Пристрої пам’яті. ПрограмОВАні логічні

Інтегральні схеми

Вступ

Пристрої пам’яті (або ПП) – це пристрої, що призначені для запису, зберігання, вилучення даних.

Основні компоненти ПП:

1. матриця-накопичувач

2. функціональний пристрій для керування пам’яті

3. підсилювачі запису та зчитування

4. елементи, що забезпечують синхронізацію

Характеристики ПП:

1. інформаційна ємність – кількість одиниць інформації (бітів), що зберігаються одночасно.

2. Швидкодія – час запису або зчитування, тобто час від миті приходу кода адреси до завершення всіх процесів.

3. Розрядність – кількість розрядів у слові (для мікросхем – кількість біт, що можна зчитати /записати за один цикл з мікросхеми).

4. Споживаюча потужність – потужність електричного струму, що витрачається на одиницю інформації (мВт/біт).

8.2 Напівпровідникові пристрої оперативної пам’яті (ПОП)

ПОП – пристрій, що призначений для запам’ятовування даних поточних обчислень. Такі ПП дозволяють оновлювати дані, замінювати стару інформацію на нову тощо.

У ПОП використовуються дві основні схеми зберігання інформації: на тригерах та конденсаторах. ПОП, в яких використовуються тригера як елементи пам’яті, називають ПОП статичного типу, а якщо застосовують конденсатори як елементи пам’яті, то такі ПОП є ПП динамічного типу. За англійською термінологією ПОП RAM (Random access memory). Відповідно Static та Dynamic - SRAM та DRAM.

Приклад: Напівпровідниковий ПОП типу К155РУ2 має адресні входи A1 A4, входи даних D1 D4, входи управління V, W, вихідні дані Q1 Q4. Об'єм такого ПОП шістнадцять чотирьохрозрядних слів.

Переваги ПОП: висока швидкодія, мала маса та габарити, порівняно висока надійність.

За типом виборки даних ПОП поділяють на дві групи.

Перша група - це ПОП з двохступеневою дешифрацією даних (двохкоординатна) (рисунок 8.2).

Друга група - ПОП з послідовною виборкою даних і з одним ступенем дешифрації (рисунок 8.3).

На рисунку 8.4 зображено структурну схему ПОП, яка складається з чотирьох основних блоків.

Схема може працювати у трьох режимах:

1) читання;

2) зберігання;

3) запису.

Відповідно до цього на шині даних можуть з’явитись дані з матриці-накопичувача, може бути Z-стан ШД, а також поява даних на ШД, що надходять у матрицю-накопичувач.

ПОП із запам’ятовуючими елементами статичного типу

На рисунку 8.5 наведено запам’ятовуючий елемент статичного типу на тригері, в якому використовуються польові транзистори.

Для зменшення споживання енергії на затвори транзисторів VT2 і VT4 надходить імпульсна напруга з щілинністю Q 10, яка періодично закриває і відкриває канали цих транзисторів, при цьому суттєво зменшується середнє значення струму споживання. За наявності паразитних ємностей Сп інформація, що записана в тригері, не руйнується при закритті VT2 і VT4.

Перевагою таких комірок пам’яті (рисунок 8.5) є висока ступінь упаковки елементів, мала коштовність і споживана потужність.

В ПОП динамічного тип у функції ЗЕ виконує конденсатор. Інформація представлена у вигляді заряду, наприклад, присутність заряду на конденсаторі відповідає логічній “1”, відсутність “0”.

На рисунку 8.6 в якості запам'ятовуючого елемента застосовується ємність переходу затвор-виток (Сзв). Для запису інформації на шину запису подається " 1" і лівий транзистор відкривається й відповідно формується заряд на конденсаторі від вхідної шини. Для читання інформації подають логічну одиницю на правий транзистор і роблять висновок щодо омічного стану каналу. Не зважаючи на великий опір переходу затвор-виток середнього транзистора, конденсатор розряджається, тому необхідний пристрій періодичного підзаряду конденсатора.

На рисунку 8.7 наведено графічне позначення ПОП типу 132РУ8А на МОН-транзисторах. Організація даної ІС 1Кх4:

На основі цієї ІС можна побудувати ПОП на 1024 12-розрядних слів. Для цього необхідно застосувати 3 мікросхеми, всі однойменні адресні входи та входи управління мікросхем з’єднати паралельно. Виводи DIO0…DIO3 приєднати до двонапрямленої шини з номера 0 до 11, таким чином, щоб кожна мікросхема була приєднана до чотирьох шин, тобто, щоб кожна мікросхема використовувалась для зберігання чотрьох з дванадцяти розрядів слова. Інформаційна ємність такої схеми знаходиться як добуток: 1024*12=12288 біт.

8.3 Пристрої постійної пам’яті (ППП)

Пристрої постійної пам’яті – це ППП, в яких існує постійна залежність між вхідною та вихідною інформацією. При виклику одної адреси у ППП завжди зчитується одна заздалегідь визначена інформація, що відповідає цій адресі. Головною особливістю ППП є можливість зберігання даних на тривалий час за відсутністю джерела живлення. ППП призначений для зберігання підпрограм, різних констант, потрібних в процесі обробки інформації тощо. Вони працюють тільки в режимі багаторазового зчитування інформації.

ППП відрізняються від ПОП відсутністю схем запису та відновлення інформації. Період звертання у декілька разів менший за ПОП.

За способом занесення інформації ППП розділяють на масочні, програмовані користувачем (ПППП) та репрограмовані (РППП).

Перші два є одноразового програмування, РППП – багаторазового занесення інформації.

Масочні ППП.

Рисунок 8.8 Масочний ППП

В таких ППП інформація записується у процесі виготовлення мікросхеми.

На рисунку 8.8 представлена схема перетворювача одного коду на інший.

Формування слів у матриці відбувається у процесі виготовлення схеми (знищують або залишають перемички від бази транзистора до загального провідника від дешифратора).

Такі ППП надійні, недоліком є неможливість змінити інформацію, що занесена раніше. Прикладами таких ППП є:

К155РЕ21 - перетворювач двійкового коду на код знаків кирилиці (рос.),

К155РЕ22 - на знаки латинського алфавіту,

К155РЕ23 - на цифри та арифметичні знаки.