DE69129829T2

DE69129829T2 - Mikrocomputer mit Zugriff zu einem externen Speicher mit geringster Wartezeit

Info

Publication number: DE69129829T2
Application number: DE69129829T
Authority: DE
Inventors: Tomoko C/O Nec Corporation Minato-Ku Tokyo Tsuha
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1991-10-01
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2011-10-02
Also published as: US5511176A; EP0479247B1; DE69129829D1; EP0479247A1; JPH04141886A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Mikrocomputer, der einen externen Speicher auffrischen kann.
Ein Mikrocomputer kann eine Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung zur steuerbaren Erzeugung von Auffrischimpulsen enthalten, die zur Auffrischung eines externen Speichers verwendet wird, der entweder ein pseudo-statischer Direktzugriffsspeicher oder ein dynamischer Direktzugriffsspeicher sein kann. Es ist bekannt, daß ein solcher externer Speicher Auffrisch- und Nichtauffrischspeicherbereiche besitzt, in denen der externe Speicher in einem Auffrischzyklus aufgefrischt bzw. nicht aufgefrischt werden muß.
Wie weiter unten genauer beschrieben wird, enthält die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung eine Auffrischsteuerschaltung, die während des Auffrischzyklus fortlaufend Auffrischimpulse erzeugt. Ein Zulässigkeitssignalregister oder -merker erzeugt ein Auffrischzulässigkeitssignal, das aktiv und inaktiv wird, je nachdem, ob der externe Speicher aufgefrischt oder nicht aufgefrischt werden soll.
Trotz ihres Namens wird die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung ferner für den Zugriff auf den externen Speicher verwendet. Die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung enthält deshalb eine Bussteuerschaltung, die den externen Speicher mit einem Zugriffsignal versorgt, das einen Zugriff auf den externen Speicher angibt. Genauer erzeugt die Bussteuerschaltung das Zugriffsignal, wenn die Auf frischimpuls-Erzeugungsschaltung den Speicherzugriff auf den externen Speicher ausführt, nämlich dann, wenn entweder ein Programm aus dem externen Speicher abgerufen werden soll oder Daten aus dem externen Speicher ausgelesen bzw. in diesen eingeschrieben werden sollen.
Wenn die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung eines herkömmlichen Mikrocomputers verwendet wird, wird der Speicherzugriff in einen Wartezustand gesetzt, sobald eine Kollision zwischen der Erzeugung des Zugriffsignals und dem Auffrischzyklus, während dessen das Auffrischzulässigkeitssignals aktiv ist, stattfindet. Dies setzt leider die Operationsgeschwindigkeit des Mikrocomputers herab.
Das Dokument US-4.701.843 offenbart ein Auffrischsystem für einen seitenadressierbaren Speicher. In dem offenbarten System ist der Speicher in Blöcke unterteilt. Für die nicht ausgewählten Blöcke wird die Auffrischung in jedem Auffrischzyklus durchgeführt, für die ausgewählten Blöcke jedoch unterdrückt. Um einen Datenverlust zu verhindern, falls irgendwelche Blöcke ständig benutzt werden, wird die Speicheroperation unterbrochen. Zu diesem Zeitpunkt werden die Blöcke aufgefrischt, so daß keine Daten verloren gehen.
Das offenbarte System verwendet keinen Speicher mit einem vorgegebenen Bereich, für den keine Auffrischung erforderlich wäre. Alle Blöcke müssen in bestimmten Zeitintervallen aufgefrischt werden. Das offenbarte System muß deshalb für alle Blöcke anzeigen, ob auf diese zugegriffen oder nicht zugegriffen wird, und anschließend muß für jeden Block einzeln bestimmt werden, ob eine Auffrischung durchgeführt oder nicht durchgeführt wird. Dies macht das offenbarte System schaltungsmäßig kompliziert.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Mikrocomputer mit einer einfachen Schaltung zu schaffen, die geeignet ist, auf einen externen Speicher mit einer kleinstmöglichen Wartezeit zuzugreifen, wobei der externe Speicher einen Bereich enthält, der nicht aufgefrischt werden muß.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, einen Mikrocomputer zu schaffen, der vom beschriebenen Typ ist und eine hohe Operationsgeschwindigkeit besitzt.
Weitere Aufgaben dieser Erfindung werden im Laufe der Beschreibung deutlich.
Ein Mikrocomputer gemäß der vorliegenden Erfindung ist im unabhängigen Anspruch 1 offenbart. Die abhängigen Ansprüche offenbaren zweckmäßige Ausführungen der Erfindung.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein Blockschaltplan einer mit einem externen Speicher verbundenen Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung eines herkömmlichen Mikrocomputers;
Fig. 2 ist ein Zeitablaufplan zur Beschreibung der Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Auffrischimpuls- Erzeugungsschaltung;
Fig. 3 ist ein weiterer Zeitablaufplan zur Beschreibung der Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung;
Fig. 4 ist ein Blockschaltplan einer Auffrischimpuls- Erzeugungsschaltung eines Mikrocomputers gemäß einer ersten Ausführung eines Mikrocomputers;
Fig. 5 ist ein Zeitablaufplan zur Beschreibung der Arbeitsweise der in Fig. 4 dargestellten Auffrischimpuls- Erzeugungsschaltung;
Fig. 6 ist ein weiterer Zeitablaufplan zur Beschreibung der Arbeitsweise der in Fig. 4 dargestellten Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung;
Fig. 7 ist ein Blockschaltplan einer Auffrischimpuls- Erzeugungsschaltung eines Mikrocomputers gemäß einer Ausführung der Erfindung;
Fig. 8 ist ein Zeitablaufplan zur Beschreibung der Arbeitsweise der in Fig. 7 dargestellten Auffrischimpuls- Erzeugungsschaltung.

