Memory 1

E4160

MICROPROCESSOR & MICROCONTROLLER

MEMORY SYSTEM

Memori  Ingatan adalah peranti yang digunakan untuk  menyimpan data dan maklumat.  Merupakan salah satu peranti yang penting didalam sistem komputer.  Data yang disimpan didalam sistem ingatan berbentuk nombor perduaan iaitu ‘0’ atau ‘1’.  Jenis ingatan dalam sistem ingatan ialah ingatan semikonduktor (separa pengalir)  Ingatan semikonduktor mempunyai masa capaian yang pendek berbanding dengan jenis ingatan lain.  Sesuai digunakan didalam sistem mikropemproses untuk operasi kerja yang pantas.

 Store binary ( 0 or 1)  instructions : MOV A, C - 79H – 0111 1001  Data : 37H

 Two type  RAM or R/WM  ROM

Memori

Memori  R/W memory is made of register  register has a group of flip-flop or field-effect transistors  called memory cells  Memory is accessed through two special registers:  – MAR Memory Address Register  – MBR Memory Buffer Register

 To communicate with memory, the MPU should be able to  Select the chip  Indentify the register  Read from or write into register

Memori

Memori  A0 – A10 : address lines  D0 – D7 : data lines  CS, OE, WE : control lines

 CS : chip select  OE : output enable  WE : write enable

 OE  active low  data is move from memori to MP (read operation)  WE  active low  data is move from MP to memori (write operation)

Memori  Write Cycle

 1. Move the address of the word to be written to MAR  2. Move the content of the word to be written to MBR  3. Turn the write input line on * Steps 1 and 2 can be done in parallel

Memori  Read Cycle  1. Move the address of the requested word to MAR  2. Turn the read input line on  3. The content of the requested word will be transfered to MBR *Steps are done sequentially

Memory Basic Memory Cell - Notes  1. Uses a latch and not a flip-flop (asynchronous)  2. When not activated outputs zero  3. R/W line: read=1 write=0

Memory  Basic Memory Cell - Symbolic

Memori

Memori

Memori  How to read data/instruction from memory 1. Select chip : CS is active low 2. OE is enable (active low)  How to write data/instruction from memory 1. Select chip : CS is active low 2. WE is enable (active low)  This read and write operation cannot occur at same time.  At one time it must be one operation occur either read or write

Memory Classification  Two categories of memory 1. Prime : R/WM, ROM 2. Secondary : CD disk, pen drive  The prime memory should be able to respond fast enough to keep up with the execution speed of the mP  In secondary memory, the programs need to be copied into R/WM first before the mP execute or process programs stored in these devices

Semiconductor Memory 

2 type

1. ROM –Read Only Memory 2. RAM/RWM – Random Access Memory / Read Write Memory 

ROM contain the “initialization” instruction, telling the MP what to do when the power is first turn on.Reading the

keyboard, driving the CRT, input out data translation etc   

RAM is used for temporary data storage ROM is nonvolatile memori, meaning that it not loses its content when power is turned off RAM is volatile memory

RAM/RWM  Can write into or read from memory  RAM – random access memory  Information can be altered – writing program at the same location or receiving data. Previous data will be lose.  Data is read randomly  Volatile – power turn off, all the contents are destroyed.  Two type  Static RAM  Dynamic RAM

8 7 6 5 4 3 2 1 23 22 19 18 20 21

U1 A A A A A A A A A A A

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

CS OE W E H M 6116

D D D D D D D D

0 1 2 3 4 5 6 7

9 10 11 13 14 15 16 17

Static RAM  Made up of flip-flops  Stores the bit as a voltage  Information – time factor no effect  Low cost  Sejenis ingatan yang berkeupayaan untuk mengekalkan data yang disimpan didalamnya tanpa dipengaruhi oleh faktor masa.  Data atau maklumat yang tersimpan tidak akan hilang walau berapa lama ia disimpan selagi bekalan kuasa tidak diputuskan.

Dynamic Memory  MOS transistor gates  Sejenis ingatan yang menyimpan data atau maklumat didalam bentuk cas.  Unit sel didalamnya dibina daripada kapasitor. Store the bit as a charge  Data atau maklumat yang disimpan didalam setiap unit sel bergantung kepada ketumpatan cas pada kapasitor.  - Ada Cas - logik ‘1’,  - Tiada Cas - logik ‘0’  Disadvantages – charge leak store information needs to be read and written again every few miliseconds : refreshing memory

Perbandingan  RAM Dinamik(DRAM) 1.Maklumat/data disimpan didalam bentuk cas 2.Unit sel terdiri daripada kapasitor 3.Saiz unit sel lebih ringkas 4.Cheaper (kos/sel) 5.High density and low power consumption 6.Penggunaan kuasa yang rendah 7.Perlukan penyegaran semula 8.Economic for system at least 8K

