 |
Статические ОЗУ с произвольным доступом
|
|
|
|
В статическом ОЗУ информация в ячейках памяти хранится до тех пор, пока подается напряжение питания. Типовым представителем статического ОЗУ с произвольным доступом (RAM – random access memory) являются микросхемы памяти серии КР537. В качестве примера рассмотрим структуру БИС КР537ЗУ3, условное обозначение которой изображено на рис.5.3,а.
|
| Рисунок 5.3 – Условное обозначение и структура БИС ОЗУ с произвольным доступом |
Как видно из схемы ОЗУ, в нем содержится 212 = 4К однобитовых ячеек памяти. Выходная линия данных может быть переведена в состояние высокого импеданса (значок ◊) путем подачи высокого уровня на вход CS. Запись данных в ячейку памяти осуществляется при наличии нулевого уровня на входе WE (Write Enable).
|
| Рисунок 5.4 - Схема организации матрицы запоминающих ячеек |
ОЗУ серии К537 выполнены на основе КМОП – технологии. В состав серии входят БИС: К537РУ2…РУ10. БИС РУ3 совместима с ТТЛ-схемами как по входам, так и по выходам. Особенности ОЗУ является способность сохранять информацию при пониженном напряжении источника питания.
Микросхемы памяти КР537РУ8 и РУ10 имеют организацию 2048´8 бит. Структурная схема ОЗУ с организацией 2048´8 бит показана на рисунке 4.3. Запоминающие ячейки ОЗУ организованы в виде матрицы размером 128 ´ 128 ячеек, состоящей из 128 строк и 16 столбцов, выбирающих по 8 триггеров. Структура матрицы запоминающих элементов показана на рисунке 5.4.
В состав БИС входят также адресные буферы BF строк и столбцов и соответствующие им дешифраторы DCS и DCK, усилители записи/чтения DD и блок управления CU. Схема однобитовой ячейки памяти статического ЗУ изображена на рисунке 4.5.
 |
Она представляет собой статический триггер, состоящий из четырех МДП-транзисторов Т3-Т5, плечи которого через ключевые транзисторы Т1,Т2 и Т7,Т8 подключены к шинам данных ШД0 и ШД1. Подключение ячейки к шине данных происходит только при одновременной подаче единичных сигналов на линии выбора ячейки Х и У. Данные записываются в ячейку памяти и считываются из нее в парафазном коде (наличие уровней «0» и «1» одновременно). Работа ячейки подробно рассматривалась в курсе электроники.
|
|
|
ОЗУ динамического типа
В запоминающих устройствах динамического типа информация хранится в виде заряда на конденсаторе. Поэтому питание на ОЗУ подается не постоянно, а только в очень короткие промежутки времени. Оно используется для восстановления заряда на конденсаторах матрицы ОЗУ. Благодаря импульсному питанию динамические ОЗУ потребляют в тысячи раз меньше мощности, чем аналогичные по емкости статические.
В микросхемах динамической памяти функции запоминающих элементов выполняют электрические конденсаторы, образованные внутри МДП-структуры. Поскольку время сохранения заряда на конденсаторе ограничено, необходимо предусмотреть восстановление (регенерацию) записанной информации. Период регенерации для динамических ОЗУ равен нескольким миллисекундам (для микросхем серии К565 время регенерации 2 мс).
Микросхемы (МС) большинства динамических ОЗУ с целью уменьшения количества выводов построены с мультиплексированием кода адреса: вначале в МС вводят код строки А0 – А7, фиксируя его во входном регистре стробирующим сигналом RAS (Row Address Strobe), а затем код адреса столбца А8 – А13, фиксируя его во внутреннем регистре стробирующим сигналом CAS (Column Address Strobe).
