マイクロコンピュータ工学　講義

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（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（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.

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