Mikroprocesory – organizacja pamięci

Kolejna część z cyklu „Zrozumieć mikroprocesory i mikrokontrolery”, jest poświęcona pamięciom, które w systemach mikroprocesorowych mają fundamentalne znaczenie dla całej gromady procesorów. Pomijając aspekty czysto sprzętowe obsługi, pozostaje jeszcze problem wielkości „endian”.

Każdy system mikroprocesorowy nie może obyć się bez składnika sprzętowego jakim jest pamięć (przeznaczona zarówno do przechowywania kodu programu jak i danych). Temat również jest aktualny w przypadku stosowania mikrokontrolerów, chociaż te generalnie nie wymagają stosowania układów pamięci. Wynika to z tego, że mikrokontrolery mają podstawowe komponenty (jak pamięć operacyjna) zintegrowane w jednej strukturze i choć są niewidoczne dla użytkownika, obowiązują tu te same zasady. Klasyczna pamięć jest zorganizowana jako ciąg komórek o pojemności ośmiu bitów. W bardziej zaawansowanych systemach często występuje pamięć o szerokości szyny danych wynoszącą szesnaście bitów. Generalnie tematyka jest powielarna i szerokość szyny danych jest podwajana, jednak tego typu rozwiązania są stosowane do budowy „potężnych” komputerów.

Szyna danych mikroprocesora

W hobbystycznych realiach, gdzie tworzymy rozwiązania z zastosowaniem mikroprocesorów, mają one najczęściej 8-bitową szynę danych. Oznacza to, że procesor komunikuje się z pamięcią używając ośmiu sygnałów do przesyłania danych do i z pamięci. Zapotrzebowanie na większą moc obliczeniową doprowadziło do opracowania procesorów o 16-bitowej szynie danych. Pomimo, że wewnętrznie procesory te realizują operacje 16-bitowe, nie koniecznie muszą dysponować 16-bitową szyną danych. Często ze względów czysto ekonomicznych producenci oferowali układy z 8-bitową szyną danych. Warto pamiętać, że pamięć RAM przeznaczona do przechowywania danych w czasach gdy mikroprocesory wręcz szturmem zdobywały świat, należała do najdroższych komponentów. Poza tym sprzętowa obsługa pamięci 16-bitowej jest bardziej złożona. Wynika to z faktu, że procesor może mieć ochotę zapisu informacji z połowy szyny danych (zapis danych bajtowych zamiast słowa 16-bitowego) z pozycji mniej znaczącej lub bardziej znaczącej. Tu można wskazać na układ 8088 opracowany przez Intel pokazany na fotografii 1, który stał się głównym bohaterem pierwszych komputerów typu PC obecnie występujących wręcz powszechnie. Ten procesor, co może być pewnym zaskoczeniem dla wielu młodych adeptów techniki mikroprocesorowej, miał przyłączoną 8-bitową pamięć operacyjną pomimo, że wewnętrznie miał architekturę 16-bitową.

(…) ciach!

To jest tylko początek, zapowiedź artykułu, którego pełna wersja ukazała się z numerze styczniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 1/2023). Pełna wersja czasopisma umieszczona jest pod tym linkiem. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 1/2023 znajduje się tutaj.

 

Andrzej Pawluczuk

apawluczuk@vp.pl