يعلم الجميع أن أجهزة الحوسبة الحديثة لديها الرامات " الذاكرة العشوائية في الهواتف والحواسيب "، حيث يتم تخزين المعلومات أثناء العملية فقط. يتم تصنيع ذاكرة الوصول العشوائي في شكل وحدات مع دوائر دقيقة (شرائح) بها مجموعة من الخلايا لتخزين معلومات البت. تم تصميم كل خلية ذاكرة لتخزين صفر أو واحد. 8 من هذه الخلايا تخزن 8 بت (هذا بالفعل 1 بايت). هذه الرقائق مصنوعة على أساس أشباه الموصلات. لكن تنفيذ الوحدات النمطية وأجهزة الكمبيوتر به عدد من الاختلافات الجادة ، والتي سننظر فيها في هذه المقالة.

ذاكرة التكافؤ.

في مرحلة مبكرة من تطوير تكنولوجيا الكمبيوتر ، لم تكن تقنية إنتاج عناصر أشباه الموصلات متطورة بشكل جيد بعد. لذلك ، كان هناك احتمال فقدان المعلومات عند الكتابة إلى أي خلية ذاكرة: لقد كتبوا واحدة فيها ، لكن لم يتم تسجيلها (بقي الصفر). من أجل التحكم بطريقة ما في عملية الكتابة في الذاكرة ، تم اختراع تقنية بسيطة للتحقق من البيانات.

قبل كتابة بايت واحد (8 بتات) ، تم حساب مجموع كل البتات في هذا البايت. ولكن لم يتم تذكر المجموع الاختباري بأكمله (لحفظ الذاكرة) ، ولكن تم تذكره فقط ، والذي تم تذكر قيمته (صفر أو واحد) في مكان مخصص له. تعتمد قيمة هذا البت (0 أو 1) على ما إذا كان مجموع البتات زوجيًا أو فرديًا عند إضافته. لذلك ، أصبحت هذه القطعة تُعرف باسم بت التكافؤ.

بعد كتابة البايت الأصلي في خلايا الذاكرة ، تم حساب مجموع وحدات البايت المخزنة ، ومقارنة تكافؤ هذا المجموع بالبايت السابق (الذي تم تخزين قيمته في بت التكافؤ). إذا تطابقت تعادلات المجاميع الاختبارية ، فسيتم اعتبار أن الكتابة إلى الذاكرة كانت ناجحة. وإذا لم تتطابق ، فسيتم إنشاء رسالة خطأ. هذه التقنية تسمى التحكم في التكافؤ.

ذاكرة بدون تكافؤ.

بمرور الوقت ، بدأت تظهر دوائر دقيقة أكثر موثوقية. أصبح احتمال الأخطاء فيها أقل. في الوقت نفسه ، كان هناك انخفاض في تكلفة المكونات الإلكترونية. أصبح إنتاج وبيع أجهزة الكمبيوتر ضخمة. بالنسبة لبعض المستخدمين ، لم تكن الأخطاء في تشغيل أجهزة الكمبيوتر خطيرة. لذلك ، بدأ إنتاج النماذج في السوق التي تستخدم ذاكرة بدون تكافؤ. لقد أتاح التخلص من البتة التاسعة "الإضافية" (لكل بايت) والتكاليف "الباهظة" لحساب المجاميع الاختبارية تقليل تكلفة أجهزة الكمبيوتر إلى حد ما وجعلها في متناول جماهير المستهلكين. أصبحت أجهزة الكمبيوتر هذه شائعة جدًا بين أنظمة سطح المكتب (سطح المكتب).

ومع ذلك ، في بعض الصناعات والأنظمة ذات الأهمية الدفاعية العسكرية والقطاع المصرفي ، يظل عدم جواز الأخطاء في أنظمة الحوسبة أحد أهم المهام.

الذاكرة مع التحكم وتصحيح الخطأ.

تقنية التحكم في التكافؤ ليست مثالية. فهو غير قادر على اكتشاف ، على سبيل المثال ، "اختفاء" 2 بت في نفس الوقت (لا يتغير التكافؤ في هذه الحالة). لذلك ، تقرر أن كل جزء من البيانات المكتوبة في الذاكرة يجب ألا يتم تضمينه في مجموع اختباري واحد ، ولكن في العديد. باستخدام نظام التحكم هذا ، أصبح من الممكن اكتشاف العديد من الأخطاء وعناوينها في وقت واحد ، بالإضافة إلى تصحيح هذه الأخطاء. سميت هذه التقنية برمز تصحيح الخطأ (ECC) ، حيث تم حساب رمز يسمح بتصحيح الخطأ.

بالطبع ، هناك حاجة إلى سجلات إضافية لتخزين المجاميع الاختبارية ، مما يجعل وحدات الذاكرة هذه أكثر تكلفة ، ولكن بشكل عام ، الأنظمة التي تعتمد على ذاكرة ECC أكثر تحملاً للخطأ. يتم استخدام وحدات الذاكرة هذه على نطاق واسع في أنظمة الخادم.

يمكن استخدام الذاكرة المتكافئة وتقنية ECC في كل من أنظمة الخادم وسطح المكتب. في الحالة الأولى ، يتم تبرير ذلك من خلال أهمية المهام التي يتم حلها (حيث تكون تكلفة أدنى خطأ عالية جدًا) ، وفي الحالة الثانية لا يُنصح بذلك دائمًا (من وجهة نظر اقتصادية: بعد كل شيء ، لاستخدام الوحدات النمطية مع التحكم في الأخطاء ، يجب أن يكون لديك لوحة أم أكثر تكلفة تدعم هذه التقنية ، وإلا فلن يعمل التحكم في الأخطاء).

ذاكرة مخزنة.

في أنظمة الحوسبة ، يتم التحكم في الكتابة / القراءة من الذاكرة وإليها بواسطة وحدة تحكم خاصة بالذاكرة. يجب أن تتمتع وحدة التحكم هذه بإمكانية الوصول إلى جميع خلايا الذاكرة والتأكد من نقل المعلومات من الناقل إلى الذاكرة والعكس صحيح. غالبًا ما تستخدم أنظمة سطح المكتب معالجات مزودة بوحدة تحكم ذاكرة مدمجة. بعض عيوب هذا التنفيذ هي كما يلي:

توجد وحدة تحكم واحدة فقط ، ولكن يجب التحكم في العديد من خلايا الذاكرة - هناك حد لعدد بنوك الذاكرة التي يتم تقديمها في نفس الوقت مع الحفاظ على الأداء العالي ؛

في ناقل بيانات واحد من المعالج أو من مكونات الكمبيوتر الأخرى ، من الضروري نقل كل من أوامر التحكم والبيانات إلى جميع وحدات الذاكرة المستخدمة (يزيد الحمل على الناقل).

