Встроенная и внешняя память

Процессор имеет встроенный контроллер прямого доступа для подключения внешних микросхем памяти, если 32К слов внутрикристальной памяти программ и 48К слов данных оказывается недостаточным. 8-битный порт прямого доступа к памяти BDMA (Byte DMA) обеспечивает подключение микросхем памяти ПЗУ или ОЗУ с байтовой организацией емкостью до 4 Мбайт (рис. 11). Данное адресное пространство играет роль загрузочной области (boot memory). Байтовая память имеет организацию 256 страниц по 16К×8 бит.

Для увеличения разрядности шины адреса кроме 14 сигналов А13-А0 программного счетчика в контроллере используются дополнительно 8 сигналов шины данных D23-D16. Общее количество адресных сигналов, равное 22, определяет максимальную емкость внешней памяти 2²² = 4М, которую можно подключить к порту BDMA для хранения программ и данных. Контроллер обеспечивает передачу слова за один цикл и поддерживает начальную загрузку процессора при включении напряжения питания.

Выходные сигналы процессора RD и WR определяют направление передачи по шине данных. Сигнал шины управления RD организует чтение данных, поступающих от микросхемы памяти, сигнал WR – запись данных во внешнюю микросхему памяти. В обоих случаях обмен выполняется между встроенной памятью процессора и внешней микросхемой. Сигнал BMS [d1] используется для включения и отключения Z-состояния внешней памяти. Высокий уровень сигнала BMS на выходе процессора переводит микросхему ПЗУ или ОЗУ в высокоомное (Z) состояние для отключения шины данных и шины адреса от соответствующих шин процессора DATA и ADDR. Низкий уровень переводит внешнюю память в активное состояние, в котором контроллер процессора выполняет операции чтения и записи по двунаправленной шине данных, используя поочередно сигналы RD, WR.

Рис. 11. Использование внешней памяти

Обмен с внешней микросхемой памяти контроллер BDMA выполняет в фоновом режиме одновременно с выполнением секвенсором основной программы. Формат данных, передаваемых и принимаемых по шине DAT, автоматически определяется типом внутренней памяти. При обращении к памяти программ РМ длина слова составляет 24 бита, при выполнении обмена с памятью данных длину слова можно задать программно размером в 16 или 8 бит.

14-разрядный регистр BWCOUNT выполняет функцию счетчика переданных слов. Перед обменом по интерфейсу BDMA в счетчик программно записывается число слов для обмена. Контроллер уменьшает содержимое BWCOUNT на единицу после каждого переданного слова. Обмен данными завершается по условию BWCOUNT = 0. Максимальный размер одного блока данных составляет 2¹⁴ = 16К слов. При запуске процессора по умолчанию в регистр записывается число 32. Это означает, что для начальной загрузки в процессор будет считано 32 слова из внешней микросхемы ПЗУ, которые используются для настройки контроллера BDMA на прием оставшейся части программного кода ПЗУ. Затем процессор начинает выполнение программы с адреса 0.

Разрядность программного счетчика (14 бит) позволяет процессору формировать 14 сигналов А13-А0 на шине адреса как для внутренней, так и внешней памяти. Это ограничивает максимальный размер исполняемого кода PM и данных DM до 2¹⁴ = 16К слов. Чтобы преодолеть данное ограничение в процессоре используется оверлейный механизм для работы с программами, размер которых больше 16К слов.

Расширение адресного пространства выполняется с помощью регистров процессора PMOVLAY (program memory overlay) и DMOVLAY (data memory overlay). Число, записанное в оверлейные регистры, используется процессором для выбора одной из нескольких страниц памяти размером по 8К слов памяти программ и 8К слов памяти данных. В указанные регистры необходимо программно записать одно из значений ряда 0,1,2,4,5,6,7. Страницы оверлея можно менять в ходе выполнения программы, но процессор может работать в определенный момент времени только с одной страницей. Распределение номеров сегментов оверлея между внутренней и внешней памятью для одного из возможных режимов процессора приведено на рис. 12. Внешняя память программ и данных может использовать только страницы 1 и 2.

Рис 12. Структура памяти в режиме В = 0

Секвенсор и генераторы адреса используют абсолютный адрес текущей выполняемой команды и не контролируют состояние регистров PMOVLAY, DMOVLAY. Неправильное изменение сегментов оверлея в командах безусловного перехода и при вызове процедур может привести к сбою программы. Во время обращения к внешней памяти регистры управляют состоянием разряда А13 шины адреса. Если в регистр PMOVLAY записана единица, то выходной сигнал процессора А13 = 0, при PMOVLAY = 2 адресный сигнал А13 = 1.

Не следует путать оверлейную память со страничной памятью, которая используется в универсальных процессорах Pentium. Загрузка оверлейного сегмента происходит под контролем программиста, в то время как распределением и загрузкой страниц в процессорах Pentium управляет операционная система. Оверлеи можно считать средством принудительного управления распределением памяти.