Классификация современных ЗУ

Для классификации ЗУ (см. рисунок на следующей странице) важнейшим признаком является способ доступа к данным.

При адресном доступе код на адресных входах указывает ячейку, с которой ведется обмен. Все ячейки адресной памяти в момент обращения равнодоступны. Эти ЗУ наиболее разработаны, и другие виды памяти часто строят на основе адресной с соответствующими модификациями.

Адресные ЗУ делятся на RAM (Random Access Memory) и ROM (Read-Only Memoty). Русские синонимы термина RAM: ОЗУ (оперативные ЗУ) или ЗУПВ (ЗУ с произвольной выборкой). Оперативные ЗУ хранят данные, участвующие в обмене при исполнении текущей программы, которые могут быть изменены в произвольный момент времени. Современные ОЗУ, как правило, не обладают энергонезависимостью (этим свойством обладают новые перспективные варианты ОЗУ, которые, возможно, вскоре начнут заменять существующие).

В ROM (русский эквивалент – ПЗУ, т.е. постоянные ЗУ) содержимое либо вообще не изменяется, либо изменяется, но редко и в специальном режиме. Для рабочего режима это "память только для чтения".

Классфикация ЗУ

Постоянная память типа Mask ROM, обозначенная как ROM(M), программируется при изготовлении методами интегральной технологии с помощью масок. На русском языке ее можно назвать памятью типа ПЗУМ (ПЗУ масочные). Для потребителя это в полном смысле слова постоянная память, т.к. изменить ее содержимое он не может.

В следующих четырех разновидностях ROM в обозначениях присутствует буква Р (от Programmable) Это программируемая пользователем память (в русской терминологии ППЗУ). В память типов PROM и EPROM-OTP содержимое записывается однократно (ОТР означает One Time Programmable). В ЗУ типов EPROM, EEPROM и FLASH содержимое может быть изменено путем стирания старой информации и записи новой. В памяти EPROM (Erasable Programmable ROM) стирание выполняется облучением кристалла ультрафиолетовыми лучами, ее русское название РПЗУ-УФ (репрограммируемое ПЗУ с УФ-стиранием).

В EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) стирание производится электрическими сигналами, ее русское название РПЗУ-ЭС (репрограммируемое ПЗУ с электрическим стиранием) или ЭСППЗУ (электрически стираемое программируемое ПЗУ). Запись данных в EPROM, EEPROM и FLASH производится электрическими сигналами.

Программирование PROM, EPROM и EEPROM производится в обычных лабораторных условиях. Для ЗУ типов PROM и EPROM это делается с помощью программаторов. Для EEPROM возможно также использование специальных режимов для программирования без изъятия микросхемы из устройства, в котором она используется. Запоминающие элементы памяти типа FLASH принципиально подобны применяемым в EPROM и EEPROM, но эта память имеет структурные и технологические особенности, позволяющие выделить ее в отдельный вид.

RAM делятся на статические и динамические. В статических RAM запоминающими элементами являются триггеры, сохраняющие свое состояние, пока схема находится под питанием и нет новой записи данных. В динамических RAM данные хранятся в виде зарядов конденсаторов, образуемых элементами МОП-структур. Саморазряд конденсаторов ведет к разрушению данных, поэтому они должны периодически (каждые несколько миллисекунд) регенерироваться, что усложняет эксплуатацию ЗУ. В то же время плотность упаковки элементов динамической памяти в несколько раз превышает плотность упаковки, достижимую в статических RAM, поэтому динамические ЗУ имеют намного более высокую информационную емкость и в несколько раз дешевле более быстродействующих статических.

Разработаны также ЗУ с динамическими запоминающими элементами, имеющие внутреннюю встроенную систему регенерации, у которых внешнее поведение становится аналогичным поведению статических ЗУ.

Статические ОЗУ в английской и международной терминологии называются SRAM (Static RAM), а динамические - DRAM (Dynamic RAM).

