Paměťová zařízení pouze pro čtení (ROM). Permanentní paměť ROM je založena na paměťových čipech

ROM je paměť, ve které již jednou zapsanou informaci nelze změnit. Například program pro načítání informací z externí paměti do RAM mikroprocesorového systému. Všechny typy ROM používají stejný princip návrhu obvodu. Informace v ROM je reprezentována jako přítomnost nebo nepřítomnost spojení mezi adresovou a datovou sběrnicí.

Podmíněné grafické označení ROM je na obr. 26.10.

Obr.26.10. Podmíněné grafické označení ROM

Rýže. 26.11. schéma ROM

Na Obr. 26.11 ukazuje schéma nejjednodušší ROM. Pro implementaci ROM stačí použít dekodér, diody, sadu rezistorů a ovladače sběrnice. Uvažovaná ROM obsahuje bitová slova, tzn. jeho celková velikost je 32 bitů. Počet sloupců určuje délku slova a počet řádků určuje počet 8bitových slov. Diody se instalují do těch míst, kde mají být uloženy bity, které mají hodnotu logické "0" (dekodér dodává 0 do zvolené linky). V současné době se místo diod používají MOSFETy.

V tabulce. 26.1 ukazuje stav ROM, jejíž schéma je na Obr. 26.11.

Tabulka 26.1

Jednoduchý stav ROM

ROM mají zpravidla vícebitovou organizaci se strukturou 2 DM. Výrobní technologie jsou velmi rozmanité – CMOS, n-MOS, TTL (W) a diodová pole.

Všechny ROM lze rozdělit do následujících skupin: továrně programovatelné (maska), jednorázové programování a přeprogramovatelné.

V úložných zařízeních naprogramovaných v době výroby(ROM nebo ROM) jsou informace zaznamenávány přímo v procesu jejich výroby pomocí fotomasky, tzv. masky, v konečné fázi technologického procesu. Takové ROM, nazývané maskovací ROM, jsou postaveny na diodách, bipolárních nebo MOS tranzistorech.

Oblastí použití maskových ROM je ukládání standardních informací, například generátory znaků (kódy písmen latinské a ruské abecedy), tabulky typických funkcí (sinus, kvadratické funkce), standardní software.

Programovatelná paměť pouze pro čtení(PROM, popř PROMENÁDA) - ROM s možností jednorázového elektrického programování. Tento typ paměti umožňuje uživateli naprogramovat paměťový čip jednou pomocí programátorů.

Mikroobvody PROM jsou postaveny na paměťových buňkách s tavnými propojkami. Proces programování spočívá v selektivním vypalování tavných propojek pomocí proudových impulsů dostatečné amplitudy a trvání. Tavné propojky jsou součástí elektrod diod nebo tranzistorů.

Na Obr. 26.12 ukazuje schéma PROM s tavnými propojkami. Vyrábí se se všemi diodami a propojkami, tzn. v matici je vše „0“ a při programování jsou vypáleny ty propojky, v jejichž buňkách by měla být logická „1“.

Rýže. 26.12. Fragment obvodu PROM

Přeprogramovatelná paměť pouze pro čtení(RPZU a RPZU UF) - ROM s možností vícenásobného elektrického programování. V IP RPZU UV ( EPROM) staré informace jsou vymazány pomocí ultrafialových paprsků, pro které je v pouzdru mikroobvodu průhledné okno; v RPZU ( EEPROM) – pomocí elektrických signálů.

Paměťové buňky EPROM jsou vestavěny n- MOS nebo CMOS tranzistory. Pro stavbu SE se využívají různé fyzikální jevy ukládání náboje na rozhraní mezi dvěma dielektrickými médii nebo vodivým a dielektrickým médiem.

V první verzi je dielektrikum pod hradlem tranzistoru MOS vyrobeno ze dvou vrstev: nitrid křemíku a oxid křemičitý. Tento tranzistor se nazývá MNOS: kov - nitrid křemíku - oxid - polovodič. Centra zachycování náboje se objevují na hranici dielektrických vrstev. Díky tunelovému efektu mohou nosiče náboje procházet tenkým oxidovým filmem a hromadit se na rozhraní vrstvy. Tento náboj, který je nosičem informace uloženým tranzistorem MNOS, vede ke změně prahového napětí tranzistoru. V tomto případě se prahové napětí zvýší natolik, že provozní napětí na hradle tranzistoru není schopno jej otevřít. Tranzistor, ve kterém není žádný náboj, se snadno otevírá. Jeden ze stavů je definován jako logická jednotka, druhý je nula.

