Giáo trình kỹ thuật vi xử lý doc

1.3.2 Sơ đồ khối cấu trúc và hoạt động của hệ vi xử lý Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ vi xử lý với các thanh ghi trong và ngoài Nhìn vào sơ đồ khối ta thấy rõ các khối chức năng chính của

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 4

1.1 Các hệ đếm 4

1.1.1 Hệ đếm thập phân (R = 10 hay hệ đếm Decimal) 4

1.1.2 Hệ đếm nhị phân (R = 2 hay hệ đếm Binary) 4

1.1.3 Hệ đếm 16 (R = 16 hay hệ đếm Hexa) 9

1.2 Các hệ thống mã hóa 11

1.2.1 Mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) - mã tiêu chuẩn cho trao đổi thông tin 11

1.2.2 Mã nhị thập phân BCD (Binary Coded Decimal) 13

1.3 Giới thiệu chung về hệ vi xử lý 14

1.3.1 Sự ra đời và phát triển của các bộ vi xử lý 14

1.3.2 Sơ đồ khối cấu trúc và hoạt động của hệ vi xử lý 16

Chương 2 BỘ NHỚ BÁN DẪN 20

2.1 Thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ 20

2.2 Đại cương về vận hành của bộ nhớ 22

2.2.1 Các tác vụ và các nhóm chân của một IC nhớ 22

2.2.2 Giao tiếp giữa IC nhớ và bộ xử lý trung tâm (CPU) 24

2.3 Phân loại bộ nhớ 25

2.3.1 Bộ nhớ cố định 25

2.3.2 Bộ nhớ bán cố định 29

2.3.3 Bộ nhớ đọc/viết 31

2.3.4 Bộ nhớ ngoài 32

2.2 Phân cấp bộ nhớ 32

2.4 Cấu trúc của mạch nhớ tĩnh SRAM 34

2.4.1 Giới thiệu công nghệ 34

2.4.2 Cấu trúc mạch nhớ SRAM 34

2.4 Cấu trúc của mạch nhớ SRAM 42

Câu hỏi và bài tập chương 2 46

Chương 3: CÁC BỘ VI XỬ LÝ 47

3.1 Giới thiệu bộ vi xử lý 8 bit tổng quát 47

3.2 Bộ vi xử lý 8086/8088 47

3.2.1 Giới thiệu cấu trúc bên trong và hoạt động của bộ vi xử lý 8088 47

3.2.2 So sánh 8086 với 8088 56

3.2.3 Cách mã hoá lệnh của bộ vi xử lý 8088 57

3.2.4 Các chế độ địa chỉ của bộ vi xử lý 8088 60

3.2.5 Các tín hiệu của CPU 8088 66

3.2.6 Biểu đồ thời gian của chu kỳ đọc ghi số liệu 71

3.3 Bộ vi xử lý nhúng 8 bit (họ 8051) 73

3.3.1 Đặc điểm của vi điều khiển 8051 73

3.3.2 Sơ đồ chân của MS8051 76

3.4 Giới thiệu các bộ vi xử lý tiên tiến 81

3.4.1 Vi điều khiển AVR 81

Các đặc tính 85

3.4.2 Giới thiệu PsoC 87

Chức năng 87

3.5 Ghép nối bộ vi xử lý và bộ nhớ 90

Chương 4 CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ GHÉP NỐI DỮ LIỆU 92

4.1 Vào/ra số liệu điều khiển vào ngắt 92

4.1.1 Nguyên lý vào/ra điều khiển ngắt 92

4.1.2 Bộ điều khiển ngắt PIC (8259A) 95

4.2 Vào/ra số liệu bằng thâm nhập bộ nhớ trực tiếp DMA 97

4.2.1 Nguyên lý vào/ra bằng DMA 97

4.2.2 Mạch DMAC 8237A 100

4.2.3 Ghép 8088 với DMAC và phương pháp viết lệnh 103

4.3 Bộ đếm lập trình được 104

4.3.1 Sơ đồ khối của bộ lập trình được 104

4.3.2 Các chế độ làm việc của bộ đếm lập trình 104

4.4 Phối ghép vào ra nối tiếp 107

4.4.2 Nguyên lý vào ra nối tiếp 107

4.4.2 Mạch thu phát thông tin nối tiếp USART(8251A) 109

Dị bộ 111

Độ dài ký tự 111

Đồng bộ 111

4.5 Phối ghép với thiết bị vào/ra qua cổng song song 113

4.5.1 Ghép nối song song đơn giản 113

4.5.2 Mạch phối ghép vào/ra song song lập trình được PPI 113

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG VI XỬ LÝ 117

5.1 Thiết kế phần cứng 117

5.2 Thiết kế phần mềm 119

5.2.1 ROM Mapping 119

5.2.2 RAM Mapping 120

5.3 Thiết kế các chương trình hệ thống 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO 121

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG

Một số N trong một hệ đếm bất kỳ có n+l chữ số , trong đó gồm n chữ số thuộc phần nguyên và l chữ số thuộc phần thập phân, được triển khai theo công thức tổng quát:

1

n

k k

Theo công thức trên, các số được biểu diễn trong các hệ đếm khác nhau sẽ như sau:

1.1.1 Hệ đếm thập phân (R = 10 hay hệ đếm Decimal)

Mỗi ký hiệu 0 hoặc 1 được gọi là được gọi là 1 Bit (Binary Digit – chữ số nhị phân) Kích cỡ của một số nhị phân là số bit của nó Most significant Bit (MSB): Bit quan trọng nhất (bit cao nhất), bit ngoài cùng bên trái Least significant Bit (LSB): Bit ít quan trọng

nhất (bit thấp nhất), bit ngoài cùng bên phải

Ví dụ: 1 0 1 0 1 0 1 0 là một số nhị phân 8 bit

MSB LSB

a) Số nhị phân không dấu

- Chỉ biểu diễn được các giá trị không âm ( ≥ 0)

- Với n bit có thể biểu diễn được các giá trị từ 0 đến 2n – 1

Ví dụ: Giá trị V của một số nhị phân không dấu 1101 được tính:

Ví dụ: Viết mã nhị phân của số từ 0 đến 15

* Chuyển đổi thập phân sang nhị phân

Ví dụ: Chuyển 2510 sang nhị phân không dấu

Dùng phương pháp chia 2 liên tiếp, chia tới khi kết quả thương bằng 0 thì dừng và viết phần dư theo chiều ngược lại, kết quả là biểu diễn nhị phân của số thập phân

Ví dụ: Chuyển đổi số 0.8125 thành số nhị phân

Thực hiện phép nhân liên tiếp với 2, phần nguyên của tích bao giờ cũng là các giá trị hoặc bằng “0” hoặc bằng “1”, thu đƣợc kết quả sau:

Kết quả: 0.1101

Lưu ý: Quá trình biến đổi này kết thúc khi phần phân số của tích số bằng 0, tuy

nhiên, nếu quá kéo dài, tuỳ theo yêu cầu của độ chính xác dữ liệu khi tính toán và xử lý,

có thể bỏ qua

b) Số nhị phân có dấu

- Biểu diễn đƣợc tất cả giá trị âm Nó còn gọi là số bù 2

- Với n bit có thể biểu diễn đƣợc các giá trị từ -2(n-1) đến 2(n-1) -1

Ví dụ: Giá trị V của một số nhị phân có dấu 1101 đƣợc tính:

* Tìm đối số (lấy bù 2)

Tổng của một số với đối số của nó bằng 0

Ví dụ: Tìm đối số của số nhị phân có dấu 10011101

* Chuyển số thập phân sang nhị phân có dấu

- Với số dương: giống nhƣ chuyển thập phân sang nhị phân không dấu rồi thêm bit 0 vào

phía ngoài cùng bên trái

Ví dụ: Chuyển 25 sang số nhị phân có dấu

Kết quả: 011001

bit thêm vào

- Với số âm: Chuyển đối số sang nhị phân có dấu rồi lấy bù 2

Ví dụ: Chuyển -26 sang nhị phân

Chú ý:

- Trong hệ nhị phân có dấu số âm có bit MSB bằng 1, số dương có bit MSB bằng 0

- Trong hệ nhị phân có dấu số âm là số bù 2 của số dương tương ứng

c) Đơn vị

Bit: Một chữ số nhị phân 0 hoặc 1

Nibble: 4 bit (nửa byte)

Byte: 8 bit (còn gọi là Octet)

Mỗi ký hiệu tương đương với 4 bit

* Chuyển đổi Hexa và nhị phân

Từ dạng Hexa chuyển đổi sang dạng nhị phân thì ta biểu diễn 1 số dạng hexa bằng

4 bit nhị phân

Ngược lại muốn chuyển đổi từ số nhị phân sang số Hexa thì ta nhóm 4 bit nhị phân

từ trái qua phải, nếu cuối cùng không đủ 4 bit thì ta thêm bit 0 ở đầu để đủ Mỗi nhóm 4 bit nhóm được sẽ biểu diễn một số dạng Hexa

Ví dụ: Chuyển số hexa 2F8 và ABBA sang số nhị phân

Thay thế mỗi ký hiệu hexa bằng 4 bit tương ứng với nó

1010 1011 1011 1010

Kết quả: 2F8 = 001011111000b

ABBA = 1010101110111010b

Ví dụ: Chuyển số nhị phân 1100101011111110 sang số hexa

- Trước hết theo hướng từ LSB về MSB chia số nhị phân đó thành nhóm 4 bit

- Sau đó thay thế mỗi nhóm 4 bit bằng ký hiệu hexa tương ứng với nó

255 là các ký tự đặc biệt ) nên mỗi ký tự cần 8 bit để mã hóa Khi tra các bảng này ta đọc

mã của ký tự theo thứ tự cột – hàng

Mỗi ký tự được biểu diễn bằng 8 bit gọi là mã ASCII của ký tự đó

- Các chữ cái in và thường: A…Z và a…z

- Các chữ số thập phân: 0, 1, …, 9

- Các dấu chấm câu: ; , : v.v…

- Các ký tự điều khiển: carriage return (CR), line feed (LF), beep, …

Với bảng mã được sắp xếp theo trật tự tăng dần của mã ASCII

- Các chữ số thập phân: 0, 1, …, 9 nằm liên tiếp nhau, chữ số 0 có mã ASCII là 30h

- Các chữ cái in: A…Z nằm liên tiếp nhau, chữ A có mã ASCII là 41h

- Các chữ cái thường: a…z nằm liên tiếp nhau, chữ a có mã ASCII là 61h

- Mã ASCII của chữ in và chữ thường tương ứng chỉ khác nhau ở bit 6

A: 01000001 B: 01000010 Z: 01011010

a: 01100001 b: 01100010 z: 01111010

- 32 ký tự điều khiển được xếp đầu bảng mã (00h đến 1Fh)

Bảng mã ASCII tiêu chuẩn

| Dec 0 16 32 48 64 80 96 112 ROW | Bin 000 001 010 011 100 101 110 111 Dec Bin Hex | Hex 0 10 20 30 40 50 60 70 -+ -

0 0000 0 | NUL DLE SP 0 @ P ` p |

1 0001 1 | SOH XON ! 1 A Q a q |

2 0010 2 | STX DC2 " 2 B R b r |

3 0011 3 | ETX XOFF # 3 C S c s |

4 0100 4 | EOT DC4 $ 4 D T d t |

5 0101 5 | ENQ NAK % 5 E U e u |

6 0110 6 | ACK SYN & 6 F V f v |

7 0111 7 | BEL ETB ' 7 G W g w |

8 1000 8 | BS CAN ( 8 H X h x |

9 1001 9 | HT EM ) 9 I Y i y |

1.2.2 Mã nhị thập phân BCD (Binary Coded Decimal)

Mã BCD dùng để mã hóa các số thập phân bằng các ký hiệu nhị phân Mỗi chữ số thập phân đƣợc biểu diễn bằng một tổ hợp 4 bit

Các tổ hợp 4 bit không sử dụng gọi là các tổ hợp cấm

Nhiều linh kiện điện tử sử dụng mã này, ví dụ nhƣ bộ giải mã BCD – LED bảy đoạn

7447

Bảng mã BCD

Chú ý: Đừng nhầm mã hóa BCD với việc chuyển đổi thập phân sang nhị phân

Ví dụ: Cho số thập phân 15

Mã BCD của nó là: 00010101

Số nhị phân không dấu 8 bit tương ứng là: 00001111

1.3 Giới thiệu chung về hệ vi xử lý

1.3.1 Sự ra đời và phát triển của các bộ vi xử lý

a) Thế hệ 1 (1971 -1973)

Năm 1971, Intel đã cho ra bộ vi xử lý đầu tiên là 4004 (4 bit số liệu, 12 bit địa chỉ)

Sau Intel và các nhà sản xuất khác cũng cho ra đời bộ vi xử lý khác: 4040, 8008 của Intel

PPS – 4, IPM – 16 Đặc điểm chung của các vi xử lý này:

- Chế tạo theo công nghệ NMOS (có mật độ phân tử nhớ lớn hơn PMOS)

- Tập lệnh phong phú, khả năng quản lý bộ nhớ 64 KB

- Có khả năng phân biệt 256 địa chỉ thiết bị ngoại vi

- Ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

- Công nghệ chế tạo NMOS hoặc CMOS, tiếc kiệm điện năng

- Tốc độ 1 –8 µs /lệnh, tốc độ xung đồng hồ 1 – 5 MHz

c) Thế hệ 3 (1978 – 1982)

Bộ vi xử lý là các vi xử lý 16 bit 8086, 186, 286 của Intel hoặc 68000, 68010 của Motolora Đặc điểm:

- Chế tạo theo công nghệ HMOS, là cải tiến của NMOS

- Có các lệnh nhân, chia và thao tác với các chuỗi ký tự

- Khả năng quản lý bộ nhớ từ 1- 16 MB và 64 K địa chỉ thiết bị ngoại vi

- Sản xuất theo công nghệ HMOS

- Có khả năng làm việc với bộ nhớ ảo

- Cơ chế xử lý xen kẽ liên tục dòng mã lệnh, bộ nhớ cache

- Có bộ quản lý bộ nhớ và nhiều bộ đồng xử lý toán học bên trong

- Công nghệ sản xuất HCMOS

- Tất cả đều có bộ đồng xử lý toán học, bộ quản lý bộ nhớ MMU

Chú ý: Một số thông số của các bộ vi xử lý (xem thêm bảng 2.1 sách vxl)

Ngoài các bộ vi xử lý được dùng để xây dựng các máy tính với tập lệnh đầy đủ (Complex Instruction Set Computer – CISC) ở trên, còn các bộ vi xử lý cải tiến dùng để xây dựng các máy tính với tập lênh rút gọn (reduced RISC) với nhiều tính năng có thể so sánh với các máy tính thế hệ trước Các vi xử lý RISC là sự bắt đầu cho một thế hệ khác

trong sự phát triển của các bộ vi xử lý

1.3.2 Sơ đồ khối cấu trúc và hoạt động của hệ vi xử lý

Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ vi xử lý với các thanh ghi trong và ngoài

Nhìn vào sơ đồ khối ta thấy rõ các khối chức năng chính của hệ vi xử lý bao gồm:

- Khối xử lý trung tâm

- Bộ nhớ

- Khối phối ghép vào ra (I/O)

- Các bus truyền thông tin

Bộ vi xử lý (Microprocessor) hay còn gọi là CPU (Central Processing Unit – Đơn vị xử

lý trung tâm) đóng vai trò chủ đạo trong hệ vi xử lý Đây là một vi mạch điện tử có độ tích hợp rất cao Khi hoạt động, CPU đọc các mã lệnh được ghi dưới dạng các bit 0 và bit

1 từ bộ nhớ, sau đó CPU sẽ giải mã các lệnh này thành dãy các xung điều khiển ứng với các thao tác trong lệnh để điều khiển các khối thực hiện từng bước các thao tác đó CPU bao gồm tập hợp các khối mạch logic điều khiển, nó có chức năng giải mã lệnh và tạo các tín hiệu điều khiển hoạt động của toàn hệ thống, gọi là đơn vị điều khiển (CU - Control Unit); các mạch logic thực hiện các phép tính số học và logic, gọi là đơn vị số học – logic (ALU - Arithmetic and Logic Unit) và tập hợp các thanh ghi (Registers) có khả năng lưu trữ tạm thời, trao đổi dữ liệu, xử lý dữ liệu với mức độ tích hợp khac nhau

Bộ nhớ bán dẫn (bộ nhớ trong) là bộ phận rất quan trọng của hệ vi xử lý ROM có thể chứa các chương trình điều khiển hoạt động của toàn hệ thống khi bật điện thì CPU có thể lấy lệnh từ đây mà khởi động hệ thống Một phần của chương trình điều khiển hệ thống, các chương trình ứng dụng, dữ liệu cùng các kết quả chương trình thường được lưu trữ

trong RAM Khi mất điện thì các dữ liệu lưu trữ trong RAM bị mất, do đó dữ liệu và chương trình muốn lưu trữ lâu dài sẽ được đặt ở bộ nhớ ngoài

Khối phối hợp ghép vào/ra (I/O – input/output) tạo ra khả năng giao tiếp giữa hệ vi xử

lý với thế giới bên ngoài Các thiết bị bên ngoài như bàn phim, chuột, máy in, ADC, DAC…đều liên hệ với vi xử lý qua bộ phận này Bộ phận phối ghép giữa bus hệ thống với thế giới bên ngoài thường gọi là cổng

Ba chức năng đầu liên hệ với nhau thông qua tập các đường dây để truyền tín hiệu gọi chung là bus hệ thống Bus hệ thống bao gồm 3 loại: Bus địa chỉ, bus dữ liệu, bus điều khiển

- Bus địa chỉ thường có từ 16, 20, 24 đến 32 đường dây song song mang thông tin về địa chỉ của ô nhớ hay một thiết bị vào ra mà CPU đang trao đổi thông tin Thông tin về địa chỉ là do CPU phát ra chọn một ô nhớ hoặc một thiết bị vào/ra mà nó cần trao đổi thong tin Khi đọc/ghi CPU sẽ đưa ra trên bus này địa chỉ của ô nhớ liên quan Khả năng phân biệt địa chỉ của CPU phụ thuộc vào số chân địa chỉ Giả sử số chân địa chỉ là n thì số

ô nhớ sẽ được định địa chỉ là: 2n Khi đọc /ghi với các cổng vào/ra CPU cũng đưa ra trên bus địa chỉ các bit địa chỉ tương ứng của cổng Chỉ có CPU mới có khả năng đưa ra địa chỉ trên bus địa chỉ (trừ mạch DMA Controller)

- Bus dữ liệu thường có từ 8, 16, 20, 24, 32 đến 64 đường dây tuỳ theo các bộ vi xử lý

cụ thể Số lượng đường dây này quyết định số bit dữ liệu mà CPU có khả năng xử lý đồng thời Chiều mũi tên trên hình vẽ chỉ ra rằng dây là bus 2 chiều Các phần tử có đầu ra nối thẳng tới bus dữ liệu đều phải trang bị đầu ra 3 trạng thái để có thể ghép vào được và hoạt động bình thường với bus này

- Bus điều khiển thường gồm hàng chục đường dây mang tín hiệu điều khiển khác nhau, nó dùng để truyền tín hiệu điều khiển để điều khiển hoạt động từ vi xử lý tới các khối MEMORY, I/O và lấy trạng thái của chúng Mỗi tín hiệu điều khiển có một chiều nhất định