Perbandingan  RAM Statik (SRAM) 1. Maklumat disimpan dengan menset atau mereset flip-flop. Set = 1 dan Reset = 0 2. Unit sel terdiri daripada flip-flop 3. Saiz unit sel lebih besar 4. Lebih mahal (kos/sel) 5. Penggunaan kuasa yang tinggi 6. Tidak memerlukan proses penyegaran semula

ROM – Read Only Memory    

Information can be read only The program and data cannot altered Nonvolatile memory Two type of bit pattern is stored  Permannet – Masked ROM, PROM  At least semipermanent (erasable) – EPROM, EE-PROM, flash memory

ROM  Ingatan untuk tempat simpanan kekal dimana datanya hanya boleh dibaca sahaja dari lokasi.  Menyimpan satu bit dengan adanya ikatan diantara talian baris dan talian lajur didalam susunan ingatan.  Data didalam ROM biasanya telah diaturcarakan pada masa pengilangan ataupun dengan satu kaedah aturcara sebelum pemasangan litar.  ROM bersifat ‘Non-Volotile’ .  ROM sesuai digunakan untuk menyimpan data atau maklumat penting seperti aturcara monitor/ ‘operating system’

8 7 6 5 4 3 2 1 23 22 19 18 20 21

U 1 A A A A A A A A A A A

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

C E O E V P P M 2716

O O O O O O O O

0 1 2 3 4 5 6 7

9 1 1 1 1 1 1 1

0 1 3 4 5 6 7

Masked ROM  ROM Bertopeng (masked ROM).  ROM bertopeng (masked-programmed ROM) ialah ROM yang diaturcara secara tetap pada masa pengilangan  Kaedah atucara adalah dengan menambahkan atau mengabaikan diod atau transistor.  Komputer akan menghasilkan topeng(mask) untuk IC ROM mengikut jadual kebenaran yang dikehendaki.  Jadual kebenaran ini dihantar kepada pengilang didalam bentuk kod objek.

Masked ROM  a1

a0

d3

d2

d1

d0

0

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

Jadual Kebenaran MROM 4x4

Binaan Dalaman MROM 4x4

PROM atau FPROM (Fusible-PROM)  PROM (Programmable Read Only Memory) adalah ROM yang boleh diaturcarakan oleh pengguna.  Ia diaturcarakan dengan menggunakan suatu jenis peranti khas yang dipanggil pengaturcara PROM (PROM programmer atau PROM writer atau PROM burner).  PROM ini mempunyai diod-diod dan fius (fusible link) yang boleh diputuskan pada setiap posisi bit  Data ‘1’- fius & diod bersambung.  Data ‘0’- fius diputuskan (Rujuk Rajah dibawah).  Data di dalam PROM tidak boleh dipadamkan/diubah setelah diatucara.

PROM atau FPROM (Fusible-PROM)  a1

a0

d3

d2

d1

d0

0

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

Jadual Kebenaran PROM 4x4 baru

Binaan Dalaman PROM 4x4 sebelum diatucara

UV-EPROM  UV-EPROM(Ultra Violet-Erasable PROM) adalah PROM yang datanya boleh dipadamkan &diatucara. Bit yang diaturcarakan disimpan sebagai cas didalam kapasitor jenis hampir lesapan-sifar. Data didalamnya dipadamkan dengan meneutralkan cas tersebut dengan suatu cas yang berlawanan dengan mendedahkan cahaya ultra-violet selama lebih kurang 5 hingga 20 minit. Data-data akan hilang apabila cahaya ini disinarkan ketingkap kaca cip tersebut. Cahaya yang digunakan haruslah mempunyai jarak gelombang yang pendek, iaitu 0.2537 um dan ia merbahaya kepada manusia.  Kelemahan cip EPROM ini adalah, jika hanya satu data sahaja yang ingin diubahkan, maka semua data didalamnya mesti dipadamkan.

21

20

18

19

22

23

1

2

3

4

5

6

7

8

O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7

M2716

VPP

OE

CE

A10

A9

A8

O0

A0

U1

17

16

15

14

13

11

10

9

UV-EPROM Tingkap Kaca

EAPROM.  EAPROM(Electrically Alterable PROM) tidak memerlukan cip dipadamkan keseluruhannya tetapi dapat menukarkan data pada lokasi yang terpilih.  Bezanya cip ini dengan cip EPROM ialah untuk pemadaman dan pengaturcaraan semula data  Cip EPROM harus dikeluarkan daripada soketnya, tetapi, pemadaman dan pengaturcaraan semula data didalam EAPROM dapat dilakukan tanpamengeluarkannya dari soket.  Proses pemadaman dan penulisan semula data memerlukan masa yang diantara beberapa milisaat hingga ke beberapa minit.  Kandungan daripada EAPROM dapat ditukar dengan memberi denyut elektrik.