Ve druhé variantě je hradlo tranzistoru MOS provedeno jako plovoucí, tzn. nesouvisející s jinými prvky obvodu. Taková brána se nabíjí proudem lavinové injekce, když je na kolektor tranzistoru přivedeno vysoké napětí. V důsledku toho náboj na plovoucí hradle ovlivňuje vypouštěcí proud, který se používá při čtení informací, stejně jako v předchozí verzi s tranzistorem MNOS. Takové tranzistory se nazývají LISMOS (MOS tranzistory s injekcí lavinového náboje). Vzhledem k tomu, že hradlo tranzistoru je obklopeno izolátorem, je svodový proud velmi malý a informace může být uložena po dlouhou dobu (desítky let).

V EPROM s elektrickým mazáním je druhé řídicí hradlo umístěno nad plovoucím hradlem tranzistoru. Přivedení napětí na něj způsobí, že se náboj rozptýlí na plovoucí bráně v důsledku tunelového efektu. RPZU mají oproti UV RPZU značné výhody, protože pro přeprogramování nevyžadují speciální zdroje ultrafialového světla. Elektricky vymazatelná paměťová zařízení prakticky nahradila paměťová zařízení s ultrafialovým vymazáváním.

Fragment obvodu RPZU využívající dvoubranové tranzistory typu LISMOP je na obr Obr. 26.13. Logická nula se zapisuje v programovacím režimu pomocí nabíjení plovoucího hradla. Vymazání informací, tzn. bit plovoucí brány, znamená zápis logické jedničky. V tomto případě, když je signál aplikován podél vzorkovacího vedení, dotazované tranzistory se otevřou a přenesou napětí U PIT na čtecí lince.

Moderní EPROM mají informační kapacitu až 4 Mbit při taktovací frekvenci až 80 MHz.

26.5. Blikat-Paměť

Základní principy činnosti a typu paměťových prvků Blikat- paměti jsou podobné jako u PROM s elektrickým záznamem a mazáním informací postaveným na tranzistorech s plovoucím hradlem. Zpravidla vzhledem ke svým vlastnostem Blikat paměť je rozdělena do samostatné třídy. Vymaže buď všechny zaznamenané informace najednou, nebo velké bloky informací, spíše než vymaže jednotlivá slova. Odpadají tak řídicí schémata pro zápis a mazání jednotlivých bajtů, což umožňuje výrazně zjednodušit paměťový obvod a dosáhnout vysoké úrovně integrace a výkonu při snížených nákladech.

Obr.26.13. Fragment obvodu RPZU

Moderní trendy ve vývoji elektronických zařízení vyžadují neustálé zvyšování množství využívané paměti. Dnes jsou mikroobvody k dispozici inženýrům jako typ volatilní paměti DOUŠEK, který se vyznačuje extrémně nízkou cenou za bit a vysokou úrovní integrace a také nevolatilní Blikat-paměť, jejíž náklady neustále klesají a tíhnou k úrovni DOUŠEK.

Potřeba energetické nezávislosti Blikat-paměť roste úměrně se stupněm vyspělosti počítačových systémů v oblasti mobilních aplikací. Spolehlivost, nízká spotřeba, malé rozměry a nízká hmotnost jsou zřejmé výhody médií založených na Blikat-paměť versus diskové jednotky. Vzhledem k neustálému snižování nákladů na uložení jednotky informace v Blikat-paměť, média na ní založená poskytují stále více výhod a funkcí mobilním platformám a přenosným zařízením využívajícím takovou paměť. Mezi různými typy paměti, Blikat-paměť založená na buňkách NAND je nejvhodnější základ pro budování energeticky nezávislých úložných zařízení pro velké množství informací.

V současné době lze rozlišit dvě hlavní struktury pro vytváření paměti flash: paměť založená na buňkách ANI(NEBO-NE) a NAND(A-NE). Struktura ANI(obr. 26.14, a) se skládá z elementárních buněk úložiště informací zapojených paralelně. Tato organizace buněk poskytuje možnost náhodného přístupu k datům a zaznamenávání informací bajt po bajtu. V srdci struktury NAND(obr. 26.14, b) je princip sekvenčního spojování elementárních buněk tvořících skupiny (16 buněk v jedné skupině), které se spojují do stránek a stránek do bloků. S takovou konstrukcí paměťového pole je přístup k jednotlivým buňkám nemožný. Programování se provádí současně pouze v rámci jedné stránky a při mazání je umožněn přístup k blokům nebo skupinám bloků.

