Структурная схема восьмиразрядного ПЗУ.

На рис.1.2.2 изображена структура и условное обозначение типово­го восьмиразрядного ПЗУ емкостью 2⁹ = 512 байт = 4096 бит, которая хорошо иллюстрирует принципы построения и функционирования ПЗУ.

Рис.1.2.2.

В узлах матрицы 64x64 размещается полупроводниковый прибор (диод, тран­зистор) с плавкой вставкой или без нее (ROM); в каждом узле контакт между адресной и разрядной шинами может быть нарушен посредством разрушения прибора или вставки. У ПЗУ типа PR0M в узлах матрицы наносится слой нитрида кремния, который хорошо хранит электрический заряд. Время обращения зависит от технологии изготовления БИС ЗУ и для биполярных ПЗУ составляет 20-50 не, для униполярных - 200-600 не. Сигнал на входе Со (или ВК = "выбор кристалла") разрешает или запрещает работу БИС.

Матричное ОЗУ

В ОЗУ в узлах матричного накопителя в качестве ячеек памяти используются регистры (триггеры). По этой причине по сравнению с ПЗУ резко возрастают габариты и уменьшается емкость. Главная задача при построении матричного ОЗУ заключается во вводе/выводе информации в любую ячейку по одной шине данных (ШД). Эта задача в принципе просто решается с помощью мультиплексирования, т.е. подключения входов всех регистров к входной ШД, всех выходов – к выходной ШД: при этом проблема адресации к нужной ячейке памяти (ЯП) решается посредством анализа содержимого шины адреса (ША) с помощью двух ДШ номера строки и номера столбца, которые «реанимируют» только одну ЯПij, формируя высокие потенциалы только на i-м и j-м выходах и подавая их на адресные входы А_х и А_у нужной ЯП. (рис. 1. 2.3)

Рис. 1.2.3

Ячейки памяти (регистры)

В ОЗУ такого типа возможен произвольный порядок (доступ) обращения к ЯП; в ОЗУ же с последовательным доступом – только в порядке возрастания/убывания адресов (как, например, в стенке или ЗУ на магнитных лентах). Следует обратить внимание на программную реализацию стека в специально выделенной области ОЗУ, когда адреса формируются отдельным реверсивным счетчиком, называемым указателем стека.

Особенности работ динамических ОЗУ

Режим работы динамических ОЗУ, требующих периодического восстановления (регенерации) информации в ЯП, так как каждый бит хранится в виде заряда на емкости затвора МОП-транзистора и возможна утечка заряда. Сверхоперативные ЗУ строятся на приборах с зарядовой связью.

1.2.2.1; 1.2.3.1; 1.2.4.1.

Подробности об ОЗУ и ПЗУ.

Характеристики современных БИС ЗУ, используемых для постро­ения ОЗУ, приведены в табл. I [2].

Таблица I

Марка БИС ЗУ	Тип ЗУ	Емкость	Время Чтения или за­писи, не	Техно­логия	Потребляемая мощ­ность, МВт/бит	Напря­жение пита­ния, В
К541РУ1	статическое	4096x1		И2Л	0,11	+5
КР537РУ2	статическое	4096x1		кМДЦ	0,07	+5
К566РУ1	динамическое	4096x1		ЦДЛ	0,175	+5, н12
К565РУЗ	динамическое	16384x1		Мдп	0,03	+5,+12

Перейдем к рассмотрению ПЗУ. Постоянными называются ЗУ, ко­торые по своим конструктивным особенностям могут хранить только постоянную, не изменяемую информацию. В таких ЗУ хранимая ими информация заносится в устройства однажды и не изменяется в процессе работы ЭВМ или системы; ПЗУ работают в системе только на считывание данных, но не на запись. ПЗУ имеют другие назва­ния: односторонние, долговременные, пассивные ЗУ. Смысл примене­ния постоянных ЗУ в том, что, с одной стороны, при обработке данных часто встречаются наборы данных, не изменяющиеся в процес­се всей "жизни" системы; с другой стороны - конструкция постоян­ного ЗУ, имеющего упрощенную функцию, имеет определенные досто­инства перед оперативным ЗУ, работающим и на запись, и на считы­вание. К неизменяемым наборам данных относятся микропрограммы устройства управления (см. с. 27 ), тест-программы контроля ис­правности устройств, табличные функции, библиотеки стандартных программ, программы инициализации операционной системы и др.