Beschreibung der zweckmäßigen Ausführungen

Mit Bezug auf Fig. 1 wird zuerst eine Auffrischimpuls- Erzeugungsschaltung 11 eines herkömmlichen Mikrocomputers beschrieben, um das Verständnis für die vorliegende Erfindung zu erleichtern. Die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 ist mit einem externen Speicher 12 verbunden, der entweder ein pseudo-statischer Direktzugriffsspeicher oder ein allgemein als DRAM bekannter dynamischer Direktzugriffsspeicher sein kann und verschiedene Speicherbereiche besitzt, auf die über ein Adressensignal A zugegriffen werden kann, das die Speicheradressen des externen Speicher 12 repräsentiert, also die Speicherbereiche angibt. Das Adressensignal kann 16 oder 32 Bit haben. Gegebenenfalls hat es auch nur 8 Bit. Es sei daran erinnert, daß die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 außerdem für den Zugriff auf den externen Speicher verwendet wird, nämlich für das Abrufen eines Programms aus dem Speicher 12, für das Lesen von Daten aus dem Speicher 12 und das Schreiben von Daten in den Speicher 12.
Nach dem Stand der Technik werden die Speicherbereiche von Anwendern der externen Speicher in solche externen Speicher abgebildet. Manche Speicherbereiche des externen Speichers 12 sind Auffrischspeicherbereiche 13, in denen eine Auffrischung des externen Speichers 12 erforderlich ist. Andere sind Nichtauffrischspeicherbereiche 14, in denen der externe Speicher 12 nicht aufgefrischt werden muß.
Die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 enthält eine Auffrischsteuerschaltung 16 zur steuerbaren Erzeugung eines Auffrischimpulses OF in einer Weise, die im Zuge der Beschreibung deutlich wird. Solche Auffrischimpulse werden zur Auffrischung des externen Speichers 12 verwendet. Die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 enthält zusätzlich einen Taktversorgungsanschluß 17, über den u. a. die Auffrischsteuerschaltung 16 mit Taktimpulsen CK versorgt wird. Es ist zu sehen, daß der Taktversorgungsanschluß 17 als Takterzeugungsabschnitt des Mikrocomputers dient, um Taktimpulse mit einer vorgegebenen Taktperiode zu erzeugen, die gewöhnlich zwischen 100 ns und einigen 100 ns gewählt wird.
In dem herkömmlichen Mikrocomputer erzeugt die Auffrischsteuerschaltung 16 ein Auffrischzyklussignal CF, das in einem Auffrischzyklus, der, wie weiter unten beschrieben, festgelegt ist, von dem L-Pegel auf den H-Pegel ansteigt. Das Auffrischzyklussignal wird als aktiv bezeichnet, wenn es den H-Pegel einnimmt, und als inaktiv, wenn es den L-Pegel einnimmt. Üblicherweise besitzt jeder Taktimpuls den H-Pegel während einer halben Taktperiode. Das Auffrischzyklussignal ist während einer ganzen Taktperiode aktiv.
In der Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 versorgt ein Adressenbus 18 den externen Speicher 12 mit einem Adressensignal A. Eine Bussteuerschaltung 19 wird mit den Taktimpulsen und dem Auffrischzyklussignal versorgt und erzeugt in der Zeit, in der der Auffrischzyklus inaktiv ist, ein Adressenfreigabesignal SA mit ansteigender Flanke, ein Lesesignal R mit abfallender Flanke und ein Schreibsignal W mit abfallender Flanke. Wenn ein Programm aus dem externen Speicher 12 abgerufen werden soll, versorgt die Bussteuerschaltung 19 den externen Speicher 12 zusammen mit dem Adressenfreigabesignal und dem Lesesignal mit einem Abrufsignal F. Wenn Daten ausgelesen und eingeschrieben werden sollen, versorgt die Bussteuerschaltung 19 den externen Speicher 12 zusammen mit dem Adressenfreigabesignal und den Lese- und Schreibsignalen mit einem Anforderungssignal RM für den Zugriff auf den externen Speicher. Bei jedem Programmabruf und bei jedem Datenzugriff wird das Adressensignal zur Anzeige des Speicherbereichs verwendet, aus dem das Programm abgerufen werden soll, aus dem Daten ausgelesen werden sollen oder in den Daten eingeschrieben werden sollen. Es soll angemerkt werden, daß das Programm und die Daten über eine Verbindung von und zu dem Speicher 12 übertragen werden, die nicht dargestellt ist.
Ein 2-Bit-Register 21 erzeugt erste und zweite Auffrischperiode-Auswahlsignale SF1 und SF2, die gemeinsam zu einem Zeitpunkt einen von vier Werten darstellen. Die vier Werte können eins bis vier sein. Ein Frequenzteiler 22 ist mit dem Taktversorgungsanschluß 17 verbunden und teilt die Taktimpulse durch 2, 4, 8 und 16, um erste bis vierte frequenzgeteilte Signale D1, D2, D3 und D4 zu erzeugen. Ein Selektor 23, der mit den ersten und zweiten Auffrischperiode-Auswahlsignalen und den ersten bis vierten frequenzgeteilten Signalen versorgt wird, wählt eines der frequenzgeteilten Signale als Auffrischtaktsignal TF aus, je nachdem, welchen der vier Werte die Auffrischperiode-Auswahlsignale gemeinsam wiedergeben. Das Auffrischtaktsignal wird zur Auffrischsteuerschaltung 16 geschickt, um den Auffrischzyklus zu bestimmen. Es ist jetzt ersichtlich, daß der Auffrischzyklus 2, 4, 8 oder 16 Taktperioden dauert.
Ein Zulässigkeitssignalregister 26 versorgt die Auffrischsteuerschaltung 16 mit einem Auffrischzulässigkeitssignal AF, das die Zulässigkeit und die Nichtzulässigkeit der Auffrischung des externen Speichers 12 anzeigt. Wenn das Auffrischzulässigkeitssignal aktiv ist, erzeugt die Auffrischsteuerschaltung 16 den bzw. die Auffrischimpulse. Wenn das Auffrischzulässigkeitssignal inaktiv ist, wird kein Auffrischimpuls erzeugt.