لتحسين الوضع ، تقرر تنفيذ جزء من وظائف وحدة التحكم في كل وحدة ذاكرة. للقيام بذلك ، يتم دمج شريحة خاصة في وحدة الذاكرة ، والتي تعمل كمخزن مؤقت ، والذي يتلقى أوامر التحكم وإعداد العنوان من المعالج المركزي (في هذه الحالة ، يمر تدفق البيانات إلى الذاكرة على طول الناقل الموازي للأمر تدفق). هكذا ولدت الذاكرة المخزنة.

في وقت لاحق ، بدأ تنفيذ وظائف تصحيح الخطأ (ECC) في هذا المخزن المؤقت ، وأصبح من الممكن أيضًا زيادة الذاكرة دون تحميل إضافي على ناقل البيانات. أصبحت الرقائق الإضافية لتنفيذ المخزن المؤقت تُعرف بالسجلات ، وأصبحت الذاكرة نفسها تُعرف باسم الذاكرة المسجلة.

بمرور الوقت ، ظهرت أيضًا وحدات ذاكرة مخزنة بالكامل (FB - مخزنة بالكامل) ، في المخزن المؤقت (السجل) الذي لا يتحكم فقط في الإشارات ، ولكن أيضًا بدأ نقل البيانات بالتتابع في دفق واحد. عند استخدام المخزن المؤقت الوسيط ، هناك بعض التباطؤ في عملية الذاكرة ، لأن دورة وسيطة واحدة مطلوبة للكتابة إلى المخزن المؤقت.

هذه الذاكرة أغلى بكثير من الذاكرة غير المسجلة بسبب وجود شريحة تسجيل إضافية واستخدام التقنيات المعقدة. ولكن نظرًا لبيئة العمل الخاصة به ، وإمكانية زيادة الحجم ، وأيضًا بسبب التحكم في الأخطاء ، فإنه يستخدم على نطاق واسع في أنظمة الخادم ، حيث يعد العمل المستقر والخالي من الأخطاء مع كميات كبيرة من البيانات أمرًا مهمًا للغاية.

قضايا التوافق.

تم استخدام وحدات الذاكرة المخزنة مؤقتًا في المراحل الأولى من تطويرها في كل من أنظمة سطح المكتب والخادم ، ولكن ظهور الذاكرة المسجلة أدى إلى إلغاء إمكانية استخدامها في جهاز الكمبيوتر.

في أنظمة سطح المكتب ، يعد استخدام الذاكرة المسجلة غير عملي (تكلفة باهظة) ، وغالبًا ما يكون مستحيلًا ، نظرًا لأن معظم اللوحات الأم المستخدمة في أجهزة سطح المكتب لا تدعم الذاكرة المسجلة. على العكس من ذلك ، فإن اللوحات الأم المستخدمة في أنظمة الخوادم الحديثة مصممة للعمل فقط مع الذاكرة المسجلة ، لأن زيادة السعة (دون تغيير النظام الأساسي) والقدرة على التحكم في الأخطاء من العوامل الأكثر أهمية للخوادم من التكلفة.

في كثير من الأحيان ، عند اختيار المكونات ، نواجه مصطلحات ومفاهيم مختلفة غير مفهومة. عند اختيار ذاكرة الوصول العشوائي ، يمكن أن تكون DDR ، DDR2 ، DDR3 ، DDR4 ، RDRAM ، RIMM ، إلخ. إذا كان كل شيء أكثر أو أقل وضوحًا مع الأنواع الرئيسية لذاكرة الوصول العشوائي ، وتم الإشارة إلى دعم كل نوع في وصف اللوحة الأم ، فإن مثل هذه المعلمة مثل ECC تثير بعض الأسئلة للكثيرين. ما هي ذاكرة ECC؟ هل من الممكن استخدام ذاكرة الوصول العشوائي ECC على كمبيوتر منزلي وما هو الفرق الرئيسي بين ذاكرة الوصول العشوائي ECC وذاكرة الوصول العشوائي غير ECC؟

ما هي ذاكرة ECC؟

هذا نوع خاص من ذاكرة الوصول العشوائي مع أجهزة تصحيح الخطأ المضمنة. تم تطوير وحدات الذاكرة هذه خصيصًا للخوادم ، حيث تكون متطلبات صحة البيانات وموثوقية معالجتها أعلى بكثير من أجهزة الكمبيوتر الشخصية.

يتعرف ECC-Ram تلقائيًا على تغييرات البيانات التلقائية في كتل التخزين ، أي الأخطاء التي حدثت. عادية - تسمى ذاكرة سطح المكتب التي لا تدعم آليات التصحيح non-ECC.

ما هي قدرة ذاكرة ECC وكيف تعمل؟

يمكن لذاكرة تصحيح الأخطاء اكتشاف وتصحيح بت واحد من البيانات المتغيرة في كل كلمة آلة. ماذا يعني ذلك؟ إذا تم تغيير البيانات بين الكتابة والقراءة لسبب ما (أي حدث خطأ) ، فستقوم ذاكرة الوصول العشوائي ECC بتصحيح القيمة إلى القيمة الصحيحة. تتطلب هذه الوظيفة دعمًا من وحدة التحكم في ذاكرة الوصول العشوائي. يمكن تنظيم هذا الدعم بواسطة مجموعة شرائح اللوحة الأم ، وحدة التحكم في ذاكرة الوصول العشوائي المضمنة في المعالجات الحديثة.

تعتمد خوارزمية تصحيح الخطأ على كود Hamming ، لكن يتم استخدام خوارزميات أخرى لتصحيح أكثر من خطأ واحد. في الممارسة العملية ، يتم استخدام وحدات الذاكرة ، حيث يتم إضافة شريحة واحدة لكل 8 شرائح ذاكرة تخزن رموز ECC (8 بت لكل 64 بت من الذاكرة الرئيسية).

