Tìm hiểu về ram

136 Bài 10: ram (Random - Access - Memory) A. Phần tóm tắt lý thuyết Rom viết tắt của chữ Read - Only - Memory, có nghĩa Bộ nhớ chỉ đọc số liệu. ram viết tắt của chữ Rardom - Access - Memory có nghĩa Bộ nhớ vừa đọc vừa ghi số liệu. rom và ram là các bộ lu trữ (storage) đợc lắp ráp riêng lẻ hoặc tổ hợp với nhau trên các bảng mạch in lớn trong hệ vi tính. Trong bài này ta chỉ quan tâm đến ram. Có hai loại ram bán dẫn: - ram tĩnh (Static ram). - ram động (Dynamic ram). ram tĩnh đợc xây dựng từ các trigơ lỡng cực (Bipolar trigger) hoặc mos hoặc cmos. Sở dĩ gọi là tĩnh vì sau khi nạp số liệu vào ram này, số liệu đợc lu trữ nguyên vẹn chừng nào nguồn nuôi vẫn đợc duy trì . ram động đợc xây dựng từ các transistor mos hoặc cmos và có thêm tụ điện để lu trữ số liệu. Do có mặt của dòng rò nên sau khi nạp số liệu vào ram này, số liệu vẫn không đợc duy trì đợc nguyên vẹn dù rằng nguồn điện nuôi cha bị ngắt. Do đó, mỗi lần muốn lu trữ số liệu ta phải nạp lại (recharge) hoặc làm tơi lại (refresh). Dù ram tĩnh hay ram động khi nguồn nuôi bị ngắt, số liệu lu trữ đều bị huỷ. Nói khác đi, hầu hết các ram đều mất khả năng nhớ khi không có nguồn điện nuôi mạch. Những ram nh vậy đợc gọi là ram không lu trữ (volatile ram). Một số ram giữ đợc khả năng nhớ đợc gọi là ram lu trữ (nonvolatile ram). Ví dụ ram kiểu cũ cấu tạo từ các xuyến từ (magnetic core) hay ram kiểu mới cấu tạo từ cmos kèm theo acquy Lithium (tuổi thọ 10 năm) thuộc loại ram lu trữ. Bài thực tập này đợc giới hạn trong phạm vi ram tĩnh không lu trữ. 1. Cấu trúc của ram tĩnh (static ram structure) Ram có các đầu vào là đầu địa chỉ (address), đầu số liệu (data), đầu điều khiển (control) và các đầu ra là đầu số liệu. 137 Hình vẽ trên là ký hiệu logic của một ram tĩnh (2 n x b) bit và ram tĩnh 32 bit. Loại 32 bit là loại đơn giản nhất với n = 3 và b = 4. - Đầu vào địa chỉ (Address Input) đợc ký hiệu là A 0 , A 1 A n 1 - Đầu vào số liệu (Data Input) đợc ký hiệu D i0 , D i1 D ib -1 - Đầu ra số liệu (Data Output) đợc ký hiệu D o0 , D o1 D ob -1 - Đầu chọn chip (Chip Selection) : CS - Đầu cho phép ra (Output Enable) : OE - Đầu cho phép ghi (Write Enable) : WE ram tĩnh bao gồm rất nhiều các phần tử tĩnh (static element). Mỗi phần tử tĩnh chứa một phần tử nhớ là trigơ D. Hình dới đây là sơ đồ chức năng của một phần tử tĩnh. 138 Trong mỗi phần tử tĩnh thì in/out là đầu vào/ra số liệu. SEL là đầu chọn (selection). WR là đầu ghi (Write). Phần tử này hoạt động khi sel = 0. - Khi WR = 0 , trigơ D mở và một bit số liệu đợc lu trữ (ghi lại) trong phần tử tĩnh. - Khi WR = 1 , bit số liệu nói trên đợc chuyển đến đầu ra (out). Đầu ra này nối với đờng bit (bit line) của BUS. Tất cả các phần tử tĩnh đợc bố trí trên một dàn (array) và phối hợp với các đờng vào/ra để hình thành ram tĩnh hoàn chỉnh. Hình sau cho ta hình dung cấu trúc của một ram tĩnh 8 x 4 bit, ở đây, cần nắm vững một số từ và ký hiệu viết tắt : 3 - to - 8 decoder : Giải mã vào 3 ra 8. DIN (Data Input) : Đầu vào số liệu DOUT (Data Output) : Đầu ra số liệu WR (Write Enable) : Đầu cho phép ram ghi (số liệu). CS (Chip Selection) : Đầu chọn chip (cho ram) OE (Output Enable) : Đầu cho phép (số liệu) đi ra (khỏi ram Bit line : Đờng bit Word line : Đờng từ nhị phân A 0 , A 1 , A 2 (Adress input ) : Các đầu vào địa chỉ 139 OEWECS Mốt vận hành (Operation Mode) Đầu vào (Input) Đầu ra (Output) 0 0 1 Ghi (Write) số liệu Đợc nối (connected) Thả nổi (floating) 0 1 0 Đọc (Read) số liệu Thả nổi (floating) Đợc nối (connected) 0 1 1 Không làm gì (donothing) Thả nổi (floating) Thả nổi (floating) 1 x x Ngừng (standby) Thả nổi (floating) Thả nổi (floating) x : bất kỳ hoặc không quan tâm Hoạt động của ram tĩnh này theo bảng chân lý trên. Giả sử muốn ghi số liệu 1101 vào địa chỉ 101, ta đặt nh sau : 1,0,0 === OEWECS D = 1101 (tơng ứng với DIN3 DIN2 DIN1 DIN0) 140 A = 101 (tơng ứng với A 2 , A 1 , A 0 ) - Bây giờ muốn ghi một số liệu vào địa chỉ mới thì việc đầu tiên phải chuyển CS = 1, nghĩa là phải cô lập (thả nổi) đầu vào và đầu ra với BUS. Sau khi đặt đúng số liệu D mới và địa chỉ A mới, ta đặt trở lại CS = 0. Vậy là số liệu mới đã đợc ghi vào địa chỉ mới. - Khi cần đọc số liệu từ một địa chỉ nào đó, dĩ nhiên không phải là địa chỉ trống rỗng mà là địa chỉ đã đợc ghi rồi thì việc đầu tiên đặt CS = 1 , đặt đúng địa chỉ A cần tìm, đặt WE = 1 . OE = 0. Bây giờ chuyển CS = 0 , vậy là số liệu từ địa chỉ tìm đã đợc dẫn đến đầu ra để lên BUS. Một số ram hiện nay có chung đầu vào (DIN) và đầu ra (DOUT) để dẫn số liệu. Sự thay đổi chút ít này đợc mô tả theo hình 96a. Ngời đọc cần đổi chiếu lại với cấu trúc ram tĩnh 8 x 4bit đã vẽ trớc đây. Hình 96b là sơ đồ chân nối của một số ram thờng gặp. Ký hiệu DIO là các chân dùng chung cho cả đờng số liệu vào và đờng số liệu ra (DIN và DOUT). A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 IO0 IO1 IO2 IO3 CS WE 2606 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 IO0 IO1 IO2 IO3 CS WE 2606 141 B. Phần thực nghiệm 1. Xây dựng phần tử nhớ của RAM tĩnh RAM tĩnh bao gồm nhiều phần tử tĩnh (static element). Mạch nhớ cho mỗi phần tử là trigơ D. Sau đây chúng ta sẽ xây dựng và nghiên cứu hoạt động một phần tử tĩnh. Sơ đồ thí nghiệm: IN 0V SEL 5V WR 0V D CP Q _ Q OUT Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh các hình trên bằng cách sử dụng: 01 Trigơ D [Digital Basic/Flip - Flops/D] 03 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 01 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 01 Nor DeMorgan [Digital Basics/Gates(DeMorgan)/2-In Nor: DM] 01 Khoá 3 trạng thái [Digital by Function/Buff/Drive 3D/74125 1/4] Trong đó: IN/OUT là đầu vào/ra số liệu SEL là đầu chọn (Selection). SEL = 0 phần tử nhớ hoạt động R/W là đầu ghi, đọc (Write/Read). R/W = 0 ghi dữ liệu, R/W = 1 đọc dữ liệu Chú ý: [ ] Đờng dẫn để lấy linh kiện trong th viện ( ) Ký hiệu phím tắt Bớc 2: 142 - Tiến hành thí nghiệm theo bảng số liệu để ghi và đọc số liệu từ đầu vào số liệu IN. Số liệu lối vào ở đây là số liệu 1 bít IN = 1 hoặc 0. Quan sát giá trị lối ra OUT và điền đầy vào bảng IN RW / SEL Mốt hoạt động OUT 1 0 0 Ghi x x 1 Thả nổi x 1 0 Đọc 0 0 0 Ghi x x 1 Thả nổi x 1 0 Đọc 2. Nghiên cứu sự hoạt động của RAM 2606 RAM 2006 có dung lợng 1024 bít (có 4 bít dữ liệu, 8 bít địa chỉ). Đầu số liệu chung cho cả đầu vào dữ liệu (IN) và đầu ra dữ liệu (OUT). Vậy nên ta dùng thêm các khoá 3 trạng thái để nhập dữ liệu. RAM 2606 chỉ có 2 đầu điều khiển là CS và WE mà không có đầu OE (Output Enable). Ký hiệu logic, bảng chân lý đợc mô tả ở phần phụ lục Sơ đồ thí nghiệm: A0 5V A1 5V In3 0V In1 0V In0 0V In2 0V EN 5V A3 A7 0V A2 5V CS 5V WE 0V Out3 Out2 Out1 Out0 RAM 2606 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 IO0 IO1 IO2 IO3 CS WE Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh các hình trên bằng cách sử dụng: 01 RAM 2606 [User Defined/Macro/RAM 2606] 10 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 04 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 