Ein UND-Gatter 28, das von der Auffrischsteuerschaltung 16 über einen Inverter 27 mit dem Auffrischzyklussignal und direkt von der Bussteuerschaltung 19 mit dem Anforderungssignal für den Zugriff auf den externen Speicher versorgt wird, erzeugt ein Signal AM für den Zugriff auf den externen Speicher, das auf eine weiter unten verdeutlichte Weise aktiv und inaktiv wird. Das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher wird an die Auffrischsteuerschaltung 16 geschickt, damit in der Zeit, in der dieses Signal aktiv ist, verhindert wird, daß die Auffrischimpulse und das Auffrischzyklussignal mit H-Pegel erzeugt werden.
Mit Blick auf Fig. 2 und mit Bezug auf Fig. 1 wird die Beschreibung der Arbeitsweise der Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 fortgesetzt. Es wird angenommen, daß das Auffrischzulässigkeitssignal AF aktiv ist.
Die Taktimpulse CK sind in der obersten bzw. ersten Zeile dargestellt. In dem dargestellten Beispiel definieren die Taktimpulse erste bis neunte vollständige Taktperioden. Es wird angenommen, daß das erste frequenzgeteilte Signal durch den Selektor 23 als Auffrischtaktsignal TF auf die in der zweiten Zeile dargestellte Weise ausgewählt wird. Wie in der dritten Zeile gezeigt ist, ist jeder Auffrischimpuls OF ein Impuls mit abfallender Flanke. In dem dargestellten Beispiel werden die Auffrischimpulse bei L-Pegel der Taktimpulse erzeugt. Das Auffrischzyklussignal CF ist in einer vierten Zeile dargestellt. Das Signal AM für den Zugriff auf den externen Speicher wird, wie in der fünften Zeile dargestellt, aktiv und inaktiv.
In dem mit Bezug auf Fig. 1 dargestellten Beispiel wird angenommen, daß das Adressenfreigabesignal SA regulär in der zweiten und der fünften Taktperiode als Freigabeimpulse erzeugt werden sollte. Sofern das Auffrischzyklussignal während der fünften Taktperiode aktiv ist, wird jedoch der zweite Freigabeimpuls, auf die Weise, wie er zusammen mit dem ersten Freigabeimpuls in der sechsten Zeile dargestellt wird, in einem Wartezustand gehalten und in der sechsten Taktperiode wirklich erzeugt. Das Lesesignal R wird, wie in der siebten Zeile gezeigt, begleitend zum ersten Freigabeimpuls erzeugt. Das Schreibsignal W wird, wie in der achten bzw. untersten Zeile gezeigt, begleitend zum zweiten Freigabeimpuls erzeugt.
Ferner werden die Auffrischimpulse und das H-Pegel-Auffrischzyklussignal in der obenbeschriebenen Weise erzeugt, wenn das Auffrischzulässigkeitssignal, das Auffrischtaktsignal und überdies das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher inaktiv sind. Wenn das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher aktiv wird, werden jeder Auffrischimpuls und das H-Pegel-Auffrischzy klussignal in einen gemeinsamen Wartezustand gesetzt und erst erzeugt, nachdem das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher inaktiv geworden ist.
Im folgenden wird angenommen, daß das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher entweder genau zu einem Zeitpunkt oder nach diesem Zeitpunkt aktiv wird, zu dem das Auffrischtaktsignal aktiv wird. Sobald das Auffrischtaktsignal aktiv wird, werden der Auffrischimpuls und das H-Pegel-Auffrischzyklussignal gleichzeitig erzeugt, so daß das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher inaktiv bleibt. Folglich werden der Auffrischimpuls und das H-Pegel-Auffrischzyklussignal mit Priorität erzeugt, wobei der Speicherzugriff in den Wartezustand gesetzt wird.
Mit Blick auf Fig. 3 wird die Beschreibung der Arbeitsweise der Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 fortgesetzt, wobei angenommen wird, daß das Auffrischzuhässigkeitssignal AF inaktiv ist. Die Taktimpulse CK sind in der obersten bzw. ersten Zeile dargestellt. Wie in der zweiten Zeile dargestellt ist, unterscheidet sich das Auffrischtaktsignal TF nicht von dem im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen. Wie in der dritten Zeile durch eine durchgezogene Linie über einer gestrichelten Linie dargestellt ist, werden keine Auffrischimpulse OF erzeugt. Das Auffrischzyklussignal bleibt inaktiv, wie in der vierten Zeile durch eine durchgezogene Linie unter einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Das Signal AM für den Zugriff auf den externen Speicher wird deshalb auf die in der fünften Zeile dargestellte Weise regulär erzeugt.
Auf die in der sechsten Zeile dargestellte Weise wird das Adressenfreigabesignal SA mit H-Pegel in der zweiten und der fünften Taktperiode an genau den gleichen Stellen wie unter der zuvor beschriebenen Annahme erzeugt. Das Lese signal R und das Schreibsignal W werden, wie in der siebten und achten bzw. untersten Zeile dargestellt, erzeugt, ohne daß sie in den Wartezustand gesetzt werden.