Obr.26.14. Na základě struktur ANI a) a NAND(b)

V důsledku rozdílů v organizaci struktury mezi pamětí ANI A NAND se odrážejí v jejich vlastnostech. Při práci s relativně velkými datovými poli probíhá proces zápisu / mazání v paměti NAND běží mnohem rychleji než paměť ANI. Od 16 sousedních paměťových buněk NAND zapojené do série bez jakýchkoliv kontaktních mezer je dosaženo velké plochy buněk na čipu, což umožňuje získat velkou kapacitu při stejných technologických standardech. V srdci flash programování NAND spočívá v procesu elektronového tunelování. A protože se používá jak pro programování, tak pro mazání, je dosaženo nízké spotřeby paměťového čipu. Sekvenční organizační struktura buněk umožňuje vysoký stupeň škálovatelnosti, což činí NAND Flash lídr v závodě rozšiřování paměti. Vzhledem k tomu, že k tunelování elektronů dochází v celé ploše buněčného kanálu, je rychlost zachycení náboje na jednotku plochy y NAND Flash nižší než u jiných technologií Blikat-paměť, což má za následek vyšší počet cyklů programování/mazání. Programování a čtení se provádí sektor po sektoru nebo stránku po bloku, v blocích po 512 bytech, aby se emulovala běžná velikost sektoru diskových jednotek.

Podrobnější vlastnosti mikroobvodů Blikat-paměti lze uvažovat na příkladu krystalů řady HY 27xx(08/16)1 G 1M firmy Hynix. Na Obr. 26.15 ukazuje vnitřní strukturu a účel závěrů těchto zařízení.

Mikroobvod má následující závěry:

I/O 8-15– datový vstup/výstup pro x16 zařízení

I/O 0-7– datový vstup/výstup, adresový vstup nebo příkazový vstup pro zařízení x8 a x16;

ALE– zapnutí adresní západky;

CLE– povolení západky příkazu;

– výběr krystalu;

– povolení ke čtení;

– čtení/obsazeno (výstup s otevřeným odtokem);

– povolení k nahrávání;

- ochrana proti zápisu

VCC- napájecí napětí;

VSS- obecný závěr.

Obr.26.15. Schéma externích pinů (a), přiřazení pinů (b) a blokové schéma (c) Blikat-Paměť

Adresní linky jsou multiplexovány s datovými I/O linkami na 8 nebo 16bitové I/O sběrnici. Takové rozhraní snižuje počet použitých pinů a umožňuje přejít na čipy s vyšší kapacitou bez výměny obvodové desky. Každý blok lze naprogramovat a vymazat 100 000krát. Integrované obvody mají výstup pro čtení/zaneprázdnění s otevřeným sběrem, který lze použít k identifikaci činnosti řídicí jednotky. ZA (Naprogramovat/Vymazat/Přečíst). Protože výstup je open-drain, je možné propojit několik takových výstupů z různých paměťových čipů dohromady přes jeden "pull-up" rezistor na kladnou svorku zdroje.

Obr.26.16. Organizace paměťového pole NAND-struktury

Paměťové pole NAND-struktury jsou uspořádány do bloků, z nichž každý obsahuje 32 stránek. Pole je rozděleno na dvě oblasti: hlavní a náhradní (obr. 26.16).

Hlavní oblast pole se používá k ukládání dat, zatímco náhradní oblast se obvykle používá k ukládání kódů opravy chyb ( ECC), měkké příznaky a špatné identifikátory bloku ( špatný blok) hlavní oblasti. Na 8bitových zařízeních jsou stránky v hlavní oblasti rozděleny na dvě půlstránky, každá o velikosti 256 bajtů, plus 16 bajtů náhradní oblasti. Na 16bitových zařízeních jsou stránky rozděleny na hlavní oblast o 256 slovech a náhradní oblast o 8 slovech.

Buněčná paměť ANI má relativně dlouhé časy mazání a zápisu, ale má přístup pro čtení ke každému bitu. Tato okolnost umožňuje použití takových čipů pro záznam a ukládání programového kódu, který nevyžaduje časté přepisování. Takovými aplikacemi mohou být např. BIOS pro vestavěné počítače nebo software set-top boxů.

