DE3204376C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterspeicheranordnung mit
wahlfreiem Zugriff (RAM-Halbleiterspeicheranordnung) mit mehreren RAM-Chips für ein
Mikrocomputersystem.
RAM-Anordnungen dienen in Mikrocomputersystemen als sogenannte
Arbeitsspeicher. Zum Abarbeiten eines Programms werden Pro
grammbefehle und zu bearbeitende Daten in den Arbeitsspeicher
geladen. Ein Teil der Befehle und Daten wird von einem ROM
zugeführt. Der überwiegende Anteil der Befehle und Daten ge
langt dagegen von einem Massenspeicher in den RAM. Bei einem
Mikrocomputersystem ist der Massenspeicher typischerweise
eine Floppy-Disk. Nach dem Abarbeiten eines Programms werden
die bearbeiteten Daten wieder auf den Massenspeicher rück
übertragen.
Beim Hin- und Herschreiben von Daten zwischen einem Arbeits
speicher und einer Floppy-Disk ist zu beachten, daß diese
Funktionsteile unterschiedlich adressiert werden.
DE 26 09 698 A1 beschreibt ausführlich, wie Adressen gewan
delt werden können.
Eine Floppy-Disk weist z. B. 8 Zoll Durchmesser auf, mit
77 Spuren mit jeweils 26 Sektoren. Ein Sektor kann 128 Daten-
Bytes speichern. Die Lese/Schreib-Steuerung erfolgt üblicher
weise durch einen Floppy-Disk-Controller (FDC), der an eine EIN/
AUS-Schnittstelle angeschlossen ist. Zur Ansteuerung gibt die
CPU des Mikroprocessorsystem einen Disk-Aktivierungsbefehl
über einen Adreßbuß an den FDC, der gleichzeitig mit der
Spur- und der Sektoradresse versorgt wird. Sodann wird ein
Lese/Schreib-Kopf entsprechend der geforderten Spur und des
jeweiligen Sektors aktiviert, um Daten über einen Datenbus
einzulesen oder einzuschreiben.
Floppy-Disk-Systeme benötigen also elektromechanisch zu be
tätigende Elemente und Baugruppen, die massebehaftet sind,
mit der Folge, daß die Zugriffszeit auf Daten relativ groß
wird. Von Vorteil ist allerdings, daß jeweils nur eine EIN/
AUS-Adresse von der CPU auszugeben ist.
Zum Ansteuern eines RAM muß eine CPU dazu in der Lage sein,
eine Vielzahl von Adressen zu erzeugen. Im Falle eines 8-Bit-
Mikroprozessors, etwa des Typs Z80 der Firma Zilog, beträgt
die maximale Speicherkapazität 64 KBytes. Es können also nur
erheblich weniger Daten gespeichert werden als mit einer
Floppy-Disk. Allerdings ist die Zugriffszeit auf die Daten in
einem RAM erheblich kürzer als auf die Daten auf einer Floppy-
Disk.
Um die Kapazität einer RAM-Anordnung zu vergrößern, ist die
Verwendung einer Speicherbank bekannt, die eine Mehrzahl von
RAMs enthält, die durch einen entsprechenden Befehl umschalt
bar sind. Wird statt eines einzelnen RAM eine solche Spei
cherbank verwendet, muß mit dieser Änderung auch eine Ände
rung der Software, d. h. des Programms zur Adressenzuordnung
für die RAMs zusammen mit der Verdrahtung geändert werden,
d. h. es muß in die Hardware des möglicherweise bereits fer
tiggestellten und hinsichtlich der Speicherkapazität zu er
weiternden Mikrocomputersystems eingegriffen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine RAM-Halblei
terspeicheranordnung mit mehreren RAM-Chips für ein Mikrocom
putersystem anzugeben, die zur Speichererweiterung eines
solchen Systems dienen kann, ohne daß größere Software
änderungen erforderlich sind.