لماذا يتم تشويه القيمة في خلايا ذاكرة RAM؟

أحد الأسباب الرئيسية لتشويه البيانات هو الأشعة الكونية. على الرغم من أننا على الأرض تحت حماية الغلاف الجوي ، فإن الأشعة الكونية تحمل معها بعض الجسيمات الأولية التي يمكن أن تؤثر على الإلكترونيات ، بما في ذلك ذاكرة الكمبيوتر. تحت تأثير طاقة هذه الجسيمات ، من الممكن حدوث تغيير في حالة خلية الذاكرة ، مما يؤدي إلى تشويه البيانات والأخطاء. ومن المثير للاهتمام أن التعرض للأشعة الكونية يزداد مع الارتفاع ، لذا تتطلب أنظمة الكمبيوتر عالية الارتفاع حماية أفضل.

كيف تعمل ذاكرة ECC

تتمثل إحدى آليات التحكم في الأخطاء في ذاكرة الوصول العشوائي في استخدام تقنية التكافؤ ، والتي تسمح لك بإصلاح حقيقة وجود خطأ في البيانات ، ولكنها لا تسمح لك بتصحيح البيانات.

يتم استخدام كود هامينج لتصحيح ECC. يحمي نظام تصحيح الأخطاء (ECC) أنظمة الكمبيوتر من التشغيل غير الصحيح بسبب تلف الذاكرة ويقلل من احتمالية حدوث فشل خطير في النظام. الذاكرة مع دعم ECC أبطأ بنسبة 2-3٪ من الذاكرة غير ECC حسب التطبيق.

أسباب استخدام ذاكرة ECC

لا يوجد سبب موضوعي لاستخدام ذاكرة الوصول العشوائي التي تدعم ECC في أجهزة كمبيوتر سطح المكتب. نظرًا لأن احتمال حدوث أخطاء في البيانات ضئيل للغاية ، في سيناريوهات استخدام الكمبيوتر العادي ، فمن غير المرجح أن يتسبب الخطأ في حدوث مشكلات أو أعطال في جهاز الكمبيوتر. السيناريو الأسوأ هو المظهر شاشة زرقاءالموت الموت الزرقاء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام ذاكرة الوصول العشوائي ECC RAM يعوقه حقيقة أن معالجات سطح المكتب و اللوحات الأممعظمهم لا يدعمون هذا النوع من ذاكرة الوصول العشوائي.

يعد استخدام ذاكرة الوصول العشوائي مع تصحيح الخطأ ECC مناسبًا للخادم وقطاع الشركة ، حيث تكون متطلبات تحمل الخطأ والموثوقية عالية جدًا ، ويمكن أن تؤثر صحة البيانات على نتائج الحسابات وتشغيل النظام ككل .

متميز ثلاثةالأنواع الرئيسية للذاكرة المستخدمة في الميكروكونترولر:

● الذاكرة برامجوهي ذاكرة للقراءة فقط مصممة لتخزين كود البرنامج والثوابت. هذه الذاكرة لا تغير محتواها أثناء تنفيذ البرنامج ؛

● الذاكرة بيانات،مصممة لتخزين المتغيرات (النتائج) أثناء تنفيذ البرنامج ؛

● تسجيلذاكرة تتكون من سجلات داخلية للميكروكونترولر. ضع في اعتبارك ميزات كل نوع من أنواع الذاكرة هذه.

ذاكرة البرنامج.

ترجع الحاجة إلى هذه الذاكرة إلى حقيقة أن وحدة التحكم الدقيقة لا تحتوي على أجهزة ذاكرة مثل محرك الأقراص الثابتة في الكمبيوتر الذي يتم تحميل البرنامج القابل للتنفيذ منه. لذلك ، يجب تخزين رمز البرنامج بشكل دائم في وحدة التحكم الدقيقة.

جميع أنواع ذاكرة البرنامج هي إلى غير متطايرالذاكرة ، أو ذاكرة القراءة فقط (ROM) ، والتي يتم الاحتفاظ بمحتوياتها بعد إيقاف تشغيل وحدة التحكم الدقيقة.

أثناء التنفيذ ، تتم قراءة البرنامج من هذه الذاكرة ، وتضمن وحدة التحكم (وحدة فك ترميز الأوامر) فك تشفيره وتنفيذ العمليات اللازمة. لا يمكن تغيير (إعادة برمجة) محتويات ذاكرة البرنامج أثناء تنفيذ البرنامج. لذلك ، لا يمكن تغيير وظيفة المتحكم الدقيق حتى يتم مسح محتويات ذاكرة البرنامج (إن أمكن) وإعادة برمجتها (مليئة بإرشادات جديدة).

وتجدر الإشارة إلى أن شاهد المتحكم الدقيق (8 أو 16 أو 32 بت) يُشار إليه وفقًا لشاهد ناقل البيانات الخاص به.

عندما يقال أن الجهاز 8 بت ، فهذا يعني عدد بتات البيانات التي يستطيع المتحكم الدقيق معالجتها.

في هندسة هارفارد ، يمكن أن تكون التعليمات أكبر من البيانات للسماح بقراءة تعليمات كاملة في دورة ساعة واحدة. على سبيل المثال ، المتحكمات الدقيقة PIC ، اعتمادًا على الطراز ، تستخدم أوامر بعرض بت 12 أو 14 أو 16 بت. في ميكروكنترولر AVRيكون عرض الأمر دائمًا 16 بت. ومع ذلك ، تحتوي كل هذه المتحكمات الدقيقة على ناقل بيانات 8 بت.

في أجهزة هندسة برينستون ، يحدد عرض البيانات عادةً عرض البت (عدد الخطوط) للحافلة المستخدمة. في ميكروكنترولر Motorola 68HC05 ، توجد تعليمات 24 بت في ثلاث خلايا ذاكرة برنامج 8 بت. لجلب مثل هذه التعليمات بشكل كامل ، من الضروري إجراء ثلاث دورات قراءة لهذه الذاكرة.

دعونا نلقي نظرة على خمسة أنواعالذاكرة المقيمة غير المتطايرة ، أو ذاكرة القراءة فقط (ROM) ، المستخدمة لتخزين البرامج.

ذاكرة القناع.