В режиме регенерации микросхема ОЗУ изолируется от информационных входа и выхода за счет подачи сигнала CAS = 1. Следовательно, адресуются только строки, т.к. регенерация информации происходит во всех элементах памяти строки одновременно.
|
|
|
Перебирая адреса строк, устройство регенерации обеспечивает восстановление информации во всей матрице накопителя. Условное обозначение БИС динамического ОЗУ типа К565РУ5 и временная диаграмма функционирования показаны на рисунке 5.6.
|
| Рисунок 5.6 – Условное обозначение и временная диаграмма функционирования динамического ОЗУ |
Схема динамической ячейки памяти на 8 транзисторах показана на рисунке 5.7. Она отличается от аналогичной ячейки статического ОЗУ только тем, что затворы транзисторов Т3 и Т6 соединены с генератором импульсов регенерации, а не с источником питания.
| 
|
| Рисунок 5.7 - Схема ячейки памяти динамического ОЗУ | Рисунок 5.8 – Схема однотранзисторной ячейки динамического ОЗУ |
Для хранения информации используются не специально встроенные конденсаторы, а конденсаторы, образованные паразитными емкостями затвор-сток и исток-сток транзисторов Т4 и Т5. Такая ячейка памяти использовалась только в первых образцах динамических ОЗУ. Очевидно, что для хранения одного бита достаточно одного конденсатора. Поэтому впоследствии схема ячейки была существенно упрощена и в настоящее время имеет вид, изображенный на рисунке 5.8. При записи на вертикальную линию подается напряжение уровня данных, а на горизонтальную – импульс выбора строки.
За счет уменьшения количества транзисторов на одну ячейку удалось существенно увеличить емкость динамической памяти, располагаемой на одном кристалле и снизить потребление энергии от источника питания.
5.5. Постоянные запоминающие устройства
Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) являются энергонезависимыми устройствами, служащими для хранения цифровых данных. ПЗУ могут быть построены на пассивных элементах (плавких перемычках П или диодах D) или активных (транзисторах). Схема ПЗУ представляет собой матрицу (рисунок 5.9) количество горизонтальных линий равно разрядности хранимого слова, а число вертикальных – количеству хранимых слов.
| Как видно из схемы, при активации адресной линии вертикальная шина соединяется с сигнальной землей и диоды, подключенные к этой шине, шунтируют линии данных на "землю". Таким образом, если горизонтальная линии данных соединена с вертикальной через диод (или перемычку), то при выборе адресной линии, на выходе линии данных будет потенциал близкий к нулю, т. е. логический 0. Если диод или перемычка отсутствуют в данном узле, то на соответствующем выходе линии данных присутствует высокий потенциал, близкий к ЕП, т.е. логическая 1. Обычно такие ПЗУ изготавливаются со всеми диодами (или плавкими перемычками) в узлах матрицы. В тех узлах, в которых диод или перемычка должны отсутствовать, их убирают путем выжигания. Эта процедура выполняется в процессе программирования ПЗУ и называется "прожиганием ПЗУ". |
| Рисунок 5.9 – Схема матричного ПЗУ |
Запись информации в ПЗУ осуществляется пословно (побайтно). Для занесения информации в ячейку ПЗУ необходимо на линии данных, в которых должна быть "1", подать высокий потенциал (≈ 25 В) и выбрать соответствующую адресную линию, т.е. соединить ее с сигнальной землей. Протекающий ток расплавляет диод или плавкую перемычку, исключая тем самым шунтирующую цепь соответствующей линии данных.
|
|
|
Недостаток рассмотренной схемы ПЗУ состоит в том, что после занесения информации в это устройство ее нельзя изменить. То есть, при изменении программы, подлежащей хранению в ПЗУ, необходимо запрограммировать новое устройство. Для устранения этого недостатка разработаны полупостоянные электрически перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ЭППЗУ). Схема ЭППЗУ подобна ПЗУ на основе МОП транзисторов, однако транзисторы в таком устройстве имеют "плавающий" затвор, который электрически изолирован оксидным слоем полупроводникового материала. Схема ЭППЗУ изображена на рисунке 5.10. При подаче на "плавающий" затвор (ПЗ) положительного потенциала по отношению к стоку транзистора на ПЗ индуцируется электрический заряд, который за счет высококачественной изоляции может сохраняться до 10 лет и более. Благодаря этому заряду транзистор находится в открытом состоянии, при котором сопротивление Сток-Исток становится близким к нулю.
|
|
|
| За счет шунтирования соответствующей линии данных на ее выходе устанавливается потенциал логического нуля. При отсутствии заряда на ПЗ транзистор остается в закрытом состоянии и на выходе данных имеется потенциал. близкий к Еп (уровень логической 1). Полярность и значение напряжений при записи и стирании информации в ячейки ЭППЗУ показаны на схеме. |
| Рисунок 5.10 – Схема электрически перепрограммируемого запоминающего устройства |
|
|
|
