دستگاه های حافظه فقط خواندنی (ROM). رام حافظه دائمی مبتنی بر تراشه های حافظه است

ROM حافظه‌ای است که پس از نوشتن اطلاعات در آن قابل تغییر نیست. به عنوان مثال، برنامه ای برای بارگذاری اطلاعات از حافظه خارجی در RAM یک سیستم ریزپردازنده. همه انواع رام ها از یک اصل طراحی مدار استفاده می کنند. اطلاعات در ROM به صورت وجود یا عدم وجود ارتباط بین آدرس و گذرگاه های داده نمایش داده می شود.

نام گرافیکی مشروط ROM در شکل 26.10 نشان داده شده است.

شکل 26.10. تعیین گرافیکی مشروط رام

برنج. 26.11. طرح رام

روی انجیر 26.11 نموداری از ساده ترین رام را نشان می دهد. برای پیاده سازی رام کافی است از رمزگشا، دیودها، مجموعه ای از مقاومت ها و درایورهای اتوبوس استفاده کنید. رام در نظر گرفته شده حاوی کلمات بیت است، یعنی. اندازه کل آن 32 بیت است. تعداد ستون ها طول کلمه را تعیین می کند و تعداد ردیف ها تعداد کلمات 8 بیتی را تعیین می کند. دیودها در مکان هایی نصب می شوند که بیت هایی که دارای مقدار منطقی "0" هستند باید ذخیره شوند (رمزگشا 0 را به خط انتخاب شده عرضه می کند). در حال حاضر به جای دیود از ماسفت ها استفاده می شود.

روی میز. 26.1 وضعیت ROM را نشان می دهد که طرح آن در شکل نشان داده شده است. 26.11.

جدول 26.1

وضعیت رام ساده

به عنوان یک قاعده، رام ها دارای یک سازمان چند بیتی با ساختار 2 هستند DM. فن آوری های تولید بسیار متنوع هستند - آرایه های CMOS، n-MOS، TTL (W) و دیود.

همه رام ها را می توان به گروه های زیر تقسیم کرد: قابل برنامه ریزی کارخانه ای (ماسک)، برنامه نویسی یک بار مصرف و قابل برنامه ریزی مجدد.

در دستگاه های ذخیره سازی برنامه ریزی شده در زمان ساخت(ROM یا ROM)، اطلاعات مستقیماً در فرآیند ساخت آنها با استفاده از یک ماسک نوری به نام ماسک در مرحله نهایی فرآیند فناوری ثبت می شود. چنین رام هایی که ماسک ROM نامیده می شوند، بر روی دیودها، ترانزیستورهای دوقطبی یا MOS ساخته می شوند.

حوزه استفاده از رام های ماسک ذخیره اطلاعات استاندارد است، به عنوان مثال، مولدهای کاراکتر (کدهای حروف الفبای لاتین و روسی)، جداول توابع معمولی (سینوس ها، توابع درجه دوم)، نرم افزار استاندارد.

حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی(PROM، یا PROM) - رام با امکان برنامه ریزی برق یکباره. این نوع حافظه به کاربر این امکان را می دهد که یک بار با استفاده از برنامه نویس ها، تراشه حافظه را برنامه ریزی کند.

ریز مدارهای PROM بر روی سلول های حافظه با جامپرهای همجوشی ساخته شده اند. فرآیند برنامه ریزی شامل سوزاندن انتخابی جامپرهای همجوشی با استفاده از پالس های جریان با دامنه و مدت زمان کافی است. جامپرهای همجوشی در الکترودهای دیودها یا ترانزیستورها قرار دارند.

روی انجیر 26.12 نمودار یک PROM با جامپرهای همجوشی را نشان می دهد. با تمام دیودها و جامپرها تولید می شود. در ماتریس، همه چیز "0" است و در حین برنامه نویسی، آن جامپرها سوزانده می شوند که در سلول های آنها باید "1" منطقی وجود داشته باشد.

برنج. 26.12. قطعه ای از مدار PROM

حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی مجدد(RPZU and RPZU UF) - رام با امکان برنامه نویسی برق چندگانه. در IP RPZU UV ( EPROM) اطلاعات قدیمی با کمک اشعه ماوراء بنفش پاک می شود که برای آن یک پنجره شفاف در جعبه ریز مدار وجود دارد. در RPZU ( EEPROM) – با کمک سیگنال های الکتریکی.

سلول های حافظه EPROM بر روی آن ساخته شده اند n- ترانزیستورهای MOS یا CMOS. برای ساخت یک SE، از پدیده های فیزیکی مختلف ذخیره بار در رابط بین دو رسانه دی الکتریک یا یک رسانه رسانا و دی الکتریک استفاده می شود.

در نسخه اول، دی الکتریک زیر دروازه ترانزیستور MOS از دو لایه ساخته شده است: نیترید سیلیکون و دی اکسید سیلیکون. این ترانزیستور MNOS نام دارد: فلز - نیترید سیلیکون - اکسید - نیمه هادی. مراکز به دام انداختن بار در مرز لایه های دی الکتریک ظاهر می شوند. با توجه به اثر تونل، حامل های بار می توانند از یک لایه اکسید نازک عبور کرده و در سطح مشترک لایه جمع شوند. این شارژ که حامل اطلاعات ذخیره شده توسط ترانزیستور MNOS است، منجر به تغییر در ولتاژ آستانه ترانزیستور می شود. در این حالت ولتاژ آستانه به حدی افزایش می یابد که ولتاژ کاری در گیت ترانزیستور قادر به باز کردن آن نیست. ترانزیستوری که در آن شارژ وجود ندارد به راحتی باز می شود. یکی از حالت ها به عنوان یک واحد منطقی تعریف می شود، دومی صفر است.