Bei Betrachtung der Fig. 1 bis 3 wird im Zusammenhang mit der Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 eines herkömmlichen Mikrocomputers deutlich, daß der Programmabruf und der Datenzugriff in ihre jeweiligen Wartezustände gesetzt werden, wenn während des aktiven Auffrischzulässigkeitssignals der Speicherzugriff und der Auffrischzyklus kollidieren. Folglich ist der Speicherzugriff auf den externen Speicher 12 langsam, wenn das Auffrischzulässigkeitssignal aktiv ist. Im allgemeinen wird ein pseudostatischer Direktzugriffsspeicher 265 mal innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, das 4 ms dauern kann, aufgefrischt. Jedoch wird in der Praxis unter Berücksichtigung, daß möglicherweise ein Speicherzugriff mit einem Auffrischzyklus kollidiert, die Auffrischung 512 mal innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls durchgeführt. Wenn die Kollision im schlimmsten Fall in jedem Auffrischzyklus vorkommt und der Speicherzugriff somit in einen 500 ns dauernden Wartezustand gesetzt wird, ist eine Verzögerung von 256 ms in jedem vorgegebenen Zeitintervall unvermeidbar.
Mit Bezug auf Fig. 4 wird die Beschreibung mit einer weiteren Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 eines Mikrocomputers fortgesetzt. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Arbeitsweise unterscheidet sich nicht von der mit Bezug auf Fig. 1 bis 3 dargestellten, wenn nicht anderweitig darauf hingewiesen wird.
Genauer dient die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 zur Auffrischung des externen Speichers 12 und zur Ausführung des Speicherzugriffs auf den externen Speicher 12, nämlich das Abrufen eines Programms aus dem externen Speicher 12 und dem Datenzugriff auf den externen Speicher 12. Die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 enthält die Auffrischsteuerschaltung 16, den Taktversorgungsanschluß 17, den Adressenbus 18, die Bussteuerschaltung 19 und das UND-Gatter 28.
In der dargestellten Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 ist ein Zulässigkeitssignalmerker dem im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Zulässigkeitssignalregister gleichwertig und dient zur Erzeugung des Auffrischzulässigkeitssignals AF. Der Zulässigkeitssignalmerker ist deshalb mit dem Bezugszeichen 26 versehen. Der Zulässigkeitssignalmerker 26 kann als Zulässigkeitssignal-Erzeugungsabschnitt zur Erzeugung des Auffrischzulässigkeitssignals angesehen werden.
Ein Auffrischbereichregister 31 wird mit 8 höherwertigen Bits der Speicheradressen eines Auffrischspeicherbereichs 13, in dem der externe Speicher 12 aufgefrischt werden soll, vorbereitend geladen. Das Auffrischbereichregister 31 erzeugt ein Adreßdatum DA, das die 8 höherwertigen Bits wiedergibt.
Eine Adressenkomparatorschaltung 32 wird vom Taktversorgungsanschluß 17 mit den Taktimpulsen CK, vom Adressenbus 18 mit dem Signal A und vom Auffrischbereichregister 31 mit dem Adreßdatum versorgt, um das Adreßdatum mit den durch das Adreßsignal dargestellten Speicheradressen zu vergleichen. Wenn das Adreßsignal die Speicheradressen eines Nichtauffrischspeicherbereichs 14 wiedergibt, in dem der externen Speicher 12 nicht aufgefrischt werden muß, stimmt das Adreßsignal nicht mit dem Adreßdatum überein. In diesem Fall erzeugt die Adressenkomparatorschaltung 32 ein Nichtauffrischbereichsignal NFA, das angibt, daß das Adressensignal die Speicheradressen des Nichtauffrischspeicherbereichs 14 wiedergibt. Genauer wird das Nichtauffrischbereichsignal dann aktiv, um den Nichtauffrischspeicherbereich 14 anzuzeigen, wenn die Speicheradressen nicht den Auffrischspeicherbereich 13 vorgeben. Andernfalls ist das Nichtauffrischbereichsignal inaktiv.
In Fig. 4 findet das im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschriebene Auffrischzyklussignal keine Verwendung. Die Bussteuerschaltung 19 wird deshalb mit den Taktimpulsen versorgt und dient der Erzeugung des Adressenfreigabesignals SA, des Lesesignals R und des Schreibsignals W, die nie in einen Wartezustand gesetzt werden. Bei der Ausführung eines Speicherzugriffs, nämlich entweder des Programmabrufs oder des Datenzugriffs, versorgt die Bussteuerschaltung 19 den externen Speicher 12 mit dem Signal AM für den Zugriff auf den externen Speicher anstatt dem Abrufsignal und dem Anforderungssignal für den Zugriff auf den externen Speicher, die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurden.
Als Ergebnis wird das Programm über das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher, das Adressenfreigabesignal und das Lesesignal R aus dem externen Speicher 12 abgerufen. Die Daten werden über das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher, das Adressenfreigabesignal und das Lesesignal R aus dem externen Speicher 12 ausgelesen. Die Daten werden über das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher, das Adressenfreigabesignal und das Schreibsignal W in den externen Speicher 12 eingeschrieben.
Das UND-Gatter 28, das mit dem Nichtauffrischbereichsignal und dem Signal für den Zugriff auf den externen Speicher versorgt wird, erzeugt ein Nichtauffrischspeichersignal NFM, das aktiv wird, wenn der Speicherzugriff auf den Nichtauffrischspeicherbereich 14 gerichtet ist, also dann, wenn auf den Nichtauffrischspeicherbereich 14 zugegriffen werden soll. Die Auffrischsteuerschaltung 16, die mit den Taktimpulsen, dem Auffrischzulässigkeitssignal und dem Nichtauffrischspeichersignal versorgt wird, erzeugt den bzw. die Auffrischimpulse OF. Es ist nicht erforderlich, daß die Auffrischsteuerschaltung 16, wie auf die obenerwähnte Weise, ein Auffrischzyklussignal erzeugt.
