التخزين المؤقت (العوازل)

التخزين المؤقت في خطوط المعالج

في المعالج الدقيق جميع خطوطه الخارجة توصل على الكثير من الدوائر أو الشرائح الإلكترونية على التوازي؛ فمثلاً خطوط العناوين توصل على العديد من شرائح الذاكرة ROM وRAM وبوابات الإدخال والإخراج، وهذه الشرائح تمثل أحمالاً على المعالج، عليه الوفاء بحاجاتها من التيار.

فعندما يكون خط العنوان في حالة واحد (High) تسحب هذه الشرائح تياراً معيناً من المعالج لا بد أن يستطيع توفيره، وعندما يكون في حالة صفر (Low) تصرف تيارات لا بد أن يكون المعالج قادراً على صرفها.

ما المقصود بالتخزين المؤقت (Buffering)؟

تنشأ الحاجة إلى التخزين المؤقت عادة بين شيئين ينتج من اتصالهما المباشر بعض المشكلات، لذا يوضع وسيط (عازل Buffer) يكون حلقة الوصل بينهما.

فلو كانت الدائرة المصدر غير قادرة على إدارة الدائرة الحمل لأن الحمل يحتاج إلى الكثير من التيار الذي لا تستطيع المصدر توفيره، فإن جهد خرج المصدر يضمحل أو يتلاشى، والحل لهذه المشكلة هو استعمال العازل بين الدائرتين.

الأسباب الموجبة لاستعمال العوازل (ثلاثة)

المزج الزمني Time Multiplexing

هي فكرة تعتمدها بعض المعالجات بين نواقلها، مثل المعالج 8085 الذي يستعمل ثمانية الخطوط الأولى من ناقل العناوين كناقل للبيانات أيضاً، بحيث تحمل هذه الخطوط إشارة عناوين لمدة معينة من الزمن ثم بعد ذلك تحمل إشارة بيانات.

نقاط اختيار الشريحة المستعملة كعازل

القصر الكهربائي على ناقل البيانات

هذه المشكلة مصاحبة للأجهزة التي تدخل معلومات إلى المعالج عن طريق ناقل البيانات مثل بوابات الإدخال وRAM وROM فحسب، أما الأجهزة التي تستقبل معلومات من المعالج مثل بوابات الإخراج فلا تعاني منها.

السبب: الخط D0 من ناقل البيانات ربما يكون عليه (0) خرج من RAM وفي الوقت نفسه (1) خرج من ROM، والواحد المنطقي في TTL يعني جهداً أكثر من 2.4 V والصفر المنطقي أقل من 0.4 V، فوجود هذين الجهدين على الخط نفسه في الوقت نفسه يعني قصراً كهربائياً يؤدي إلى تخريب مرحلة الخرج في أحد الجهازين إن لم يكن كليهما.

الحل: استعمال البوابات ثلاثية المنطق (Tristate Logic Gate) بدلاً من البوابات ثنائية المنطق.

تكبير

أنواع التخزين المؤقت (العوازل)

ومن الحالات الدراسية: الشريحة 74374 (عازل ماسك ذو ثمانية بتات)، والشريحة 74245 (عازل ثنائي الاتجاه).

البوابات ثلاثية المنطق

هي بوابات لها طرف ثالث خاص بالتحكم في الخرج (طرف التنشيط Enable)، بحيث إذا كان هذا الطرف فعالاً تأخذ البوابة حالة جديدة غير معروفة في البوابات ثنائية المنطق، وهي أن الخرج لا يكون صفراً ولا واحداً، وإنما يكون مفتوحاً Open Circuit أو مقاومة عالية جداً High Impedance.

يبين الشكل (٣-٣) تركيب ورمز بوابة ثنائية المنطق هي بوابة NOT، وخرجها دائماً إما واحد وإما صفر بحسب حالة الدخل. ويوضح الشكل (٣-٤) الدائرة الإلكترونية والرمز المستعمل لمرحلة خرج بوابة ثلاثية المنطق، وقد تم التحكم فيها عن طريق خط التنشيط Enable.

تكبير

تكبير

كيف تحمي ثلاثية المنطق من القصر الكهربائي؟

جميع الأجهزة التي توصل على ناقل البيانات للمعالج يجب أن تكون مرحلة الخرج فيها بوابات ثلاثية المنطق، وعن طريق خطوط التنشيط لكل جهاز يجعل المعالج جميع الأجهزة في حالة خمول (خرجها كأنه غير موصل على الناقل) إلا جهازاً واحداً فحسب هو الجهاز الذي يتعامل معه المعالج في تلك اللحظة، أما بقية الأجهزة فتكون منفصلة عن ناقل البيانات لأن خط التنشيط الخاص بها غير فعال.

تكبير

الماسك (Latch)

تكبير

حالة دراسية (١): الشريحة 74374

وهي عازل ماسك ذو ثمانية بتات، تتكون من ثمانية قلابات من النوع (D Flip-Flop) كلها موصلة على طرف التزامن CK نفسه وهو الطرف رقم 11 في الشريحة.

١- عند إعطاء نبضة تزامن على الطرف CK تنتقل الإشارة الموجودة على جميع أطراف الدخل D إلى الخرج المناظر Q، وتظل على الخرج طالما لم تعط نبضة تزامن أخرى.

٢- كل واحد من هذه القلابات موصل على بوابة ثلاثية المنطق تسمح بمرور الإشارة إلى أطراف الخرج عندما يكون طرف التنشيط (الطرف 1) OE فعالاً (صفر).

٣- تستعمل هذه الشريحة في المعالج 8085 لغرض فصل ناقل العناوين.

تكبير

حالة دراسية (٢): الشريحة 74245

وهي عازل ثنائي الاتجاه أي يمكنه إرسال المعلومات واستقبالها، وخرجها ثلاثي المنطق غير عاكس.

١- الطرف رقم 19 (CE) خط تنشيط الشريحة ويكون فعالاً عندما يكون صفراً، فتكون الشريحة نشطة، وعندما يكون واحداً تكون خاملة ولا تعمل.

٢- الطرف رقم 1 يتحكم في اتجاه البيانات خلال الشريحة: عندما يكون واحداً تمر الإشارات من A إلى B، وعندما يكون صفراً تمر من B إلى A.

لذلك فالشريحة مناسبة جداً لفصل خطوط ناقل البيانات لأنها ثنائية الاتجاه.

تكبير

اختبر نفسك