Глава 7. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

7.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЗУ

Запоминающие устройства (ЗУ) служат для хранения информации и обмена ею с другими частями ЭВМ или микропроцессорных систем. По функциональному назначению ЗУ подраздэтяются на внешние, буферные и внутренние. Внешние ЗУ служат для хранения больших объемов информации и программного обеспечения системы. В них используются ЗУ с прямым доступом на магнитных барабанах (дисках) и ЗУ с последовательным доступом на магнитных лентах. Буферные ЗУ предназначены для промежуточного хранения данных при обмене мажду внешней и внутренней памятью. Внутренние ЗУ по выполняемым функциям делятся на оперативные и постоянные. Оперативные ЗУ (ОЗУ) выполняют запись, хранение и считывание произвольной двоичной информации, обеспечивают хранение программ для текущей обработки информации и массивов обрабатываемых данных. Постоянные ЗУ (ПЗУ) осуществляют хранение и выдачу постоянно записанной информации, содержание которой не изменяется во время работы системы. Это используемые в процессе работы стандартные подпрограммы и микропрограммы, табличные значения различных функций, константы и др. По способу занесения информации ПЗУ делятся на собственно ПЗУ, программируемые заводом-изготовителем; программируемые ПЗУ (ППЗУ), программируемые однократно пользователем; репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ), программируемые многократно пользователем.

В ЭВМ нового поколения во внутренних ЗУ в основном используются полупроводниковые интегральные схемы, которые по сравнению с традиционными магнитными имеют следующие достоинства: высокую информационную емкость, обусловленную малыми размерами запоминающих элементов (ЗЭ) и формированием на одном кристалле с накопителем схем электронного управления; относительно низкую стоимость; совместимость по уровням сигнааов с процессором ЭВМ; высокую надежность. В полупроводниковых ЗУ накопителем информации служит ЗЭ памяти. По способу обращения к массиву ЗЭ все ЗУ делятся на адресные и ассоциативные. В адресных ЗУ обращение к ЗЭ производится по их физическим координатам, задаваемым внешним двоичным кодом - адресом. Адресные ЗУ бывают с произвольной выборкой (ЗУПВ), которые допускают любой порядок следования адресов, и с последовательным обращением, в которых выборка ЗЭ возможна только в порядке возрастания или убывания адреса. В ЗУ последовательного типа информация считывается в том же порядке, как была записана (стек), или в обратном («магазин»). Такне ЗУ строятся на сдвигающих регистрах или подвижных носителях (лентах, дисках) В ассоциативных ЗУ поиск информации производится по признакам, заключенным в самой хранимой информации, независимо от физических координат ЗЭ

По способу хранения информации ОЗУ делят на статические и динамические. ЗЭ статических ЗУ представляют собой бистабильные элементы и обеспечивают считывание информации без ее раврушения.

Рис. 7.1

(см. оригинал)

В динамических ЗУ для хранения информации используются инерционные свойства реактивных элементов (конденсаторов), что требует периодического восстановления (регенерации) состояния ЗЭ памяти в процессе хранения информации. При регенерации производится перезапись каждого хранимого в ЗУ бита либо в тот же ЗЭ, либо в соседний, в последнем случае информация циклически сдвигается на один разряд с каждым циклом регенерации.

Рис. 7.2.

По технологическому исполнению полупроводниковые ЗУ имеют следующие структуры: биполярные и МДП, использующие схемотехнику ТТЛ, ЭСЛ, , КМДП [60].

Классификация внутренних ЗУ показана на рис. 7.1.

Основными параметрами ЗУ являются: информационная емкость М и быстродействие. Информационная емкость характеризует количество информации, которое может храниться в ЗЭ на кристалле, и определяется в битах или количестве слов N о указанием их разрядности ; , где — разрядность слова; — количество слов Например, 1 X 16, IX 256, 1 X 1024, 4 X 16, 4 X 64, 4 X 256, 4 X 1024, 8 X 512, 8 X 1024. Быстродействие характеризуется временем выборки и циклом записи. Время выборки интервал времени между моментом подачи сигнала выборки и появлением информации на выходе микросхемы ЗУ.

Цикл записи — минимально допустимое время между моментом подачи сигнала выборки при записи и моментом начала Последующей операции считывания (записи) [60].

По структуре полупроводниковые ОЗУ, ППЗУ, РПЗУ (рис. 7.2,а) и ПЗУ (рис. ) состоят следующих типовых узлов: накопителя НК; дешифратора строк и столбцов ДСХ, ДСУ; устройства записи УЗ; устройства считываиия УС; устройства управления УУ [60].

Накопитель представляет собой матрицу ЗЭ, объединенных в строки и столбцы через развязывающие ключевые элементы, связанные дешифраторами. В накопителях статических ОЗУ применяются триггерные элементы памяти, в накопителях

Рис. 7.3.

динамических ОЗУ — однотранзисторные ЗЭ, состоящие из ключевого транзистора и емкости хранения информации. Вследствие постоянного рассасывания заряда, хранящегося на емкости. такой ЗЭ требует периодической регенерации информации, которая выполняется с помощью УУ. В накопителях ПЗУ используются транзисторы, подключенные соответствующим образом к дешифратору строк и столбцов. Наличие или отсутствие транзистора в узле пересечения строки-столбца соответствует хранению «1» или «0». В накопителях ППЗУ применяются транзисторы 8 плавкими перемычками, которые пережигаются при выборке соответствующего ЗЭ в процессе программирования НПЗУ. В накопителях РПЗУ используются специальные транзисторы, изменяющие свои характеристики при программировании РПЗУ [60].

Условные обозначения микросхем ЗУ присваиваются в зависимости от классификации (рис. 7.3) [59], например, — ИМС общего применения, — в пластмассовом корпусе, 5 — полупроводниковая, серия 565. РУ — ОЗУ, 1 — разработка 1, А — типономинал.

Таблица 7.1

Основные сигналы ЗУ приведены в табл. 7.1.

Исправное состояние ЗУ определяется при контроле статических и динамических параметров или при функционировании 131]. Параметры должны быть определены для каждого вывода ЗУ при любых комбинациях входных сигналов и соответствующих им выходных, определяемых по таблице истинности ЗУ .