EEPROM  Ingatan ini adalah Electrically Erasable ROM dan  merupakan ROM yang boleh dipadamkan  menggunakan denyut elektrik.  Cip ini menggunakan sistem litar MOS yang  serupa dengan EAPROM.  Proses pemadaman data terpaksa dibuat keatas  ke semua lokasi didalam EEPROM sebelum ia  boleh diprogramkan semula.

RAM & ROM COMPARISON 



RAM (Random Access Memory)]  Merupakan ingatan jenis meruap (volotile). Peranti yang digunakan untuk storan sementara temporary storage). Lokasi memorinya boleh dicapai pada sebarang masa dan tempat tanpa mengikut turutan. Digunakan untuk menyimpan program yang sentiasa berubah-ubah dan biasanya digunakan bersama ingatan bantuan seperti ‘magnatic disk’ atau ‘dram stroge’ ROM (Read Only Memory)  Merupakan ingatan jenis tak meruap (non volotile). Peranti yang digunakan untuk storan kekal (permanent storage)  Program diletakan di lokasi memori yan telah dipilih biasanya untuk sistem ‘firmware’. Maklumat dalam ROM tidak boleh diubah, seperti untuk program paparan, latarbelakang komputer dan sebagainya

MEMORI ORGANIZATION  Talian alamat pada ingatan digunakan untuk memilih suatu lokasi didalam ingatan.  Didalam pembuatan ingatan ada berbagai-bagai cara bagaimana sel-sel didalam ingatan disusun.  Ingatan disusun mengikut ‘lokasi’ (alamat) dan ‘data’

MEMORI ORGANIZATION  1K = 1024  kapasiti memori 1024 x 8bit = 1K x 8 bit  Organisasi ingatan yang lain yang boleh didapati adalah 1024 X 1(1K X 1), 4096 X 8(4K X 8), 16392 X 1(16K X 1), 64 x 4, 128 x 8 dan banyak lagi. 1K x 8 Jumlah lokasi alamat 1K x 1024 = 1024 Jumlah bilangan talian alamat 2n = 1024 log 2n = log 1024 n = log 1024 n = 10

Jumlah talian data = 8 talian, D0 – D7

Jumlah sel @ bil. Bit = 1x 1024 x 8 = 8192 sel @ bit

MEMORI ORGANIZATION

Alamat memori

Satu sel memori

Data pada satu lokasi memori 003H

MEMORI ORGANIZATION  Data ini menunjukkan bagaimana sel-sel dalaman ingatan disusun.  Ingatan tersebut mempunyai 1024 ruangan/lokasi dan mempunyai 8 bit data pada setiap ruangan(alamat).  Jadi jumlah selnya adalah 8192 sel. Susunan begini boleh juga ditulis sebagai 1K X 8.

Increasing RAM’s Size  Pengembangan lokasi ingatan  1K x 8  4K x 8

Increasing RAM’s Size  Pengembangan lebar bas data Increasing RAM’s wordlength  1K x 8  1K x 16

Increasing address and word lenght

MIKROPEMPROSES & MEMORI  Memori adalah peranti yang menyimpan maklumat.  Maklumat disimpan melalui operasi TULIS dan diambil semula melalui operasi BACA M I K R O P E M P R O S E S

BAS ALAMAT

BAS DATA

ISYARAT BACA ISYARAT TULIS ISYARAT PEMILIH

M E M O R I

MIKROPEMPROSES & MEMORI  Operasi BACA (READ) bermaksud data bergerak dari ingatan ke mikropemproses.(up memberi alamat dibas alamat dan isyarat BACA. Ingatan meletakkan data dari lokasi alamat yang dinyatakan ke bas Data).  Operasi TULIS (WRITE) bermaksud data dikeluarkan oleh mikropemprosesdan disimpan oleh ingatan (up memberi lokasi alamat di bas alamat dan data dibas data. Isyarat TULIS diberikan untuk menyimpan data dialamat yang dinyatakan.

CIP PIAWAIAN INDUSTRI  EPROM  2716 2k x 8 bit (16 kilobit)  2732 4k x 8 bit (32 kilobit)  2764 8k x 8 bit (64 kilobit)  27128 16k x 8 bit (128 kilobit)  27256 32k x 8 bit (256 kilobit)  Versi CMOS mempunyai format 27Cxx (spt 27C64)  EEPROM menggunakkan format 28xx  2816/2817 2k x 8 bit (16 kilobit)  2864 8k x 8 bit (64 kilobit)  SRAM  6116 2k x 8 bit (16 kilobit)  6164/6264 8k x 8 bit (64 kilobit)  43256/6625 32k x 8bit (256 kilobit)