Vlastnosti NAND Flash určila rozsah jeho použití: paměťové karty a další zařízení pro ukládání dat. Nyní se tento typ paměti používá téměř všude v mobilních zařízeních, fotoaparátech a videokamerách atd. NAND Flash je základem téměř všech typů paměťových karet: chytrá média, MMC, SecureDigital, Memory Stick

Dosud dosažená informační kapacita Blikat až 8 GB paměti, typické kombinované programování a mazání rychlostí až 33,6 ms/64 kB při taktu až 70 MHz.

Dvě hlavní oblasti efektivního použití Blikat-paměť je ukládání zřídka změněných dat a náhrada paměti na magnetických discích. Pro první směr použijte Blikat-paměť s přístupem k adrese a za druhé - paměť souborů.

26.6. typ RAM FRAM

FRAM- operační energeticky nezávislá paměť, kombinující vysokou rychlost a nízkou spotřebu energie vlastní RAM, s vlastností ukládat data v nepřítomnosti použitého napětí.

Ve srovnání s EEPROM A Blikat-paměť, doba zápisu dat do paměti tohoto typu a spotřeba energie jsou mnohem menší (méně než 70 ns oproti několika milisekundám) a zdroj pro cykly zápisu je mnohem vyšší (alespoň 10 11 oproti 10 5 . .. 10 6 cyklů pro EEPROM).

FRAM by se měly v blízké budoucnosti stát nejoblíbenější pamětí v digitálních zařízeních. FRAM se bude lišit nejen rychlostí na úrovni DOUŠEK, ale také možnost ukládat data při vypnutém napájení. Ve slově, FRAM dokáže vytěsnit nejen pomalé Blikat, ale také konvenční RAM typu DOUŠEK. Feroelektrická paměť dnes nachází omezené uplatnění např. v RFID- tagy. Přední společnosti včetně Ramtron, Samsung, NEC, Toshiba se aktivně rozvíjejí FRAM. Přibližně do roku 2015 by měl trh obdržet n- gigabajtové moduly FRAM.

Specifikované vlastnosti FRAM poskytuje feroelektrikum (perovskit) používané jako dielektrikum akumulačního kondenzátoru paměťové buňky. Zároveň feroelektrická paměť ukládá data nejen ve formě náboje kondenzátoru (jako v tradiční RAM), ale také ve formě elektrické polarizace feroelektrické krystalové struktury. Feroelektrický krystal má dva stavy, které mohou odpovídat logické 0 a 1.

Období FRAM dosud nevyřešeno. První FRAM tzv. ferodynamická RAM. V současnosti se však jako paměťové buňky používá feroelektrikum a nyní FRAMčasto označované jako feroelektrická RAM.

První FRAM měl 2 T/2S-architektura (obr. 26.17, a), na jejímž základě se také provádí většina moderních feroelektrických paměťových mikroobvodů. Buňka tohoto typu, ve které každý bit odpovídá jednotlivému referenčnímu bitu, umožňuje s vysokou přesností určit rozdíl v nábojích. A díky čtení diferenciálního signálu je vyloučen vliv šíření parametrů kondenzátorů článků. Později se objevil FRAM s architekturou 1 T/1S(obr. 26.17, b). Výhodou mikroobvodů s takovou architekturou je menší plocha buňky než u konvenčních obvodů a následně nižší cena mikroobvodu z hlediska jednotky informační kapacity.

Obrázek 26.18 ukazuje blokové schéma feroelektrické RAM ( FRAM) s kapacitou 1 Mbit a paralelním přístupovým rozhraním FM 20L 08 firem Ramtron. Tabulka 26.1. jsou zobrazeny kolíky mikroobvodu.

FM 20L 08 je energeticky nezávislá paměť 128K×8, která čte a zapisuje jako standardní statická RAM. Bezpečnost dat je zajištěna na 10 let, přičemž není třeba myslet na spolehlivost ukládání dat (neomezená životnost), je zjednodušený návrh systému a řada nevýhod alternativního řešení energeticky nezávislé paměti založené na bateriově zálohované statické RAM jsou eliminovány. Rychlost zápisu a neomezený počet přepisovacích cyklů FRAM vedoucí postavení ve vztahu k jiným typům energeticky nezávislé paměti.

Obr.26.17. Typ paměťové buňky 2 T/2S a) a 1 T/1S(b)

Obr.26.18. Strukturální schéma FRAM FM 20L 08

Laboratorní robot č. 8

Předmět: Studie fungování paměti s náhodným přístupem (RAM))

1. Účel práce.