يتم تصنيع القناع ROMs (Mask-ROM أو ROM ببساطة) في مرحلة إنتاج متحكم لبرنامج تم تصحيحه بالكامل. على قناع ضوئي زجاجي ، عند استخدام البرنامج ، يتم إنشاء نمط قناع. يتم استخدام القناع الضوئي الناتج مع القناع لتكوين روابط بين العناصر التي تشكل ذاكرة البرنامج.

ظهرت أول قناع ROMs في أوائل الستينيات وما زالت قيد الاستخدام حتى اليوم بفضل هذا مزاياكتكلفة منخفضة في الإنتاج الضخم للمنتجات وموثوقية عالية لتخزين البرنامج.

عيوبقناع ROM - يرتبط أي تغيير في برنامج التطبيق بتكاليف كبيرة ووقت لإنشاء مجموعة جديدة من الصور الضوئية وإدخالها في الإنتاج.

ذاكرة قابلة للبرمجة لمرة واحدة.

هذه الذاكرة (ROM القابل للبرمجة لمرة واحدة - OTPROM) قابلة للبرمجة من قبل المستخدم وتحتوي في البداية على خلايا ذات بتات مفردة. تخضع خلايا الذاكرة فقط للبرمجة ، والتي يجب أن تأخذ محتوياتها القيمة 0. للقيام بذلك ، يتم تطبيق سلسلة من نبضات الجهد المتزايدة على خلية الذاكرة.

يجب أن يتوافق مستوى الجهد وعدد النبضات ومعلمات وقتها بدقة مع المواصفات. بعد كتابة الصفر ، من المستحيل استعادة قيمة واحدة. لهذا السبب تسمى الذاكرة قابل للبرمجة مرة واحدةذاكرة للقراءة فقط. ومع ذلك ، ينبغي للمرء أن يشير إلى إمكانية برمجة إضافية(لم يتم لمسها) خلايا ذات بتات مفردة.

تستخدم وحدات التحكم الدقيقة المزودة بذاكرة قراءة فقط قابلة للبرمجة لمرة واحدة في المنتجات التي يتم إنتاجها على دفعات صغيرة.

ذاكرة قابلة لإعادة البرمجة باستخدام المحو فوق البنفسجي.

خلية ذاكرة ROM القابلة للمسح القابلة للبرمجة (EPROM) هي ترانزستور LIPSMOS (حقن الانهيار العائم للبوابة). في الحالة الأولية (قبل الكتابة) ، عند الوصول إلى خلية ، تتم قراءة الوحدة المنطقية. تكمن برمجة الذاكرة في كتابة أصفار منطقية في الخلايا المقابلة. تعد EP ROMs قادرة على البرمجة المتعددة ، والتي تشبه تقنيتها تقنية ROM القابلة للبرمجة لمرة واحدة.

قبل كل جلسة برمجة ، محو العمليةلاستعادة الحالة الأصلية لخلايا الذاكرة. لهذا الغرض ، يتم توفير نافذة خاصة في علبة الميكروكونترولر ، والتي يتم تشعيعها بالأشعة فوق البنفسجية. عدد جلسات محو / برمجة ROM هو 25-100 مرة ، تخضع لتقنية البرمجة (قيم محددة لجهد الإمداد ، وعدد النبضات ومدتها) وتقنية المسح (نطاق الطول الموجي لمصدر الأشعة فوق البنفسجية).

تُستخدم وحدات التحكم الدقيقة المزودة بذاكرة EPROM في النماذج الأولية للتطبيقات المطورة نظرًا لارتفاع تكلفتها.

لتقليل التكلفة ، يتم وضع رقائق EPROM في علبة بدون نافذة (إصدار EPROM مع برمجة لمرة واحدة). نظرًا لخفض التكلفة ، غالبًا ما يتم استخدام إصدارات EPROM بدلاً من ROMs القابلة للبرمجة بالقناع.

ذاكرة قابلة لإعادة البرمجة مع محو كهربائي.

كعنصر ذاكرة مع محو كهربائي (ROM قابل للمسح كهربائيًا قابل للمسح كهربائيًا - EEPROM أو E2 PROM) ، يتم استخدام ترانزستور بهيكل MNOS (معدن ، نيتريد السيليكون ، أكسيد السيليكون ، أشباه الموصلات) ، بسبب تكلفة ROM منخفضة نسبيًا (فيما يتعلق بـ EPROM) ويسمح بأقصى عدد من دورات المسح / البرمجة 10 4-10 6. بالإضافة إلى ذلك ، تتيح لك تقنية برمجة ذاكرة EEPROM التنفيذ محو البايتو برمجة البايت ،دون إزالة وحدة التحكم من اللوحة ، مما يسمح لك بتحديثها بشكل دوري البرمجيات.

على الرغم من هذه المزايا ، لا يتم استخدام هذا النوع من الذاكرة على نطاق واسع لتخزين البرامج لسببين:

● ذاكرة EEPROM ذات سعة محدودة ؛

● ظهرت وحدات ذاكرة القراءة فقط من نوع FLASH ، والتي لها خصائص مستخدم متشابهة ، ولكن بتكلفة أقل.

ذاكرة متنقله.

تم إنشاء ذاكرة FLASH القابلة للبرمجة كهربائياً والقابلة للمسح كهربائياً (FLASH ROM) كبديل بين ذاكرة القراءة فقط ذات السعة العالية والقابلة للبرمجة لمرة واحدة وذاكرة EEPROM باهظة الثمن. سعة صغيرة. احتفظت ذاكرة FLASH (مثل EEPROM) بالقدرة على المسح والبرمجة بشكل متكرر.

تمت إزالة ترانزستور العنونة لكل خلية من دائرة ROM ، مما جعل من ناحية أخرى من المستحيل برمجة كل جزء من الذاكرة على حدة ، ومن ناحية أخرى ، جعل من الممكن زيادة حجم الذاكرة. لذلك ، يتم مسح ذاكرة FLASH وبرمجتها صفحات أو كتل.

وبالتالي ، تختلف ذاكرة الفلاش وظيفيًا قليلاً عن ذاكرة EEPROM. يكمن الاختلاف الرئيسي في طريقة محو المعلومات المسجلة: إذا تم إجراء محو ذاكرة EEPROM بشكل منفصل لكل خلية ، ثم في ذاكرة فلاش - في كتل كاملة. في الميكروكونترولر مع ذاكرة EEPROM ، من الضروري تغيير الأقسام الفردية للبرنامج دون الحاجة إلى إعادة برمجة الجهاز بأكمله.

