SCH-T-9.ppt

ЗУ
РАСШИРЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ЕМКО-СТИ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

для хранения информации и обмена ею с другими частями ЭВМ

или микропроцессорных систем. 
⮚       По функциональному назначению ЗУ подразделяются на:
·          внешние;
·          буферные и
·          внутренние.
Внешние ЗУ служат для хранения больших объемов информации и программного обеспечения системы. В них используются ЗУ с прямым доступом на магнитных дисках и ЗУ с последовательным доступом на магнитных лентах.
Буферные ЗУ предназначены для промежуточного хране-ния данных при обмене между внешней и внутренней памятью.

и
-      постоянные (ПЗУ).
Оперативные ЗУ (ОЗУ) RAM (Random Access Memory

–– память с произвольным доступом) выполняют запись, хранение и считывание произвольной двоичной информации, обеспечивают хранение программ для текущей обработки информации и массивов обрабатываемых данных. После выключения питания компьютера информация в ОЗУ, как правило, разрушается.
Постоянные ЗУ (ПЗУ) ROM (Read Only Memory – память только для считывания) осуществляют хранение и выдачу (считывание) постоянно записанной информации, содержание которой, как правило, не изменяется во время работы системы. Это стартовые программы, стандартные подпрограммы, табличные значения различных функций, константы и др.

заводом-изгото-вителем;
·  однократно программируемые пользователем (ОППЗУ);
·   репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ).
 
⮚  В полупроводниковых

ЗУ накопителем информации служит запоминающий элемент (ЗЭ). По способу обращения к массиву ЗЭ все ЗУ делятся на:
·  адресные и
·  ассоциативные.
В адресных ЗУ обращение к ЗЭ производится по их физическим координатам, задаваемым внешним двоичным кодом - адресом.

порядок следования адресов, и с последовательным обращением, в которых выборка

соседних ЗЭ возможна только в порядке возрастания или убывания адреса.
В ЗУ последовательного типа информация считывается в том же порядке (FIFO First Input - First Ounput - первым вошел - первым вышел) , как и была записана, или в обратном (стек, магазин). Такие ЗУ могут строиться на сдвигающих регистрах.
В ассоциативных ЗУ поиск информации производится по признакам (тэгам), заключенным в самой хранимой информации, независимо от физических координат ЗЭ.

и
·   динамические.
ЗЭ статических ОЗУ представляют собой бистабильные элементы (триггеры) и

обеспечивают считывание информации без ее разрушения.
В динамических ОЗУ для хранения информации используются инерционные свойства реактивных элементов (конденсаторов), что требует периодического восстановления (регенерации) состояния ЗЭ памяти в процессе хранения информации.
При регенерации производится перезапись каждого хранимого в ЗУ бита либо в тот же ЗЭ, либо в соседний, в последнем случае информация циклически сдвигается на один разряд с каждым циклом регенерации.

ТТЛШ;
·          n-МОП;
·          КМОП;
· ЭСЛ;
·          И2Л и др.

мощность в режиме записи/считывания и в режиме хранения информации (мкВт/бит).
Информационная

емкость (М) характеризует количество информации, которое может храниться в ЗЭ на кристалле, и определяется в битах (или количестве слов N=2m с указанием их разрядности - n). М=N*n (бит).

Быстродействие характеризуется:
·  временем выборки - интервалом времени между моментом подачи сигнала выборки и появлением информации на выходе микросхемы ЗУ;
·  циклом записи - минимально допустимым временем между подачей сигнала выборки при записи и моментом начала последующей операции считывания/записи.

информации - НК);
∙   регистр адреса;
Структурная схема АДРЕСНОГО ЗУ

записи УЗ;
·  устройство считывания УС;
·   устройство управления УУ.
Входные сигналы:
·  А(0)...А(m-1) -

код адреса выбираемой ячейки ЗЭ;
·  DI - входные данные при записи;
·  ~RAS - строб адреса строки;
·  ~CAS - строб адреса столбца;
·   ~CS - строб выбора микросхемы;
· RD/~WR - сигнал переключения чтение/запись.
Выходные сигналы:
·  DO - выходные данные при чтении;

для хранения признаков (тэгов) информации;

Структурная схема АССОЦИАТИВНОГО ЗУ

каждую ячейку ассоциативного ЗУ записывается информация (один или несколько байтов)

и признак (тэг) этой информации (от 8 до 32 бит). Общее количество ячеек может составлять от 4-х до нескольких десятков.
В режиме чтения на вход ассоциативного ЗУ поступает код ячейки, который сравнивается одновременно во всех Схемах Сравнения с признаками (тэгами) всех ячеек памяти. Если входной код совпадет с признаком какой-либо ячейки, то на выход ассоциативного ЗУ подается информация из этой ячейки. При несовпадении входного кода ни с одним из признаков - информация на выходе ЗУ отсутствует.
Наличие для каждой ячейки памяти своей многоразрядной схемы сравнения кодов значительно усложняет ассоциатив-ные ЗУ. Поэтому количество ячеек памяти обычно не превышает нескольких десятков.

входных и выходных сигналов данных (DI, DO). Это необходимо для

непосредственного подключения микросхем памяти к Шине Данных микропроцес-сорных систем.
Статические ОЗУ могут содержать регистр адреса RG, в который по фронту входного тактирующего синхросигнала записывается код адреса (этим объясняется название: статические тактируемые ОЗУ). Наличие внутреннего регистра позволяет объединять выводы Шины Адреса микросхемы ЗУ с выводами Шины Данных, т.е. осуществлять временное мультиплексирование этих сигналов.
В динамических ОЗУ (DRAM) с мультиплексированием адресов строк и адресов столбцов, регистр адреса RG запоминает только адрес строки (по сигналу ~RAS). Адреса столбцов проходят непосредственно на дешифратор DC X для выборки ячейки ОЗУ (по сигналу ~CAS).

