Полупроводниковые запоминающие устройства.

Для хранения больших массивов информации предназ-начены запоминающие устройства (ЗУ), выполненные в виде больших интегральных схем (БИС), в каждой из ко-торых может храниться информация объемом в тысячи бит.

ЗУ, допускающие независимое обращение к любой ячей-ке памяти, называется памятью с произвольным досту-пом. Память с последовательным доступом допускает только последовательное обращение к ячейкам памяти. В последовательной форме хранится информация на маг-нитной ленте. Память на основе полупроводниковых мик-росхем является памятью с произвольным доступом.

По выполняемым функциям различают следующие ти-пы полупроводниковых ЗУ:

- оперативные ЗУ (ОЗУ);

- постоянные ЗУ 9ПЗУ);

- перепрограммируемые ЗУ (ППЗУ).

Оперативные ЗУ предназначены для использования в условиях, когда необходимо выбирать и обновлять храни-мую информацию. В ОЗУ предусматривается три режима работы: режим хранения при отсутствии обращения к ЗУ, режим чтения информации и режим записи новой инфор-мации. При отключении источника питания информация в ОЗУ теряется.

В качестве элементной базы для построения ОЗУ могут быть использованы БИС как статического, так и динами-ческого типов. В БИС статических ОЗУ каждая запоми-нающая ячейка построена на основе триггера, состояние которого определяется значением (нуль или единица) хра-нимого бита данных. В БИС динамических ОЗУ ячейка па-мяти выполнена на основе конденсатора, а значение бита данных определяется наличием или отсутствием на нем заряда.

Запоминающие ячейки в БИС динамических ОЗУ зани-мают значительно меньшую площадь, чем в статических. Поэтому при одинаковой технологии изготовления в од-ной БИС динамического ОЗУ удается разместить значите-льно больше элементов, чем в БИС статического ОЗУ. Стоимость хранения одного бита информации в БИС ОЗУ динамического типа также меньше, чем в БИС ОЗУ стати-ческого типа.

Постоянные ЗУ предназначены для хранения некото-рой однажды записанной в них информации, не нарушае-мой и при отключении источника питания. В ПЗУ предус-матриваются два режима работы: режим хранения и ре-жим чтения. Режим записи не предусматривается. Исполь-зуется ПЗУ для хранения программ и констант, с которы-ми цифровое устройство функционирует длительное вре-мя, многократно выполняя действия по одному и тому же алгоритму при различных исходных данных.

Перепрограммируемые ПЗУ в процессе функциони-рования цифрового устройства используется как ПЗУ. Оно отличается от ПЗУ тем, что допускает обновление однаж-ды записанной информации, т.е. в нем предусмотрен ре-жим записи. Однако в отличие от ОЗУ запись информации требует отключения ППЗУ от устройства, в котором оно функционирует, и производится с использованием специ-ально предназначенных для записи устройств – програм-маторов. Кроме того, запись в ППЗУ занимает значитель-ное время.

Статическое оперативное запоминающее устройство.

Основой ячейки памяти в ЗУ статического типа являет-ся триггер. В качестве базовых элементов для реализации триггера могут использоваться как биполярные транзисто-ры, так и полевые, но оптимальным является использова-ние полевых транзисторов.

Информация хранится в накопителе, представляющем собой матрицу, составленную из ячеек памяти. Для поиска требуемой ячейки памяти указываются строка и столбец, соответствующие положению ячейки памяти в накопите-ле.

Адрес ячейки памяти (ЯП) в виде двоичного числа при-нимается по шине адреса в регистр адреса. Число разря-дов адреса связано с емкостью накопителя. Разряды регис-тра адреса подразделяются на две группы. Одна группа определяет двоичный номер строки, в которой расположе-на ячейка памяти, а другая группа определяет двоичный номер столбца, в котором находится ячейка памяти. Каж-дая группа разрядов адреса подается на соответствующий дешифратор строк и столбцов. При этом каждый из деши-фраторов создает на одной из своих выходных цепей уро-вень логического нуля. На остальных выходах устанавли-вается уровень логической единицы. Ячейка памяти, ока-завшаяся под воздействием двух логических нулей на со-ответствующих линиях одновременно, является выбран-ной.

В режиме считывания содержимое ячейки памяти выда-ется на усилитель считывания и с него на выход схемы.

Микросхемы ОЗУ допускают наращивание емкости па-мяти как путем наращивания числа хранимых слов, так и путем наращивания разрядности этих слов. Структура с наращиванием числа хранимых слов обладает двумя суще-ственными недостатками: более сложная аппаратурная ре-ализация и меньшая производительность устройства памя-ти. Наиболее простым в аппаратной реализации является второй способ – наращивание разрядности хранимых слов.

На практике часто используется комбинированная структура, объединяющая наращивание как разрядности, так и числа хранимых слов.

Динамическое ОЗУ.

В ячейке динамического ОЗУ информация представлена в виде наличия или отсутствия заряда на конденсаторе. Схемы ячейки памяти этого типа как правило строятся на одном транзисторе. Главным достоинством этих схем яв-ляется малая занимаемая площадь. Накопительный кон-денсатор изготавливается в едином технологическом цик-ле производства микросхемы ОЗУ.

Лек13

Для каждого типа микросхем динамических ОЗУ в справочниках приводятся временные параметры, регла-ментирующие длительность управляющих сигналов, пода-ваемых на микросхему, а также порядок их взаимного сле-дования.

Заряд конденсатора динамического ОЗУ со временем уменьшается вследствие утечки, поэтому для сохранения содержимого памяти должен производиться через опреде-ленное время процесс регенерации каждой ячейки памяти. Для этих целей используется специальный блок, ответст-венный за регенерацию памяти. Из изложенного следует, что использование динамического ОЗУ требует довольно сложной схемы управления. Для этих целей используют контроллеры динамического ОЗУ, реализованные на од-ном кристалле. Их использование позволяет значительно упростить построение памяти на динамических ОЗУ.