في الوقت الحاضر ، بدأت MCUs مع FLASH في استبدال MCUs بذاكرة ROM قابلة للبرمجة (وحتى المقنعة) لمرة واحدة.

برمجة ROM.

لاحظ أن ذاكرة ROM Mask تمت برمجتها في المصنع فقط أثناء تصنيع MK. توفر أنواع ذاكرة OTPROM و EPROM للمطور إمكانات البرمجة باستخدام مبرمج ومصدر جهد معزز متصل بمخرجات MK المقابلة.

تشير ذاكرة EEPROM و FLASH إلى إعادة البرمجة ، أو قابلة للبرمجةذاكرة. يتم إنشاء الطاقة المتزايدة اللازمة للمسح / البرمجة في وحدات ذاكرة EEPROM و FLASH لوحدات التحكم الحديثة باستخدام دوائر تضخيم الجهد المدمجة تسمى مولدات المضخات.بفضل التنفيذ برنامج التحكممن خلال تشغيل وإيقاف تشغيل مولد المضخة ، أصبح من الممكن من حيث المبدأ برمجة أو محو خلايا ذاكرة FLASH و EEPROM كجزء من النظام الذي يتم تطويره. تسمى تقنية البرمجة هذه البرمجة في النظام(في برمجة النظام - ISP).

لا يتطلب معدات خاصة (مبرمجين) مما يقلل من تكاليف البرمجة. يمكن برمجة المتحكمات الدقيقة المزودة بذاكرة ISP بعد تثبيتها على لوحة المنتج النهائي.

دعونا نفكر في كيفية تنفيذ (واستخدام) برمجة ذاكرة EEPROM تحت سيطرة برنامج تطبيق. إذا تم تخزين البرنامج الذي يحتوي على خوارزمية البرمجة في وحدة ذاكرة منفصلة بجهد إمداد اسمي ، وكانت ذاكرة EEPROM مزودة بمولدات مضخة ، فيمكن عندئذٍ تنفيذ برمجة ISP لذاكرة EEPROM. يجعل هذا الظرف ذاكرة EEPROM جهاز تخزين مثاليًا غير متطاير لتخزين إعدادات المستخدم التي تم تغييرها أثناء تشغيل المنتج. مثال على ذلك هو التلفزيون الحديث ، حيث يتم حفظ إعدادات القناة عند إيقاف تشغيل الطاقة.

لذلك ، كان أحد الاتجاهات في تحسين الذاكرة المقيمة لـ MKs 8 بت هو دمج وحدتي ذاكرة غير متطايرة في شريحة MK: FLASH (أو OTP) - لتخزين البرامج و EEPROM - لتخزين الثوابت القابلة لإعادة البرمجة.

النظر في التكنولوجيا (إعادة) برمجة فلاش- ذاكرة مزودة بمولد مضخة مدمج يتم التحكم فيه بواسطة برنامج تطبيقي. بادئ ذي بدء ، نلاحظ حقيقتين:

● إذا كانت ذاكرة EEPROM مضمنة في MK لتخزين الثوابت القابلة لإعادة البرمجة ، فإن برمجة عدة أجزاء من ذاكرة FLASH أثناء تشغيل المنتج النهائي لا معنى له. إذا لزم الأمر ، فمن الأفضل استخدام وضع إعادة البرمجة على الفور ؛

● يجب ألا تخزن برنامج برمجة ذاكرة فلاش في ذاكرة فلاش نفسها ، لأن التبديل إلى وضع البرمجة سيجعل قراءته أكثر صعوبة. يجب أن يكون برنامج البرمجة موجودًا في وحدة ذاكرة أخرى.

لتنفيذ تقنية البرمجة في النظام ، يتم تحديد أحد منافذ MC التسلسلية ، والتي يتم خدمتها بواسطة منفذ خاص برنامج مراقبة الاتصالاتالموجود في القناع المقيم ROM MK. من خلال المنفذ التسلسلي كمبيوتر شخصييقوم بتحميل البرنامج في ذاكرة الوصول العشوائي برمجةو مُطبَّقالبرنامج الذي يتم تخزينه بعد ذلك في ذاكرة FLASH. نظرًا لأن ذاكرة الوصول العشوائي المقيمة الخاصة بـ MK تحتوي على كمية صغيرة ، يتم تحميل برنامج التطبيق في كتل منفصلة (أجزاء). إذا تم تثبيت وحدة ذاكرة قناع مع برنامج برمجة في MCU ، يتم تحميل برنامج التطبيق فقط في ذاكرة الوصول العشوائي.

غالبًا ما تتضمن المتحكمات الدقيقة التي تنفذ تقنية البرمجة في النظام أربعةنوع الذاكرة:

FLASH - ذاكرة البرنامج ، Mask ROM - ذاكرة مراقبة الاتصالات ، EEPROM - ذاكرة لتخزين الثوابت المتغيرة وذاكرة الوصول العشوائي للبيانات الوسيطة.

يتم الآن استخدام تقنية البرمجة في النظام بشكل متزايد لإدخال برامج التطبيق في وحدات التحكم الدقيقة الموجودة على لوحة المنتج النهائي. لها كرامة- عدم وجود مبرمج وموثوقية عالية في البرمجة ، بسبب ثبات الأوضاع الداخلية المحددة لـ MK.

كمثال ، نقدم مؤشرات ذاكرة FLASH المقيمة لعائلة MC HC08 من Motorola:

● عدد مضمون من دورات المسح / البرمجة - 10 5 ؛

● وقت التخزين المضمون للمعلومات المسجلة - 10 سنوات ، وهي عمليا دورة حياة المنتج ؛ تعمل وحدات ذاكرة الفلاش ويتم برمجتها بجهد إمداد MK من 1.8 إلى 2.7 فولت ؛

● زمن البرمجة المكافئ ل 1 بايت من الذاكرة هو 60 ميكروثانية.

ذاكرة البيانات.

تستخدم كذاكرة بيانات مقيمة ثابتةذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ، والتي تتيح لك تقليل تردد الساعة إلى قيم صغيرة بشكل عشوائي. يتم تخزين محتويات خلايا ذاكرة الوصول العشوائي (على عكس الذاكرة الديناميكية) وصولاً إلى تردد صفري. ميزة أخرى لذاكرة الوصول العشوائي الثابتة هي القدرة على تقليل جهد الإمداد إلى حد أدنى معين مسموح به ، حيث لا يتم تنفيذ برنامج التحكم في وحدة التحكم الدقيقة ، ولكن يتم حفظ المحتويات الموجودة في ذاكرة الوصول العشوائي.

