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マイクロコンピュータ工学 講義. (第3巻). 3年次後期2単位選択 担当: 玉野 和保. 単元5(1/22). 第5単元 メ モ リ. 講義の意味と位置づけ メモリの種類 メモリは単にデータを蓄えるのではなく、演算・制御も実行する 各種メモリの動作基本原理とアクセス法 講義で解説すること メモリの役割 メモリの種類 メモリ動作の基本原理 SRAM の構造と回路とアクセスの実際 DRAM の構造と回路とアクセスの実際 EPROM、FLASH Memory 仮想メモリ. 講義の意味と位置づけ マイコンの定義 コンピュータと電卓の違い
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マイクロコンピュータ工学 講義 (第3巻) 3年次後期2単位選択 担当: 玉野 和保
単元5(1/22) 第5単元 メ モ リ • 講義の意味と位置づけ • メモリの種類 • メモリは単にデータを蓄えるのではなく、演算・制御も実行する • 各種メモリの動作基本原理とアクセス法 • 講義で解説すること • メモリの役割 • メモリの種類 • メモリ動作の基本原理 • SRAMの構造と回路とアクセスの実際 • DRAMの構造と回路とアクセスの実際 • EPROM、FLASH Memory • 仮想メモリ • 講義の意味と位置づけ • マイコンの定義 • コンピュータと電卓の違い • コンピュータの類別 • マイコンの類別 • 講義で解説すること • マイコンとは何か • マイコンのコンピュータ界での位置づけ
単元5(2/22) メモリの役割 • データの短期保存: Register • データの長期保存: Memory Bank Core Memory(RAM、ROM) 外部メモリ(SAM) • データの変換表: Array Processing • Memory Switch: メモリ空間でのI/Oで構成 • Flag/Status: Registerの一種 単一のFlip/Flopで構成もある
単元5(3/22) メモリの種類 • 内部メモリ: 自由なアドレス選択で、データの読み書き可 • CORE MEMORY: RAM、ROMが使用される • 外部メモリ: 自由 • 磁気テープ型: 大容量、シリアル形式の長期データ保存 速度が遅い DAT(Digital Audio Tape): • Disk型: 比較的記憶容量が大きく、速度も速い Hard Disk: Giga Byteオーダーでの情報記録 Micro Drive:超小型Hard Disk コンパクト Floppy Disk: • IC型:高速だが、記憶容量は少ない。 コンパクト Flash ROM: IC card 多種のMemory Media(Compact Flash、Smart Media、Memory Stickなど)
単元5(4/22) Diskの構造
単元5(5/22) RAM・ROMの姿 8KB RAM 64K×4B 画像用RAM 8KB ROM 32KB ROM
単元5(6/22) 多種の新メモリの姿
単元5(7/22) 内部メモリの種類 • RAM(Random Access Memory): 自由なアドレス選択で、データの読み書き可 SRAM(Static RAM): DRAM(Dynamic RAM): • ROM(Read Only Memory): 自由なアドレス選択で、データの読み出し専用 MASK ROM: Fuse ROM: EPROM(Erasable Programmable ROM) or PROM: EEPOM(Electric Erasable Programmable ROM): Flash ROM:
単元5(7/22) 内部メモリの種類 • RAM(Random Access Memory): 自由なアドレス選択で、データの読み書き可 SRAM(Static RAM): DRAM(Dynamic RAM): • ROM(Read Only Memory): 自由なアドレス選択で、データの読み出し専用 MASK ROM: Fuse ROM: EPROM(Erasable Programmable ROM) or PROM: EEPOM(Electric Erasable Programmable ROM): Flash ROM:
単元5(8/22) 各種メモリの比較 マイコンでよく使用される RWM:Read Write Memory SAM: Sequential Access Memory ROM: Read Only Memory NVM: Non Volatile Memory VM: Volatile Memory
単元5(9/22) メモリ動作の基本原理 • 双安定回路 • Flip/Flopで構成
単元5(10/22) SRAMの構造と回路