Studovat činnost paměťového zařízení s náhodným přístupem v režimech zápisu a čtení informací, prozkoumat časové parametry tohoto zařízení.

Použité vybavení a vybavení:osobní počítač, prostředí Multisim 12.

Stručné teoretické informace.

Strukturálně se každá RAM skládá ze dvou bloků -matice úložných prvků a e kodér adresy. Z technologických důvodů má matice nejčastěji dvousouřadnici A nativní dekódování adresy - po řádcích a sloupcích. Obrázek 1 ukazuje matici 16bitového st tic RAM.

Matrice se skládá z 16 paměťových buněk mem_i .

Schéma prvku matice (jedna buňka n A vráska) je znázorněna na obr.2. Každá buňka je A myati je adresováno vstupy X , Y výběrem dekodéry adresního řádku na stránceÓ kam Ah0...Ah3 a sloupce Ay0...Ay3. Výběr se provádí odesláním do s nadávky log. "1". Současně se ve vybrané paměťové buňce A dvouvstupový prvek A (U 1 obr. 2), příprava řetězců čtení a zápisu na vstupu D 10 ... D 13 nebo výstupu DO0 ... DO 3 bitové sběrnice.

Signál povolení pro vydání adresy je CS , který se přivádí na vstup h řešení čítače adres ( addr _ cnt ) nebo ta což je vstup dekodérů připojených k výstupům čítače.

Rýže. 1. Maticová 16bitová RAM

Při zápisu bitu do paměťové buňky (obr. 2) se na odpovídající bitové sběrnici nastaví 1 nebo 0, na vstupu WR/RD "1" je nastaveno po stránceÓ porazí čítač nebo dekodér adres signálem CS, prvky 2I U 1, U 2 jsou spuštěny. pozitivní pruh E pokles signálu z prvku U 2 přejde na vstup hodin Výsledkem je D-flip-flop U 4 datum, ve kterém je napsáno 1 nebo 0, v A v závislosti na úrovni signálu D - vstup.

Rýže. 2. Schéma paměťové buňky mem_i .

Při čtení z paměťové buňky na vstupu WR/RD nastavena na 0, zatímco jsou prvky spouštěny U 1, U 3, U 5 a na vstup ENABLE OUTPUT prvku vyrovnávací paměti U 6 přichází povolení Yu signál, výsledkem je signál s Q-výstup D -flip-flop se přenese na bitovou sběrnici DO0…DO3.

Pro kontrolu fungování paměťové buňky slouží generátor slov (obr. 3).

Rýže. 3. Přední panel generátoru slov s nastavením schématu

Pro studium provozních režimů RAM v laboratorní práci se používá čip HM-65642/883, což je RAM statického typu. Na rozdíl od RAM zobrazené na obr. 1 má kapacitu 8192 x 8bitových buněk.

Údaje pro připojení čipu HM-65642/883 jsou na obr. 4.

Rýže. 4. Označení pinů čipu RAM typu HM-65642/883.

Ovládání se provádí dvěma signály: G - rozlišení vzorkování, W - rozlišení záznamu a tyto informace ních. Adresové vstupy jsou označeny A , výstupní signály jsou označeny písmenem D.

Pořadí práce.

Experiment 1. Vyšetření buňky paměti RAM (random access memory).

Stáhnout program Multisim 12 z Hlavní nabídky.

1. Sestavte obvod znázorněný na obr. 2.
2. Nakreslete, jaké by měly být vstupní a výstupní signály na prvcích I1  I6 při záznamu, ukládání a čtení informací.
3. Nastaven na generátor slovkombinace číslic poskytující záznam v paměťové buňce v souladu s číslem varianty binární jednotky.
4.  I6.
5. Nainstalujte kombinaci čísel na generátor slov, který zajišťuje uložení binární jednotky ve zmíněné paměťové buňce.
6. Prohlížejte si osciloskopem a zakreslete signály na vstupech a výstupech prvků I1 I6.
7. Nastavte kombinaci číslic na generátoru slov pro čtení binární jednotky z paměťové buňky.
8. Prohlížejte si osciloskopem a zakreslete signály na vstupech a výstupech prvků I1 I6.

Experiment 2 Studie RAM Matrix.

1. Sestavte obvod znázorněný na obr. 5.

Obr.5. Schéma virtuální desky s maticí RAM.