Hoạt động của hệ thống vi xử lý: Trong khi hoạt động và tại một thời điểm nhất định,

về mặt chức năng của mỗi khối trong hệ thống trên giống như các thanh ghi trong hoặc

các thanh ghi ngoài Hoạt động của toàn hệ thống thực chất là sự phối hợp hoạt động của các thanh ghi trong và ngoài để thực hiện sự biến đổi dữ liệu hoặc thay đổi dữ liệu theo các yêu cầu đã xác định trước

Một lệnh của vi xử lý là chuỗi các bit 0 và 1 cung cấp cho vi xử lý để nó thực hiện một chức năng cơ bản Chương trình của hệ thống vi xử lý là tập hợp các lệnh được sắp xếp theo giải thuật của một bài toán hay một công việc nào đó

Máy tính PC ngày nay

Hình 1.2: Sơ đồ máy tính PC ngày nay

Máy tính ngày nay gồm các thành phần được nối ghép với nhau qua các chipset Kiến trúc này nhằm mục đích phân chia các thành phần có tốc độ làm việc tương đương nhau

vào cùng một nhóm nhằm khai thác triệt để khả năng hoạt động của CPU và mọi thành phần trong hệ thống

Chipset là một chip tích hợp chức năng của nhiều con chíp làm nhiệm vụ điều khiển hoạt động giữa CPU và các lớp bộ nhớ

Câu hỏi ôn tập chương 1

1 Tại sao phải sử dụng các hệ đếm khác nhau trong khi làm việc với máy tính PC ?

2 Trình bày các hệ đếm cơ bản sử dụng trong máy tính (hệ 10, hệ 2, hệ 8, hệ 16, hệ BCD)

3 Sự phát triển của các thế hệ VXL? Tại sao nói sự ra đời của Pentitum đã đánh dấu bước ngoặt trong lịch sử phát triển của bộ VXL ?

4 Sơ đồ bộ VXL kinh điển (các thành phần, cấu tạo, hoạt động)? có thể có các biến thể của sơ đồ này không?

2.1 Thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ

Để tìm hiểu cấu tạo, hoạt động của bộ nhớ chúng ta bắt đầu với một số thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ

- Tế bào nhớ: là linh kiện hay một mạch điện tử dùng để lưu trữ một bit đơn (0 hay

1) Thí dụ của một tế bào nhớ bao gồm: mạch FF (flip-flop), tụ được tích điện, một điểm trên băng từ hay đĩa từ

- Từ nhớ: là một nhóm các bit (tế bào) trong bộ nhớ dùng biểu diễn các lệnh hay dữ

liệu dưới dạng một số nhị phân Thí dụ một thanh ghi 8 FF là một phần tử nhớ lưu trữ từ 8 bit Kích thước của từ nhớ trong các máy tính hiện đại có chiều dài từ 4 đến 64 bit

- Byte: từ 8 bit, đây là kích thước thường dùng của từ nhớ trong các máy vi tính

- Dung lượng: chỉ số lượng bit có thể lưu trữ trong bộ nhớ Thí dụ bộ nhớ có khả

năng lưu trữ 4.096 từ nhớ 20 bit, dung lượng của nó là (4096 x 20 = 81920 bit)

- Địa chỉ: là số nhị phân dùng xác định vị trí của từ nhớ trong bộ nhớ Mỗi từ nhớ

được lưu trong bộ nhớ tại một địa chỉ duy nhất Địa chỉ luôn luôn được biểu diễn bởi số nhị phân, tuy nhiên để thuận tiện người ta có thể dùng số hex hay thập phân, bát phân

- Tác vụ đọc: (Read, còn gọi là fetch), một từ nhớ tại một vị trí nào đó trong bộ nhớ

được truy xuất và chuyển sang một thiết bị khác

- Tác vụ viết: (ghi, Write, còn gọi là store), một từ mới được đặt vào một vị trí trong

bộ nhớ, khi một từ mới được viết vào thì từ cũ mất đi

- Thời gian truy xuất (access time): số đo tốc độ hoạt động của bộ nhớ, ký hiệu tACC

.Đó là thời gian cần để hoàn tất một tác vụ đọc Chính xác đó là thời gian từ khi bộ nhớ nhận một địa chỉ mới cho tới lúc dữ liệu khả dụng ở ngã ra bộ nhớ

- Bộ nhớ không vĩnh cữu (volatile): Bộ nhớ cần nguồn điện để lưu trữ thông tin Khi

ngắt điện, thông tin lưu trữ bị mất Hầu hết bộ nhớ bán dẫn là loại không vĩnh cữu, trong khi bộ nhớ từ là loại vĩnh cữu (nonvolatile)

- Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (Random Access Memory, RAM): Khi cần truy xuất

một địa chỉ ta tới ngay địa chỉ đó Vậy thời gian đọc hay viết dữ liệu vào các vị trí nhớ khác nhau trong bộ nhớ không tùy thuộc vào vị trí nhớ Nói cách khác, thời gian truy xuất như nhau đối với mọi vị trí nhớ Hầu hết bộ nhớ bán dẫn và nhẫn từ (bộ nhớ trong của máy tính trước khi bộ nhớ bán dẫn ra đời) là loại truy xuất ngẫu nhiên

- Bộ nhớ truy xuất tuần tự (Sequential Access Memory, SAM): Khi cần truy xuất một

địa chỉ ta phải lướt qua các địa chỉ trước nó Như vậy thời gian đọc và viết dữ liệu ở những vị trí khác nhau thì khác nhau Những thí dụ của bộ nhớ này là băng từ, đĩa từ Tốc

độ làm việc của loại bộ nhớ này thường chậm so với bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên

- Bộ nhớ đọc/viết (Read/Write Memory, RWM): Bộ nhớ có thể viết vào và đọc ra

- Bộ nhớ chỉ đọc (Read-Only Memory, ROM: là bộ nhớ mà tỉ lệ tác vụ đọc trên tác vụ

ghi rất lớn Về mặt kỹ thuật, một ROM có thể được ghi chỉ một lần ở nơi sản xuất và sau

đó thông tin chỉ có thể được đọc ra từ bộ nhớ Có loại ROM có thể được ghi nhiều lần nhưng tác vụ ghi khá phức tạp hơn là tác vụ đọc ROM thuộc loại bộ nhớ vĩnh cữu và dữ liệu được lưu giữ khi đã cắt nguồn điện

- Bộ nhớ tĩnh (Static Memory Devices): là bộ nhớ bán dẫn trong đó dữ liệu đã lưu trữ

được duy trì cho đến khi nào còn nguồn nuôi

- Bộ nhớ động (Dynamic Memory Devices): là bộ nhớ bán dẫn trong đó dữ liệu đã lưu

trữ muốn tồn tại phải được ghi lại theo chu kỳ Tác vụ ghi lại được gọi là làm tươi (refresh)