يحتوي مستوى التخزين على قيمة بترتيب واحد فولت ، مما يسمح ، إذا لزم الأمر ، بنقل MK إلى الطاقة من مصدر مستقل (بطارية أو مجمع) لحفظ البيانات. بعض MK (على سبيل المثال ، DS5000 من Dallas Semiconductor) لديها مصدر طاقة مستقل في العلبة ، مما يضمن الحفاظ على البيانات في ذاكرة الوصول العشوائي لمدة 10 سنوات.

الميزة المميزة لوحدات التحكم الدقيقة هي المقدار الصغير نسبيًا (مئات البايتات) من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) المستخدمة لتخزين المتغيرات. يمكن تفسير ذلك بعدة عوامل:

● السعي لتبسيط أجهزة MC ؛

● استخدام قواعد معينة عند كتابة برامج تهدف إلى تقليل حجم ذاكرة الوصول العشوائي (على سبيل المثال ، لا يتم تخزين الثوابت كمتغيرات) ؛

● توزيع موارد الذاكرة بطريقة تتيح الاستخدام الأقصى للأجهزة (أجهزة ضبط الوقت ، وسجلات الفهرس ، وما إلى ذلك) بدلاً من وضع البيانات في ذاكرة الوصول العشوائي ؛

● توجيه البرامج التطبيقية للعمل دون استخدام مصفوفات البيانات الكبيرة.

ميزات المكدس.

في الميكروكونترولر ، يسمى جزء من ذاكرة الوصول العشوائي كومة.أثناء هذه العمليات ، يتم حفظ محتويات عداد البرنامج والسجلات الرئيسية (المجمع ، وسجل الحالة ، والفهرس ، والسجلات الأخرى) ، واستعادتها عند العودة إلى البرنامج الرئيسي. تذكر أن المكدس يعمل وفقًا للمبدأ: آخر في الخروج أولا(Last In ، First Out-LIFO). (Last In ، First Out-LIFO).

في هندسة برينستون ، تُستخدم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لتنفيذ العديد من وظائف الأجهزة ، بما في ذلك وظائف المكدس. يتم تخصيص مناطق منفصلة في مساحة عنوان الذاكرة للأوامر ، وسجلات الأغراض العامة ، وسجلات الوظائف الخاصة ، وما إلى ذلك. وهذا يقلل من أداء وحدة التحكم ، حيث لا يمكن إجراء عمليات الوصول إلى مناطق الذاكرة المختلفة في وقت واحد.

يمكن للمعالجات الدقيقة ذات بنية هارفارد معالجة ذاكرة البرنامج وذاكرة البيانات (بما في ذلك مساحة الإدخال / الإخراج) والمكدس بالتوازي (في وقت واحد).

على سبيل المثال ، عند تنشيط تعليمة روتين فرعي CALL ، يتم تنفيذ العديد من الإجراءات في وقت واحد.

في معمارية برينستون ، عند تنفيذ تعليمات CALL ، لا يتم جلب التعليمة التالية إلا بعد دفع محتويات عداد البرنامج إلى المكدس.

نظرًا لسعة ذاكرة الوصول العشوائي الصغيرة في المتحكمات الدقيقة لكلا البنيتين ، فقد تنشأ مشاكل عند تنفيذ البرنامج:

● إذا تم تخصيص مكدس منفصل ، فبعد ملئه ، يتم تغيير محتويات مؤشر المكدس دوريًا ، ونتيجة لذلك يبدأ مؤشر المكدس في الإشارة إلى خلية المكدس المعبأة مسبقًا. لذلك ، بعد الكثير من تعليمات CALL ، سيكون عنوان المرسل الخاطئ على المكدس ، والذي تمت كتابته بدلاً من العنوان الصحيح ؛

● إذا كان المعالج الدقيق يستخدم منطقة ذاكرة مشتركة لاستيعاب البيانات والمكدس ، فإن تجاوز سعة المكدس سوف يحل محل البيانات. لنأخذ في الاعتبار ميزات حفظ محتويات السجلات على المكدس ، نظرًا لعدم وجود تعليمات للتحميل على المكدس (PUSH) والظهور من المكدس (POP). في مثل هذه المتحكمات الدقيقة ، بدلاً من تعليمات PUSH و POP ، يتم استخدام تعليمتين وسجل فهرس ، والذي يشير بوضوح إلى منطقة المكدس. يجب أن يكون تسلسل التعليمات بحيث لا يؤدي الانقطاع بين التعليمات الأولى والثانية إلى فقدان البيانات. ما يلي هو محاكاة لأوامر PUSH و POP ، مع مراعاة المتطلبات المحددة.

يدفع ؛ تحميل البيانات على فهرس إنقاص المكدس ؛ الانتقال إلى موقع المكدس التالي ، انتقل [index] ، ace ؛ قم بتخزين محتويات المجمع على المكدس POP ؛ بيانات البوب ​​من المكدس تحرك الآس ، ؛ ادفع قيمة المكدس إلى مؤشر زيادة المجمع ؛ الانتقال إلى خلية المكدس السابقة

إذا تمت مقاطعة البرنامج بعد التعليمات الأولى ، فلن تضيع محتويات المكدس بعد معالجة المقاطعة.

تسجيل الذاكرة.

تحتوي المتحكمات الدقيقة (مثل أنظمة الكمبيوتر) على العديد من السجلات المستخدمة للإدارةمختلف العقد الداخلية و الأجهزة الخارجية. وتشمل هذه:

● السجلات نواة المعالج(البطارية ، وسجلات الحالة ، وسجلات الفهرس) ؛

● السجلات إدارة(سجلات التحكم في المقاطعة ، وسجلات التحكم في الموقت) ؛

● سجلات إدخال / إخراج البيانات (سجلات البيانات وسجلات التحكم في الإدخال / الإخراج المتوازية أو التسلسلية أو التناظرية).