1. Pomocí kláves S 1…S 8 nastavte adresy buněk paměťové oblasti (podle čísla varianty) pro čtení obsahu těchto buněk. Výsledky zapište do tabulky:

Údaje o adrese

K 0111

K+1 1011

K+2 1101

K+3 1110

1. Zápis dat pomocí klíčů S 9…S 16 do buněk RAM podle čísla varianty. Data jsou zobrazována v binárním kódu pomocí LED a adresy buněk jsou zobrazovány pomocí digitálních indikátorů v hexadecimálním kódu.
2. Data, která se zapisují do paměťových buněk v souladu s číslem volby, jsou následující:

a) běží "0";

b) běh "1";

c) běží "00";

d) běží "11"

e) "zvyšující se úroveň";

f) "klesající úroveň";

g) změna notebooku "11110000";

h) "střídavě" 1010101010.

5. Dynamická indikace při přepínání adresových tlačítek S 1…S 8 na odpovídající výstupy čítače, který přepíná adresy článků v důsledku příjmu řídicích impulsů z generátoru.

6. Prozkoumejte oscilogramy signálu v režimu čtení dat.

1. Název a účel laboratorní práce.

2. Název každé položky práce, schémata, výsledky měření.

3. Závěry na základě výsledků výzkumu.

Pokud existují procesory RISC, pak jsou blízko k provedení jedné instrukce v každém taktu.

Se zjednodušením CPU také klesá počet tranzistorů potřebných pro jeho implementaci, a proto se zmenšuje plocha krystalu. To má za následek snížení nákladů a spotřeby energie.

Je třeba si také uvědomit, že procesory RISC nejsou díky své jednoduchosti patentovatelné. I to přispívá k jejich rychlému rozvoji a široké produkci. Mezitím redukovaná sada RISC obsahovala pouze nejběžněji používané příkazy. Řada vzácných instrukcí procesoru CISC je vykonávána sekvencemi instrukcí procesoru RISC.

Později se objevil koncept MISC procesorů, využívajících minimální sadu dlouhých instrukcí. Po nich se objevily procesory VLIW, pracující s extra dlouhými instrukcemi. Rychlost procesorů je definována v milionech operací za sekundu MIPS.

Paměť v mikroprocesorových zařízeních

V V mikroprocesorových zařízeních se paměť používá k ukládání počátečních dat programů pro zpracování informací mezivýsledků a konečných výsledků výpočtů.

Existují dva hlavní typy paměti:

∙RAM je paměť s náhodným přístupem používaná k ukládání dat, proto se tato paměť také nazývá datová paměť. Počet cyklů čtení a zápisu v paměti RAM není omezen, ale při vypnutí napájecího napětí jsou všechny informace ztraceny;

V V moderních mikroprocesorech je paměť RAM víceúrovňový systém, ve kterém jsou úrovně superrychlé paměti (SRAM), RAM, vyrovnávací paměti (BZU) a externí paměti (VZU).

Každá následující úroveň se od předchozí liší kapacitou a rychlostí.

Kapacita je maximální množství informací, které lze uložit do paměti.

Výkon je charakterizován dobou trvání operací čtení a zápisu, dvou hlavních operací prováděných pamětí.

Pro specifikované úrovně paměti roste kapacita ve směru od SRAM k OVC a výkon v opačném směru.

∙ROM je paměťové zařízení určené pouze pro čtení určené k ukládání programů, proto se tato paměť často nazývá kódová nebo programová paměť. Čipy ROM jsou schopny uchovat informace, když je napájení vypnuto, ale lze je naprogramovat pouze jednou nebo velmi omezeně.

Klíčové vlastnosti polovodičové paměti

Hlavní charakteristiky paměti, které je třeba vzít v úvahu při navrhování systémů, jsou:

∙ Kapacita paměti je určena počtem bitů uložených informací. Kapacita čipu se obvykle vyjadřuje také v bitech. Důležitou charakteristikou krystalu je informační organizace paměťového krystalu MxN, kde M je počet slov, N je délka slova. Za stejnou dobu přístupu má paměť s větší šířkou vzorku větší informační kapacitu.

∙Časové charakteristiky paměti.

1.1 Doba přístupu - časový interval určovaný od okamžiku, kdy centrální procesor vložil adresu požadované paměťové buňky na adresovou sběrnici a odeslal příkaz ke čtení nebo zápisu dat přes řídicí sběrnici, dokud není adresovaná buňka připojena k datové sběrnici. .

Ó Doba obnovy je doba potřebná k obnovení paměti do původního stavu poté, co CPU odstranil adresu z SHA, signál „čtení“ nebo „zápis“ z SHA a data z SDS.