Die erfindungsgemäße RAM-Halbleiterspeicheranordnung verfügt
über eine Adressieranordnung zum Adressieren der RAM-Chips
mit Spur- und Sektoradressen entsprechend denen, wie sie zum
Adressieren einer Floppy-Disk verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Halbleiterspeicheranordnung könnte als
Quasi-Floppy-Disk-Speichersystem, jedoch in Halbleiter-RAM-
Ausführung, bezeichnet werden. Das Quasi-Floppy-Disk-Spei
chersystem wird beim Lesen und Einschreiben von Daten in die
RAMs ähnlich wie ein Floppy-Disk-System behandelt. Gemäß
einer bevorzugten Weiterbildung werden bei der Zuordnung der
Spur- und der Sektoradressen für den RAM diese Adressen mit
dem Ausgang eines 128stufigen Zählers gemischt, welcher in
nerhalb eines jeweiligen Sektors eine jeweilige Adresse für
den RAM erzeugt.
In dem mit RAMs aufgebauten Quasi-Floppy-Disk-Speichersystem
kann nicht mehr auf einzelne Bytes zugegriffen werden wie in
einem RAM, sondern nur noch auf Sektoren von 128 Bytes. Diese
Daten müssen dann in einzelne Bytes zerlegt werden, entspre
chend wie Daten, die von einer Floppy-Disk gelesen werden.
Dieser Vorgang kostet etwas Zeit, was entsprechend auch für
das Zusammensetzen von Bytes für den Einschreibvorgang gilt,
weswegen die Lese- und Schreibvorgänge in Zusammenhang mit
dem Quasi-Floppy-Disk-Speichersystem etwas langsamer sind als
die mit einem RAM, der unmittelbar als solcher adressiert
wird. Auf die Sektoradressen kann jedoch im Quasi-Floppy-
Disk-Speichersystem erheblich schneller zugegriffen werden
als in einem Floppy-Disk-System, beispielsweise etwa ein
hundertmal so schnell.
Die erfindungsgemäße RAM-Halbleiterspeicheranordnung führt
also zu einer Speicherkapazität, wie sie mit einem Floppy-
Disk-System erzielbar ist, dies aber mit Zugriffszeiten, die
mit denen vergleichbar sind, wie sie mit einem RAM erzielt
werden, der mit der für RAMs üblichen Adressierung angesteu
ert wird. Komplizierte Softwareanpassungen sind nicht erfor
derlich, da die Verarbeitung von Floppy-Disk-Adressen in jedem
Mikrocomputersystem berücksichtigt ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß die angegebenen Daten für Ka
pazitäten von Floppy-Disks und RAMs nur Beispiele sind.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nach
folgend unter Bezug auf die Zeichnung in einer beispiels
weisen Ausführungsform näher erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 das Blockschaltbild eines Mikrocomputersystems,
das mit einem Halbleiter-RAM-
Speicher ausgerüstet ist und
Fig. 2A bis 2D Signalverläufe und zeitkorrelierte Signal
zuordnungen an verschiedenen Punkten der Schal
tungsanordnung nach Fig. 1.
In der Blockschaltbildanordnung der Fig. 1 ist mit Bezugs
hinweis 1 eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) beispiels
weise des Mikroprozessors Z80-CPU der Firma Zilog bezeich
net. An die CPU 1 ist ein Datenbus 2, ein Kontrollbus 3
und ein Adreßbus 4 in bekannter Weise angeschlossen. Die
se Bus-Leitungen führen unter anderem zu einem Festwert
speicher (ROM) 5 bzw. zu einem Random-Speicher (RAM) 6.
Der ROM 5, der üblicherweise als Halbleiterspeicher ausge
führt ist, enthält das Basis-Systemprogramm einschließ
lich eines Monitor-Programms. Der RAM 6 ist ebenfalls
ein Halbleiterspeicher und die Adressen dieser Speicher
ROM 5 und RAM 6 stehen unter direktem Zugriff der CPU 1
über den Adreßbus 4.
In diesem Fall liegt im Verlauf der genannten Bus-Lei
tungen außerdem ein Doppelweg-Buspufferregister 7. Wie
in der Zeichnung der Fig. 1 angedeutet, kann ein her
kömmliches Floppy-Disk-System 9 an das Bus-Pufferregi
ster 7 über einen Floppy-Disk-Controller (FDC) 8 ange
schlossen sein.
Gemäß der Erfindung ist bei diesem Aufbau ein sogenann
ter dynamischer Halbleiter-Random-Speicher (DRAM) 20
vorgesehen. Die Gesamtkapazität des DRAM 20 beträgt et
wa 250 KBytes, was beispielsweise der gesamten Speicher
kapazität einer üblichen Floppy-Disk entspricht. Heutzu
tage stehen 64 KBit-Speicher zur Verfügung, so daß bei
spielsweise 32 Chips solcher 64 KBit-Speicher zu einer
Speicherbank zusammengestellt werden, die im gegebenen
Beispiel den DRAM 20 mit einer Speicherkapazität von 250
KBytes bilden.
