Постоянные запоминающие устройства делятся на масочные (МПЗУ), однократно программируемые (ППЗУ или PROM) и репрограммируемые, которые в свою очередь подразделяются на РПЗУ с электрическим программированием и ультрафиолетовым стиранием (РПЗУ УФ или EPROM), с электрическим программированием и электрическим стиранием информации (РПЗУ ЭС или EEPROM).

– внешняя память реализуется в виде накопителей со сменными и постоянными носителями: на жестких и гибких магнитных дисках, стримерах, оптических и лазерных компакт-дисках (CD-ROM). Устройства памяти этого типа характеризуются самой малой скоростью обмена информацией, однако обладают наибольшей емкостью.

– специализированные виды памяти, характерные для некоторых специфических архитектур (многопортовые, ассоциативные, видеопамять и др.).

61. Классификация запоминающих устройств по технологии выполнения и по способу обращения к массиву памяти. Основные параметры ЗУ

По технологии выполнения полупроводниковые ЗУ можно разделить на следующие виды:

– на основе биполярных структур, использующих схемотехнику ТТЛ, ЭСЛ и др.;

– на основе полевых транзисторов с изолированным затвором: -МОП, -МОП и КМОП;

– на основе приборов с зарядовой связью.

Независимо от технологии изготовления ЗУ уровни их входных и выходных сигналов обычно приводятся к уровням стандартных серий элементов ТТЛ, ЭСЛ или КМОП. Для использования в РПЗУ разработаны специальные структуры:

– с лавинной инжекцией заряда и плавающим затвором, которые применяются в РПЗУ УФ;

– со структурой металл–нитрид кремния–оксид кремния–полупроводник (МНОП), которые используются в РПЗУ с электрическим стиранием.

По способу обращения к массиву памяти все ЗУ делятся на адресные и безадресные (ассоциативные). Большинство видов ЗУ относятся к адресным ЗУ, в которых обращение к элементам памяти производится по их физическим координатам, задаваемых внешним двоичным кодом-адресом. Адресные ЗУ бывают следующих типов:

– с произвольным обращением, которые допускают любой порядок следования адресов;

– с последовательным обращением, в которых выборка элементов памяти возможна только в порядке возрастания или убывания адресов (обычно такие ЗУ выполняются на регистрах сдвига).

Ассоциативный

---

доступ реализует поиск информации по некоторому признаку, а не по ее расположению в памяти (адресу или месту в очереди). В наиболее полной версии все хранимые в памяти слова одновременно проверяются на соответствие признаку, например, на совпадении определенных полей слов (тегов – от англ. tag) с признаком, задаваемым входным словом (теговым адресом). На выход выдаются слова, удовлетворяющие признаку.

К основным параметрам запоминающих устройств относятся:

– разрядность данных определяет число разрядов ячейки памяти;

– число слов определяет число адресов слов в накопителе ЗУ;

– информационная емкость – максимально возможный объем хранимой информации в битах.

– быстродействие ЗУ оценивают временем считывания, записи, длительностями циклов чтения/записи и др.;

– время считывания – интервал между моментами появления сигнала чтения и слова на выходе ЗУ;

– время записи – интервал после появления сигнала записи, достаточный для установления запоминающей ячейки в состояние, задаваемое входным словом.

– цикл памяти – минимально допустимый интервал между последовательными повторными операциями чтения или записи.

62. Структура микросхем памяти с произвольной выборкой. Управляющие сигналы

Типовая структура микросхем памяти с произвольным обращением показана на рис. 6.1. Накопитель представляет собой прямоугольную матрицу элементов памяти (ЭП), содержащую строк и столбцов. Таким образом, емкость накопителя . Каждый ЭП подключен к адресным (АШ) и разрядным (РШ) шинам. Выбор необходимого ЭП осуществляется путем подачи определенной комбинации адресных переменных ( ). Адресные дешифраторы строк (ДШ_X) и столбцов (ДШ_Y) формируют сигналы выборки на соответствующих АШ, которые определяют строку и столбец накопителя, в которых расположен выбираемый ЭП. Таким образом, адресных входов позволяют выбрать один из элементов памяти.