∙Jednotková cena paměťového zařízení je určena poměrem jeho nákladů k informační kapacitě, tzn. je určena cenou bitů uložených informací.

∙Spotřeba energie (neboli ztrátový výkon) se udává pro dva režimy provozu krystalu: režim pasivního úložiště a aktivní režim, kdy se operace zápisu a čtení provádějí nominální rychlostí.

∙Hustota balení je určena plochou paměťového prvku a závisí na počtu tranzistorů v obvodu prvku a použité technologii. Nejvyšší hustoty balení bylo dosaženo u dynamických paměťových krystalů.

∙Přípustná okolní teplota je obvykle specifikována samostatně pro aktivní provoz, pro pasivní skladování a pro neprovoz s vypnutým napájením. Typ pouzdra je uveden, pokud je standardní, nebo výkres pouzdra s uvedením všech rozměrů, značení a číslování kontaktů, pokud je pouzdro nové. Dále jsou uvedeny provozní podmínky: pracovní poloha, mechanické vlivy, přípustná vlhkost a další.

Typy čipů paměti pouze pro čtení (ROM).

Existují následující hlavní typy ROM:

∙mask ROM - jsou programovány při výrobě aplikací masky uzavřených (vysoká úroveň) a otevřených propojek (nízká úroveň), tento typ ROM je nejlevnější, ale při výrobě ve velkém množství;

∙ ROM s tavnými propojkami nebo elektricky programovatelné (EPROM) - tyto mikroobvody jsou naprogramovány spotřebitelem průchodem proudových impulsů, dokud nejsou zničeny propojky odpovídající bitům, které by měly být nulové;

∙ přeprogramovatelné ROM s elektrickým záznamem informací a mazáním ultrafialovým zářením (UFPROM) - základem paměťové buňky tohoto typu mikroobvodu je tranzistor MOS se zcela izolovaným „plovoucím“ hradlem, při programování oxid prorazí a na bráně se hromadí náboj, který je tam uložen, dokud není mikroobvod vystaven UV záření, pod jeho působením se oxid stává vodivým; odpor tranzistorového kanálu závisí na náboji na hradle a určuje bit zapsaný do buňky;

∙ elektricky vymazatelné ROM (EEPROM) jsou navrženy podobně jako UFPROM, ale k vymazání dochází, jako je záznam, když jsou aplikovány napěťové impulsy; toto je nejdražší, ale také nejpohodlnější typ ROM.

∙FLASH paměť je v současnosti nejoblíbenější. Jeho hlavní výhodou je, že je postaven na principu elektrické přeprogramovatelnosti, to znamená, že umožňuje vícenásobné mazání a záznam informací pomocí programátorů. Minimální garantovaný počet cyklů zápisu/mazání obvykle přesahuje několik tisíc. To výrazně zvyšuje životní cyklus a zvyšuje flexibilitu mikroprocesorových systémů, protože umožňuje provádět změny v programu mikroprocesoru, a to jak ve fázi vývoje systému, tak během jeho provozu v reálném zařízení.

Typy čipů RAM

Existují dva typy čipů RAM:

∙statická RAM, ve které je spoušť základem paměťové buňky;

Paměť pouze pro čtení (ROM, ROM), nazývaná také firmware, je integrovaný obvod, který je při výrobě naprogramován specifickými daty. Paměti ROM se používají nejen v počítačích, ale také ve většině ostatních elektronických zařízení.

Než se budeme bavit o konkrétních typech moderních paměťových čipů, musíme si trochu připomenout minulost a pochopit základní principy elektronické paměti a jejích adresovacích vlastností.

Počítače, na rozdíl od lidí, kteří používají desítkovou číselnou soustavu, používají binární aritmetiku, to znamená, že jakýkoli bit čísla stroje může obsahovat buď "0" - ne, nebo "1" - ano. Podle toho si každá buňka elektronické paměti počítače musí pamatovat jednu ze dvou hodnot - 0 nebo 1. Nejjednodušším paměťovým zařízením je sada páčkových spínačů nebo relé, která zapínají nebo otevírají elektrický obvod. Pokud si vzpomínáte, pak staré počítače používaly pouze relé pro RAM a jako ROM se používaly běžné přepínače (a to není překvapivé, protože i minipočítače z 80. let minulého století měly panel se sadou přepínačů pro zadávání příkazy).