Bezugshinweis 18 bezeichnet einen Adressendecoder, der
Chip-Aktivierungs- oder Chip-Auswahlsignale für den ROM
5, den RAM 6, den FDC 8 und den Decoder 14 des Speicher
systems liefert.
Der Datenbus 2 vom Doppelweg-Pufferspeicher 7 innerhalb
des Bus ist an ein Datenpufferregister 11, ein Spur-
Adreßregister bzw. Spurzuordnungsregister 12 bzw. an ein Sektor-Adreßregister bzw. Sektorzuordnungsregister 13 an
geschlossen, wie aus der Fig. 1 ersichtlich. Dem Decoder
14 wird ein Identifizierungssignal zugeführt, welches an
gibt, ob die Signale auf dem Datenbus 2 Spuradreß-, Sek
toradreß- oder aktuelle Nutzdaten sind.
Beim erfindungsgemäßen Speichersystem sind vier EIN/AUS-
Adressen zur Festlegung der Statusbedingung, der Sektor
adresse, der Spuradresse und der aktuellen Nutzdaten
zwischen der CPU 1 und dem Speichersystem belegt.
Der Decoder 14 wird durch das vom Decoder 18 gelieferte
Decodierungssignal ausgewählt, während das Decodierungs
signal vom Decoder 14 den Registern 11, 12, 13 und einem
Zustands- oder Statuscontroller 21 als sogenanntes ID-
Signal zugeführt wird.
Weiterhin gelangt ein Lese/Schreib-Steuersignal vom Kon
trollbus 3 zur Zeittakt- und Auffrisch-Steuerung 15, der
außerdem ein Systemtakt vom Systemtaktgenerator 10 zu
geführt wird. Dieser Systemtakt wird, wie bekannt, außer
dem für die CPU 1 benötigt. Die Zeittakt- und Auffrisch-
Überwachung 15 erzeugt ein Steuersignal für die Register
11, 12 und 13.
Das ID-Datensignal vom Decoder 14 gelangt in das Puffer
register 11 und die Zeittakt- und Auffrischsteuerung 15.
Weiterhin gibt der Decoder 14 das ID-Spursignal an das
Spur-Adressenregister 12 und das ID-Sektoradreßsignal
an das Sektor-Adreßregister 13 ab.
Die Zeittakt- und Auffrisch-Steuerung (Zeitsteuerkreis) 15 liefert ein
Zeittaktsignal an einen Zähler (Adressenzähler) 16, der die Adresse in
nerhalb eines jeweiligen Speichersektors liefert. Der
Zähler 16 ist als 128stufiger Zähler aufgebaut; er
liefert ein 7-Bit-Ausgangssignal an einen Multiplexer
17.
Dem Multiplexer (Adreßdaten-Multiplexer) 17 wird ein Zeilen/Spalten-Umschaltim
puls R/C von der Zeittakt- und Auffrisch-Steuerung 15
zugeführt.
Von dem 5-Bit-Ausgangssignal des Registers 12 gelangen
die zwei oberen Bits (höchstsignifikante Ziffernstellen)
zur Zeittakt- und Auffrisch-Steuerung 15, die daraufhin
ein Auswahlsignal i an den DRAM 20 abgibt.
Der Ausgang des Registers 13 ist ein 6-Bit-Signal und der
LSB-Anteil dieses Ausgangs gelangt zusammen mit den 7 Bits
des 128stufigen Zählers 16 als Zeilen-Adresse zum Multi
plexer 17.
Der Rest der 5 Bits vom Register 13 sowie die 3 Bits
vom Register 12 gelangen als Spalten-Adreßsignal eben
falls auf den Multiplexer 17.
Die so durch Synthese zusammengesetzte 8-Bit-Zahlen- und
Spaltenadresse gelangt unter Steuerung durch die Zeittakt-
und Auffrisch-Steuerung 15 in Zeitunterteilung auf den
DRAM 20.