Запись или считывание информации в выбранном ЭП осуществляется с помощью формирователей сигналов записи-считывания (ФЗС), каждый из которых подключается к РШ одного из столбцов накопителя. Выходные сигналы дешифратора ДШ, поступают по АШ на ФЗС, разрешая работу одного из них в режиме записи или считывания. В режиме записи выбранных ФЗС формирует на подключенный к нему РШ сигнал, устанавливающий ЭП, расположенный в строке, на которую подан сигнал выборки с выхода ДШ

---

_X, в состояние 0 или 1 в зависимости от потенциала, поступающего на вход данных (Data Input). В режиме считывания соответствующий ФЗС воспринимает сигнал, поступающий на РШ от выбранного ЭП. Этот сигнал, указывающий состояние ЭП (0 или 1), усиливается ФЗС и передается на выход данных (Data Output) через буферный каскад (БК), в качестве которого обычно используются каскады с открытым коллектором или с тремя состояниями.

Рис. 6.1. Общая структура микросхем памяти с произвольной выборкой

Схема управления (СУ) определяет режим работы схемы ОЗУ. По сигналу разрешаются или запрещаются операции записи или чтения. Сигнал позволяет выбрать требуемую микросхему памяти в ЗУ, состоящим из ряда микросхем. Подача сигнала на вход при наличии сигнала выбора микросхемы позволяет выбрать режим записи, если , или считывания, если . При микросхема находится в режиме хранения, т.е. состояние ЭП не меняется при любых сигналах на входах , , . Выход находится в отключенном состоянии. В некоторых типах микросхем памяти имеется несколько входов : , , …. При этом выбор микросхемы производится при выполнении определенной логической функции, например .

Для уменьшения числа выводов обычно используются комбинированные (двунаправленные) выводы , которые при записи работают как входы , а при считывании – как выходы . При этом часто вводится дополнительный вход разрешения выдачи (Output Enable). При сигнале выход находится в отключенном состоянии, а при производится выдача считываемой информации.

63. Статические и динамические ОЗУ

Статические ОЗУ. Основой статического ОЗУ является накопитель или матрица памяти, состоящая из отдельных запоминающих (бистабильных) ячеек. Обычно в качестве этих ячеек используются различные типы триггеров. Двоичная информация, записанная в такую ячейку, может сохраняться в этой ячейке до тех пор, пока ее не заменят другой или не будет снято напряжение питания.

Статические ЗУ в 4–5 раз дороже динамических и приблизительно во столько же раз меньше по максимально достижимой информационной емкости. Их достоинством является высокое быстродействие, а типичной областью использования – схемы кэш-памяти, буферы FIFO, LIFO, память данных небольшой емкости для микроконтроллеров, быстродействующих коммуникационных устройств и т.п.

Динамические ОЗУ. В динамических ЗУ данные хранятся в виде зарядов емкостей МОП-структур и основой ЭП является просто конденсатор небольшой емкости. Заряженное состояние конденсатора считается состоянием логической единицы, разряженное – состоянием логического нуля. Такой ЭП значительно проще триггерного, содержащего 4 или 6 транзисторов, что позволяет разместить на кристалле намного больше ЭП (примерно в 4–5 раз) и обеспечивает динамическим ЗУ максимальную емкость. В то же время из-за токов утечки конденсатор со временем разряжается, и хранение данных требует их периодической регенерации (через каждые несколько миллисекунд).

---

Динамические ЗУ характеризуются наибольшей информационной емкостью, малым энергопотреблением и невысокой стоимостью, поэтому именно они используются как основная память ЭВМ.

Устройство типовой ячейки памяти динамического ОЗУ приведено на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Элемент памяти динамического ОЗУ

Хранение информации происходит в емкости (затвор-исток) полевого транзистора, а транзистор выполняет роль ключа выборки. Режим хранения обеспечивается периодической регенерацией заряда емкости с частотой около сотки герц. В процессе регенерации уменьшение заряда на емкости компенсируется усилителем регенератором. Динамические ОЗУ имеют малую потребляемую мощность (50…500 мВт), так как для хранения информации почти не потребляется энергия, и все структуры работают в импульсном (ключевом) режиме.