Write Cycle Time  Kelajuan Operasi Ingatan Diukur Mengikut Tiga Parameter:  Masa Kitar Tulis – (Write Cycle Time)  Masa Kitar Baca – (Read Cycle Time)  Masa Capaian – (Access Time)  Masa Minima Diantara 2 Kitar Tulis Semasa Operasi Tulis : Masa Kitar Tulis

Write Cycle Time Masa kitar tulis Talian Alamat Alamat lama

Alamat baru

Talian CS

Talian R/W

Bas data

Data masukan stabil

Read Cycle Time  Masa Kitar Baca : Iaitu Masa Yang Minima Diantara Alamat Pertama Yang Disetkan Kepada Ingatan Dengan Alamat Yang Kedua Yang Disetkan Pada Ingatan Yang Sama ( Masa Yang Minima Diperlukan Semasa Satu Operasi Tulis Berlaku).  Masa Capaian : Masa Yang Diambil Oleh Ingatan Untuk Mengeluarkan Data Ke Bas Data Apabila Ia Menerima Alamat Baru Ditalian Alamat Semasa Kitar Baca.

Read Cycle Time Masa kitar baca Talian

Alamat

Alamat lama

Alamat baru

Talian CS

Bas data

Data sah Masa capaian

PENYAHKOD ALAMAT & PETA INGATAN  Peta Ingatan adalah perlambangan bergambar yang menunjukkan keseluruhan ruangan Ingatan di dalam sesuatu sistem.  Penyahkod Alamat Diperlukan Untuk Mengaktifkan Peranti Dalam Sistem Kerana Dalam Satu-satu Masa Hanya Satu Sahaja Cip/Peranti Yang Akan Diaktifkan.  Alamat Pertama - 0000H, ditulis di atas dan Alamat Tertinggi –FFFFH, ditulis di bawah sekali Peta Ingatan.

PENYAHKOD ALAMAT & PETA INGATAN  Garis Panduan AM Semasa Membina Sistem Berasaskan Mikropemproses 8085.  ROM: Alamat Terendah  I/O: Alamat Pertengahan  RAM: Alamat Tertinggi

1 K ROM

ROM

BUFFER LATCH

I/O

2K RAM

RAM

PENYAHKOD ALAMAT BAS ALAMAT A0 :

ROM

UP :

RAM

Buffer (Suis)

Latch (LED)

A10

8085 A11 A12 A13 A14

  

AS

PENYAH Y0 KOD Y1 ALAMAT Y2 Y3

TALIAN PEMILIH

Bas Alamat Ke Eprom/Sram (2k X 8 Bit) : (A0 - A10) As Alamat Kepenyahkod : (A11 – A15) Sel = 0, Menurunkan Input Cs Di Ingatan Dan Mengaktifkan Cip, Bila Pola Bas Alamat Ditentukan.

PENYAHKOD ALAMAT  Terdapat Dua Kaedah Penyahkod Alamat:  Penyahkod Penuh  Penyahkod Separa •

FUNGSI PENYAHKOD ALAMAT INGATAN:Mengawas Bas Alamat Dan Menentukan Bila Untuk Mengaktifkan Cip Ingatan

PENYAHKOD ALAMAT EPROM/ SRAM

BAS ALAMAT

CS

CPU SEL AS

PENYAHKOD ALAMAT INGATAN

 Bas Alamat Ke Eprom/Sram (2k X 8 Bit) : (A0 - A10)  As Alamat Kepenyahkod : (A11 – A15)  Sel = 0, Menurunkan Input Cs Di Ingatan Dan Mengaktifkan Cip, Bila Pola Bas Alamat Ditentukan.

PENYAHKOD PENUH (FULL DECODING)•

Keseluruhan Talian Alamat Mesti Digunakan Untuk Mencapai Setiap Kedudukan, Samada Untuk Mengaktifkan Sesuatu Peranti Atau Mencapai Suatu Alamat Di Dalam Peranti Tersebut.

Full address decoding  Let’s assume the same microprocessor with 10 address lines (1KB memory)  However, this time we wish to implement only 512 bytes of memory  We still must use 128-byte memory chips  Physical memory must be placed on the upper half of the memory map

Full address decoding  SOLUTION

Partial address decoding  PENYAHKOD SEPARATidak Semua Talian Alamat Digunakan Untuk Mencapai Setiap Kedudukan, Samada Untuk Mengaktifkan Sesuatu Peranti Atau Mencapai Suatu Alamat Di Dalam Peranti Tersebut.  Penyahkod Alamat yang paling Ringkas.

Partial address decoding  Let’s assume the same microprocessor with 10 address lines (1KB memory)  n However, this time we wish to implement only 512 bytes of memory  n We still must use 128-byte memory chips  n Physical memory must be placed on the upper half of the memory map

Partial address decoding

Partial address decoding