در نوع دوم، دروازه ترانزیستور MOS به صورت شناور ساخته شده است، یعنی. غیر مرتبط با سایر عناصر مدار هنگامی که ولتاژ بالا به تخلیه ترانزیستور اعمال می شود، چنین دروازه ای توسط جریان تزریق بهمن شارژ می شود. در نتیجه، شارژ در دروازه شناور بر جریان تخلیه تأثیر می گذارد که در هنگام خواندن اطلاعات مانند نسخه قبلی با ترانزیستور MNOS استفاده می شود. چنین ترانزیستورهایی LISMOS (ترانزیستورهای MOS با تزریق بار بهمنی) نامیده می شوند. از آنجایی که دروازه ترانزیستور توسط یک عایق احاطه شده است، جریان نشتی بسیار کم است و اطلاعات را می توان برای مدت طولانی (ده ها سال) ذخیره کرد.

در EPROM با پاک کردن الکتریکی، یک گیت کنترل دوم در بالای دروازه شناور ترانزیستور قرار می گیرد. اعمال ولتاژ به آن به دلیل اثر تونل باعث از بین رفتن شارژ روی دروازه شناور می شود. RPZU مزایای قابل توجهی نسبت به UV RPZU دارند، زیرا برای برنامه ریزی مجدد به منابع خاصی از نور ماوراء بنفش نیاز ندارند. دستگاه‌های حافظه پاک‌شونده الکتریکی تقریباً جایگزین دستگاه‌های حافظه پاک‌کننده فرابنفش شده‌اند.

قطعه ای از مدار RPZU با استفاده از ترانزیستورهای دو دروازه ای از نوع LISMOP در شکل نشان داده شده است. 26.13. یک صفر منطقی در حالت برنامه نویسی با استفاده از شارژ دروازه شناور نوشته می شود. پاک کردن اطلاعات، یعنی floating gate bit یعنی نوشتن یک منطقی. در این حالت، هنگامی که یک سیگنال در طول خط نمونه‌گیری اعمال می‌شود، ترانزیستورهای جمع‌آوری شده باز شده و ولتاژ را انتقال می‌دهند. U PITدر خط خواندن

EPROM های مدرن دارای ظرفیت اطلاعاتی تا 4 مگابیت در فرکانس ساعت تا 80 مگاهرتز هستند.

26.5. فلاش-حافظه

اصول اولیه عملکرد و نوع عناصر حافظه فلاش- حافظه ها مشابه PROM ها با ضبط الکتریکی و پاک کردن اطلاعات ساخته شده بر روی ترانزیستورهای دروازه شناور هستند. به عنوان یک قاعده، با توجه به ویژگی های آنها، فلاشحافظه به یک کلاس جداگانه تقسیم می شود. به جای پاک کردن تک تک کلمات، یا تمام اطلاعات ثبت شده را به یکباره یا بلوک های بزرگ اطلاعات را پاک می کند. این امر طرح‌های کنترلی برای نوشتن و پاک کردن بایت‌های فردی را حذف می‌کند، که باعث می‌شود مدار حافظه را به میزان قابل توجهی ساده کرده و به سطح بالایی از یکپارچگی و عملکرد با هزینه کمتر دست پیدا کنید.

شکل 26.13. قطعه ای از مدار RPZU

روندهای مدرن در توسعه دستگاه های الکترونیکی مستلزم افزایش مداوم در میزان حافظه مورد استفاده است. امروزه ریز مدارها به عنوان یک نوع حافظه فرار در دسترس مهندسان هستند DRAMکه با قیمت بسیار پایین هر بیت و سطوح بالای یکپارچه سازی و همچنین غیر فرار مشخص می شود. فلاش-حافظه ای که هزینه آن به طور مداوم در حال کاهش است و به سمت سطح می رود DRAM.

نیاز به انرژی مستقل فلاش-حافظه متناسب با میزان پیشرفت سیستم های کامپیوتری در زمینه اپلیکیشن های موبایل رشد می کند. قابلیت اطمینان، مصرف برق کم، اندازه کوچک و وزن کم از مزایای بارز رسانه های مبتنی بر آن است فلاش-حافظه در مقابل درایوهای دیسک با توجه به کاهش مداوم هزینه های ذخیره سازی یک واحد اطلاعات در فلاش-حافظه، رسانه های مبتنی بر آن مزایا و قابلیت های بیشتری را در اختیار پلتفرم های موبایل و تجهیزات قابل حمل با استفاده از چنین حافظه ای قرار می دهند. در میان انواع مختلف حافظه، فلاش-حافظه بر اساس سلول ها NANDمناسب ترین پایه برای ساخت دستگاه های ذخیره سازی غیر فرار برای مقادیر زیاد اطلاعات است.

در حال حاضر، دو ساختار اصلی برای ساخت حافظه فلش قابل تشخیص است: حافظه مبتنی بر سلول NOR(OR-NOT) و NAND(و نه). ساختار NOR(شکل 26.14، الف) شامل سلول های ابتدایی ذخیره سازی اطلاعات است که به صورت موازی به هم متصل شده اند. این سازماندهی سلول ها امکان دسترسی تصادفی به داده ها و ثبت بایت به بایت اطلاعات را فراهم می کند. در قلب ساختار NAND(شکل 26.14، ب) اصل اتصال متوالی سلول های ابتدایی است که گروه ها را تشکیل می دهند (16 سلول در یک گروه)، که در صفحات و صفحات به بلوک ها ترکیب می شوند. با چنین ساختاری از یک آرایه حافظه، دسترسی به سلول های جداگانه غیرممکن است. برنامه نویسی به طور همزمان تنها در یک صفحه انجام می شود و هنگام پاک کردن، دسترسی به بلوک ها یا گروه های بلوک انجام می شود.