وفقًا للطريقة التي يتم بها وضع السجلات في مساحة العنوان ، يمكننا التمييز بين:

● ميكروكنترولر ، حيث توجد جميع السجلات وذاكرة البيانات واحدمساحة العنوان ، على سبيل المثال ، تتم محاذاة السجلات مع ذاكرة البيانات. في هذه الحالة ، يتم تعيين أجهزة الإدخال / الإخراج إلى الذاكرة ؛

● ميكروكنترولر ، وفيها أجهزة الإدخال / الإخراج فصلمن إجمالي مساحة عنوان الذاكرة. الميزة الرئيسية لطريقة وضع سجلات الإدخال / الإخراج في مساحة عنوان منفصلة هي أنها تبسط مخطط توصيل ذاكرة البرنامج والبيانات بناقل مشترك. توفر مساحة الإدخال / الإخراج المنفصلة فائدة إضافية لمعالجات الهندسة المعمارية بجامعة هارفارد من خلال السماح بقراءة التعليمات أثناء الوصول إلى سجل الإدخال / الإخراج.

كيفية الوصول إلى السجلات لها تأثير كبير على أدائها. في المعالجات ذات بنية RISC ، توجد جميع السجلات (غالبًا ما تكون المجمعة) في عناوين صريحة ، مما يوفر مرونة أكبر في تنظيم عمل المعالج.

حول الذاكرة الخارجية.

في الحالات التي لا توجد فيها ذاكرة برنامج مقيم وذاكرة بيانات كافية للتطبيقات المطورة ، يتم توصيل ذاكرة خارجية إضافية بالمتحكم الدقيق. معروف اثنينالطرق الرئيسية:

● اتصال ذاكرة خارجيةباستخدام واجهة ناقل (كما هو الحال في أنظمة المعالجات الدقيقة). تحتوي العديد من وحدات التحكم الدقيقة على أجهزة خاصة لهذا الاتصال ؛

● توصيل الذاكرة بأجهزة الإدخال والإخراج ، وفي نفس الوقت يتم الوصول إلى الذاكرة من خلال هذه الأجهزة أدوات البرمجيات. تسمح هذه الطريقة باستخدام أجهزة الإدخال / الإخراج البسيطة دون تنفيذ واجهات ناقل معقدة. يعتمد اختيار الطريقة على التطبيق المحدد.

حاشية. ملاحظة: يؤخذ في الاعتبار مبدأ تشغيل السجلات كعناصر للذاكرة الإلكترونية.

السجل عبارة عن IC بدرجة تكامل متوسطة ، وهو مصمم لتخزين وتخزين كلمة متعددة البتات.

مزلاج التسجيل

الكائنات الاوليه تسجيلهو اتصال متوازي لعدة مشغلات (الشكل 8.1 ، أ). يظهر مزلاج تسجيل UGO في الشكل. 8.1 ، ب. اذا كان تسجيلبنيت على الوجه يتخبط ، ويسمى تسجيل-"مزلاج". كقاعدة عامة ، تعد مكبرات الصوت وعناصر التحكم جزءًا من السجل IC ، على سبيل المثال ، كما هو موضح في الشكل. 8.2 ، أ. هنا رسم تخطيطي وظيفي من 8 بت د- سجل المزلاج KR580IR82 بثلاث حالات إخراج. يظهر UGO الخاص به في الشكل. 8.2 ، ب.

أرز. 8.1سجل "مزلاج" من أربعة أرقام مع نواتج مباشرة: أ - مخطط وظيفي ؛ ب - UGO

دولة ثالثة(الأولان منطقيان 0 ومنطقي 1) هما حالة مخرجات IC ، حيث يتم فصلهما عن كل من مصدر الطاقة والنقطة المشتركة. أسماء أخرى لهذه الدولة مقاومة عالية ، حالة مقاومة عالية ، Z- الدولة[ ، مع. 61 - 63 ؛ ، مع. 68 - 70].

تم تحقيق ذلك دولة ثالثةحل دائرة خاصة [، ص. 117-118] في جزء الإخراج من العناصر المنطقية ، عندما تكون ترانزستورات الإخراج للعناصر المنطقية مقفلة ولا تزود جهد الإمداد أو جهد الأرض (ليس 0 وليس 1) للإخراج.

يسجليتكون KR580IR82 من 8 كتل وظيفية (الشكل 8.2 ، أ). كل منهم يشمل د-زلاج الزناد مع التسجيل على الحافة الخلفية وبوابة خرج قوية بثلاث حالات. STB- المدخلات القوية ، - تمكين الإرسال - إشارة تتحكم في الحالة الثالثة: إذا ، يتم نقل المعلومات من المدخلات إلى المخرجات المقابلة ، إذا تم نقل جميع المخرجات إلى الحالة الثالثة. عندما يعمل IS في وضع المشكل الناقل - يتم نقل المعلومات من المدخلات إلى المخرجات دون تغيير.

عند التقدم للحصول على زائدة الحافةهناك "خاطف" للمعلومات المنقولة في المشغلات ، أي أنه يتذكر ما كان وقت الإرسال . وداعا ، عازلة تسجيلسيخزن هذه المعلومات ، بغض النظر عن المعلومات الموجودة على د- المدخلات. عند تطبيق الحافة الأمامية عند الحفظ ، ستتغير حالة المخرجات وفقًا للتغيير في المدخلات المقابلة. إذا ، يتم نقل جميع مضخمات الإخراج إلى الحالة الثالثة. في هذه الحالة ، بغض النظر عن حالة المدخلات ، جميع المخرجات تسجيلإلى الدولة الثالثة.

يمكن أن تحتوي جميع مخرجات السجل على مستوى صفري نشط ، والذي يتم عرضه على وحدة UGO في شكل إشارات عكسية وتسميات خرج.

هناك العديد من الأصناف السجلات، على سبيل المثال ، سجلات التحول [، الفصل 8] ، حيث تكون المشغلات مترابطة بطريقة تنقل المعلومات بالتتابع من مشغل إلى آخر [، ص 109 - 122] ، لكننا سنركز هنا على سجل المزلاج و تطبيقه.

سجل الذاكرة

الذاكرة المسجلة - ملف التسجيل - هي ذاكرة وصول عشوائي للغاية (SRAM) - دائرة من عدة سجلات مصممة لتخزين عدة كلمات متعددة البت.

