THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 10 doc

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

146
C. Phụ lục
Giới thiệu 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 (CMOS Static 16K RAM)
Tên IC: 6116 (CMOS)


















2. RAM lỡng cực 64-bit đảo (64-bit TTL bipolar RAM, inverting)
Tên IC: 74x189 (TTL)

147
















3. RAM l−ìng cùc 64-bit kh«ng ®¶o
(64-bit TTL bipolar RAM, non- inverting)
Tªn IC: 74x219 (TTL)

148