмещённое с батарейкой. В СССР такие устройства часто назывались «Dallas» по имени фирмы, выпустившей их на рынок. В NVRAM современных ЭВМ батарейка уже конструктивно не связана с ОЗУ и может быть заменена.

По виду доступа: С параллельным доступом (parallel mode или random access): такое ПЗУ может быть доступно в системе в адресном пространстве ОЗУ. Например, К573РФ5;

С последовательным доступом: такие ПЗУ часто используются для однократной загрузки констант или прошивки в процессор или ПЛИС, используются для хранения настроек каналов телевизора, и др. Например, 93С46, AT17LV512A.

По способу программирования микросхем (записи в них прошивки): Непрограммируемые ПЗУ; ПЗУ, программируемые только с помощью специального устройства — программатора ПЗУ (как однократно, так и многократно прошиваемые). Использование программатора необходимо, в частности, для подачи нестандартных и относительно высоких напряжений (до +/- 27 В) на специальные выводы.

Внутрисхемно (пере)программируемые ПЗУ (ISP, in-system programming) — такие микросхемы имеют внутри генератор всех необходимых высоких напряжений, и могут быть перепрошиты без программатора и даже без выпайки из печатной платы, программным способом.

МИКРОКОНТРОЛЛЕР Микроконтро́ллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электроннымиустройствами.

Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле

функции процессора и периферийных устройств,

содержит ОЗУ и (или) ПЗУ.

ИСТОРИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ Первый патент на однокристальную микроЭВМ был выдан в 1971 году инженерам М. Кочрену и Г. Буну, сотрудникам американской Texas Instruments. Именно они предложили на одном кристалле разместить не только процессор, но и память с устройствами ввода-вывода.

В 1976 году[1] американская фирма Intel выпускает микроконтроллер i8048. В 1978 году фирма Motorola выпустила свой первый микроконтроллер MC6801, совместимый по системе команд с выпущенным ранее микропроцессором MC6800. Через 4 года, в 1980 году, Intel выпускает следующий микроконтроллер: i8051. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке. С точки зрения технологии микроконтроллер i8051 являлся для своего времени очень сложным изделием — в кристалле было использовано 128 тыс. транзисторов, что в 4 раза превышало количество транзисторов в 16-разрядном микропроцессоре i8086.

СТРУКТУРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

БЛОЧНАЯ ДИАГРАММА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

Память : RAM/ROM, сохранение данныхЦПУ: математические и логические операции,ячейки памяти – регистрыШина: группы 8, 16 или более проводовЭлементы ввода-вывода: порт А, B, C, ввод, вывод и двунаправленные портыWatchdog: автоматический сброс в предыдущее состояниеADC

На сегодняшний день[2] существует более 200 модификаций микроконтроллеров, совместимых с i8051, выпускаемых двумя десятками компаний, и большое количество микроконтроллеров других типов.

ATtiny2313 ATMEGA8 STM32F101V8T6

PIC16F631 16-битный 28-pin PDIP PIC24

В СССР велись разработки оригинальных микроконтроллеров, также осваивался выпуск клонов наиболее удачных зарубежных образцов.

В 1979 году в СССР НИИ ТТ разработали однокристальную 16-разрядную ЭВМ К1801ВЕ1, микроархитектура которой получила название «Электроника НЦ».

К1801ВМ1 в планарном К1801ВМ1 в планарном керамическом корпусе пластиковом корпусе

ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ Программирование микроконтроллеров обычно осуществляется на языке ассемблера или Си, хотя существуют компиляторы для других языков, например, Форта и Бейсика. Используются также встроенные интерпретаторы Бейсика.

Известные компиляторы Си для МК: GNU Compiler Collection — поддерживает ARM, AVR, MSP430 и многие другие архитектуры

Small Device C Compiller — поддерживает множество архитектур

CodeVisionAVR (для AVR)

Для отладки программ используются программные симуляторы (специальные программы для персональных компьютеров, имитирующие работу микроконтроллера), внутрисхемные эмуляторы (электронные устройства, имитирующие микроконтроллер, которые можно подключить вместо него к разрабатываемому встроенному устройству) и отладочный интерфейс, например, JTAG.

Отладка микроконтроллера Atmega16 на языке C в среде IAR

ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ Использование в современном микроконтроллере достаточного мощного вычислительного устройства с широкими возможностями, построенного на одной микросхеме вместо целого набора, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость построенных на его базе устройств.

Используются в управлении различными устройствами и их отдельными блоками:

в вычислительной технике: материнские платы, контроллеры дисководов жестких и гибких дисков, CD и DVD, калькуляторах;

электронике и разнообразных устройствах бытовой техники, в которой используется электронные системы управления — стиральных машинах, микроволновых печах, посудомоечных машинах, телефонах и современных приборах, различных роботах, системах «умный дом», и др..

В промышленности: устройства промышленной автоматики — от программируемого реле и встраиваемых систем до ПЛК,

систем управления станками

В то время как 8-разрядные микропроцессоры общего назначения полностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные микроконтроллеры продолжают широко использоваться. Это объясняется тем, что существует большое количество применений, в которых не требуется высокая производительность, но важна низкая стоимость. В то же время, есть микроконтроллеры, обладающие больши́ми вычислительными возможностями, например, цифровые сигнальные процессоры, применяющиеся для обработки большого потока данных в реальном времени (например, аудио-, видеопотоков).