Буферизация шин данных и адреса

Токи, потребляемые устройствами памяти и ввода-вывода по цепям шин данных и адреса, значительно превышают допустимые значения токов для микросхем процессоров. Поэтому указанные устройства подключают к шинам данных и адреса микропроцессора через буферы, представляющие собой усилители импульсов. В буферах часто используются элементы с тремя состояниями выхода: два обычных состояния соответствуют высокому и низкому уровням выхода, а третье состояние Z — высокоомному выходному сопротивлению элемента. В состоянии Z элемент практически оказывается отключенным от нагрузки. Элемент с Z-состоянием можно реализовать, например, путем введения в стандартную схему ТТЛ-инвертора полупроводникового диода VD2 (рис. 6.10,я). Если на управляющем входе Z= 0, то потенциал коллектора (а также эмиттера) транзистора VТ2 близок к нулю и поэтому выходные транзисторы VТ3, VT4 находятся в режиме отсечки, т. е. в разомкнутом состоянии. При Z= I диод УD2 отключен, и ТТЛ-инвертор с входом X и выходом Y работает в обычном режиме. Подключением к входу X инвертора получают повторитель с тремя состояниями выхода. На рис. 6.10,б, в приведены графические обозначения повторителя и инвертора с тремя состояниями выхода.

Для построения буферов шин данных и адреса можно использовать шинные формирователи, позволяющие осуществить управляемую двунаправленную передачу 8-разрядных слов. На рис. 6.10, г приведена схема, иллюстрирующая принцип построения шинного формирователя, используемого в 8-разрядных процессорах. В k-ю цепь передачи формирователя (k = 0,…, 7) включены два повторителя П1, П2 с тремя возможными состояниями выхода. Управление состояниями повторителей осуществляется с помощью логических элементов ЛЭ1, ЛЭ2. Режимы работы формирователя приведены в табл. 6.2.

Как видно из табл. 6.2, сигнал выборки кристалла CS= 0 активизирует передачу информации через повторители, при этом сигнал Т определяет номер активного (включенного) повторителя П| или П2.

Рис. 6.10. Буферизация шин: схема элемента с тремя состояниями выхода (а); обозначения повторителя и инвертора с тремя состояниями выхода (б, в); схема шинного формирования (г).

Таблица 6.2

При CS= 1 передача информации отсутствует, при этом значение сигнала Т безразлично. Этот факт отмечен в таблице символом Ф (0 или 1). Выходы Yk имеют большую нагрузочную способность, чем входы Хк, так как к ним подключаются устройства памяти и ввода-вывода. При построении устройств на основе 8-разрядных микропроцессоров в качестве буфера шины данных используется непосредственно шинный формирователь, а буфер шины адреса (16 линий) составляется из двух таких формирователей соединением выводов CS и Г.