Die 8 höherwertigen Bits und folglich das Adreßdatum sollen alternativ als Auffrischbereichsignal bezeichnet werden. Das Auffrischbereichregister 31 und die Adressenkomparatorschaltung 32 sollen einfach als Register und Komparator bezeichnet werden. Das Register 31 speichert das Auffrischbereichsignal, das den Auffrischspeicherbereich 13 angibt, in dem der externe Speicher 12 aufgefrischt werden soll. Der Komparator 32, der mit dem Adressenbus 18 und dem Register 31 verbunden ist, vergleicht das Adressensignal mit dem Auffrischbereichsignal, um das Nichtauffrischbereichsignal, das den Nichtauffrischspeicherbereich 14 anzeigt, zu erzeugen, wenn die Speicheradressen nicht den Auffrischspeicherbereich 13 repräsentieren.
Das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher soll alternativ kurz als Zugriffsignal bezeichnet werden. Die Bussteuerschaltung 19 dient als Signalversorgungsabschnitt, um den externen Speicher 12 bei einem Zugriff auf diesen mit dem Zugriffsignal zu versorgen. Eine Kombination aus dem Register 31, dem Komparator 32, der Bussteuerschaltung 19 und dem UND-Gatter 28 dient als Zugriffserfassungsabschnitt zur Erfassung eines Zugriffs auf den Nichtauffrischspeicherbereich 14, um das Nichtauffrischspeichersignal zu erzeugen, das den Zugriff auf diesen Bereich angibt.
Eine weitere Kombination aus dem Zulässigkeitssignal- Erzeugungsabschnitt 26 und der Auffrischsteuerschaltung 16 dient als Impulserzeugungsabschnitt. Der mit dem Zugriffserfassungsabschnitt (31, 32, 19, 28) verbundene Impulserzeugungsabschnitt (16, 26) wird verwendet, um den bzw. die Auffrischimpulse zu erzeugen, wenn das Nichtauffrischspeichersignal erzeugt wird.
Mit Blick auf Fig. 5 und ständigem Bezug auf Fig. 4 zielt die folgende Beschreibung auf die Arbeitsweise der dort dargestellten Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11. Hierbei wird angenommen, daß das Auffrischzulässigkeitssignal AF aktiv ist.
Die Taktimpulse CK sind in der obersten bzw. ersten Zeile dargestellt. In dem dargestellten Beispiel definieren die Taktimpulse erste bis achte vollständige Taktperioden und die Hälfte einer neunten. Es wird angenommen, daß die Bussteuerschaltung 19 das Signal AM für den Zugriff auf den externen Speicher, das während zwei Taktperioden aktiv und während einer Taktperiode inaktiv wird, auf die in der zweiten Zeile dargestellte Weise erzeugt. Damit die Bussteuerschaltung 19 veranlaßt wird, ein solches Signal für den Zugriff auf den externen Speicher zu erzeugen, kann diese eine Kombination aus dem 2-Bit- Register 21, dem Frequenzteiler 22 und dem Selektor 23, die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurden, enthalten. Der Selektor 23 darf jedoch nicht ständig betriebsbereit sein, sondern muß jedesmal aktiviert werden, wenn das Anforderungssignal für den Zugriff auf den externen Speicher erscheint. In dem dargestellten Beispiel wird das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher sehr häufig aktiv. Genauer ist das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher während der ersten und der zweiten, der vierten und der fünften und der sechsten und der siebten Taktperiode aktiv. Zusätzlich wird das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher in der Bussteuerschaltung 19 zur Erzeugung des Adressenfreigabesignals SA und entweder des Lesesignals R oder des Schreibsignals W verwendet.
Das Adressenfreigabesignal wird in der dritten Zeile dargestellt. Es soll deutlich herausgestellt werden, daß das Adressenfreigabesignal erzeugt wird, ohne daß es, im Gegensatz zu dem im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebenen, in einen Wartezustand gesetzt wird. Mit anderen Worten ist es mit der dargestellten Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 möglich, stets dann das Adressenfreigabesignal zu erzeugen, wenn die Anforderung für den Zugriff auf den externen Speicher eintrifft. Es ist deshalb möglich, selbst während eines aktiven Zulässigkeitssignals, den Speicherzugriff und die Auffrischung des externen Speichers 12 ohne eine Kollision durchzuführen.
In dem dargestellten Beispiel liegt das Adressenfreigabesignal in der ersten, der vierten und der siebten Taktperiode auf H-Pegel. Wie in der vierten Zeile dargestellt ist, wird das Lesesignal, begleitend zum Adressenfreigabesignal, in der zweiten und achten Taktperiode erzeugt. Wie in der fünften Zeile gezeigt ist, wird das Schreibsignal W, begleitend zum Adressenfreigabesignal in der fünften Taktperiode erzeugt.
Es wird angenommen, daß das Nichtauffrischbereichsignal NFA relativ häufig auf die in der sechsten Zeile dargestellte Weise erzeugt wird und währende einer Taktperiode aktiv wird. In dem dargestellten Beispiel ist das Nichtauffrischbereichsignal während der zweiten und achten Taktperiode aktiv und während den anderen Taktperioden inaktiv. In diesem besonderen Fall wird das Nichtauffrischspeichersignal NFM (in Fig. 5 nicht gezeigt) aktiv und inaktiv, während das Nichtauffrischbereichsignal aktiv und inaktiv ist.