Особенностью почти всех динамических ЗУ является мультиплексирование шины адреса. Адрес делится на два полуадреса, один из которых представляет собою адрес строки, а другой – адрес столбца матрица ЭП. Оба полуадреса подаются на одни и те же выводы корпуса микросхемы поочередно. Подача адреса строки сопровождается стробом (Row Address Strobe), а адреса столбца – стробом (Column Address Strobe). При этом полуадреса заносятся в регистры адреса строки и столбца соответственно. Причиной мультиплексирования адресов служит стремление уменьшить число выводов корпуса микросхемы и тем самым удешевить ее, а также то обстоятельство, что полуадреса и сигналы и в некоторых режимах и схемах используются различно (например, в режимах построчной регенерации адрес столбца вообще не нужен). Сокращение числа внешних выводов корпуса для динамических ЗУ особенно актуально, т.е. они имеют максимальную емкость и, следовательно, большую разрядность адресов. Например, ЗУ с организацией 16М×1 имеет 24-разрядный адрес, а мультиплексирование сократит число адресных линий на 12.

На рис. 6.3. приведены примеры условных графических обозначений микросхем ОЗУ.

Рис. 9.3. Условные обозначения микросхем ОЗУ

64. Постоянные запоминающие устройства

Структурная схема ПЗУ аналогична структурной схеме ОЗУ (рис. 6.1) за исключение того, что в ПЗУ отсутствуют устройства записи и линии, которые его обслуживают. Кроме того, изменяется выполнение накопителя (матрицы памяти).

В масочных ПЗУ накопитель программируется на стадии изготовления, когда информация, записываемая в него, определяется построением одного из слоев схемы при помощи специального фотошаблона.

---

В однократно программируемых ПЗУ накопитель выполняется на ЭП с плавкими перемычками, их упрощенная схема приведена на рис. 9.4. Процесс записи информации в схему представляет собой избирательное разрушение плавких перемычек током, обеспечиваемым устройством программирования. Наличие перемычки соответствует логическому 0 на выходе усилителя считывания, а отсутствие перемычки – логической единице.

Рис. 6.4. Схема ячейки ПЗУ с плавкими перемычками

Репрограммируемые ПЗУ допускают многократную электрическую запись информации, но число записи и стирания ограничено (до 10⁶ циклов). Они подразделяются на две группы:

– с электрическим программированием и ультрафиолетовым стиранием;

– с электрическим программированием и электрическим стиранием.

Элементы памяти РПЗУ – транзисторы типа МНОП или транзисторы с плавающим затвором.

МНОП-транзистор отличается от обычного двухслойным подзатворным диэлектриком. На поверхности кристалла расположен тонкий слой двуокиси кремния SiO₂, далее более толстый слой нитрида кремния Si₃N₄ и затем уже затвор (рис. 9.5,а). На границе диэлектрических слоев SiO₂ и Si₃N₄ возникают центры захвата заряда. Благодаря туннельному эффекту носители заряда могут проходить через тонкую пленку окисла толщиной около 5 нм и скапливаться на границе раздела слоев. Этот заряд и является носителем информации, хранимой МНОП-транзистором. Заряд записывается созданием под затвором напряженности электрического поля, достаточной для возникновения туннельного перехода носителей заряда через тонкий слой SiO₂. На границе раздела диэлектрических слоев можно создавать заряд любого знака в зависимости от направленности электрического поля в подзатворной области. Наличие заряда влияет на пороговое напряжение транзистора.

Рис. 6.5. Структура транзистора типа МНОП (а) и транзистора с плавающим и управляющим затворами (б)

При программировании ЗУ используются относительно высокие напряжения. После снятия высоких напряжений туннельное прохождение носителей заряда через диэлектрик прекращается и заданное транзистору пороговое напряжение остается неизменным. Перед новой записью старая информация стирается записью нулей во все запоминающие элементы.

После 10⁴–10⁶ перезаписей МНОП-транзистор перестает устойчиво хранить заряд. РПЗУ на МНОП-транзиторах энергонезависимы и могут хранить информацию десятками лет.

Транзисторы с плавающим затвором имеют в подзатворном диэлектрике замкнутую проводящую область, которая называется плавающим затвором и в которую может быть введен электрический заряд. Различают два механизма ввода и удаления заряда: МОП-транзисторы с лавинной инжекцией заряда (ЛИЗМОП), и транзисторы типа FLOTOX, в которых происходит туннелирование электронов через тонкие слои диэлектрика.

---

Смотрите также файлы

• 1. 2 Комплектация комплекса.docx

• Строение волоса, фазы роста. Медула.docx

• ыса мерзімді жоспар Сабаты таырыбы Магнит рісі.docx

• АТбе облысыны білім басармасы мм 2 психологиялыпедагогикалы Тзеу кабинеті кмм.docx

• Основы выставочного дела.doc