単元5(11/22) SRAMのメモリセルのアクセス法
単元5(12/22) SRAMのアクセスの実際(その1)
単元5(13/22) SRAMのアクセスの実際(その2)
単元5(14/22) SRAMのアクセスの実際(その3)
単元5(15/22) DRAMの基本原理
単元5(16/22) DRAMの構成回路
単元5(17/22) DRAMのアクセス法
単元5(18/22) DRAMのアクセスの実際(その1)
単元5(19/22) DRAMのアクセスの実際(その2)
単元5(20/22) EPROMの構造と回路
単元5(21/22) Flash ROMの構造と回路 EEPROMの一種: EEPROMより集積度が高い 消去制御用のトランジスタ1個を、消去電圧の与え方を共通化 NAND型は直列配線できるので配線数が少なく集積度は高い。 NOR型は蓄積電荷が少ないので高速アクセス
単元5(22/22) 仮想メモリの基本原理 モデル: メインメモリ:16MB(物理アドレス) HD上メモリ:32MB 動作: CPU: 仮想メモリをメインに取込 プログラム:変換テーブルで処理 ※ソフトだけでは遅いのでハード で処理 → 連想メモリ(TLB) を使用(配線で変換)
単元6(1/13) 第6単元 マイコンの構成 • 講義の意味と位置づけ • マイコンはどのような要素から構成されているか • マイコンは要素をどのように結び付けて構成しているか • Multi-Busの分離法 • 16bitメモリのアクセス法 • マイコン回路の基本構成法 • 講義で解説すること • Babbegeのアイデア • マイコンの基本構成要素と基本回路構成 (8086、68000を例にとって説明) • Z80によるマイコン回路構成例 • 講義の意味と位置づけ • マイコンの定義 • コンピュータと電卓の違い • コンピュータの類別 • マイコンの類別 • 講義で解説すること • マイコンとは何か • マイコンのコンピュータ界での位置づけ
単元6(2/13) Babbegeのアイデア(単元2(6/27)の再掲) • 計算機の骨格の提案 4つの機能: 演算 記憶 入出力 制御 プログラム方式: 当時はパンチカード方式 符号化: 当時は10進数符号化 • ソフトウェア処理 A. Adaと共同、階差機関の制御プログラムを手がける
単元6(3/13) Neumann型コンピュータ(単元2(7/27)の再掲) • Turingのアイデアを機械で実現 • 基本構造 指示で左右移動・停止 無限に長い有限記号テープ Stored Program方式 読み込み 書き込み 逐次処理方式 判読 テープ移動制御 テープ内容変更
単元6(4/13) マイコンの基本構成 • 4つの要素: 演算、記憶、入出力、制御 • BUS: 要素をつなぐ、母線 • Option: 外部にBUSを解放 システムの拡張 システムのGlobal化・Open化 • Co-Processor システム高機能化 並列処理Processor
単元6(5/13) マイコン・MPUの基本構成要素 • CPU: ALU(Arithmetic Logic Unit) Register、Status I/O・Interrupt Controller MMU(Memory Management Unit ) • Memory: ROM、RAM • I/O: • Controller: Peripheral Controller System Controller
単元6(6/13) マイコンの基本回路構成
単元6(6/13) マイコンの基本回路構成
単元6(7/13) MULTI-BUSの分離(ADRESS-BUSとDATA-BUS分離) 基本回路
単元6(8/13) 16bitメモリアクセス法
単元6(9/13) 16bitメモリの基本回路構成
単元6(10/13) MC68000のメモリアクセス法
単元6(11/13) I/Oアクセス基本回路構成 入力回路 出力回路
単元6(12/13) Z80によるマイコン構成(CPU、メモリ付近の回路構成)
単元6(13/13) Z80によるマイコン構成(I/O付近の回路構成)
謝 辞 第5、第6単元のコンテンツ作成にあたり、授業の効果的進展のため 以下の文献からの写真図表を多大に引用させて頂いた。 厚く感謝申し上げます。 • 森下 巌: マイクロコンピュータの基礎、昭晃堂 • トランジスタ技術:特集「メモリIC&メモリ・カードの解明」、1月号(2002) • トランジスタ技術:特集「保存版・Z80徹底研究」、11月号(1980) • 原田 豊: 論理回路と計算機ハードウェア、丸善(株) • D.V.Hall: Microprocessors and Digital Systems、McGraw-Hill Int.Edit. • D.V.Hall: Microprocessors and Interfacing、McGraw-Hill Int.Edit.