143 04 Khoá 3 trạng thái [Digital by Function/Buff/Drive 3D/74125 1/4] Bớc 2: - Tiến hành thí nghiệm theo bảng số liệu để ghi và đọc số liệu từ các địa chỉ khác nhau. Điền đầy đủ vào bảng số liệu sau: Y/cầu thí nghiệm CS WE EN I 3 I 2 I 3 I 0 O 3 O 2 O 1 O 0 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 Ghi số liệu 1000 2 Vào địa chỉ 0010 2 0 Ghi số liệu 1010 2 Vào địa chỉ 0101 2 0 Ghi số liệu 1110 2 Vào địa chỉ 0111 2 0 Đọc số liệu tại địa chỉ 0010 2 1 Đọc số liệu tại địa chỉ 0101 2 1 Đọc số liệu tại địa chỉ 0111 2 1 Chú ý: - Đầu EN đợc dùng để điều khiển nhập dữ liệu. EN = 0 dữ liệu từ lối vào đợc đa vào các chân I/O của RAM, ngợc lại EN = 1 dữ liệu từ lối vào bị cấm. Nh vậy khi muốn nhập sữ liệu ta phải đặt EN = 0. Còn khi muốn đọc dữ liệu thì ta phải đặt EN = 1. 3. Tổ hợp hai RAM 2606 Với mỗi RAM 2606 chỉ lu trữ đợc số liệu 4 bít. ở bài này chúng ta sẽ tiến hành ghép nối 2 RAM 2606 để có thể lu trữ đợc số liệu 8 bít. Sơ đồ thí nghiệm: 144 EN 0V A3 A7 0V A2 0V A0 0V A1 0V In0 0V In1 0V In2 0V In3 0V In7 0V In6 0V In5 0V In4 0V WE 0V CS 5V Out0Out1Out2Out3 Out7 Out6 Out5 Out4 RAM 2606 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 IO0 IO1 IO2 IO3 CS WE RAM 2606 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 IO0 IO1 IO2 IO3 CS WE Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh các hình trên bằng cách sử dụng: 02 RAM 2606 [User Defined/Macro/RAM 2606] 15 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 08 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 08 Khoá 3 trạng thái [Digital by Function/Buff/Drive 3D/74125 1/4] Bớc 2: - Tiến hành thí nghiệm và điền đầy đủ vào bảng số liệu sau đây: Y/cầu thí nghiệm CS WE EN I 3 I 2 I 3 I 0 I 3 I 2 I 3 I 0 O 3 O 2 O 1 O 0 O 3 O 2 O 1 O 0 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 Ghi số liệu 2A 16 Vào địa chỉ FA 16 0 Ghi số liệu 3C 16 Vào địa chỉ FB 16 0 Đọc số liệu tại địa chỉ FA 16 1 Đọc số liệu tại địa chỉ FB 16 1 Chú ý: 145 - Phải chuyển mã thập lục phân sang mã nhị phân. Ví dụ: FA 16 = 11111010 2 4. Kiểm tra kiến thức Cho sơ đồ chân nối của RAM 6116: - Nói rõ chức năng của từng chân nối của RAM 6116. - Tính dung lợng của RAM này là bao nhiêu bit, byte, kbyte ? - Chuyển mã : Một vài số liệu đã đợc ghi trong RAM theo mã thập lục phân, hãy chuyển chúng sang mã nhị phân và thập phân. 2F 16 = ( . ) 2 = (. . ) 10 D4 16 = ( . ) 2 = (. . ) 10 CF 16 = ( . ) 2 = (. . ) 10 6E 16 = ( . ) 2 = (. . ) 10 53 16 = ( . ) 2 = (. . ) 10 7A 16 = ( . ) 2 = (. . ) 10 [...]... DataSheet các hãng sản xuất IC trên thế giới của một số IC thông dụng sử dụng trong bài thực hành 1 RAM tĩnh CMOS 16 K Tên IC: (CMOS Static 16K RAM) 6116 (CMOS) 2 RAM lỡng cực 64-bit đảo (64-bit TTL bipolar RAM, inverting) Tên IC: 74x189 (TTL) 146 3 RAM lỡng cực 64-bit không đảo (64-bit TTL bipolar RAM, non- inverting) Tên IC: 74x219 (TTL) 147 148 . không lu trữ (volatile ram) . Một số ram giữ đợc khả năng nhớ đợc gọi là ram lu trữ (nonvolatile ram) . Ví dụ ram kiểu cũ cấu tạo từ các xuyến từ (magnetic core) hay ram kiểu mới cấu tạo từ. Dù ram tĩnh hay ram động khi nguồn nuôi bị ngắt, số liệu lu trữ đều bị huỷ. Nói khác đi, hầu hết các ram đều mất khả năng nhớ khi không có nguồn điện nuôi mạch. Những ram nh vậy đợc gọi là ram. ram tĩnh (Static ram) . - ram động (Dynamic ram) . ram tĩnh đợc xây dựng từ các trigơ lỡng cực (Bipolar trigger) hoặc mos hoặc cmos. Sở dĩ gọi là tĩnh vì sau khi nạp số liệu vào ram này, số liệu