Nachfolgend wird die Betriebsweise des
Quasi-Floppy-Disk-Systems beschrieben:
Wie bekannt, benötigt ein dynamischer RAM eine Auffrisch
steuerung der Art, daß die vom Multiplexer 17 gelieferte
Zeilenadresse stets durch das -Signal gemäß Fig. 2C
getastet wird. Die Fig. 2B verdeutlicht die als Ausgang
vom Multiplexer gelieferte Adresse, während die Fig. 2A
den Zeilen/Spalten-Umschaltimpuls R/C angibt, der von der
Zeittakt- und Auffrisch-Steuerung 15 an den Multiplexer
17 geliefert wird.
Wird eine Lese- oder Schreiboperation von der CPU 1 ge
fordert, so wird mit einem durch Decodierung der oberen
zwei Bits des Ausgangs vom Register 12, welches die Spur
adresse enthält, gewonnene i-Signal eine von vier der
64 KBytes-Speichergruppen im DRAM 20 ausgewählt und die
Spaltenadresse wird zu einem bestimmten Zeitpunkt frei
gegeben, wie die Fig. 2D erkennen läßt.
Entspricht die Anforderung auf dem Kontrollbus 3 einem
Lesebefehl, so werden die der bestimmten Adresse des
DRAM 20 zugeordneten Daten über den Puffer 1 auf den
Datenbus 2 gegeben. Entspricht die Anforderung dagegen
einem Schreibbefehl, so werden die über den Datenbus 2 an
gelieferten Daten in der speziellen Adresse des DRAM 20
ebenfalls über den Puffer 11 gespeichert.
Aus der obigen Erläuterung ist für den Fachmann ersicht
lich, daß der Halbleiter-Random-Speicher
sich im Prinzip als Floppy-Disk-Speicher betreiben
läßt, jedoch mit einer um ein Vielfaches höheren Zu
griffsgeschwindigkeit. Genau wie bei einem Floppy-Disk-
Speicher wird die Spur-Zuordnungsnummer oder Spuradresse
und die Sektor-Zuordnungsnummer oder -adresse der Spei
chersteuerschaltung zum Einschreiben oder Auslesen von
128 Datenbytes zugeführt, was beispielsweise der Daten
kapazität eines Speichersektors entspricht.
Damit ergibt sich als erheblicher Vorteil, daß alle System
programme für Floppy-Disk-Speicher auch für das Halblei
ter-Speichersystem verwendbar sind.
Damit wird auch deutlich, warum der Erfindungsgegenstand
auch als "Quasi-Floppy-Disk-Speicher" bezeichnet
werden könnte.
Als Hauptvorteil der Erfindung sei nochmals betont, daß
bereits existierende bekannte Betriebsprogramme für
Floppy-Disk-Einheiten auch in Verbindung mit der RAM-Halbleiterspeicher
anordnung verwendbar sind, als besonderer Vorteil jedoch ei
ne erheblich gesteigerte Zugriffsgeschwindigkeit er
reicht wird.
Claims (2)
1. Halbleiterspeicheranordnung mit wahlfreiem Zugriff (RAM-
Halbleiterspeicheranordnung) mit mehreren RAM-Chips für ein
Mikrocomputersystem, gekennzeichnet durch eine Adressieran
ordnung (11-21) zum Adressieren der RAM-Chips mit Spur- und
Sektoradressen entsprechend denen, wie sie zum Adressieren
einer Floppy-Disk verwendet werden.
2. Halbleiterspeicheranordnung nach Anspruch 1, gekenn
zeichnet durch
- - einen Halbleiterspeicher (DRAM 20) mit mehreren RAM-Chips und mindestens einem Daten- und einem Adreßbusanschluß (2, 4),
- - ein Spurzuordnungsregister (12), das an den Datenbus anzu schließen ist,
- - ein Sektorzuordnungsregister (13), das ebenfalls an den Datenbus anzuschließen ist,
- - einen Zeitsteuerkreis (15), der mit dem Halbleiterspeicher (DRAM 20) verbunden ist,
- - einen Adreßzähler (16), der in Abhängigkeit von durch den Zeitsteuerkreis (15) gelieferten Zeittaktsignalen die jeweilige Adresse für einen Speichersektor liefert,
- - und einen Adreßdaten-Multiplexer (17) zur zeitunterteilten Sortierung der Ausgangssignale des Spurzuordnungsregisters (12), des Sektorzuordnungsregisters (13) und des Adreßzäh lers (16) und zum Bilden einer zusammengesetzten, dem Halb leiterspeicher (DRAM 20) zuzuführenden Adresse.
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