- Bộ nhớ trong (Internal Memory): Chỉ bộ nhớ chính của máy tính Nó lưu trữ các

lệnh và dữ liệu mà CPU dùng thường xuyên khi hoạt động

- Bộ nhớ khối (Mass Memory): Còn gọi là bộ nhớ phụ, nó chứa một lượng thông tin

rất lớn ở bên ngoài máy tính Tốc độ truy xuất trên bộ nhớ này thường chậm và nó thuộc loại vĩnh cữu

2.2 Đại cương về vận hành của bộ nhớ

2.2.1 Các tác vụ và các nhóm chân của một IC nhớ

Mặc dù mỗi loại bộ nhớ có hoạt động bên trong khác nhau, nhưng chúng có chung một số nguyên tắc vận hành mà chúng ta có thể tìm hiểu sơ lược trước khi đi vào nghiên cứu từng loại bộ nhớ

Mỗi hệ thống nhớ luôn có một số yêu cầu ở các ngã vào và ra để hoàn thành một số tác vụ:

- Chọn địa chỉ trong bộ nhớ để truy xuất (đọc hoặc viết)

- Chọn tác vụ đọc hoặc viết để thực hiện

- Cung cấp dữ liệu để lưu vào bộ nhớ trong tác vụ viết

- Gửi dữ liệu ra từ bộ nhớ trong tác vụ đọc

- Cho phép (Enable) (hay Không, Disable) bộ nhớ đáp ứng (hay không) đối với lệnh đọc/ghi ở địa chỉ đã gọi đến

Từ các tác vụ kể trên, ta có thể hình dung mỗi IC nhớ có một số ngã vào ra như sau:

- Ngã vào địa chỉ: mỗi vị trí nhớ xác định bởi một địa chỉ duy nhất, khi cần đọc dữ liệu ra hoặc ghi dữ liệu vào ta phải tác động vào chân địa chỉ của vị trí nhớ đó Một IC có

n chân địa chỉ sẽ có 2n vị trí nhớ Ký hiệu các chân địa chỉ là A0 đến An-1 Một IC có 10 chân đị chỉ sẽ có 1024 (1K) vị trí nhớ

- Ngã vào/ra dữ liệu: Các chân dữ liệu là các ngã vào/ra, nghĩa là dữ liệu luôn được

xử lý theo hai chiều Thường thì dữ liệu vào/ra chung trên một chân nên các ngã này thuộc loại ngã ra 3 trạng thái Số chân địa chỉ và dữ liệu của một IC xác định dung lượng

nhớ của IC đó Thí dụ một IC nhớ có 10 chân địa chỉ và 8 chân dữ liệu thì dung lượng nhớ của IC đó là 210 x 8 =1Kx8 (8K bit hoặc 1K Byte)

- Các ngã vào điều khiển: Mỗi khi IC nhớ được chọn hoặc có yêu cầu xuất nhập dữ liệu các chân tương ứng sẽ được tác động Ta có thể kể ra một số ngã vào điều khiển:

* CS: Chip select - Chọn chip - Khi chân này xuống thấp IC được chọn

* CE: Chip Enable - Cho phép chip - Chức năng như chân CS

* OE: Output Enable - Cho phép xuất - Dùng khi đọc dữ liệu

* R/W : Read/Write - Đọc/Viết - Cho phép đọc dữ liệu ra khi ở mức cao và ghi

dữ liệu vào khi ở mức thấp

* CAS: Column Address Strobe - Chốt địa chỉ cột

* RAS: Row Address Strobe - Chốt địa chỉ hàng

Trong trường hợp chip nhớ có dung lượng lớn, để giảm kích thước của mạch giải

mã địa chỉ bên trong IC, người ta chia số chân ra làm 2: địa chỉ hàng và địa chỉ cột Như vậy phải dùng 2 mạch giải mã địa chỉ nhưng mỗi mạch nhỏ hơn rất nhiều Thí dụ với 10 chân địa chỉ, thay vì dùng 1 mạch giải mã 10 đường sang 1024 đường, người ta dùng 2 mạch giải mã 5 đường sang 32 đường, hai mạch này rất đơn giản so với một mạch kia Một vị trí nhớ bây giờ có 2 địa chỉ: hàng và cột, dĩ nhiên muốn truy xuất một vị trí nhớ phải có đủ 2 địa chỉ nhờ 2 tín hiệu RAS và CAS

(Hình 2.1) cho thấy cách vẽ các nhóm chân của IC nhớ (m chân địa chỉ và n chân

dữ liệu) (Hình 2.1b) và (Hình 2.1c) vẽ các chân địa chỉ và dữ liệu dưới dạng các Bus (Hình 2.1b) được dùng trong các sơ đồ chi tiết và (Hình 2.1c) được dùng trong các sơ đồ khối

Hình 2.1: Cách vẽ nhóm chân IC nhớ

2.2.2 Giao tiếp giữa IC nhớ và bộ xử lý trung tâm (CPU)

Trong hệ thống mọi hoạt động có liên quan đến IC nhớ đều do bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit, CPU) quản lý Giao tiếp giữa IC nhớ và CPU mô tả ở (Hình 2.2)

Hình 2.2: Giao tiếp giữa IC nhớ và CPU

Một tác vụ có liên quan đến bộ nhớ được CPU thực hiện theo các bước:

- Đặt địa chỉ quan hệ lên bus địa chỉ

- Đặt tín hiệu điều khiển lên bus điều khiển

- Dữ liệu khả dụng xuất hiện trên bus dữ liệu, sẵn sàng để ghi vào hoặc đọc ra

Để hoạt động của IC đồng bộ, các bước trên phải tuân thủ giản đồ thời gian của từng

IC nhớ (sẽ đề cập đến khi xét các loại bộ nhớ)

Ngoài ra, để giảm mức độ cồng kềnh của mạch giải mã, mỗi vị trí nhớ có thể được xác định bởi 2 đường địa chỉ : đường địa chỉ hàng và đường địa chỉ cột và trong bộ nhớ

có 2 mạch giải mã nhưng mỗi mạch có số ngã vào bằng 1/2 số đường địa chỉ của cả bộ nhớ

a) ROM mặt nạ (Mask Programmed ROM, MROM)

