Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Оперативные запоминающие устройства



 

Оперативные ЗУ хранят данные, используемые при исполнении текущей программы, которые могут быть изменены в любой момент времени. Оперативные ЗУ в основном энергозависимые, т. е. теряют информацию при отключении питания. Это существенно отличает их от ПЗУ, ППЗУ и флэш-памяти, информация в которых сохраняется очень продолжительное время.

Оперативные ЗУ делятся на статические и динамические. Статические ЗУ представляют собой триггеры различных типов. Их схемные решения зависят от технологии изготовления – на основе биполярных транзисторов или КМОП-структур. Триггеры сохраняют свое состояние (информацию), пока на схему подается питание. Информация в них теряется при отключении питания. Динамические ЗУ строят на основе КМОП-структур и для хранения информации, обычно, используется паразитная ёмкость затвора. В таких ЗУ информация разрушается (если ее не восстанавливать своевременно) даже при наличии питания.

 

Динамические ЗУ

КМОП-структуры являются основным типом микросхем при изготовлении ОЗУ вследствие малой потребляемой мощности в режиме хранения и повышенной емкости, обусловленной высокой плотностью упаковки элементов в кристалле. Динамические ЗУ хранят данные в виде зарядов ёмкостей. Обычно, это ёмкость затвор – подложка. Динамическими ЗУ (обозначают DRAM) называются потому, что они в принципе не способны сохранять записанную информацию длительное время. Саморазряд конденсаторов через сопротивление изоляции (токи утечки) ведет к потере данных. Поэтому информация должна периодически восстанавливаться, т.е. должна производиться регенерация информации каждые несколько миллисекунд (операция рефрэш). На рис. 13.3 представлена упрощенная схема, иллюстрирующая принцип функционирования динамического запоминающего элемента.

В этой схеме при замкнутом ключе записи/хранения высокий потенциал на шине записи обеспечивает заряд емкости С (в качестве С может использоваться и входная емкость МДП-транзистора). При выключенном ключе заряд на емкости сохраняется некоторое время (единицы – десятки миллисекунд) за счет малых токов утечки через ключ записи/хранения и сопротивление изоляции.

МДП-транзистор изолирует емкость С от шины чтения и позволяет считать информацию без разрушения. Это важная особенность.

 

 

Рис. 13.3. Упрощенная схема динамического запоминающего элемента

 

Как уже отмечалось, наличие токов утечки приводит к необходимости периодической регенерации заряда на емкости С. Процедура регенерации заряда включает последовательные операции чтения и записи.

На рис. 13.4 приведен вариант более полной схемы динамического запоминающего элемента. Здесь транзисторы VT1 и VT3 играют роль ключей записи и считывания. Транзистор VT2 позволяет определить состояние запоминающего элемента по проводимости канала без разряда емкости (считывание без разрушения).

 

 

Рис. 13.4. Динамический запоминающий элемент

 

Следует отметить, что современные динамические памяти строятся по схемам, содержащим только один МДП-транзистор на бит информации. При этом операция считывания, как правило, осуществляется с разрушением информации.

Динамическая память отличается от статической более низкой стоимостью, более низким быстродействием и большими объемами хранимой информации. Динамическая память применяется обычно в качестве системной оперативной памяти компьютеров, где соображения стоимости и емкости играют важную роль. Информационные объемы однокристальных динамических ОЗУ (565РУ5 – 64К×1, 565РУ7 – 256К×1 и др.) достигают единиц и десятков мегабит при времени считывания/записи в сотни и десятки наносекунд. В режиме хранения напряжение питания может быть снижено до 2.2 В. При этом сильно снижается и потребляемая мощность.

Для повышения быстродействия динамической памяти и улучшения других характеристик разработаны модификации DRAM, отличающиеся структурой и способами доступа к данным. Это микросхемы типа FPM, EDORAM, 1EDORAM, MDRAM, DRDRAM, SDRAM, RDRAM, DRDRAM, CDRAM и другие, информацию о которых можно найти в [4, 15].

Статические ЗУ

 

Основой статических ОЗУ (SRAM) является RS-триггер или регистры. Примерами статических ОЗУ являются микросхемы 133, 155, 531, 565 серий РУ1, РУ3, РУ5, РУ6 и другие. Статические ОЗУ в несколько раз дороже динамических и приблизительно во столько же раз меньше по информационной емкости. Главное применение микросхем оперативной памяти – это временное хранение цифровой информации, которая в любой момент времени может быть считана или изменена. Важную роль играет и время доступа (записи и чтения). В зависимости от того, в каком порядке может записываться или читаться информация, существуют две разновидности статических ОЗУ:

· ОЗУ с параллельным или произвольным доступом (адресные);

· ОЗУ с последовательным доступом (безадресные или стеки).

При параллельном или произвольном доступе (адресные ОЗУ) записывать информацию можно в любой адрес ЗУ и читать информацию из любого адреса в произвольном порядке. Для этого нужно сформировать код адреса ячейки, управляющие сигналы (выбор кристалла, разрешение записи/чтения), и после этого записать данные или считать. ЗУ подобного типа, реализованное на регистрах, рассмотрено ранее (см. рис. 8.5).

При последовательном доступе (безадресные ОЗУ или стеки) предполагается более простой порядок обмена. В этом случае не надо задавать код адреса ячейки, в которую должна записываться информация или откуда должна считываться. При последовательном доступе для записи информации нужно сформировать код данных и подать его в ЗУ совместно с сигналом разрешения записи. Для чтения информации нужно подать только сигнал разрешения чтения. Задание адреса в этих случаях формируется автоматически специальными счетчиками.

При последовательной записи данные в ЗУ образуют некоторую очередь. Считывание информации из очереди происходит слово за словом либо в порядке записи, либо в обратном. Прямой порядок считывания имеет место в буферах (стеках) FIFO – “первый пришел – первый вышел”. Устройство с такой структурой рассмотрено в главе 8 (рис. 8.7). Примером микросхемы с рассмотренной структурой является микросхема 531РУ10, в которой может храниться до 16 пятиразрядных слов.

Запоминающие устройства, в которых считывание информации производится в обратном порядке по отношению к записи – “последний пришел – первый вышел”, называют буферами (стеками) LIFO или “магазин”. Структура типа LIFO, как и структура FIFO, основана на применении регистров, поэтому она также рассмотрена в главе 8 настоящего учебного пособия (рис. 8.8).

Разновидностью оперативной памяти является память типа NV-SRAM, которая способна сохранять информацию при отключении питания. Это свойство обеспечивается добавлением к ОЗУ перепрограммируемого запоминающего устройства с электрическим стиранием, которое обеспечивает сохранение информации в ППЗУ при снижении питающего напряжения ниже некоторого уровня. После восстановления питания информация автоматически передается обратно в ОЗУ. Такая комбинация двух типов памяти обеспечивает улучшение скоростных характеристик ОЗУ.

На рис. 13.5 показаны варианты условного графического обозначения микросхем памяти на функциональных схемах цифровых устройств.

 

а б в

 

Рис. 13.5. Условное графическое обозначение микросхем памяти: ПЗУ (а), ОЗУ с двунаправленной шиной данных (б), ОЗУ с раздельными шинами данных (в)

 

Следует отметить, что в настоящей главе не рассматриваются вопросы объединения ЗЭ в запоминающие массивы типа 2D, 3D, 2DM и т. д. Эти вопросы будут рассмотрены в курсе «организация ЭВМ и систем». Здесь рассмотрены лишь некоторые ЗЭ наиболее распространенных микросхем памяти. Дополнительные сведения и описание различных вариантов применения можно найти в [3, 4, 11, 15].

 


 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.