على التين. 8.3 يظهر مثال التنفيذ سوزو، وتتألف من أربعة 8 بت السجلات(لا يظهر اتصال RG2 و RG3 ، بل يتم تنفيذه بنفس الطريقة). معطى سوزوحجم المعلومات 4 × 8 بت - 4 كلمات من 8 بت أو 4 بايت. هنا DI - إدخال البيانات- ناقل بيانات الإدخال ، إخراج البيانات DO- ناقل بيانات الإخراج ، WR- إرسال إشارة إلى SRAM ، بحث وتطوير- إشارة لقراءة المعلومات من SRAM ، VSD - ناقل البيانات الداخلي.

كل تسجيليحتوي على عنوان مكون من رقمين ، يتم تغذيته بمدخلات وحدة فك التشفير. على سبيل المثال ، أقصى اليسار في الشكل. 8.3 تسجيليحتوي RG1 على العنوان ، التالي - (غير معروض في الشكل) ، التالي - (غير معروض) ، وأقصى اليمين تسجيل RG4 لديه العنوان.

إذا كانت هناك إشارة كتابة نشطة ، فإن وحدة فك التشفير ، وفقًا لرمز العنوان ، تصدر إلى أحد السجلاتإشارة نشطة المعلومات من ناقل بيانات الإدخال ديهو مكتوب إلى المختار تسجيل. على الحافة الخلفية ، المعلومات الواردة في هذا تسجيل"يستقر".

إذا ، على سبيل المثال ، في ديالمعلومات المقدمة والعنوان تسجيليساوي ، ثم سيتم تطبيق الإشارة النشطة عند خرج "3" من مفكك الشفرة على السجل RG4. في هذا الوقت ، سيكون للمسجلات المتبقية مستوى إشارة غير نشط ، وبالتالي ، ستتم كتابة المعلومات من ناقل بيانات الإدخال إلى RG4 ، وسيتم تخزين المعلومات المسجلة مسبقًا في السجلات المتبقية.

باستخدام إشارة قراءة نشطة ، يتم تنشيط جميع معددات الإرسال الثمانية (يتم عرض الأول والثاني والثامن في الرسم التخطيطي ، والباقي متصل بشكل مشابه) ، حيث يتم تطبيق إشارة نشطة على مدخلات التمكين الخاصة بهم. وفقا ل عنوان فك، تقوم معددات الإرسال بتبديل المعلومات من السجل المحدد إلى ناقل بيانات الإخراج. على سبيل المثال ، عنوان السجل هو. ثم على جميع معددات الإرسال ، يبدأون جميعًا في اختيار المعلومات وفقًا للعنوان. لذلك ، في ناقل الإخراج فعلبتات الحافلة الداخلية بالأرقام 25 - من المضاعف الأول ، 26 - من الثاني ، 27 - من الثالث ، 28 - من الرابع ، 29 - من الخامس ، 30 - من السادس ، 31 - من السابع و 32 - من المضاعف الثامن سيعطى. وبالتالي ، المعلومات التي هي نسخة من المحتوى تسجيل RG 4 مع العنوان يتم نقلها إلى ناقل بيانات الإخراج DO - حالة غير متغيرة لإخراج المضاعف.

هناك نوعان رئيسيان من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ؛ إنها ذاكرة مخزنة - أو ذاكرة مسجلة - وذاكرة غير مخزنة. الذاكرة غير المخزنة هي أسرع وأرخص بكثير من الذاكرة المخزنة. وبالتالي ، فهو نوع من الوحدات التي يمكن العثور عليها في جميع أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة في المنزل تقريبًا. تعد الذاكرة المخزنة مؤقتًا أغلى من النوع غير المخزن ، كما أنها أبطأ بسبب كيفية معالجتها لتخزين البيانات واسترجاعها.
ومع ذلك ، تعد الذاكرة المخزنة أكثر استقرارًا من النماذج غير المخزنة ، لذلك يتم استخدامها بشكل أساسي في أجهزة الكمبيوتر والخوادم المركزية.

الذاكرة غير المخزنة هي إلى حد بعيد الشكل الأكثر شيوعًا لوحدات ذاكرة الكمبيوتر الموجودة في الاستخدام اليومي. تعتبر وحدات الذاكرة هذه رخيصة التصنيع مقارنة بوحدات الذاكرة المؤقتة ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى استخدامها الشائع في أجهزة الكمبيوتر المنزلية والتجارية ، وأيضًا لأنها تستخدم كميات أقل المعدات. لا تحتوي وحدة الذاكرة غير المخزنة على أجهزة مدمجة للعمل كسجل للإرشادات بين شريحة ذاكرة الوصول العشوائي ووحدة التحكم في ذاكرة الكمبيوتر. ينتج عن هذا أداء أسرع ، ولكنه يزيد من مخاطر فقدان الذاكرة الناتج عن الطبيعة العشوائية لوضع المعلومات واستعادتها ، خاصة خلال فترات النشاط المكثف.

أكثر ما يشار إليه بالذاكرة المسجلة هو الذاكرة المخزنة مؤقتًا. احتفظت الذاكرة غير المخزنة ، بشكل غريب بما فيه الكفاية ، باسمها ولم يتم تغييرها إلى ذاكرة غير مسجلة. تختلف الذاكرة المخزنة مؤقتًا عن النوع غير المخزن في أنها تحتوي على سجل أجهزة يخزن المعلومات في ذاكرة التخزين المؤقت لدورة واحدة من شريحة الذاكرة. بينما قد ينتج عن هذه العملية شريحة ذاكرة أبطأ ، فإنها توفر استقرارًا إضافيًا وتقلل من مخاطر حدوث أخطاء في الذاكرة.

في الاستخدام العام للمستهلك ، يبدو أن الاختلاف في السرعة بين نوعي وحدات الذاكرة ضئيل. خلال فترات التبادل المكثف للمعلومات ، يظهر زمن الوصول ، والذي يتم ملاحظته باستخدام السجل. تُستخدم الذاكرة المخزنة بشكل شائع في أجهزة كمبيوتر الخادم وأنظمة الحواسيب المركزية لتوفير الاستقرار والحماية من التلف الذي يمكن أن يحدث في الوحدات غير المخزنة عندما تتعرض للاستخدام الكثيف المستمر. في حين أن الوحدات المخزنة تكون أكثر تكلفة وعموماً أبطأ في التشغيل ، فإن استقرار الذاكرة وأمن البيانات يعوضان عنها في بيئة الإنتاج.