شکل 26.14. بر اساس ساختارها NOR(الف) و NAND(ب)

در نتیجه تفاوت در سازماندهی ساختار بین حافظه NORو NANDدر ویژگی های آنها منعکس می شود. هنگام کار با آرایه های داده نسبتاً بزرگ، فرآیندهای نوشتن / پاک کردن در حافظه انجام می شود NANDبسیار سریعتر از حافظه اجرا شود NOR. از 16 سلول حافظه مجاور NANDبه صورت سری و بدون هیچ شکاف تماسی به یکدیگر متصل می شوند، یک منطقه سلولی بالا روی یک تراشه به دست می آید که امکان به دست آوردن ظرفیت بزرگ با استانداردهای تکنولوژیکی مشابه را می دهد. در قلب برنامه نویسی فلش NANDفرآیند تونل زنی الکترون نهفته است. و از آنجایی که هم برای برنامه نویسی و هم برای پاک کردن استفاده می شود، مصرف انرژی کم تراشه حافظه به دست می آید. ساختار سازماندهی سلولی متوالی به درجه بالایی از مقیاس پذیری اجازه می دهد که باعث می شود فلش NANDرهبر در مسابقه گسترش حافظه با توجه به این واقعیت که تونل زنی الکترون در کل منطقه کانال سلولی رخ می دهد، نرخ جذب بار در واحد سطح y فلش NANDپایین تر از سایر فناوری ها فلاش-حافظه، که منجر به تعداد بیشتری چرخه برنامه/پاک کردن می شود. برنامه نویسی و خواندن بخش به بخش یا صفحه به بلوک در بلوک های 512 بایتی انجام می شود تا اندازه بخش رایج درایوهای دیسک را شبیه سازی کند.

ویژگی های دقیق تر میکرو مدارها فلاش-حافظه را می توان به عنوان مثال کریستال های سری در نظر گرفت HY 27xx(08/16)1 جی 1مشرکت ها هاینیکس. روی انجیر 26.15 ساختار داخلی و هدف نتیجه گیری این دستگاه ها را نشان می دهد.

ریز مدار نتایج زیر را دارد:

I/O 8-15– ورودی/خروجی داده برای دستگاه های x16

I/O 0-7– ورودی/خروجی داده، ورودی آدرس یا ورودی فرمان برای دستگاه های x8 و x16؛

ALE- روشن کردن قفل آدرس؛

CLE- فعال کردن قفل فرمان؛

- انتخاب کریستال؛

- مجوز خواندن؛

– خواندن/مشغول (خروجی با تخلیه باز)؛

- مجوز ضبط؛

- حفاظت از نوشتن

VCC- ولتاژ تغذیه؛

VSS- نتیجه گیری کلی

شکل 26.15. نمودار پین های خارجی (الف)، تخصیص پین (ب) و بلوک دیاگرام (ج) فلاش-حافظه

خطوط آدرس با خطوط ورودی/خروجی داده در یک گذرگاه ورودی/خروجی 8 یا 16 بیتی مالتی پلکس می شوند. چنین رابطی تعداد پین های مورد استفاده را کاهش می دهد و امکان حرکت به تراشه های با ظرفیت بالاتر را بدون تغییر برد مدار فراهم می کند. هر بلوک را می توان 100000 بار برنامه ریزی و پاک کرد. آی سی ها دارای خروجی خواندن/مشغول درین باز هستند که می توان از آن برای شناسایی فعالیت کنترلر استفاده کرد. مطابق (برنامه / پاک کردن / خواندن). از آنجایی که خروجی تخلیه باز است، می‌توان چندین خروجی از این نوع از تراشه‌های حافظه مختلف را از طریق یک مقاومت کششی به ترمینال مثبت منبع تغذیه متصل کرد.

شکل 26.16. سازماندهی آرایه حافظه NAND-سازه های

آرایه حافظه NAND-ساختارها در بلوک هایی سازماندهی شده اند که هر کدام شامل 32 صفحه است. آرایه به دو ناحیه تقسیم می شود: اصلی و یدکی (شکل 26.16).

ناحیه اصلی آرایه برای ذخیره داده ها استفاده می شود، در حالی که ناحیه یدکی معمولاً برای ذخیره کدهای تصحیح خطا استفاده می شود. ECC)، پرچم های نرم، و شناسه های بلوک بد ( بلوک بد) منطقه اصلی. در دستگاه های 8 بیتی، صفحات در ناحیه اصلی به دو نیم صفحه 256 بایتی هر کدام به اضافه 16 بایت یک منطقه اضافی تقسیم می شوند. در دستگاه های 16 بیتی، صفحات به یک ناحیه اصلی 256 کلمه ای و یک ناحیه اضافی 8 کلمه ای تقسیم می شوند.

حافظه مبتنی بر سلول NORزمان پاک کردن و نوشتن نسبتا طولانی دارد، اما به هر بیت دسترسی دارد. این شرایط استفاده از چنین تراشه هایی را برای ضبط و ذخیره کد برنامه ای که نیازی به بازنویسی مکرر ندارد امکان پذیر می کند. چنین برنامه هایی می توانند به عنوان مثال، BIOSبرای کامپیوترهای جاسازی شده یا نرم افزارهای ست تاپ باکس.