Đây là loại ROM được chế tạo để thực hiện một công việc cụ thể như các bảng tính, bảng lượng giác, bảng logarit ngay sau khi xuất xưởng Nói cách khác, các tế bào nhớ trong ma trận nhớ đã được tạo ra theo một chương trình đã xác định trước bằng phương pháp mặt nạ: đưa vào các linh kiện điện tử nối từ đường từ qua đường bít để tạo

ra một giá trị bit và để trống cho giá trị bit ngược lại

- Hình 2.4 là mô hình của một MROM trong đó các ô vuông là nơi chứa (hay không) một linh kiện (diod, transistor BJT hay MOSFET) để tạo bit Mỗi ngã ra của mạch giải

mã địa chỉ gọi là đường từ và đường nối tế bào nhớ ra ngoài gọi là đường bit Khi đường

từ lên mức cao thì tế bào nhớ hoặc từ nhớ được chọn

Hình 2.4: Mô hình của một MROM

Nếu tế bào nhớ là Diod hoặc BJT thì sự hiện diện của l (lúc này đường từ lên cao, Transsisstor hoặc diod dẫn, dòng điện ở hai đầu điện trở) còn vị trí nhớ trống tương ứng với bit 0

Đối với loại linh kiện MOSFET thì ngược lại, nghĩa là sự hiện diện của linh kiện tương ứng với bit 0 còn vị trí nhớ trống tương ứng với bit 1 (muốn có kết quả như loại BJT thì thêm ở ngã ra các cổng đảo)

Hình 2.5 là một thí dụ bộ nhớ MROM có dung lượng 16x1 với các mạch giải mã hàng và cột (các mạch giải mã 2 đường sang 4 đường của hàng và cột đều dùng Transistor MOS và có cùng cấu trúc)

Trong thực tế, để đơn giản cho việc thực hiện, ở mỗi vị trí nhớ người ta đều cho vào một transistor MOS Nhưng ở những vị trí ứng với bit 1 các transistor MOS được chế tạo với lớp SiO2 dầy hơn làm tăng điện thế ngưỡng của nó lên, kết quả là transistor MOS này luôn luôn không dẫn điện (Hình 2.6), các transistor khác dẫn điện bình thường

Hình 2.5: Bộ nhớ MROM có dung lượng 16x1 với các mạch giải mã hàng và cột

Hình 2.6: Các vị trí 1 ứng với MOSFEET

Hình 2.7: Cấu trúc ROM

b) ROM lập trình được (Programmable ROM, PROM)

Có cấu tạo giống MROM nhưng ở mỗi vị trí nhớ đều có linh kiện nối với cầu chì Như vậy khi xuất xưởng các ROM này đều chứa cùng một loại bit (gọi là ROM trắng), lúc sử dụng người lập trình thay đổi các bit mong muốn bằng cách phá vỡ cầu chì ở các vị trí tương ứng với bit đó Một khi cầu chì đã bị phá vỡ thì không thể nối lại được do đó

loại ROM này cho phép lập trình một lần duy nhất để sử dụng, nếu bị lỗi không thể sửa chữa được (Hình 2.8)

Hình 2.8: Cấu tạo của một vị trí nhớ PROM

2.3.2 Bộ nhớ bán cố định

a) Bộ nhớ EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory )

EPROM (Erasable Programmable ROM): Có cấu tạo đặc biệt dựa trên nguyên tắc làm việc của tranzito trường có cực điều khiển và thờm cửa nổi Việc nạp chương trình cho EPROM được thực hiện bằng điện Xoá chương trình bằng tia cực tím, do tia cực tím ảnh hưởng đến cực nguồn và cực máng Bộ nhớ EPROM có thể ghi lại được

Hình 2.9: Cấu trúc của một EPROM

Trong ô nhớ dùng tranzito này, cực cửa (Gate) được nối với đường từ, cực máng (Drain) nối với đường bit và cực nguồn (Sounce) nối với nguồn chuẩn được coi là nguồn cho mức logic 1 Khác với tranzito MOS bình thường, ở đây có thêm 1 cửa gọi là cửa nổi

(Floating Gate); Đó là một vùng vật liệu được thêm vào giữa lớp cách điện cao như hình trên Nếu cửa nổi không có điện tích thì không có ảnh hưởng gì tới cực cửa điều khiển (Control Gate) và tranzito hoạt động bình thường Tức là khi dây từ được kích hoạt (cực cửa có điện tích dương) thì tranzito thông, cực máng và cực nguồn được nối với nhau qua kênh dẫn và dây bit có mức logic 1 Nếu cửa nổi có các điện tử trong đó với các điện tích

âm, chúng sẽ ngăn từ trường điện điều khiển của cực điều khiển và dù dây từ có được kích hoạt thì cũng không thể phát ra trường đủ mạnh với cực cửa điều khiển để làm thông tranzito Lúc này đường dây bit không được nối với nguồn chuẩn và ô nhớ được coi như giữ giá trị logic 0

Việc nạp các điện tử vào cửa nổi, tức là tạo ra các ô nhớ có giá trị logic 0, được thực hiện bởi các xung điện có độ dài cỡ 50 ms và độ lớn +20V khi đặt vào cực cửa và cực máng Lúc đó các điện tích mang có năng lượng lớn sẽ đi qua lớp cách điện giữa đế và cửa nổi Chúng tích tụ trong vùng cửa nổi và được giữ ở đây sau khi xung chương trình tắt Đó là do cửa nổi được cách điện cao với xung quanh và các điện tử không có đủ năng lượng sau khi lạnh đi, để có thể vượt ra ngoài lớp cách điện đó nữa Chúng sẽ được giữ lại

ở đây trong một thời gian dài (khoảng 10 năm)

Để xóa thông tin, phải chiếu ánh tử ngoại vào chip nhớ Những điện tử ở đây được hấp thụ năng lương nhảy lên mức năng lượng cao, chúng sẽ rời cửa nổi như cách thâm nhập vào đó Trong chip EPROM có một cửa sổ bằng thạch anh chỉ để cho ánh sáng tử ngoại đi qua khi cần xóa số liệu trong bộ nhớ

Ký hiệu của bộ nhớ EPROM: 27x (27: ký hiệu của EPROM, x: ký hiệu dung lượng(tính theo đơn vị Kbit) Ví dụ: EPROM 2764, đây là loại EPROM có dung lượng 64 Kbit)

b) EEPROM (Electric Erasable PROM)