Der bzw. die Auffrischimpulse OF werden auf die in der siebten bzw. untersten Zeile dargestellte Weise erzeugt. In dem dargestellten Beispiel werden die Auffrischimpulse erzeugt, während die Taktimpulse L-Pegel besitzen. Die Auffrischimpulse werden in der zweiten und der achten Taktperiode erzeugt. In der fünften Taktperiode wird der Auffrischimpuls, der durch die gestrichelte Linie als Impuls mit abfallender Flanke dargestellt ist, nicht erzeugt, weil das Nichtauffrischspeichersignal von der dritten bis zur siebten Taktperiode inaktiv ist.
Mit Blick auf Fig. 6 wird die Beschreibung der Arbeitsweise der Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 fortgesetzt, wobei angenommen wird, daß das Auffrischzulässigkeitssignal AF inaktiv ist. Die Taktimpulse CK sind in der obersten bzw. ersten Zeile dargestellt und definieren erste bis achte vollständige Taktperioden und ca. die Hälfte einer neunten. Auf die in der zweiten Zeile dargestellte Weise wird das Signal AM für den Zugriff auf den externen Speicher aktiv und inaktiv, wie im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben. Das Adressenfreigabesignal SA, das Lesesignal R und das Schreibsignal W werden, wie in der dritten, vierten und fünften Zeile dargestellt, erzeugt. Außerdem wird, wie in Fig. 5 gezeigt, das Nichtauffrischbereichsignal NFA auf die in der sechsten Zeile dargestellte Weise erzeugt. Wie in der siebten bzw. untersten Zeile dargestellt ist, werden keine Auffrischimpulse OF erzeugt, weil das Auffrischzulässigkeitssignal inaktiv ist, obwohl das Nichtauffrischspeichersignal NFM während der zweiten und der siebten Taktperiode auf die im Zusammenhang mit Fig. 5 beschriebene Weise aktiv sein kann. Daß keine Auffrischimpulse erzeugt werden, wird durch eine durchgezogene Linie über einer gestrichelten Linie angedeutet.
In Fig. 7 wird die Beschreibung mit einer Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung eines Mikrocomputers gemäß einer Ausführung dieser Erfindung fortgesetzt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Arbeitsweise gleicht der in bezug auf Fig. 1 bis 6 beschriebenen, wenn nicht anderweitig darauf hingewiesen wird.
In Fig. 7 erzeugt die Auffrischsteuerschaltung 16 den bzw. die Auffrischimpulse OF und zusätzlich das im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 3 beschriebene Auffrischzyklussignal CF auf die im folgenden beschriebene Weise. Wie in Fig. 1 wird das Auffrischzyklussignal in der Bussteuerschaltung 19 verwendet. Genauer erzeugt die Bussteuerschaltung 19 das Signal AM für den Zugriff auf den externen Speicher, das Adressenfreigabesignal SA, das Lesesignal R und das Schreibsignal W, während das Auffrischzyklussignal inaktiv ist.
Ferner ist ein Aufwärtszähler 36 mit dem Taktversorgungsanschluß 17 verbunden und wird von der Auffrischsteuerschaltung 16 mit den Auffrischimpulsen versorgt. Der Aufwärtszähler 36 wird bei jedem Auffrischimpuls rückgesetzt, so daß er gemäß den Taktimpulsen CK einen laufenden Zählwert CT jeweils um eins hochzählt und die Auffrischsteuerschaltung 16 mit einem Überlaufsignal CO versorgt, das aktiv wird, wenn der laufende Zählwert einen vorgegebenen Zählwert erreicht und über den vorgegebenen Zählwert hinaus auf einen Überschußzählwert anwächst, der größer als der vorgegebene Zählwert ist.
Die Auffrischsteuerschaltung 16 erzeugt jeden Auffrischimpuls und das H-Pegel-Auffrischzyklussignal entweder, wenn sowohl das Auffrischzulässigkeitssignal AF als auch das Nichtauffrischspeichersignal NFM aktiv sind, oder, wenn das Überlaufsignal aktiv wird. Der Aufwärtszähler 36 wird deshalb durch den Auffrischimpuls, der erzeugt wird, wenn der laufende Zählwert über den vorgegebenen Zählwert hinaus auf den Überschußzählwert anwächst, wieder rückgesetzt.
Mit Blick auf Fig. 8 und ständigem Bezug auf Fig. 7 wird im folgenden die Arbeitsweise in Verbindung mit der in Fig. 7 dargestellten Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 beschrieben. Es wird in Fig. 8 angenommen, daß das Auffrischzulässigkeitssignal AF aktiv ist.
Die Taktimpulse CK sind in der obersten bzw. ersten Zeile dargestellt. In dem dargestellten Beispiel definieren die Taktimpulse erste bis neunte vollständige Perioden. Es wird auf die in der zweiten Zeile dargestellte Weise angenommen, daß die Anforderung für Zugriff auf den externen Speicher nur gelegentlich eintrifft, so daß das Signal AM für den Zugriff auf den externen Speicher nur selten aktiv wird. Das dargestellte Beispiel betreffend wird das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher nur während der ersten und der zweiten Taktperiode aktiv und bleibt von der dritten bis zur neunten Taktperiode und darüber hinaus inaktiv.
Das Adressenfreigabesignal SA wird nur während der ersten Taktperiode auf die in der dritten Zeile dargestellte Weise erzeugt. Das Lesesignal R wird, wie in der vierten Zeile gezeigt, nur in der zweiten Taktperiode erzeugt. Das Schreibsignal W wird während der ersten bis neunten Taktperiode und darüber hinaus nicht erzeugt, wie in der fünften Zeile durch eine durchgezogene Linie über einer gestrichelten Linie angedeutet ist.
