Лекція 2. Елементи електронної пам'яті у цифрових пристроях
2.1. Класифікація елементів пам'яті
На рис.2.1. наведені найчастіше використовувані або найбільш перспективні різновиди електронної пам'яті.
Статичні ОЗП - високі швидкодія та ціна.
Динамічні ОЗП - середня швидкодія та ціна.
Флеш-пам'ять - низька швидкодія та ціна в порівнянні з ОЗП. Обмежений ресурс запису (100000разів).
Рис.2.1. Класифікація елементів електронної пам'яті
2.2. Постійні запам'ятовувальні пристрої
Призначені для довгострокового зберігання інформації та використовуються тільки в режимі читання даних (Read Only Memory).
Типова структурна схема ROM К573РФ2 представлена на рис.2.2.
Матриця
ЕП
┌───────┐ ┌─────┐1
┌ ─ ─ ─ ─ ─ │ ┐ ┌─────┐
А4──>┤Регістр├──>┤
Деш.├──────*──*──────*
│Схема├───PR
...
│адреси │...│ адр.├──────┼──┼──────┤
├<──┤прогр├───Upr
А10─>┤строки
│ │строк│... │ │ │ │ │ │ │
│ ├──>┤
├──────*──*──────* └─────┘
└───────┘ └──^──┘128
└ │ ─│─ ─ ─ │ ┘
┌────┘ 1│
│ │16
┌───────┐ │ ┌─────┐1
┌─┴──┴──────┴─┐
А0──>┤Регістр├─│─┤
Деш.├────┤ Схема │
...
│адреси │.│.│ адр.│... │ зчитування
│
А3──>┤стовпця├─│─┤стовп├────┤
│
└───────┘ │ └──^──┘16
└─┬─────────┬─┘
┌───────┐ │ │ ┌─┴─────────┴─┐
CS──>┤
Схема ├─┴────┴──────>┤
Схема ├───> DIO0-DIO7
OE──>┤управл.│
│ ввода/виводу│
└───────┘ └─────────────┘
Рис. 2.2. Структура ПЗУ
Робота ROM описується наступною таблицею істинності:
Таблиця 2.1
-
CS#
OE#
PR#
Upr,V
DIO
Режим роботи
0
1
0
12.5
DI
Запис
0
0
1
12.5
DO
Контроль
0
0
1
5
DO
Зчитування
0
0
1
0
DO
Дані виготовлювача
1
X
X
5
Z
Зберігання
Масочні ПЗП програмуються на заводі-виготовлювачі. Роль елементів пам'яті виконують перемички у вигляді металу, діода або МОН транзистора. Наявність перемички дає логічний 0 (1), відсутність - логічну 1 (0).
Програмовані ПЗП формуються користувачем однократно за допомогою програматора шляхом знищення плавких перемичок. У якості перемичок використовуються ніхром, титан-вольфрам (К556), полікристалічний кремній (К541), силіцид платини (К1608).
Репрограмовані ПЗП дозволяють багаторазово перезаписувати інформацію. Стирання даних здійснюється або електричним сигналом ( FLASH-пам'ять), або ультрафіолетовим опроміненням кристала (EPROM). Запис даних здійснюється за допомогою програматора. У РПЗП перемичками є МОН транзистори з подвійним затвором. При цьому для FLASH-пам'яті використовується технологія МНОН або технологія ЛІЗМОН. Для EPROM використовується технологія ЛІЗМОН.
Програмування ПЗП із плавкими перемичками зводиться до пропущення через них імпульсів струму (30мА), що знищують перемичку. За один цикл програмування знищується одна перемичка. Імпульси струму підводять до виводів даних МС, тому необхідно встановлювати ланцюги, що розділяють шину даних і виходи МС.
ПЗП з ультрафіолетовим стиранням програмуються словами з декількох байт у наступній послідовності:
1) Установлюється адреса комірки пам'яті і дані для програмування.
2) Підключається програмуюча напруга Upr. Для більшості МС Upr=12.5V.