EEPROM có thể xoá được bằng dòng điện Cấu tạo tương tự EPROM, có một điều khác là một lớp kênh màng mỏng ôxit giữa vùng cửa nổi trải xuống dưới đế và cực máng giữ vai trò quan trọng Các lớp cách điện không thể lý tưởng được, các lớp điện tích mang

có thể thấm qua lớp phân cách với một xác suất thấp Xác suất này tăng lên khi bề dày

của lớp giảm đi và điện thế giữa hai cực ở hai mặt của lớp cách điện tăng lên Muốn phóng các điện tích trong vùng cửa nổi, một điện thế (-20V) được đặt vào cực cửa điều khiển và cực máng Lúc này các điện tử âm trong cửa nổi được chảy về cực máng qua kênh màng mỏng ôxit và số liệu lưu giữ được xóa đi Điều chú ý là phải lưu ý làm sao cho dòng điện tích này chảy không quá lâu, vì nếu không vùng cửa nổi này lại trở nên điện

tích dương làm cho hoạt động của trazito không được ở trạng thái bình thường (1)

Các chíp ROM hiện nay có thời gian thâm nhập cỡ từ 120-150 ns dài hơn nhiều thời gian đó trong các chip nhớ RAM

Ký hiệu của bộ nhớ EEPROM: 28x (28: ký hiệu của EEPROM, x: ký hiệu dung lượng Ví dụ: EEPROM 2864, đây là loại EEPROM có dung lượng 64 Kbit)

c) Bộ nhớ FLASH

Bộ nhớ FLASH là loại bộ nhớ không bay hơi, thường được dùng trong các máy

xách tay để thay thế cho ổ đĩa mềm và cứng Đây là loại EEPROM đặc biệt có cấu trúc cơ bản như EEPROM, chỉ có lớp kênh ôxit ở các ô nhớ mỏng hơn Do vậy, chỉ cần điện thế

cỡ 12 V là có thể cho phép thực hiện 10.000 chu kỳ xoá và lập trình Bộ nhớ flash mềm dẻo như DRAM và SRAM nhưng lại không mất dữ liệu khi mất điện

Các bộ nhớ DRAM thường thoả mãn các yêu cầu khi cần bộ nhớ có dung lượng lớn Khi cần có tốc độ truy xuất lớn thì lại phải dùng các bộ nhớ SRAM với giá thành đắt hơn

cả hai loại này đều có nhược điểm là thuộc loại bay hơi, thông tin sẽ bị mất đi khi nguồn

điện nuôi bị mất, Vì lý do này, các chương trình dùng cho việc khởi động PC như BIOS thường phải nạp trên các bộ nhớ ROM

2.3.4 Bộ nhớ ngoài

Bộ nhớ chính bằng vật liệu bán dẫn trên bản mạch chính không thể lưu trữ một khối lượng rất lớn các thông tin, do vậy cần phải có thêm các thiết bị nhớ bên ngoài như băng giấy đục lỗ băng cassette, trống từ, đĩa từ, đĩa quang laser Những thiết bị lưu trữ dữ liệu ở ngoài như vậy được gọi là bộ nhớ khối (mass storage) hay gọi là nhớ ngoài Thiết bị nhớ khối thông dụng nhất là đĩa từ Đĩa từ là một tấm đĩa tròn mỏng làm bằng chất dẻo mylar, hoặc bằng thủy tinh cứng hoặc bằng kim loại cứng, trên có phủ một lớp bột từ tính ôxit sắt từ Đĩa từ sử dụng kỹ thuật ghi từ để lưu trữ giữ liệu, đó là việc định hướng các domain từ để tạo ra các bit thông tin 0 và 1 Khi đã ghi lên đĩa, dữ liệu có thể tồn tại cả khi cắt điện PC Tuy nhiên giống như băng từ, dữ liệu cũ cũng có thể xóa đi thay thế bởi

dữ liệu mới nhiều lần

- Một ma trận nhớ gồm các ô nhớ, mỗi ô nhớ ứng với một bit nhớ

- Mạch logic giải mã địa chỉ ô nhớ

- Mạch logic cho phép đọc nội dung ô nhớ

- Mạch logic cho phép viết nội dung ô nhớ

- Các bộ đệm vào, bộ đệm ra và bộ nhớ mở rộng

Cách tổ chức đơn giản nhất là tổ chức theo từ với sự chọn tuyến tính Một ma trận nhớ như vậy có độ dài của cột bằng số lượng từ W và độ dài của hàng bằng số lượng bit B trong một từ Bộ chọn từ giải mã một từ W, nghĩa là giải mã để có một đầu ra duy nhất cho mỗi từ trong bộ nhớ Rõ ràng phương pháp chọn tuyến tính có thời gian thâm nhập ngắn nhưng cần một bộ giải mã lớn khi tổng số từ lớn, làm tăng giá thành sản phẩm Kích thước của phần giải mã địa chỉ sẽ giảm đi khi tổ chức ma trận nhớ và phần logic chọn từ W cho phép giải mã hai bước Ma trận nhớ sử dụng giải mã hai bước ứng với từ vật lí và từ logic Từ vật lí bao gồm số lượng bit trong một hàng của ma trận Từ logic bao gồm số lượng bit tương ứng với một từ logic nhận biết được và gửi ra cùng một bộ giải

mã Cần hai bộ giải mã: Một bộ giải mã hàng để chọn một từ vật lý và một bộ giải mã cột gồm 1 vài mạch dồn kênh chọn một từ logic từ một từ vật lý đã chọn Một từ vật lý chia thành S từ logic Bộ giải mã hàng là bộ giải mã chọn 1 từ W, mà B=W/S và bộ chọn cột chứa B bộ dồn một đường từ S

Hình 2.10: Giải mã cho ma trận ROM 128x128

Trên là thí dụ về sơ đồ ROM dung lượng 2048x8 bit, tổ chức theo giải mã hai bước

Ma trận nhớ là 128x128 bit, như vậy có 128 = 27

từ vật lí Một từ vật lí như vậy được chọn bởi 7 đường dây địa chỉ từ A0-A6 Bộ giải địa chỉ hàng chọn 1 hàng từ 128 hàng

Một từ vật lí được chia thành 128/8=16 nhóm 8 bit Như vậy, những bộ giải mã cột gồm 8

bộ dồn kênh một đường từ 16 đường để cung cấp một từ logic 8 bit Những bit địa chỉ từ A7-A10 điều khiển những bộ giải mã cột Trường hợp đặc biệt khi số phần tử trong một

từ vật lí bằng số bit trong 1 từ vật lí thi đó là bộ nhớ tổ chức theo bit nghĩa là mỗi từ logic

có độ dài 1 bit

Các bộ đệm ra đảm bảo không những mức logic mong muốn và cung cấp đủ dòng điện mà còn có đầu ra collector hở hoặc 3 trạng thái cho phép nối chung đầu ra của một vài chip với nhau Bộ đệm ra được điều khiển bởi 1 hay nhiều đầu vào như chọn mạch