Das Nichtauffrischbereichsignal NFA kann relativ häufig auf die in der sechsten Zeile dargestellte Weise während der zweiten Taktperiode erzeugt werden. Wenn der Aufwärtszähler 36 nicht verwendet wird, wird der Auffrischimpuls OF nur, wie in der siebten Zeile dargestellt, in der zweiten Taktperiode erzeugt, weil das Nichtauffrischspeichersignal NFM nur während der zweiten Taktperiode, jedoch nicht während der siebten Taktperiode, in der das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher inaktiv ist, erzeugt wird. Wenn der Auffrischimpuls nur gelegentlich erzeugt würde, beließe dieser den externen Speicher 12 innerhalb eines zu großen Zeitintervalls der Nichtauffrischung. Die Verwendung des Aufwärtszählers 36 führt dazu, daß die Auffrischsteuerschaltung 16 den Auffrischimpuls auch in der neunten Taktperiode auf die im folgenden beschriebenen Weise erzeugt.
Der Aufwärtszähler 36 wird durch den in der zweiten Taktperiode erzeugten Auffrischimpuls rückgesetzt. Der laufende Zählwert CT wird auf die in der achten Zeile veranschaulichte Weise auf null rückgesetzt, bevor er den vorgegebenen Zählwert erreicht. Anschließend steigt der laufende Zählwert von 0 aus an, wie durch eine aufwärts verlaufende gerade Linie veranschaulicht ist. Es wird hierbei angenommen, daß das Inkrementerieren des laufenden Zählwerts um eins in jeder halben Taktperiode geschieht und der vorgegebene Zählwert gleich dreizehn ist. Unter diesen Bedingungen wird, wie in der neunten bzw. untersten Zeile dargestellt, das Überlaufsignal CO während der neunten Taktperiode aktiv. Dies führt dazu, daß die Auffrischsteuerschaltung 16 einen zusätzlichen Impuls erzeugt, auch wenn das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher in der Zwischenzeit inaktiv sein mag. Der zusätzliche Impuls dient als einer der Auffrischimpulse.
Es ist jetzt deutlich geworden, daß der Aufwärtszähler 36 als Zeitgeber zur Messung eines vorgegebenen Zeitintervalls, z. B. von dreizehn halben Taktperioden, ab dem Auftreten eines jeden Auffrischimpulses dient, um die Auffrischsteuerschaltung 16 zu veranlassen, das Auffrischzyklussignal mit H-Pegel und den zusätzlichen Impuls, als einer der Auffrischimpulse, nach Überschreiten des vorgegebenen Zeitintervalls ab dem Auftreten des betreffenden Auffrischimpulses zu erzeugen, auch wenn das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher in der Zwischenzeit nicht aktiv wird, nämlich auch dann, wenn weder das Auffrischzulässigkeitssignal noch das Nichtauffrischspeichersignal in der Zwischenzeit aktiv werden.
Aus einem anderen Gesichtspunkt ist der Aufwärtszähler 36 mit dem Taktversorgungsanschluß 17 und der Auffrischsteuerschaltung 16 verbunden und zählt den laufenden Zählwert gemäß der Taktimpulse hoch. Der laufende Zählwert wird bei jedem Auffrischimpuls auf null rückgesetzt. Der Aufwärtszähler 36 veranlaßt die Auffrischsteuerschaltung 16, einen zusätzlichen Impuls zu erzeugen, wenn der laufende Zählwert den vorgegebenen Zählwert erreicht.
Nebenbei soll im Zusammenhang mit der dargestellten Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 angemerkt werden, daß das H-Pegel-Auffrischzyklussignal den Speicherzugriff in den Wartezustand setzt, wenn das Signal für den Zugriff auf den externen Speicher aktiv wird, während das Auffrischzulässigkeitssignal aktiv ist. Diese Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 kann deshalb ausgezeichnet in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen auf den externen Speicher 12 in relativ großen Zugriffszeitintervallen zugegriffen wird. Eine solche Anwendung ist z. B. die Ausführung eines Befehls, der eine Multiplikation und/oder Division repräsentiert.
Im folgenden werden die Fig. 4 bis 8 betrachtet. Es ist jetzt deutlich geworden, daß die Auffrischsteuerschaltung 16 und die Bussteuerschaltung 19 durch den Fachmann ohne weiteres durch Modifikation der in Fig. 1 bis 3 beschriebenen Auffrisch- und Bussteuerschaltungen 16 und 19 implementiert werden können. Der externe Speicher 12 muß gemäß seiner Spezifikation in einem vorgegebenen Zeitintervall mit einer vorgegebenen Häufigkeit, z. B., wie oben erwähnt, 256 mal pro 4-ms-Periode, aufgefrischt werden. Das vorgegebene Zeitintervall des Zeitgebers (36) sollte gemäß der vorgegebenen Häufigkeit festgelegt werden. Der Komparator 32 kommt einer Schaltung gleich, die entscheidet, ob die Speicheradressen größere oder kleinere Werte haben. Es ist in Fachkreisen bekannt, daß das Adreßsignal A nicht zur Auffrischung dynamischer und pseudo-statischer Direktzugriffsspeicher verwendet werden soll und darf.
Insoweit diese Erfindung in besonderem Zusammenhang mit nur zwei ihrer zweckmäßigen Ausführungen beschrieben worden ist, wird es dem Fachmann ohne weiteres möglich sein, diese Erfindung auf verschiedene weitere Arten umzusetzen. Zum Beispiel kann die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 zur Auffrischung eines externen Speicher 12 verwendet werden, der kein dynamischer oder pseudo-statischer Direktzugriffsspeicher ist. Das Signal AM für den Zugriff auf den externen Speicher und andere Signale können unterschiedliche Vorzeichen haben. In Fig. 7 kann die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11 einen Schalter (nicht gezeigt) haben, um manuell oder auf andere Weise die Versorgung der Bussteuerschaltung 19 mit dem Auffrischzyklussignal und die Versorgung des Aufwärtszählers 36 mit den Auffrischimpulsen zu schalten, so daß die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung 11, wie mit Bezug auf Fig. 4 bis 6 dargestellt, selektiv betrieben werden kann.