خواص فلش NANDمحدوده کاربرد آن را تعیین کرد: کارت های حافظه و سایر دستگاه های ذخیره سازی داده. اکنون این نوع حافظه تقریباً در همه جا در دستگاه های تلفن همراه، دوربین های عکاسی و فیلمبرداری و ... استفاده می شود. فلش NANDاساس تقریباً همه انواع کارت های حافظه است: رسانه هوشمند, MMC, SecureDigital، MemoryStick

ظرفیت اطلاعاتی که تاکنون به دست آمده است فلاشتا 8 گیگابایت حافظه، برنامه ترکیبی معمولی و سرعت پاک کردن تا 33.6ms/64kB با سرعت کلاک تا 70MHz.

دو حوزه اصلی استفاده موثر فلاشحافظه ذخیره سازی داده هایی است که به ندرت تغییر می کند و جایگزینی حافظه روی دیسک های مغناطیسی است. برای اولین جهت، استفاده کنید فلاشحافظه با دسترسی به آدرس، و برای دوم - حافظه فایل.

26.6. نوع رم FRAM

FRAM- حافظه عملیاتی غیر فرار، ترکیبی از سرعت بالا و مصرف انرژی کم ذاتی RAM، با خاصیت ذخیره سازی داده ها در صورت عدم وجود ولتاژ اعمال شده.

در مقایسه با EEPROMو فلاش-حافظه، زمان نوشتن داده ها در حافظه از این نوع و مصرف انرژی بسیار کمتر است (کمتر از 70 ns در مقابل چند میلی ثانیه)، و منبع برای چرخه های نوشتن بسیار بیشتر است (حداقل 10 11 در مقابل 10 5). .. 10 6 سیکل برای EEPROM).

FRAMباید در آینده نزدیک به محبوب ترین حافظه در دستگاه های دیجیتال تبدیل شود. FRAMنه تنها در سرعت در سطح متفاوت خواهد بود DRAM، اما همچنین توانایی ذخیره داده ها هنگام خاموش شدن برق. در یک کلمه، FRAMمی تواند نه تنها کند را جابجا کند فلاش، بلکه RAM معمولی از نوع DRAM. امروزه، حافظه فروالکتریک کاربرد محدودی پیدا می کند، به عنوان مثال، در RFID-برچسب ها شرکت های پیشرو از جمله Ramtron، سامسونگ، NEC، توشیبابه طور فعال در حال توسعه هستند FRAM. تقریباً تا سال 2015، بازار باید دریافت کند n- ماژول های گیگابایت FRAM.

خواص مشخص شده FRAMیک فروالکتریک (پروسکیت) را فراهم می کند که به عنوان دی الکتریک خازن ذخیره سازی سلول حافظه استفاده می شود. در عین حال، حافظه فروالکتریک داده ها را نه تنها در قالب یک شارژ خازن (مانند RAM سنتی)، بلکه به شکل قطبش الکتریکی ساختار کریستالی فروالکتریک ذخیره می کند. یک کریستال فروالکتریک دارای دو حالت است که می تواند با 0 و 1 منطقی مطابقت داشته باشد.

مدت، اصطلاح FRAMهنوز تسویه نشده است اولین FRAMرم فرودینامیکی نامیده می شود. با این حال، در حال حاضر، یک فروالکتریک به عنوان سلول های حافظه استفاده می شود، و در حال حاضر FRAMاغلب به عنوان RAM فروالکتریک شناخته می شود.

اولین FRAM 2 داشت تی/2با-معماری (شکل 26.17، a)، که بر اساس آن اکثر ریز مدارهای حافظه فروالکتریک مدرن نیز انجام می شود. سلولی از این نوع، که در آن هر بیت مربوط به یک بیت مرجع جداگانه است، به شما امکان می دهد تفاوت بارها را با دقت بالا تعیین کنید. و به دلیل خواندن سیگنال دیفرانسیل، تأثیر گسترش پارامترهای خازن سلول ها حذف می شود. بعد ظاهر شد FRAMبا معماری 1 تی/1با(شکل 26.17، ب). مزیت ریزمدارهای با چنین معماری مساحت سلول کوچکتر نسبت به مدارهای معمولی و در نتیجه هزینه کمتر ریز مدار از نظر واحد ظرفیت اطلاعاتی است.

شکل 26.18 بلوک دیاگرام یک RAM فروالکتریک را نشان می دهد ( FRAM) با ظرفیت 1 مگابیت و رابط دسترسی موازی FM 20L 08 شرکت رامترون. جدول 26.1. پین های ریز مدار نشان داده شده است.

FM 20L 08 یک حافظه غیر فرار 128K×8 است که مانند یک RAM استاندارد استاتیک می خواند و می نویسد. ایمنی داده ها به مدت 10 سال تضمین می شود، در حالی که نیازی به فکر کردن در مورد قابلیت اطمینان ذخیره سازی داده ها (دوام نامحدود) وجود ندارد، طراحی سیستم ساده شده است و تعدادی از معایب یک راه حل جایگزین حافظه غیر فرار مبتنی بر رم استاتیک مبتنی بر باتری حذف می شوند. سرعت نوشتن و چرخه های بازنویسی نامحدود ایجاد می کند FRAMرهبر در رابطه با انواع دیگر حافظه های غیر فرار.

شکل 26.17. سلول حافظه نوع 2 تی/2با(الف) و 1 تی/1با(ب)

شکل 26.18. طرح ساختاری FRAM FM 20L 08

ربات آزمایشگاهی شماره 8

موضوع: بررسی عملکرد حافظه با دسترسی تصادفی (RAM))

1. هدف کار.

برای بررسی عملکرد یک دستگاه حافظه با دسترسی تصادفی در حالت های نوشتن و خواندن اطلاعات، بررسی پارامترهای زمانی این دستگاه.

تجهیزات و امکانات مورد استفاده:کامپیوتر شخصی، محیط Multisim 12.