CS, cho phép CE hay cho phép mở đầu ra 3 trạng thái OE

2.4 Cấu trúc của mạch nhớ tĩnh SRAM

2.4.1 Giới thiệu công nghệ

Cấu trúc mạch điện của RAM phụ thuộc vào công nghệ chế tạo Có một số công nghệ chế tạo thong dụng:

- Mức điện áp chuẩn TTL:

+ Quy định 2 mức 0/1 (“0”…, “1”…)

+ Điện áp sử dụng 5V

- MOS: Công nghệ đơn cực (Metal Oxit Semi Conductor)

- ECL (Mạch logic ghép cực phát – Emitor Coupler Logic), I2L, SOS

- Các khối nhớ NOR Flash

- Dữ liệu đƣợc đƣa vào Din, lấy ra Dout

Thao thac ghi:

+ Dây từ = 0

+ Đưa dữ liệu vào dây bit Giả sử là "1"

+ Dây từ =1 → TI/O 1 thông → D1 của T1 =1 → T2 thông D2 = 0 → G của T1

= 0 → T1 không thông và duy trì ngay cả khi dữ liệu không đặt trên dây bit

+ Dây từ = 0 Dữ liệu được ghi trong bit nhớ

16 bit, 32 bit mỗi bit là 1 phần tử nhớ cơ bản

Các thanh ghi làm nhiệm vụ nhớ tạm thời một từ nhị phân thường được xây dựng từ các flip-flop Các bộ xử lý thường có một tập thanh ghi được sử dụng để chứa tạm dữ liệu hoặc các chỉ thị trong quá trình thi hành chương trình Các thanh ghi như vậy cần có khả năng hoạt động ở tốc độ cao hơn các thanh ghi khác được sử dụng trong bộ nhớ chính Hình dưới mô tả thanh ghi đệm 4 bit, sử dụng flip-flop D chuyển mạch bởi sườn dương của xung đồng hồ

Hình 2.11: Thanh ghi đệm

+ Xi (i=1 3) là các bit của word X cần nhớ, khi sươn xung dương đầu tiên đi tới, word được nhớ vào trong thanh ghi là Q3Q2Q1Q0=X3X2X1X0, hay viết là Q=X Từ nhị phân có thể lấy ra ở đầu ra Q3Q2Q1Q0

+ CLR là đầu vào tín hiệu điều khiển xoá nội dung thanh ghi, tích cực ở mức cao, nghĩa là khi CLR là cao thì tất cả các flip-flop bị xoá và từ được nhớ trở thành Q=0

+ LOAD là đầu vào điều khiển tích cực ở mức cao, khi LOAD = 0 các bit không thể đi vào các flip-flop, đồng thời qua NOT đường dây kia sẽ có mức cao, làm cho các giá trị ở đầu ra của các flip-flop đưa ngược lại lối vào, tại các sườn dương của xung đồng hồ chúng sẽ lại được ghi lại vào trong flip-flop, nói cách khác khi LOAD=0 thì thanh ghi không thay đổi nội dung

+ Khi LOAD=1 các bit của X được đưa tới lối vào của flip-flop, khi sườn dương của xung đồng hồ đi tới chúng sẽ được ghi vào trong thanh ghi

c) Bộ giải mã

Độ dài 1 ô nhớ thường là 8bit (1byte) Trong một vi mạch nhớ có nhiều ô nhớ Mỗi một ô nhớ khi ghép với hệ vi xử lý sẽ có một địa chỉ xác định CPU muốn làm việc với ô nhớ nào nó sẽ đưa ra tín hiệu địa chỉ của ô nhớ đó Qua bộ giải mã địa chỉ, ô nhớ đó được chọn chính xác, sau đó cho phép đọc/viết trên ô nhớ đó

Bên trong 1 vi mạch nhớ

Hình 2.12: Sơ đồ cấu trúc bên trong của một vi mạch nhớ

Bộ giải mã địa chỉ giúp ta chọn được ô nhớ nào trong vi mạch để làm việc Đầu vào bộ giải mã có n bit địa chỉ sẽ phân biệt được 2n

trạng thái → sẽ phân biệt được 2n ô nhớ Nếu 1 ô nhớ 8 bit có thể hiện như sau

Để đọc hay ghi ô nhớ cần có thêm các tín hiệu :

RD: Đọc ô nhớ Các tín hiệu này thường dùng mức thấp

WR: Ghi vào ô nhớ

Khi cần có dung lượng ô nhớ lớn hơn cần ghép nhiều vi mạch nhớ Khi đó để chọn

vi mạch nhớ nào lại cần có một bộ giải mã địa chỉ nữa để chọn được vi mạch cần thiết

Ví dụ: Xây dựng bộ nhớ 4KB từ 4 vi mạch 1 KB

Hình 2.13: Bộ giải mã địa chỉ

Giải thích hoạt động :

CPU muốn làm việc với vi mạch nhớ nào thì nó phát ra tín hiệu địa chỉ qua Abus, các tín hiệu địa chỉ qua bộ giải mã địa chỉ sẽ kích hoạt các tín hiệu CStương ứng để chọn được vi mạch cần thiết Các tín hiệu địa chỉ cũng được đưa vào từng vi mạch nhớ để chọn

ra ô nhớ cần thiết

− Thiết bị ngoại vi được dành 1 số địa chỉ ở vùng thấp (với máy tính theo kiến trúc IBM-PC vùng này gồm 1KB) Như vậy sẽ có những ô nhớ trong vùng thấp này có địa chỉ trùng với địa chỉ của thiết bị ngoại vi Để không xáy ra sự nhầm lẫn giữa các ô nhớ và thiết bị ngoại vi có địa chỉ trùng nhau, người ta sử dụng thêm tín hiệu IO/M khi giải mã địa chỉ Cũng địa chỉ đó nhưng nếu IO/M0là địa chỉ của ô nhớ, IO/M1 là địa chỉ của thiết bị ngoại vi

− Các mạch giải mã địa chỉ được tạo nên bằng các vi mạch số

Giải mã cho 1 vi mạch nhớ:

Giải mã cho nhiều vi mạch nhớ

− Vi mạch sử dụng khi giải mã cần nhiều đầu ra thường dùng 74LS138

Giải mã cho 3 vi mạch ROM 2764 địa chỉ ô nhớ đầu là F0000h

Hình 2.14: Sơ đồ mạch giải mã sử dụng 74LS138

Vi mạch có 8 đầu ra giải mã tác động ở mức thấp từ Y0 đến Y7 Việc chọn dầu ra giải mã nào do tổ hợp tín hiệu các chân A, B, C Để vi mạch hoạt động tín hiệu ở các chân G2A, G2B, G1 phải đảm bảo đồng thời như sau:

G2A=0, G2B=0 và G1=1

Bảng tác động của vi mạch