Claims

1. Mikrocomputer, mit einer Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung (11) zur steuerbaren Erzeugung eines Auffrischimpulses (OF), um einen externen Speicher (12), der einen vorgegebenen Nichtauffrisch-Speicherbereich (14) besitzt, in dem der externe Speicher nicht aufgefrischt werden muß, aufzufrischen, wobei die Auffrischimpuls-Erzeugungsschaltung (11) enthält:

eine Zugriffserfassungseinrichtung (31, 32, 28) zum Erfassen eines Zugriffs auf den Nichtauffrisch-Speicherbereich (14), um ein Nichtauffrischspeichersignal (NFM) zu erzeugen, das den Zugriff auf den Nichtauffrisch-Speicherbereich angibt;

eine Impulserzeugungseinrichtung (16), die mit der Zugrifferfassungseinrichtung verbunden ist, um den Auffrischimpuls (OF) nur zu erzeugen, wenn das Nichtauffrischspeichersignal erzeugt wird; und

einen Zeitgeber (36) zum Messen der Zeit, die seit der Erzeugung des letzten Auffrischimpulses verstrichen ist, und zum Veranlassen der Impulserzeugungseinrichtung (16), einen Auffrischimpuls auch dann zu erzeugen, wenn das Nichtauffrischspeichersignal (NFM) nicht erzeugt wird, jedoch die gemessene Zeit ein vorgegebenes Zeitintervall übersteigt.

2. Mikrocomputer nach Anspruch 1, wobei der Mikrocomputer einen Adressenbus (18) zum Versorgen des externen Speichers (12) mit einem Adressensignal, das Speicheradressen des externen Speichers repräsentiert, enthält, wobei die Zugrifferfassungseinrichtung enthält:

ein Register (31) zum Speichern eines Auffrischbereichsignals, das einen Auffrischspeicherbereich angibt, in dem der externe Speicher aufgefrischt werden sollte;

einen Komparator (32), der mit dem Adressenbus (18) und mit dem Register (31) verbunden ist, um das Adressensignal mit dem Auffrischbereichsignal zu vergleichen und um ein Nichtauffrischbereichsignal (NFA) zu erzeugen, wenn die Speicheradressen nicht den Auffrischspeicherbereich repräsentieren;

eine Signalversorgungseinrichtung (19) zum Versorgen des externen Speichers mit einem Zugriffsignal (AN), das beim Zugriff auf die Speicheradressen verwendet wird; und

ein UND-Gatter (28), das mit dem Komparator und mit der Signalversorgungseinrichtung verbunden ist, um das Nichtauffrischspeichersignal (NFM) zu erzeugen, wenn sowohl das Nichtauffrischbereichsignal (NFA) als auch das Zugriffsignal (AM) erzeugt werden.

3. Mikrocomputer nach Anspruch 1, bei dem die Impulserzeugungseinrichtung enthält:

eine Zulässigkeitssignal-Erzeugungseinrichtung (26) zum Erzeugen eines Auffrischzulässigkeitssignals (AF), das die Zulässigkeit einer Auffrischung des externen Speichers (12) angibt; und

eine Auffrischsteuerschaltung (16), die mit der Zugrifferfassungseinrichtung und mit der Zulässigkeitssignal-Erzeugungseinrichtung verbunden ist, um den Auffrischimpuls (OF) zu erzeugen, wenn sie mit dem Auffrischzulässigkeitssignal (AF) und mit dem Nichtauffrischspeichersignal (NFM) versorgt wird.

4. Mikrocomputer nach Anspruch 1, wobei der Mikrocomputer eine Takterzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Taktimpulsen (CK) mit einer vorgegebenen Taktperiode enthält, wobei der Zeitgeber (36) ein Aufwärtszähler ist, der mit der Takterzeugungseinrichtung und mit der Impulserzeugungseinrichtung (16) verbunden ist, um die Taktimpulse (CK) bis zu einem momentanen Zählstand hochzuzählen, wobei der momentane Zählstand durch den Auffrischimpuls (OF) auf null zurückgesetzt wird, wobei der Aufwärtszähler die Impulserzeugungseinrichtung (16) dazu veranlaßt, den Auffrischimpuls zu erzeugen, wenn der momentane Zählstand einen vorgegebenen Zählstand erreicht, der durch die Taktperiode und durch das vorgegebene Zeitintervall bestimmt ist.

5. Mikrocomputer nach Anspruch 1, bei dem:

die Impulserzeugungsschaltung enthält:

eine Zulässigkeitsignal-Erzeugungseinrichtung (26) zum Erzeugen eines Auffrischzulässigkeitssignals, das die Zulässigkeit einer Auffrischung des externen Speichers angibt; und

eine Auffrischsteuerschaltung (16), die mit der Zulässigkeitsignal-Erzeugungseinrichtung und mit der Zugrifferfassungseinrichtung verbunden ist, um den Auffrischimpuls zu erzeugen, wenn sie mit dem Auffrischzulässigkeitssignal und mit dem Nichtauffrischspeichersignal versorgt wird;

wobei der Zeitgeber mit der Auffrischssteuerschaltung (16) verbunden ist, um die Auffrischsteuerschaltung dazu zu veranlassen, den Auffrischimpuls zu erzeugen, wenn das vorgegebene Zeitintervall verstrichen ist, auch wenn das Auffrischzulässigkeitssignal und/oder das Nichtauffrischspeichersignal nicht zur Auffrischsteuerschaltung geliefert werden.