Статические ОЗУ разделены в классификации на асинхронные и синхронные. Асинхронные ОЗУ названы также стандартными, т.к. до недавнего времени они были практически единственными представителями статических микро схем памяти и наиболее привычны для потребителя. В асинхронных ЗУ после произвольного по времени обращения к памяти до выдачи данных ходит определенное время, которое является параметром самой памяти не связанным с параметрами системы синхронизации процессора. Ввиду отсутствия увязки моментов обращения к памяти и моментов выработки ею готовых данных с синхросигналами процессора могут возникать дополнительные задержки обмена данными между ЗУ и процессором.

Асинхронные статические ОЗУ можно разделить на нетактируемые и тактируемые. В нетактируемых сигналы управления могут задаваться как импульсами, так и уровнями. В тактируемых ЗУ некоторые сигналы обязательно должны быть импульсными (например, сигнал разрешения работы CS в каждом цикле должен переходить из пассивного состояния в активное).

В синхронных ОЗУ длительности этапов работы памяти жестко связаны с синхросигналами системы, и это позволяет исключить неоправданные потери времени при обмене данными между памятью и процессором, а также организовать конвейерную обработку данных. Таким образом, синхронность памяти является средством повышения ее быстродействия. Это важный способ повышения быстродействия, применяемый как в статических, так и в динамических микросхемах памяти.

Статические ОЗУ выполняются как однопортовые (обычные) и многопортовые. Многопортовые ЗУ специализированы для определенных применении. В них возможны одновременные обращения более чем к одной ячейке, например, в двупортовых ЗУ возможно считывание информации из одной ячейки и одновременная запись в другую. Подобные режимы полезны при разделении памяти между двумя или более абонентами.

Динамические ЗУ характеризуются наибольшей информационной емкостью и невысокой стоимостью, поэтому именно они используются как основная память ЭВМ. Базовая структура динамических ЗУ названа стандартной. Поскольку желательно получить от основной памяти ЭВМ максимально возможное быстродействие, разработаны многочисленные способы его повышения.

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

В ЗУ с последовательным доступом записываемые данные образуют некоторую очередь. Считывание происходит из очереди слово за словом либо в порядке записи, либо в обратном порядке. Моделью такого ЗУ является последовательная цепочка запоминающих элементов, в которой данные передаются между соседними элементами.

Прямой порядок считывания имеет место в буферах FIFO с дисциплиной "первый пришел – первый вышел" (First In – First Out), а также в файловых и циклических ЗУ.

Разница между памятью FIFO и файловым ЗУ состоит в том, что в FIFO запись в пустой буфер сразу же становится доступной для чтения, т.е. слово поступает в конец цепочки (модели ЗУ). В файловых ЗУ данные поступают в начало цепочки и появляются на выходе после некоторого числа обращений, равного числу элементов в цепочке. При независимости операций считывания и записи фактическое расположение данных в ЗУ на момент считывания не связано с каким-либо внешним признаком. Поэтому записываемые данные объединяют в блоки, обрамляемые специальными символами конца и начала (файлы). Прием данных из файлового ЗУ начинается после обнаружения приемником символа начала блока.

В циклических ЗУ слова доступны одно за другим с постоянным периодом, определяемым емкостью памяти. К такому типу среди полупроводниковых ЗУ относится видеопамять (VRAM).

Считывание в обратном порядке свойственно стековым ЗУ, для которых реализуется дисциплина "последний пришел – первый вышел". Такие ЗУ называют буферами LIFO (Last In – First Out).

Время доступа к конкретной единице хранимой информации в последовательных ЗУ представляет собою случайную величину. В наихудшем случае для такого доступа может потребоваться просмотр всего объема хранимых данных.

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 совпадение определенных полей слов (тегов – от англ. tag) с признаком, задаваемым входным словом (теговым адресом). На выход выдаются слова, удовлетворяющие признаку. Дисциплина выдачи слов, если тегу удовлетворяют несколько слов, а также Дисциплина записи новых данных могут быть разными. Основная область применения ассоциативной памяти в современных ЭВМ – кэширование данных.