اطلاعات نظری مختصر

از نظر ساختاری، هر RAM از دو بلوک تشکیل شده است -ماتریس های عناصر ذخیره سازیو e رمزگذار آدرس. به دلایل تکنولوژیکی، ماتریس اغلب دارای دو مختصات استو رمزگشایی بومی آدرس - توسط ردیف ها و ستون ها. شکل 1 ماتریسی از یک st 16 بیتی را نشان می دهدیک رم تیک

ماتریس از 16 سلول حافظه تشکیل شده است mem_i .

طرح عنصر ماتریس (یک سلول nآ چروک) در شکل 2 نشان داده شده است. هر سلول استآ myati توسط ورودی ها مورد خطاب قرار می گیرد X، Y با انتخاب رمزگشاهای خط آدرس در صفحه O kam Ah0...Ah3 و ستون Ay0...Ay3. انتخاب با ارسال به انجام می شودس خطوط سوگند گزارش ماتریس سیگنال. "1". در همان زمان، در سلول حافظه انتخاب شده،آ یک عنصر دو ورودیو (U 1 شکل 2)، تهیه زنجیره های خواندن و نوشتنروی ورودی D 10 ... D 13 یا خروجی DO0 ... DO باس های 3 بیتی.

سیگنال فعال برای صدور یک آدرس است CS ، که به ورودی تغذیه می شودساعت راه حل های شمارنده آدرس ( addr _ cnt ) یا ta که ورودی رسیورهای متصل به خروجی های شمارنده می باشد.

برنج. 1. رم 16 بیتی ماتریس

هنگام نوشتن یک بیت در یک سلول حافظه (شکل 2)، 1 یا 0 در گذرگاه بیت مربوطه، در ورودی تنظیم می شود. WR/RD "1" بعد از صفحه تنظیم شده است O ضربه زدن به شمارنده یا رمزگشای آدرس با یک سیگنال CS، عناصر 2I U 1، U 2 فعال می شوند. خط مثبته افت سیگنال از عنصر U 2 به ورودی ساعت می روددر نتیجه D-flip-flop U 4 تاریخی که 1 یا 0 در آن نوشته شده است، درآ بسته به سطح سیگنال روی آند - ورودی

برنج. 2. نمودار یک سلول حافظه mem_i .

هنگام خواندن از یک سلول حافظه در ورودی WR/RD در حالی که عناصر فعال می شوند، روی 0 تنظیم کنید U 1، U 3، U 5 و به ورودی ENABLE OUTPUT عنصر بافر U 6 می آید اجازهیو سیگنال، در نتیجه یک سیگنال باخروجی کیو D فلیپ فلاپ به گذرگاه بیت منتقل می شود DO0…DO3.

برای بررسی عملکرد سلول حافظه، از یک کلمه مولد استفاده می شود (شکل 3).

برنج. 3. پنل جلویی کلمه مولد با تنظیمات طرح

برای بررسی حالت های عملکرد رم در کارهای آزمایشگاهی از تراشه HM-65642/883 استفاده می شود که از نوع استاتیک رم می باشد. برخلاف RAM نشان داده شده در شکل 1، ظرفیت 8192 در 8 بیت سلول دارد.

اطلاعات مربوط به اتصال تراشه HM-65642/883 در شکل نشان داده شده است. 4.

برنج. 4. تعیین پایه های تراشه RAM نوع HM-65642/883.

کنترل توسط دو سیگنال انجام می شود:جی - وضوح نمونه برداری، W - وضوح ضبطو اطلاعات یون ها ورودی های آدرس علامت گذاری شده اندآ ، سیگنال های خروجی با حرف نشان داده می شوند D.

ترتیب کار.

آزمایش 1. بررسی سلول حافظه با دسترسی تصادفی (RAM).

دانلود برنامه Multisim 12 از منوی اصلی

1. مدار نشان داده شده در شکل را مونتاژ کنید. 2.
2. سیگنال های ورودی و خروجی روی عناصر را ترسیم کنید I1  I6 هنگام ضبط، ذخیره و خواندن اطلاعات.
3. تنظیم کنید مولد کلمهترکیبی از ارقام که یک رکورد در یک سلول حافظه مطابق با تعداد نوع واحد باینری ارائه می دهد.
4.  I6.
5. ترکیبی از اعداد را بر روی کلمه مولد نصب کنید که یک واحد باینری را در سلول حافظه ذکر شده ذخیره می کند.
6. با اسیلوسکوپ مشاهده کنید و سیگنال ها را در ورودی و خروجی عناصر I1 بکشید I6.
7. برای خواندن یک واحد باینری از یک سلول حافظه، ترکیبی از ارقام را روی کلمه مولد تنظیم کنید.
8. با اسیلوسکوپ مشاهده کنید و سیگنال ها را در ورودی و خروجی عناصر I1 بکشید I6.

آزمایش 2 مطالعه ماتریس RAM.

1. مدار نشان داده شده در شکل را مونتاژ کنید. 5.

شکل 5. نمودار یک برد مجازی با ماتریس RAM.

1. با استفاده از کلیدها S 1…S 8 آدرس سلول های ناحیه حافظه را (با توجه به تعداد نوع) برای خواندن محتویات این سلول ها تنظیم کنید. نتایج را در قالب یک جدول ثبت کنید:

داده های آدرس

K 0111

K+1 1011

K+2 1101

K+3 1110

1. با استفاده از کلیدها داده ها را بنویسید S 9…S 16 به سلول های RAM مطابق با شماره نوع. داده ها در کد باینری با استفاده از LED ها و آدرس سلول ها با استفاده از نشانگرهای دیجیتال در کد هگزا دسیمال نمایش داده می شوند.
2. داده هایی که مطابق با شماره گزینه در سلول های حافظه نوشته می شود به شرح زیر است:

الف) اجرای "0"؛

ب) اجرای "1"؛

ج) اجرای "00"؛

د) اجرای "11"

ه) "سطح افزایشی"؛

و) "سطح کاهشی"؛

ز) تغییر دفترچه یادداشت «11110000»؛

ح) "متناوب" 1010101010.

