Масочные, программируемые и репрограммируемые ПЗУ. Микросхемы ПЗУ

Лекция 20

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ, или ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используемая для хранения неизменяемых данных: подпрограмм, микропрограмм, констант и т. п.

ПЗУ в отличие от ОЗУ не теряют информации при выключении питания и допускают только считывание информации. Все микросхемы ПЗУ можно разделить на следующие категории:

- масочные ПЗУ;

- программируемые ПЗУ (ППЗУ);

- репрограммируемые (перепрограммируемые) постоянные запоминающие устройства (РПЗУ) — постоянные запоминающие устройства с возможностью многократного электрического перепрограммирования.

Масочные ПЗУ, программируемые в процессе изготовления микросхем. Данная разновидность ПЗУ программируется однократно и не допускает последующего изменения информации.

ПЗУ с однократным электрическим программированием пользователем при помощи плавких перемычек.

В этих микросхемах элементом связи между шинами является биполярный транзистор с выжигаемой перемычкой. При программировании для записи ноля через соответствующий переход транзистора пропускают импульс тока, необходимый для удаления перемычки.

Репрограммируемые ПЗУ устройства с возможностью многократного электрического перепрограммирования разделяют на микросхемы с электрическим программированием и ультрафиолетовым стиранием и микросхемы с электрическим программированием и электрическим стиранием.

В РПЗУ установлены не диоды с плавкими перемычками, как в ППЗУ, а специальные транзисторы. После изготовления все транзисторы обладают очень большим сопротивлением (т. е. закрыты). Подачей импульса большой амплитуды транзистор переводится в проводящее состояние, которое он может сохранять даже по истечении 10 лет. Для возвращения транзисторов в исходное (закрытое) состояние их надо подвергнуть длительному воздействию
(10—30 мин) ультрафиолетовых лучей. После этого БИС РПЗУ оказывается в исходном состоянии, и ее можно снова программировать.

В РПЗУ с электрическим программированием и электрическим стиранием после программирования можно вернуть в исходное состояние (стереть) любой отдельно взятый транзистор. К этому типу перепрограммируемого ПЗУ относится и Flash Memory — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого. Она подобна РПЗУ по запоминающему элементу, но имеет структурные и технологические особенности, позволяющие выделить ее в отдельный вид.

Конструктивно флэш-память часто выполняется в виде так называемых флэш-карт [Flash-cards] или модулей памяти, которые используются в различных устройствах.

Современные запоминающие устройства состоят из огромного количества запоминающих элементов, каждый из которых хранит бинарное значение — 0 или 1. Так, оперативная память емкостью всего в 1 Мбайт содержит 8 388 698 ЗЭ.

Микросхемы памяти бывают одноразрядные и многоразрядные.

В одноразрядных микросхемах – код адреса (чаще говорят адрес) выбирает один элемент памяти из множества элементов, расположенных в матрице накопителя. После его выбора можно считать или записать один бит информации. Специальный управляющий сигнал указывает микросхеме, что она должна делать: записывать или считывать информацию. В одноразрядных микросхемах памяти имеются один вход для записи информации и один выход для считывания. Разрядность кода адресаmв одноразрядных микросхемах памяти, определяет информационную емкость, т. е. число ЭП (элементов памяти в матрице накопителя). Емкость рассчитывается по формуле 2^m. Например, если у одноразрядной микросхемы памяти имеется 10 адресных входов, то информационная емкость составитN= 2¹⁰=1024 бита.

Многоразрядные микросхемы имеют так называемую словарную структуру. У этих микросхем имеется несколько информационных входов и столько же выходов. Поэтому они допускают одновременно запись или считывание многоразрядного кода, которое принять называть словом. Один адрес позволяет считывать сразу информацию из нескольких элементов памяти. Группа элементов памяти, одновременно считываемая при подаче информации на адресные входы микросхемы, называется ячейкой памяти. Т. Е. ячейка памяти – несколько ЭП, имеющих общий адрес.

С физической точки зрения оперативная память (RAM–RandomAccessMemory- память с произвольным доступом) – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существуют много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM–DynamicRAM) и статическую память (SRAM–StaticRAM). Быстродействие памяти характеризуется двумя параметрами: временем доступа (Accesstime) и длительностью цикла (cycletime).

Длительность цикла – определяется минимально допустимым временем между двумя последовательными обращениями к памяти.

Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде полупроводниковых конденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Для построения динамического элемента памяти требуется всего 1- 2 транзистора. Недостатки этого типа связаны, во – первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно; во – вторых конденсаторы разряжаются, что делает невозможным хранить долго записанную информацию. Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. Для борьбы с этим явлением приходится периодически подзаряжать конденсаторы. Этот процесс называется регенерацией заряда (подзарядка) ячеек оперативной памяти, осуществляемая несколько десятков раз в секунду, что вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы. Постоянная времени разряда происходит одну миллисекунду и, значит, регенерация заряда происходит примерно тысяча раз в секунду. Необходимость частой подзарядки приводит к снижению быстродействия динамической памяти. Однако благодаря малым размерам конденсатора и малому числу дополнительных элементов, удельная плотность хранения информации динамической памяти выше, чем у статической памяти. Емкость микросхем динамической памяти составляет десятки Мбитов на один корпус. Возможность размещения на одном кристалле большого числа ЭП вызывает конструкторскую проблему - необходимо использовать большое число адресных входов. Для снижения остроты этой проблемы используется мультиплексирование – технический прием временного уплотнения информации, по одним и тем же электрическим цепям передается разная информация для различных приемников (потребителей информации).

Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные элементы триггеры, состоящие из нескольких транзисторов (4-6 транзисторов). В триггере хранится не заряд, а состояние (включен, / выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, а информация может храниться сколь угодно долго (пока подается электрическое питание). Конструктивно микросхема памяти выполняется в виде прямоугольной матрицы, причем ЭП располагаются на пересечении строк и столбцов. При обращении к микросхеме статической памяти на нее подается полный адрес, который разбивается на две части. Одна часть адреса используется для выбора строк матрицы накопителя, а вторая – для выбора столбцов.

Микросхемы динамической памяти используются в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используются в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш - памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.

Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, выражаемый числом. В настоящее время принята так называемая 32 – разрядная адресация, а это означает, что всего независимых адресов может быть 2³². Таким образом, в современных компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 2³²= 4 294 967 296 байт (4,3 Гбайт). Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных.

Оперативная память в компьютере располагается на стандартных панелях, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляются в соответствующие разъемы на материнской плате. Конструктивно имеют два исполнения – однорядные (SIMM–модули) и двухрядные (DIMM– модули). НаPentium(ах) однорядные модули можно применять только парами, аDIMM– модули можно устанавливать и по одному.

Основные характеристики модулей памяти – объем памяти и время доступа.

SIMM– модули поставляются объемами 4,8,16,32 Мбайт, время доступа 50 – 70 нс, аDIMM– модули 16,32,64,128 Мбайт и более время доступа 7- 10 нс.

Разработаны различные модификации статической и динамической памяти.

FPMDRAM(FastPageModeDram) – динамическая память с быстрым страничным доступом.

EDO(extendeddataout) – микросхемы характеризуются увеличенным временем удержания данных на выходе. На выходе установлены регистры – защелки данных.

SDRAM(SynchronousDRAM) – синхронная динамическая память – память с синхронным доступом, работающая быстрее обычной асинхронной памяти.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: