Мавзу: микроконтроллерни ташкиллаштириш режа

4.2.Микроконтроллернинг умумий ҳотираси
Микроконтроллерларда асосий уч турдаги ҳотира ишлатилади. Дастурлар ҳотираси доимий ҳотира қурилмаси (ДХҚ) бўлиб, у дастурий кодларни (буйруқларни) ва константаларни сақлаш учун мўлжаллангандир. Унинг қийматлари дастур бажарилиши давомида ўзгармайди. Ахборотлар ҳотираси дастур бажарилиш давомида ўзгарувчиларни сақлаш учун мўлжалланган бўлиб, у оператив ҳотирани ташкил этади. МК регистрлари – ҳотиранинг бу тури ўз таркибига процессорнинг ички регистрларини ва ташқи қурилмаларни бошқариш учун мўлжалланган регистрларни (маҳсус вазифали регистрлар) олади.
Микроконтроллер кристалига иккита блок ҳотира жойлаштирилган: дастурлар ҳотираси ва ахборотлар ҳотираси. МК автоном иш тартибида ишлатилишга йўналтирилганлиги муносабати билан дастурлар ҳотираси эненргия йўқ бўлганда ҳам сақланаётган қийматларни ҳотиралаб қолиши керак (энергияга боғлиқ бўлмаган ҳолда), микроконтроллернинг ички архитектурасини соддалаштириш учун ва такт генераторини кенг частота оралиғида ишлаши имкониятини яратиш учун ахборотлар ҳотираси статик архитектурага эга бўлиши керак, яъни ўқилган ахборотни қайта ёзиб тиклашни талаб этмаслиги керак. Ҳотира модулини умумлаштирилган таркибий схемаси 4.3-чизмада келтирилган. Ҳотира модули ҳотираловчи элементлар матрицасидан, улар N m – разрядли қаторлар каби ташкиллаштирилган, ячейкалар манзилини шифрдан чиқарувчи ва каскадли буферлардан ташкил топган.