Если в ЗУ следует хранить постоянную информацию, ее можно записать и хранить не электрическим, а механическим способом, это позволит получить лучшие характеристики. Далеким прототипом ПЗУ можно считать старинные музыкальные шкатулки, в которые за­пись заносилась раз и навсегда соответствующим расположением механических пуансонов на образующей поверхности вращающегося барабана. Принцип построения современных ПЗУ можно понять из рис. 1.2.3.1

Рис. 1.2.3.1 Принцип работы ПЗУ

,

ПЗУ образовано прямоугольной матрицей, имеющей адресные шины A_iи разрядные шины x_i . Одна ячейка ЗУ, хранящая слово, об­разуется одной горизонтальной шиной адреса, A_i «I»в j– й разряд i -го слова реализуется включением диода в пересечение j -ой разрядной и i -ой адресной шин; пересечение адресной и разрядной шин, не содержащее диода, хранит "О". Де­шифратор адреса ПЗУ преобразует код адрес обращения к ПЗУ в возбуждение одной соответствующей адресной шины A_i . Возбуждение шины выражается в том, что на ней появляется единичный сигнал, на остальных шинах при этом сохраняется нулевой сигнал. В рассматриваемой примере нулевой сигнал является закрывающим для диодов, а единичный – открывающим. Таким образом, в результате выбора одной адресной шиш на разрядных шинах появится набор сигналов, соответствующих записи на выбранной шине.

Технологически проще записывать информацию в ПЗУ на основе следующего общего метода. Вначале изготовляется матрица, содержащая диоды во всех пересечениях, затем "удаляются" диоды из тex пересечений. где должен храниться "О". "Удаление" диода из ячейки производится разрывом одного из проводников, связывающих диод с шинами. Для этой цели последовательно с каждым диодом имеется перемычка из нихрома, она при определенной величине то­ка сгорает, расплавляется, разрывая цепь (перемычка показана условно в пересечении А₅ X₂ ), Запись информации в матрицу про­изводится на специальных стендах, программаторах, которые созда­ют необходимый электрический режим, последовательно выбирают пересечения в матрице я подают большой, перелагающий ток в пере­сечения, куда следует записать "О".

В качестве элементов, включаемых в пересечения шин матрицы, кроме диодов могут использоваться транзисторы или эмиттеры многоэмиттерных транзисторов. ПЗУ обеспечивают большую плотность упаковки информации в кристалле, чем ОЗУ, важнейшим достоинством ПЗУ перед ОЗУ служит то, что оно энергонезависимо, т.е. отключе­ние электрического питания не приводит к утрате хранимой информа­ции.

Очень важной разновидностью ПЗУ являются программируемые ло­гические матрицы (ПЛМ) [4] . ПЗУ можно считать комбинационной циф­ровой схемой, реализующей некоторую функцию булевой алгебры. Воз­можности ПЗУ в этом смысле универсальны - оно может реализовать любую булеву функцию, для этого достаточно занести в матрицу соответствующие записи. Ограничения накладываются лишь объемом памяти, т.е. числом переменных булевой функции. Ограничения мок­ко- существенно ослабить, если строить матрицу специализированно, более экономично. Такое построение ПЗУ получило название ЦВМ. ГШ строится в виде последовательного соединения матрицы декодера (дешифратора) и матрицы кодера (шифратора), такая композиция универсальна - может реализовать любую булеву функцию.

ПЛМ, как и ПЗУ общего вида, могут программироваться, т.е. приобретать конкретную запись при изготовлении на заводе-изго­товителе, в этом случае они содержат некоторые стандартные функ­ции и могут программироваться пользователями и выполнять в этом случае любые, не стандартные функции.