из конденсатора и схемы выборки на полевом транзисторе, получает заряд

при записи единицы (напряжение на конденсаторе увеличивается до единичного логического уровня – 1..2 В) или полностью разряжается при записи нулевого бита. Однако, с учетом малой емкости каждой элементарной ячейки (тысячные доли пикофарад) заряд логи-ческой единицы постепенно разряжается через цепи утечки.
В составе микросхем динамических ОЗУ имеется схема регенерации. При любом обращении к ячейке памяти (при записи или считывании) осуществляется регенерация всей выбранной строки матрицы накопительных ЗЭ.
Если с микросхемой динамического ОЗУ не обмениваются информацией другие устройства, необходимо принудительно перебирать адреса строк матрицы накопителей в режиме считывания.

порогового напряжения, обычно составляет несколько миллисекунд. За это время необходимо

обратиться ко всем строкам матрицы накопителей и начать новый цикл регенерации.
Необходимость регенерации хранимой информации - является основным недостатком динамических ОЗУ. Главное преимущество динамических ОЗУ (определяющее их широкое применение) - это большая информационная емкость каждой микросхемы. На одном кристалле располагается до 1 Гбит информации и более.
Статические ОЗУ на КМОП структурах обладают высоким быстродействием и малой потребляемой мощно-стью (особенно в режиме хранения).

заводом-изготовителем, либо специальными приборами - программаторами. В составе вычислительного комплекса

записанная в ПЗУ информация, как правило, не изменяется.
В качестве ЗЭ постоянных ЗУ используют: металлические перемычки (с возможностью пережигания), диоды, биполярные транзисторы, МОП структуры, аморфные полупроводники (АП) и др.
В однократно программируемых ПЗУ (ОППЗУ) информация заносится, как правило, посредством пережигания плавких металлических перемычек.
Репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ) на МОП структурах допускают многократную перезапись и хранение информации при отключении питания.

захватом заряда (транзисторы МНОП, МАОП, МАП);
· с плавающим затвором (лавинно-инжекционные

МОП-транзисторы с изолированным затвором - ЛИИЗМОП; или лавинно-инжекционный МОП-транзистор с плавающим и управляющим затворами - ЛИИЗМОП с двойным затвором)
В ЗЭ с захватом заряда заряд хранится на ловушках на границе (границах) раздела многослойного диэлектрика и (или) в объеме диэлектрика затворной части МОП-структуры.
ЗЭ с плавающим затвором более просты в изготовлении и обеспечивают более длительное сохранение информации по сравнению с ЗЭ захвата заряда.

ассортимент микросхем оперативных и постоянных запоминающих устройств. Информационная емкость одной

микросхемы может состоять от 1К*1 бит до 64М*1 бит и более.
Первая цифра означает количество ячеек памяти, а вторая – количество бит информации в каждой ячейке. Имеются микросхемы памяти, у которых в каждой ячейке может быть по 4, 8 или 16 бит, например, 1К*4, 8К*8, 8К*16 и более.
Однако объем памяти реальных запоминающих устройств значительно превышает информационную емкость одной микросхемы. Поэтому, обычно, запоминающие устройства содержат большое количество микросхем памяти (до нескольких десятков).

информационной емкостью 4К*4.
В начале определяем количество микросхем. Для этого

общий объем ЗУ делится на информационную емкость одной микросхемы:
N=(16K*16)/(4K*4)=16(м/с).
Количество адресных входов в каждой микросхеме определяется по формуле: n1 = log2(4K) = 12
На следующем этапе создаем страницу ЗУ необходимой разрядности 4К*16. Для этого у 4-х микросхем (DD0...DD3) объединяются одноименные АДРЕСНЫЕ входы (А0...А11) и входы управления (R/W, ~CS). На схеме эти объединенные одноименные выводы всех микросхем обозначены один раз. Выводы ДАННЫХ всех микросхем образуют 16-ти разрядную ШИНУ ДАННЫХ

адресном пространстве в 16 Кслов.
Для этого используется дополнительная микросхема

дешифратора DD17, на входы которой подаются старшие адресные разряды А12, А13, а выходы дешифратора разрешают работу только одной страницы памяти, подавая активный (нулевой) сигнал ~CS (chip select – выбор кристалла) на вход только одной страницы.
У всех страниц памяти объединяются одноименные адресные входы A0..A11, вход R/W и сигналы шины данных D0..D15 (на рис. эти выводы обозначены один раз).

. . . . . . . . . .

.

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . .

D14

DD17

постоянных запоминающих устройств (ПЗУ)?
2.  Назовите основные методы занесения инфор-мации в

ПЗУ.
3.    Назовите основные отличия статических ОЗУ от динамичесих ОЗУ.
4.  Какие основные технологические структуры используются при изготовлении ЗУ?
5.     Чем отличаются адресные ЗУ от ассоциатив-ных ЗУ?
6.     Перечислите основные параметры ЗУ.

структурные элементы ассоциативного ЗУ
9.  Зачем в динамических ОЗУ необходимо регене-рировать

хранимую информацию?
10.   Зачем необходимо расширять информационную емкость запоминающих устройств?
11.    Какие дополнительные микросхемы необходи-мы для распределения адресов страниц памяти в адресном пространстве ЗУ?