4.3-чизма. Ҳотира модулининг таркиби

Бундек ҳотира модулининг манзиллар шинасининг разрядлиги n=log2N ташкил этади, ахборотлар шинасининг разрялиги эса – m. Ячейкани танланиши керак бўлган номери ҳақидаги ахборот манзил коди кўринишида шифрдан чиқариш қурилмасига (ШЧҚ) келади, ҳотиралаш элементлар матрицасини мантиқий юқори қиймат ҳосил қилиб қаторларидан биттасини фаоллаштиради. Шу билан бир қаторда, бошқариш сигналларининг келишига боғлиқ ҳолда танланган қаторнинг барча ҳотира элементларини мантиқий қиймати буфер кучайтирувчи каскад орқали ахборотлар шинасига келади (ячейка ҳолатини ўқиш), ёки ахборотлар шинаси буферли кучайтириш каскади орқали танланган қатор ҳотира элементларига берилади (ячейка ҳолатини ёзиш). Бошқа қаторларнинг ҳотира элементларини мантиқий ҳолати ўзгармайди ва чиқишдаги мантиқий ҳолатга таъсир этмайди.
Дастур ҳотираси. Дастур ҳотирасининг асосий хусусияти бу унинг истемол энергиясига боғлиқ бўлмаганлигидир, яъни манба бўлмаган ҳолда ҳам дастурларни сақлаш имкониятидир. Дастур ҳотираси доимий ҳотира қурилмаси бўлиб (ДХҚ), унинг ҳар бир ҳотира элементи ДХҚ га ахборот ёзилган вақтида ўтказилган мантиқий ҳолатни эгаллайди (дастурлаш). ДХҚ га дастурни рухсат этилган ёзиш даврининг сонига боғлиқ ҳолда бир маротаба ва кўп маротаба дастурланувч ДХҚ ажратиш мумкун.
Бир маротаба дастурланувчи ДХҚ матрицанинг ҳар бир ҳотира элементи ҳолатини фақат бир мартта ўзгартириши мумкун. ДХҚ га дастурларни саноатда микроконтроллер кристалини ишлаб чиқариш даврида (“маска бўйича”) ёзиш мумкун ёки фойдаланувчи томонидан дастурлаш қурилмаси (программатор) орқали дастурларни ёзиш мумкун. Бу турдаги ДХҚ энг арзон, чунки матрицани ҳар бир ҳотира элемент жуда ҳам оддий.
Ячейкаларни дастурлашда мантиқий бир ҳолатига ўтиши керак бўлган ахборотлар шинасининг разрядларига юқори кучланиш берилади. Чунки шу вақтда матрицани ячейкани дастурлашни бериш қаторига манзилни шифрдан чиқариш қурилмасидан юқори қиймат келади, эрувчанг улаш мосламасидан юқори ток оқиб ўтади ва уни қайта тиклаб бўлмайдиган даражада узади. Мантиқий нол ҳолатига дастурланувчи элементларга бундек таъсир қилинмайди, шунинг учун ўз ҳолатида қолади.
Кўп маротаба дастурланувчи ДХҚ да матрицанинг ҳар бир ҳотира элементига бир неча юз мартта ёзишга имкони берилган. Шунинг учун ҳотира элементи мураккаблаштирилган, у сузувчи затворли транзистордан иборат ва шунингдек дастурлаш тартиби ҳам бир неча босқичдан ташкил топган.
МК фойдаланувчилари нуқтаи назаридан дастурларнинг энергияга боғлиқ бўлмаган ҳотирасини қуйидаги турларга бўлиш мумкун:
Маскали ДХҚ тури – mask-ROM. Бу турдаги ДХҚ ячейкаларига қийматларни унинг ишлаб чиқарилиш жароёнида маскалар ёрдамида киритилади ва кейинчалик қийматларни ўзгартириб ёки қайта дастурлаб бўлмайди. Шунинг учун бу турдаги ҳотирали микроконтроллерларда дастурларни узоқ вақт синашдан кейингина фойдаланиш мумкун. Бу ҳотиранинг асосий камчилиги янги шаблонларнинг тўпламини яратилишидаги ва уларни ишлаб чиқаришга татбиқидаги сарф ҳаражатларнинг юқорилиги. Одатда бу жароён 1 – 1,5 ойни ташкил этади ва иқтисодий нуқтаий назардан минглаб нусхада ишлаб чиқарилганданина ўзини оқлаши мумкун. Маскали ДХҚ ахборотларни сақлашда юқори ишончлиликни таъминлашининг сабаби, завод шароитида дастурланиб сўнг махсулотни турли назоратлардан ўтказилишидир.
Фойдаланувчи томонидан дастурланувчи ва ультра бинафша нурлар билан ўчирувчи ДХҚ – EPROM (Erasable Programmable ROM). Бу турдаги ДХҚ электр сигналлари билан дастурланади ва ультра бинафша нурлаш орқали ўчирилади. EPROM ҳотира ячейкаси “сузувчи” затворли метал оксид яримўтказгичли (МОЯ) – транзисторларда ҳосил қилинган ва уларга заряд бошқарувчи затвордан керакли электр сигнали берилганида ўтади. Ячейка қийматини ўчириш учун уни ультра бинафша нурлар билан нурлантирилади. Бу жароён бир неча секунддан бир неча минутгачан давом этиши мумкун. EPROM ҳотирали МК кўп маротаба қайта дастурланиши мумкун ва у турдаги ҳотиралар керамик ғилофда кварцли дарча билан ишлаб чиқарилади. Дарча ультра бинафша нурларни ҳотира ячейкасига тушиши учун мўлжалланган. Бундек ғилоф анча қиммат тургани учун МК нархи ҳам қимматлашади албатта. EPROM ҳотирали МК нархини арзонлатиш учун ҳотирани дарчасиз ишлаб чиқарилади (EPROM бир маротаба дастурланувчи версияси).
Фойдаланувчи томонидан бир маротаба дастурланувчи ДХҚ - OTPROM (One – Time Programmable ROM). Бу турдаги ҳотира, МК нархини арзонлатиш учун ҳотирани дарчасиз ишлаб чиқарилган EPROM версиясидан иборат. Бу каби ғилофларда ишлаб чиқарилиши натижасида нархини камайтириш шунчалик этиборлики, охирги вақтда EPROM версиясиялари кўпинча маскали ДХҚ ҳотира тури ўрнига ишлатилмоқда.
Электр ўчиришли фойдаланувчи томонидан дастурланувчи ДХҚ – EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM). Бу турдаги ДХҚ ни EPROM нинг янги авлоди деб ҳисоблаш мумкун, уларда ҳотира ячейкаси шунингдек электр сигнали орқали ўчириш амалга оширилади. EEPROM қўлланилиши МК платасини ечиб олмасдан ўчириш ва дастурлаш имконини беради. Шу усулда созлашни амалга ошириш ва дастурий таъминотни янги вариантларини ёзиш ҳам мумкун. Бу эса микроконтроллерли тизимларни яратишнинг бошланғич босқичларида ёки уларни ўрганиш жароёнида, қачонки тизимнинг ишламаслик сабабини топишга ва дастурлар ҳотирасини ўчириш-дастурлаш циклларини бажаришга кўп вақт кетқазилганда жуда катта юутуқ беради. EEPROM нархи бўйича OTPROM ва EPROM ларнинг ўртасидаги ўринни эгаллайди. EEPROM ҳотирасини дастурлаш технологиясини қўлланганда ячейкаларни байтлаб ўчириш ва дастурлаш имконияти мавжут. EEPROM яққол авфзалликларига қарамай МК фақат кам моделларида бундек ҳотира дастурларни сақлашга ишлатилади. Бунинг сабаби, биринчидан EEPROM чегараланган ҳотира сиғимига эга. Иккинчидан, деярли EEPROM билан бир вақтда Flash-ДХҚ ишлаб чиқарилди, улар техник кўрсатгичлари жихатидан бир ҳил бўлиши билан бир қаторда, лекин Flash-ДХҚ нархи анча арзон.
Flash туридаги электр ўчиришли ДХҚ - Flash – ROM. Вазифаси жихатидан Flash-ҳотира EEPROM дан кам фарқ қилади. Асосий фарқи ёзилган ахборотни ўчириш усулидадир. EEPROM ҳотирасида ҳар бир ячейка алоҳида ўчирилади, Flash-ҳотирада эса фақат блоклаб ўчириш мумкун. Агарда Flash-ҳотиранинг битта ячейкасининг қийматини ўзгартириш керак бўлиб қолса, бутун блокни бошқаттан дастурлаш керак бўлади. EEPROM ҳотирасига нисбатан декодерловчи схемаларининг соддалашиши, Flash-ҳотирали МК лар нафақат бир маротаба дастурланувчи ДХҚ ли МК билан рақобатбардошлик қилмақда, маскали ДХҚ билан ҳам рақобат қилмоқда.