5. نشانگر پویا برای انجام هنگام تعویض کلیدهای آدرس S 1…S 8 به خروجی های مربوطه شمارنده، که آدرس سلول ها را در نتیجه دریافت پالس های کنترل از ژنراتور تغییر می دهد.

6. اسیلوگرام های سیگنال را در حالت خواندن داده ها بررسی کنید.

1. نام و هدف از کار آزمایشگاهی.

2. نام هر مورد از کار، طرح ها، نتایج اندازه گیری.

3. نتیجه گیری بر اساس نتایج تحقیق.

اگر پردازنده های RISC وجود داشته باشد، آنگاه به اجرای یک دستور در هر چرخه ساعت نزدیک می شوند.

همچنین با ساده شدن پردازنده، تعداد ترانزیستورهای مورد نیاز برای اجرای آن کاهش می یابد، در نتیجه مساحت کریستال کاهش می یابد. این امر منجر به کاهش هزینه و مصرف برق می شود.

همچنین باید در نظر داشت که پردازنده های RISC به دلیل سادگی قابل ثبت نیستند. این همچنین به توسعه سریع و تولید گسترده آنها کمک می کند. در همین حال، مجموعه کاهش یافته RISC فقط شامل رایج ترین دستورات مورد استفاده بود. تعدادی از دستورالعمل های نادر پردازنده CISC توسط توالی دستورات پردازنده RISC اجرا می شوند.

بعدها، مفهوم پردازنده های MISC با استفاده از حداقل مجموعه ای از دستورالعمل های طولانی ظاهر شد. به دنبال آنها، پردازنده های VLIW ظاهر شدند که با دستورالعمل های طولانی کار می کردند. سرعت پردازنده ها بر حسب میلیون ها عملیات در ثانیه MIPS تعریف می شود.

حافظه در دستگاه های ریزپردازنده

که در در دستگاه های ریزپردازنده، حافظه برای ذخیره داده های اولیه برنامه های پردازش اطلاعات نتایج محاسبات میانی و نهایی استفاده می شود.

دو نوع حافظه اصلی وجود دارد:

∙RAM یک حافظه با دسترسی تصادفی است که برای ذخیره داده ها استفاده می شود، بنابراین به این حافظه حافظه داده نیز می گویند. تعداد چرخه های خواندن و نوشتن در RAM محدود نیست، اما هنگامی که ولتاژ تغذیه خاموش می شود، تمام اطلاعات از بین می رود.

که در در ریزپردازنده های مدرن، حافظه RAM یک سیستم چند سطحی است که در آن سطوح حافظه فوق سریع (SRAM)، RAM، حافظه بافر (BZU) و حافظه خارجی (VZU) وجود دارد.

هر سطح بعدی از نظر ظرفیت و سرعت با سطح قبلی متفاوت است.

ظرفیت حداکثر مقدار اطلاعاتی است که می توان در حافظه ذخیره کرد.

عملکرد با طول مدت عملیات خواندن و نوشتن مشخص می شود، دو عملیات اصلی که توسط حافظه انجام می شود.

برای سطوح حافظه مشخص شده، ظرفیت در جهت از SRAM به OVC و عملکرد در جهت مخالف افزایش می‌یابد.

∙ROM یک دستگاه حافظه فقط خواندنی است که برای ذخیره برنامه ها طراحی شده است، بنابراین این حافظه را اغلب حافظه کد یا برنامه می نامند. تراشه های ROM قادر به حفظ اطلاعات در هنگام قطع برق هستند، اما فقط یک بار یا تعداد بسیار محدودی می توانند برنامه ریزی شوند.

ویژگی های کلیدی حافظه نیمه هادی

ویژگی های اصلی حافظه که در طراحی سیستم ها باید در نظر گرفته شود عبارتند از:

∙ظرفیت حافظه با تعداد بیت های اطلاعات ذخیره شده تعیین می شود. ظرفیت تراشه معمولاً بر حسب بیت نیز بیان می شود. یکی از ویژگی های مهم کریستال سازماندهی اطلاعات کریستال حافظه MxN است که در آن M تعداد کلمات و N طول کلمه است. برای زمان دسترسی یکسان، حافظه ای با عرض نمونه بیشتر ظرفیت اطلاعاتی بیشتری دارد.

∙ویژگی های زمانی حافظه.

1.1 زمان دسترسی - فاصله زمانی تعیین شده از لحظه ای که پردازنده مرکزی آدرس سلول حافظه مورد نیاز را روی گذرگاه آدرس قرار می دهد و دستور خواندن یا نوشتن داده ها را از طریق گذرگاه کنترل ارسال می کند تا زمانی که سلول آدرس داده شده به گذرگاه داده متصل شود. .

o زمان بازیابی زمان مورد نیاز برای بازگرداندن حافظه به حالت اولیه پس از حذف آدرس از SHA توسط CPU، سیگنال "خواندن" یا "نوشتن" از SHA و داده ها از SDS است.

∙هزینه واحد یک دستگاه ذخیره سازی با نسبت هزینه آن به ظرفیت اطلاعات تعیین می شود، یعنی. با هزینه کمی از اطلاعات ذخیره شده تعیین می شود.

∙مصرف انرژی (یا اتلاف توان) برای دو حالت عملکرد کریستال داده می شود: حالت ذخیره سازی غیرفعال و حالت فعال، زمانی که عملیات نوشتن و خواندن با سرعت اسمی انجام می شود.

∙تراکم بسته بندی بر اساس مساحت عنصر حافظه تعیین می شود و به تعداد ترانزیستورهای مدار المنت و تکنولوژی مورد استفاده بستگی دارد. بالاترین چگالی بسته بندی در کریستال های حافظه پویا به دست آمده است.

∙دمای مجاز محیط معمولاً به طور جداگانه برای عملکرد فعال، برای ذخیره سازی غیرفعال و برای عدم کارکرد در حالت خاموش مشخص می شود. نوع محفظه در صورت استاندارد بودن آن مشخص می شود، یا طرحی از محفظه نشان داده می شود که تمام ابعاد، علامت گذاری و شماره گذاری کنتاکت ها را در صورت نو بودن محفظه نشان می دهد. شرایط عملیاتی نیز داده می شود: موقعیت کاری، تأثیرات مکانیکی، رطوبت مجاز و موارد دیگر.

انواع تراشه های حافظه فقط خواندنی (ROM).

انواع اصلی رام زیر وجود دارد:

∙رام های ماسک - آنها در حین ساخت با استفاده از ماسک جامپرهای بسته (سطح بالا) و باز (سطح پایین) برنامه ریزی می شوند، این نوع رام ارزان ترین است، اما زمانی که در مقادیر زیاد تولید می شود.

∙ رام با جامپرهای همجوشی یا قابل برنامه ریزی الکتریکی (EPROM) - این ریز مدارها توسط مصرف کننده با عبور پالس های جریان برنامه ریزی می شوند تا زمانی که جامپرهای مربوط به بیت ها از بین بروند که باید صفر شوند.

∙ رام های قابل برنامه ریزی مجدد با ضبط الکتریکی اطلاعات و پاک شدن توسط اشعه ماوراء بنفش (UFPROM) - اساس سلول حافظه این نوع ریز مدار یک ترانزیستور MOS با یک دروازه "شناور" کاملاً ایزوله است، هنگام برنامه ریزی، اکسید می شکند و یک بار روی دروازه جمع می شود، که در آنجا ذخیره می شود تا زمانی که ریز مدار در معرض تابش اشعه ماوراء بنفش قرار گیرد، تحت تأثیر آن، اکسید رسانا می شود. مقاومت کانال ترانزیستور به شارژ گیت بستگی دارد و بیت نوشته شده به سلول را تعیین می کند.

∙ رام های پاک شونده الکتریکی (EEPROM) مشابه UFPROM طراحی شده اند، اما پاک کردن، مانند ضبط، زمانی که پالس های ولتاژ اعمال می شود، رخ می دهد. این گران‌ترین و در عین حال راحت‌ترین نوع رام است.

∙حافظه فلش در حال حاضر محبوب ترین است. مزیت اصلی آن این است که بر اساس اصل برنامه ریزی مجدد الکتریکی ساخته شده است، یعنی امکان پاک کردن و ضبط چندگانه اطلاعات را با استفاده از برنامه نویس ها فراهم می کند. حداقل تعداد تضمین شده چرخه نوشتن/پاک کردن معمولاً از چند هزار تجاوز می کند. این به طور قابل توجهی چرخه عمر را افزایش می دهد و انعطاف پذیری سیستم های ریزپردازنده را افزایش می دهد، زیرا به شما امکان می دهد تغییراتی در برنامه ریزپردازنده، هم در مرحله توسعه سیستم و هم در حین عملکرد آن در یک دستگاه واقعی ایجاد کنید.

انواع تراشه های رم

دو نوع تراشه RAM وجود دارد:

∙رم استاتیک، که در آن ماشه اساس سلول ذخیره سازی است.

حافظه فقط خواندنی (ROM, ROM) که به آن سفت‌افزار نیز می‌گویند، یک مدار مجتمع است که با داده‌های خاصی در حین ساخت برنامه‌ریزی می‌شود. رام ها نه تنها در رایانه ها، بلکه در اکثر دستگاه های الکترونیکی دیگر نیز استفاده می شوند.

قبل از صحبت در مورد انواع خاصی از تراشه های حافظه مدرن، لازم است کمی گذشته را یادآوری کنیم و اصول اولیه حافظه الکترونیکی و ویژگی های آدرس دهی آن را درک کنیم.

رایانه‌ها، بر خلاف افرادی که از سیستم اعداد اعشاری استفاده می‌کنند، از حساب باینری استفاده می‌کنند، یعنی هر بیتی از یک عدد ماشین می‌تواند حاوی «0» - خیر، یا «1» - بله باشد. بر این اساس، هر سلول از حافظه الکترونیکی رایانه باید یکی از دو مقدار را به خاطر بسپارد - 0 یا 1. ساده ترین دستگاه حافظه مجموعه ای از سوئیچ ها یا رله هایی است که مدار الکتریکی را بسته یا باز می کند. اگر به یاد داشته باشید ، رایانه های قدیمی فقط از رله برای RAM استفاده می کردند و از سوئیچ های معمولی به عنوان ROM استفاده می شد (و این تعجب آور نیست ، زیرا حتی مینی رایانه های دهه 80 قرن گذشته دارای یک پنل با مجموعه ای از سوئیچ های کلید برای ورود بودند. دستورات).

توسعه فن آوری های نیمه هادی منجر به این واقعیت شده است که در بیشتر موارد از مدارهای مجتمع سیلیکونی برای حافظه الکترونیکی رایانه شخصی استفاده می شود. و حداقل سلول حافظه در یک میکرو مدار یک فلیپ فلاپ است که در ساده ترین حالت روی دو ترانزیستور مونتاژ می شود. اما از آنجایی که کنترل ماشه به مدارهای کنترلی نیاز دارد، سلول ذخیره سازی اولیه حافظه استاتیک مدرن، که به ویژه برای حافظه کش استفاده می شود، گاهی اوقات حاوی بیش از ده ترانزیستور است. برای مثال در شکل. 12 نموداری از سلول حافظه یک تراشه CMOS را نشان می دهد. در آن، از شش ترانزیستور CMOS، تنها ترانزیستورهای V3 و V5 وظیفه ذخیره اطلاعات را بر عهده دارند و بقیه برای اهداف دیگر استفاده می شوند.

از آنجایی که ریزمدارهای حاوی صدها هزار سلول در یک کامپیوتر مدرن استفاده می‌شوند، سلول‌های ذخیره‌سازی در ماتریس‌های مربعی برای ساده‌سازی کنترل گروه‌بندی می‌شوند. برای دسترسی به یک سلول حافظه خاص، از آدرسی استفاده می شود که از شماره ردیف و ستون تشکیل می شود (شکل 13). به محض تنظیم آدرس صحیح سلول مورد نظر در گذرگاه های ستون و ردیف، ولتاژ مربوط به اطلاعات ثبت شده در سلول حافظه در خروجی ماتریس ظاهر می شود. توجه داشته باشید که از این اصل آدرس دهی برای خواندن یا نوشتن یک بایت در RAM نیز استفاده می شود، اما در عین حال، هر بیت از یک بایت یا کلمه مسئول ماتریس ذخیره سازی خود است که اغلب در یک ریزمدار مجزا قرار دارد.

برای نوشتن اطلاعات در یک سلول خاص از میکرو مدار، تنها یک خروجی در نظر گرفته شده است. هنگامی که آدرس صحیح سلول حافظه در گذرگاه آدرس تنظیم می شود، اگرچه سیگنال نوشتن به همه سلول ها اعمال می شود، اما تنها سلولی که در حال حاضر انتخاب شده (آدرس) نوشته می شود.

شکل 12. نمودار یک سلول حافظه CMOS

اصل نوشتن و خواندن سلول های حافظه در ماتریس حافظه به خوبی با مثال حافظه فریت نشان داده شده است (شکل 14). در سپیده دم عصر کامپیوتر، یک حلقه فریت کوچک بود که در گره های مش سیم قرار داشت. برای تشکیل سیگنال خواندن و نوشتن، یک سیم جداگانه از طریق تمام حلقه ها عبور داده شد. توجه داشته باشید که برای نوشتن "1" و "0" از خاصیت فرومغناطیس برای مغناطیس مجدد تحت اثر جریان الکتریکی استفاده شده است. کوچکترین حلقه های فریت فقط حدود 1 میلی متر قطر داشتند. با ظهور تراشه های حافظه نیمه هادی، حافظه فریت برای مدت طولانی فراموش شد، اما تراشه های FeRAM اخیراً ظاهر شده اند که فناوری تولید تراشه های سیلیکونی و خاصیت مواد فرومغناطیسی را برای تغییر مقاومت خود بسته به میدان مغناطیسی اعمال شده ترکیب می کنند.

پردازنده ها دارای یک گذرگاه داده هستند که مضربی از 8 بیت است، به عنوان مثال، 8، 16، 32 یا 64. در رایانه های شخصی قدیمی، حافظه الکترونیکی از میکرو مدارهایی که مثلاً دارای سلول های 64، 128، 256 و غیره بودند، جمع آوری می شد. . در مادربردهای رایانه های شخصی IBM PC، می توان ردیف هایی از تراشه های حافظه را دید که فضای زیادی را در آنجا اشغال می کنند. به منظور کاهش تعداد ریز مدارها و ساده کردن اتصالات الکتریکی آنها با یکدیگر، چندین آرایه جداگانه از سلول های حافظه روی یک تراشه سیلیکونی ایجاد شدند. محبوب ترین گزینه ها زمانی بود که تراشه حافظه دارای عمق بیتی برابر با 4 و 8 باشد که امکان کاهش تعداد کیس های روی برد را فراهم می کرد.

شکل 13

اسناد و لیست قیمت تراشه های حافظه نه تنها حجم کل آن، بلکه نحوه سازماندهی سلول های حافظه را نیز نشان می دهد. به عنوان مثال، در زیر خطوطی از لیست قیمت تراشه های حافظه پویا DDR و SDRAM آمده است:

DDR 256 مگابایت، 32 مگابایت 8، 266 مگاهرتز؛

DDR 128 مگابایت، 1bMx8، 266 مگاهرتز؛

· SDRAM 256 مگابایت، 32 مگابایت 8، 133 مگاهرتز؛

· SDRAM 128Mb، 16Mx8، 133MHz.

شکل 14. اصل نوشتن و خواندن سلول های حافظه در یک ماتریس ذخیره سازی

توجه داشته باشید که در ابتدا علامتی برای نوع ریز مدار وجود دارد و در انتها نشان دهنده حداکثر فرکانس ساعت اتوبوسی است که می توانند روی آن کار کنند. مقدار حافظه در تراشه در دو نسخه نشان داده شده است: 256 مگابایت -- تعداد کل سلول های حافظه در تراشه. 32Mx8 - این نام نشان می دهد که هر بیت 32 مگابایت دارد (از عبارت "عمق فضای آدرس" نیز از انگلیسی، عمق آدرس استفاده می شود). اگر 32 مگابایت را در 8 ضرب کنید، 256 مگابایت به دست می آید