3) Подаються керуючі сигнали PR#, OE#, CS# протягом 1мс. У цей час відбуваються заряди затворів ЛІЗМОН транзисторів.
4) Перевіряється зроблений запис. Це досягається шляхом перемикання керуючих сигналів Upr=5V, PR#=1 та читання запрограмованої комірки пам'яті ПЗУ.
5) Оцінюється правильність зробленого запису. Якщо комірка не запрограмувалась, то повторюють запис за п.3. У випадку невдачі в більш ніж 50-и спробах, процес програмування припиняється.
6) У випадку вдалого програмування здійснюється допрограмування імпульсом 3мс і перехід до наступної комірки пам'яті.
Стирання інформації в ПЗП здійснюють лампами з парами ртуті у кварцових балонах на відстані 3...0.5см залежно від потужності лампи. Час стирання до 30 хвилин. Виводи МС повинні бути замкнуті. В "чистій" МС всі комірки пам'яті мають стан логічної 1.
Цікаво відзначити, що за допомогою такого програмуючого пристрою (якщо не подавати Upr>5V) можна записати інформацію у статичне ОЗП. Це дозволяє використовувати SRAM у якості перевірочних кристалів.
Програмування МС із електричним стиранням аналогічне розглянутому вище, однак, опорні напруги та нумерація виводів відрізняються для різних типів МС навіть в одній серії. Стирання МС, як і запис, здійснюється шляхом подачі опорних напруг. Зазвичай, "чиста" МС має стан логічного 0 для всіх комірок пам'яті.
Особливий клас запам'ятовувальних пристроїв складають програмовані логічні матриці (ПЛМ), що складаються з операційної частини у вигляді матриць ТА, АБО, вхідних і вихідних підсилювачів В1, В2, а також із програмуючої частини: адресних формувачів FА1, FА2 і дешифратора коду адреси програмування DCPR. На рис.2.3 для прикладу зображена структура ПЛМ К556РТ1.
PR
────────┬───────────────────┐
┌─v─┐
12 ┌─────┐ 12 ┌─v─┐ 6
╔>╡FА2╞═══>╡DC
PR╞<═══╡FА1╞<═══════════════╗
║ └─^─┘
└──╥──┘ └─^─┘ ║
Ucc────────┤
║ 48 └──────────┬──────────
OE
0..5║
┌─v─┐ ┌──v──┐ ┌─────┐
┌─v─┐ ║
═════╩>╡
> │ 32 │Матр.│ │Матр.│ 8 │ > │0..4 ║
А
══════>╡ ╞═══>╡ І │ │ АБО
╞<══>╡ ╞<════╩══>DO0..DO7
6..15
└───┘ └──╥──┘ 48 └──╥──┘
└───┘
╚══════════╝
Рис. 2.3. Структура PLM
Матриця І виконує операції кон'юнкції над 16 вхідними змінними і їхніми інверсними значеннями. Необхідні логічні множення виходять шляхом випалювання непотрібних перемичок між рядками та стовпцями. Можна одержати до 16 логічних множень, кожне з яких містить до 16 змінних і їхніх інверсій.
Матриця АБО здатна сформувати до 8 логічних сум, а вихідний підсилювач забезпечує до 5 значень функцій у прямому або інверсному вигляді над вхідними величинами. Таким чином, загальне число станів комутації в ПЛМ становить 48*8*5= 1920.
Програмування ПЛМ здійснюється в 3 етапи: спочатку перепалюються непотрібні перемички в матриці І, потім у матриці АБО і, нарешті, у вихідних підсилювачах, що забезпечує пряме або інверсне значення вихідних величин.
На даний час у персональних комп'ютерах використовується BIOS у мікросхемах за флеш-технологією, що забезпечує їхнє перепрограмування прямо в процесі роботи.
Контрольні питання
1. Дайте класифікацію елементів пам'яті.
2. Структурна схема постійного запам'ятовувального пристрою.
3. Опишіть принцип роботи ПЗП з УФ стиранням.
4. Яке призначення і принцип побудови ПЛМ?
5. Що таке флеш-технологія і як вона використовується в ПЕОМ?