Rozvoj polovodičových technologií vedl k tomu, že ve většině případů se pro elektronickou paměť osobního počítače používají křemíkové integrované obvody. A minimální paměťová buňka v mikroobvodu je klopný obvod, který je v nejjednodušším případě sestaven na dvou tranzistorech. Ale protože ovládání spouště vyžaduje řídicí obvody, obsahuje základní paměťová buňka moderní statické paměti, která se používá zejména pro vyrovnávací paměť, někdy až tucet tranzistorů. Pro příklad na Obr. 12 znázorňuje schéma paměťové buňky čipu CMOS. V něm jsou ze šesti tranzistorů CMOS odpovědné za ukládání informací pouze tranzistory V3 a V5 a zbytek slouží k jiným účelům.

Protože se v moderním počítači používají mikroobvody obsahující stovky tisíc článků, jsou úložné buňky seskupeny do čtvercových matic pro zjednodušení ovládání. Pro přístup ke konkrétní paměťové buňce slouží adresa, která je tvořena číslem řádku a sloupce (obr. 13). Jakmile je na sloupcové a řádkové sběrnici nastavena správná adresa požadované buňky, objeví se na výstupu matice napětí odpovídající informaci zaznamenané v paměťové buňce. Všimněte si, že tento princip adresování se také používá ke čtení nebo zápisu bajtu v RAM, ale zároveň je každý bit bajtu nebo slova zodpovědný za svou vlastní paměťovou matici, která je nejčastěji umístěna v samostatném mikroobvodu.

Pro zápis informace do konkrétní buňky mikroobvodu je určen pouze jeden výstup. Když je na adresové sběrnici nastavena správná adresa paměťové buňky, ačkoli signál zápisu bude aplikován na všechny buňky, zapíše se pouze ta buňka, která je aktuálně vybrána (adresována).

Obrázek 12. Schéma paměťové buňky CMOS

Princip zápisu a čtení paměťových buněk v paměťové matici dobře ilustruje příklad feritové paměti (obr. 14). Na úsvitu počítačové éry to byl malý feritový kroužek umístěný v uzlech drátěného pletiva. Pro vytvoření čtecího a zapisovacího signálu byl všemi kroužky provlečen samostatný drát. Všimněte si, že k zápisu "1" a "0" byla vlastnost feromagnetik použita k remagnetizaci působením elektrického proudu. Nejmenší feritové kroužky měly průměr jen asi 1 mm. S příchodem polovodičových paměťových čipů byly feritové paměti na dlouhou dobu zapomenuty, ale nedávno se objevily čipy FeRAM, které kombinují technologii výroby křemíkových čipů a vlastnost feromagnetických materiálů měnit svůj odpor v závislosti na použitém magnetickém poli.

Procesory mají datovou sběrnici, která je násobkem 8 bitů, například 8, 16, 32 nebo 64. Ve starých osobních počítačích byla elektronická paměť sestavována z mikroobvodů, které měly například 64, 128, 256 atd. buněk. . Na základních deskách osobních počítačů IBM PC bylo vidět řady paměťových čipů, které tam zabíraly příliš mnoho místa. Za účelem snížení počtu mikroobvodů a zjednodušení jejich vzájemného elektrického propojení se na jediném křemíkovém čipu začalo vytvářet několik samostatných polí paměťových buněk. Nejoblíbenější možnosti byly, když má paměťový čip bitovou hloubku rovnou 4 a 8, což umožnilo snížit počet pouzder na desce.

Obrázek 13

V dokumentaci a cenících k paměťovým čipům je vždy uveden nejen jejich celkový objem, ale i uspořádání paměťových buněk. Níže jsou například řádky z ceníku pro dynamické paměťové čipy DDR a SDRAM:

DDR 256Mb, 32Mx8, 266MHz;

DDR 128Mb, 1bMx8, 266MHz;

· SDRAM 256Mb, 32Mx8, 133MHz;

· SDRAM 128Mb, 16Mx8, 133MHz.

Obrázek 14. Princip zápisu a čtení paměťových buněk v úložné matici

Všimněte si, že na začátku je symbol pro typ mikroobvodu a na konci označuje maximální taktovací frekvenci sběrnice, na které mohou pracovat. Velikost paměti v čipu je indikována ve dvou verzích: 256Mb -- celkový počet paměťových buněk v čipu; 32Mx8 - toto označení ukazuje, že každý bit má 32 MB (používá se také výraz "hloubka adresního prostoru", z angličtiny hloubka adresy). Pokud vynásobíte 32 MB 8, dostanete 256 MB