Классификация ИС полупроводниковой памяти. Общая структура ИС оперативной памяти, их основные параметры. Статические и динамические оперативно запоминающих устройств (ОЗУ) с произвольной выборкой.

Запоминающие устройства (ЗУ) служат для хранения информации и обмена ею с другими ЦУ. Микросхемы памяти в общем объеме выпуска ИС зани­мают около 40% и играют важнейшую роль во многих системах различного назначения. Микросхемы и системы памяти постоянно совершенствуются как в области схемотехнологии, так и в области развития новых архитектур. В настоящее время созданы и используются десятки различных типов ЗУ.

Важнейшие параметры ЗУ находятся в противоречии. Так, например, боль­шая информационная емкость не сочетается с высоким быстродействием, а быстродействие в свою очередь не сочетается с низкой стоимостью. Поэто­му системам памяти свойственна многоступенчатая иерархическая структу­ра, и в зависимости от роли того или иного ЗУ его реализация может быть существенно различной.

В наиболее развитой иерархии памяти ЭВМ можно выделить следующие уровни:

регистровые ЗУ, находящиеся в составе процессора или других устройств (т. е. внутренние для этих блоков), благодаря которым уменьшается чис­ло обращений к другим уровням памяти, реализованным вне процессора и требующим большего времени для операций обмена информацией;

кэш-память, служащая для хранения копий информации, используемой в текущих операциях обмена. Высокое быстродействие кэш-памяти повы­шает производительность ЭВМ;

основная память (оперативная, постоянная, полупостоянная), работающая в режиме непосредственного обмена с процессором и по возможно­сти согласованная с ним по быстродействию. Исполняемый в текущий момент фрагмент программы обязательно находится в основной памяти;

специализированные виды памяти, характерные для некоторых специфиче­ских архитектур (многопортовые, ассоциативные, видеопамять и др.);

внешняя память, хранящая большие объемы информации. Эта память обычно реализуется на основе устройств с подвижным носителем ин­формации (магнитные и оптические диски, магнитные ленты и др.) В настоящем пособии устройства внешней памяти не рассматриваются.

Важнейшие параметры ЗУ:

Информационная емкость — максимально возможный объем хранимой ин­формации. Выражается в битах или словах (в частности, в байтах). Бит хра­нится запоминающим элементом (ЗЭ), а слово — запоминающей ячейкой (ЗЯ). т. е. группой ЗЭ, к которым возможно лишь одновременное обращение. Добавление к единице измерения множителя ”К" (кило) означает умножение на 2¹⁰= 1024, а множителя "М" (мега) — умножение на 2²⁰ = 1048576.

Организация ЗУ — произведение числа хранимых слов на их разрядность. Видно, что это дает информационную емкость ЗУ, однако при одной и той же информационной емкости организация ЗУ может быть различной, так что организация является самостоятельным важным параметром. Быстродействие (производительность) ЗУ оценивают временами считывания, записи и длительностями циклов чтения/записи.

Время считывания — ин­тервал между моментами появления сигнала чтения и слова на выходе ЗУ.

Время записи — интервал после появления сигнала записи, достаточный для установления ЗЯ в состояние, задаваемое входным словом. Минимально допустимый интервал между последовательными чтениями или записями образует соответствующий цикл. Длительности циклов могут превышать времена чтения или записи, т. к. после этих операций может потребоваться время для восстановления необходимого начального состояния ЗУ.

Время чтения, записи и длительности циклов — традиционные параметры. Для некоторых современных ЗУ они должны быть дополнены новыми. Причиной является более сложный характер доступа к хранимым данным, когда обращение к первому слову некоторой группы слов (пакета) требует большего времени, чем обращение к последующим. Для таких режимов вво­дят параметр времени доступа при первом обращении (Latency) и темпа пере­дач для последующих слов пакета (Bandwidth). Темп передач в свою очередь оценивается двумя значениями — предельным (внутри пакета) и усредненным (с учетом Latency). С уменьшением пакета усредненный темп снижается, все более отличаясь от предельного.

Помимо указанных основных параметров для ЗУ указывают еще целый на­бор временных интервалов. Перечисленные выше динамические параметры являются эксплуатационными (измеряемыми). Кроме них, существует ряд режимных параметров, обеспечение которых необходимо для нормального функционирования ЗУ, поскольку оно имеет несколько сигналов управле­ния, для которых должно быть обеспечено определенное взаимное располо­жение во времени. Для этих сигналов задаются длительности и ограничения по взаимному положению во времени

Один из возможных наборов сигналов ЗУ (рис. 1, а) включает следующие сигналы:

Рисунок 1 - Типичные сигналы ЗУ (а) и их временные диаграммы (б)

А— адрес, разрядность которого n, определяется числом ячеек ЗУ, т. е. максимально возможным числом хранимых в ЗУ слов. Для ЗУ типично число ячеек, выражаемое целой степенью двойки. Адрес является номе­ром ячейки, к которой идет обращение. Очевидно, что разрядность адре­са связана с числом хранимых слов N соотношением n = log₂N (имеется в виду максимально возможное число хранимых слов). Например, ЗУ с информационной емкостью 64К слов имеет 16-разрядные адреса, выра­жаемые словами

А = A₁₅A₁₄A₁₃..Ao;

CS — (Chip Select) или СЕ (Chip Enable), который разрешает или запре­щает работу данной микросхемы;

R/W — (Read/Write) задает выполняемую операцию (при единичном зна­чении — чтение, при нулевом — запись);

D1 и D0 (Data Input) и (Data Output) — шины входных и выходных дан­ных, разрядность которых m определяется организацией ЗУ (разряд­ностью его ячеек). В некоторых ЗУ эти линии объединены.

Требования к взаимному временному положению двух сигналов (А и В) за­даются временами предустановки, удержания и сохранения.

Время предустановки сигнала А относительно сигнала В t_SU(A-B) есть ин­тервал между началами обоих сигналов.

Время удержания t_H(A-B) это интервал между началом сигнала А и окон­чанием сигнала В.

Время сохранения t_V(A-B) это интервал между окончанием сигнала А и окон­чанием сигнала В.

Длительности сигналов обозначаются как t_w (индекс от слова Width — ширина).

Для ЗУ характерна такая последовательность сигналов. Прежде всего пода­ется адрес, чтобы последующие операции не коснулись какой-либо другой ячейки, кроме выбранной. Затем разрешается работа микросхемы сигналом CS (СЕ) и подается строб чтения/записи R/W (взаимное положение сигна­лов CS и R/W для разных ЗУ может быть различным). Если задана, напри­мер, операция чтения, то после подачи перечисленных сигналов ЗУ готовит данные для чтения, что требует определенного времени. Задний фронт сиг­нала R/W. положение которого во времени должно обеспечивать установле­ние правильных данных на выходе ЗУ. считывает данные.

Пример временной диаграммы для рассмотренного набора сигналов ЗУ и операции чтения приведен на рис. 1, б.

Индексом А (от слова Access) обозначаются согласно стандарту времена дос­тупа — интервалы времени от появления того или иного управляющего сиг­нала до появления информационного сигнала на выходе. Время доступа от­носительно сигнала адреса обозначается, если следовав правилу, как t_A(_A), но часто просто как t_A. Аналогично этому, время доступа относительно сигнала CS, л. е. t_A(cs₎; часто обозначается просто как t_СS Время t_A называют также временем выборки, а время t_СS — временем выбора.

Кроме отмеченных параметров для ЗУ используется и ряд других (уровни напряжений, токи, емкости выводов, температурный диапазон и т.д., кото­рые не требуют специального рассмотрения, т. к. они традиционны для цифровой схемотехники. Исключение составляет свойство энергонезависимости, т. е. способность ЗУ сохранять данные при отключении напряжения питания. Энергозависимость может быть ecтеcтвенной, т. е. присущей самим ЗЭ, или искусственной, достигаемой введением резервных источни­ков питания, автоматически подключаемых к накопителю ЗУ при снятии основного питания.

Для классификации ЗУ (рис. 2) важнейшим признаком является способ доступа к данным.

При адресном доступе код на адресном входе указывает ячейку, с которой ведется обмен. Все ячейки адресной памяти в момент обращения равнодос­тупны. Эти ЗУ наиболее разработаны, и другие виды памяти часто строят на основе адресной с соответствующими модификациями.

Адресные ЗУ делятся на RAM (Random Access Memory) и ROM (Read-Only Memory). Русские синонимы термина RAM: ОЗУ (оперативные ЗУ) или ЗУПВ (ЗУ с произвольной выборкой). Оперативные ЗУ хранят данные, уча­ствующие в обмене при исполнении текущей программы, которые могут быть изменены в произвольный момент времени. Запоминающие элементы ОЗУ, как правило, не обладают энергонезависимостью. В ROM (русский эквивалент — ПЗУ, т. е. постоянные ЗУ) содержимое либо вообще не изменяется, либо изменяется, но редко и в специальном режиме. Для рабочего режима это "память только для чтения".

Рисунок 2 - Классификация ЗУ

RAМ делятся на статические и динамические, В первом варианте запоми­нающими элементами являются триггеры, сохраняющие свое состояние, пока схема находится пол питанием и нет новой записи данных. Во втором варианте данные хранятся в виде зарядов конденсаторов, образуемых элементами МОП-структур. Саморазряд конденсаторов ведет к разрушению данных, поэтому они должны периодически (каждые несколько миллисекунд) регенерироваться. В то же время плотность упаковки динамических элементов памяти в несколько раз превышает плотность упаковки, дости­жимую в статических RAM.

Регенерация данных в динамических ЗУ осуществляется с помощью специ­альных контроллеров. Разработаны также ЗУ с динамическими запоминаю­щими элементами, имеющие внутреннюю встроенную систему регенерации, у которых внешнее поведение относительно управляющих сигналов стано­вится аналогичным поведению статических ЗУ. Такие ЗУ называют квазистатическими.

Статические ЗУ называются SRAM (Static RAM), а динамические — DRAM (Dynamic RAM).

Статические ОЗУ можно разделить на асинхронные, тактируемые и син­хронные (конвейерные). В асинхронных сигналы управления могут задаваться как импульсами, так и уровнями. Например, сигнал разрешения работы CS может оставаться неизменным и разрешающим на протяжении многих цик­лов обращения к памяти. В тактируемых ЗУ некоторые сигналы обязатель­но должны быть импульсными, например, сигнал разрешения работы СS в каждом цикле обращения к памяти должен переходить из пассивного со­стояния в активное (должен формироваться фронт этого сигнала в каждом цикле). Этот тип ЗУ называют часто синхронным. Здесь использован тер­мин "тактируемые", чтобы "освободить" термин "синхронные" для новых типов ЗУ, в которых организован конвейерный тракт передачи данных, син­хронизируемый от тактовой системы процессора, что дает повышение темпа передач данных в несколько раз. Динамические ЗУ характеризуются наибольшей информационной емкостью и невы­сокой стоимостью, поэтому именно они используются как основная память ЭВМ. Поскольку от этой памяти требуется высокое быстродействие, разработаны многочисленные архитектуры повышенного быстродействия, перечисленные в классификации.

Статические ЗУ в 4...5 раз дороже динамических и приблизительно во столько же раз меньше по информационной емкости. Их достоинством яв­ляется высокое быстродействие, а типичной областью использования — схемы кэш памяти.

Постоянная память типа ROM (М) программируется при изготовлении ме­тодами интегральной технологии с помощью одной из используемых при этом масок. В русском языке ее можно назвать памятью типа ПЗУМ (ПЗУ масочные). Для потребителя это в полном смысле слова постоянная память, т. к. изменить ее содержимое он не может.

В следующих трех разновидностях ROM в обозначениях присутствует буква Р (от Programmable). Это программируемая пользователям память (в русской тер­минологии ППЗУ — прохраммируемые ПЗУ). Ее содержимое записывается либо однократно (в PROM), либо может быть заменено путем стирания ста­рой информации и записи новой (в EPROM и EEPROM). В EPROM стира­ние выполняется с помощью облучения кристалла ультрафиолетовыми луча­ми, ее русское название РПЗУ-УФ (репрограммируемое ПЗУ с УФ- стиранием). В EEPROM стирание производится электрическими сигналами, ее русское название РПЗУ-ЭС (репрограммируемое ПЗУ с электрическим стиранием). Английские названия расшифровываются как Electrically Programmable ROM и Electrically Erasable Programmable ROM. Программиро­вание PROM и репрограммирование EPROM и EEPROM производятся в обычных лабораторных условиях с помощью либо специальных программато­ров, либо специальных режимов без специальных приборов (для EEPROM). Память типа Flash по запоминающему элементу подобна памяти типа EEPROM (или иначе E²PROM), но имеет структурные и технологические особенности, позволяющие выделить ее в отдельный вид.

Запись данных и для EPROM и для E²PROM производится электрическими сигналами

В ЗУ с последовательным доступом записываемые данные образуют некото­рую очередь. Считывание происходит из очереди слово за словом либо в порядке записи, либо в обратном порядке. Моделью такого ЗУ является по­следовательная цепочка запоминающих элементов, в которой данные пере­даются между соседними элементами.

Прямой порядок считывания имеет место в буферах FIFO с дисциплиной "первый пришел — первый вышел" (First In — First Out), а также в файло­вых и циклических ЗУ.

Разница между памятью FIFO и файловым ЗУ состоит в том. что в FIFO запись в пустой буфер сразу же становится доступной для чтения, т. е. по­ступает в конец цепочки (модели ЗУ). В файловых ЗУ данные поступают в начало цепочки и появляются на выходе после некоторого числа обраще­ний, равного числу элементов в цепочке. При независимости операций счи­тывания и записи фактическое расположение данных в ЗУ на момент счи­тывания не связано с каким-либо внешним признаком. Поэтому записы­ваемые данные объединяют в блоки, обрамляемые специальными символа­ми конца и начала (файлы). Прием данных из файлового ЗУ начинается по­сле обнаружения приемником символа начала блока.

В циклических ЗУ слова доступны одно за другим с постоянным периодом, определяемым емкостью памяти. К такому типу среди полупроводниковых ЗУ относится видеопамять (VRAM).

Считывание в обратном порядке свойственно стековым ЗУ, для которых реализуется дисциплина "последний пришел — первый вышел Такие ЗУ называют буферами LIFO (Last In — First Out).

Время доступа к конкретной единице хранимой информации в последова­тельных ЗУ представляет собою случайную величину. В наихудшем случае для такого доступа может потребоваться просмотр всего объема хранимых данных.

Ассоциативный доступ реализует поиск информации но некоторому признакам, а не по ее расположению в памяти (адресу или месту в очереди) В наи­более полной версии все хранимые в памяти слова одновременно проверя­ются на соответствие признаку, например, на совпадение определенных по­лей слов (тегов — от английского слова tag) с признаком, задаваемым входным словом (теговым адресом). На выход выдаются слова, удовлетворяющие признаку. Дисциплина выдачи слов, если тегу удовлетворяют несколько слов, а также дисциплина записи новых данных могут быть разными Ос­новная область применения ассоциативной памяти в современных ЭВМ кэширование данных.

Технико-экономические параметры ЗУ существенно зависят от их схемотех­нологической реализации По этому признаку также возможна классифика­ция ЗУ, однако удобнее рассматривать этот вопрос применительно к от­дельным типам памяти.

Если к памяти можно обратиться в любой момент времени, чтобы запомнить в ней или извлечь из нее информацию, то ее называют памятью с чтением и запи­сью (read/write memory, RWM). Большинство устройств памяти такого типа, при­меняемых сегодня в цифровых системах, являются оперативной памятью (ОЗУ) или памятью с произвольным доступом (random-access memory, RAM). Это означает, что каждый раз при чтении или записи можно выбрать любую ячей­ку памяти. С этой точки зрения ПЗУ (ROM) также является памятью с произ­вольным доступом, но название «ОЗУ» (“RAM”) обычно относится только к па­мяти с произвольным доступом, в которой возможны чтение и запись.

В статическом ОЗУ (static RAM, SRAM) слово, записанное однажды в ка­кую-то ячейку, сохраняется в ней пока на микросхему подано напряжение пита­ния, если только содержимое этой ячейки не изменяется в результате новой за­писи. В динамическом ОЗУ (dynamic RAM, DRAM) рытые, сохраняемые в каждой ячейке, необходимо периодически обновлять путем их чтения и последующей повторной записи; в противном случае они будут потеряны. В этой главе мы рас­смотрим оба типа памяти.

В большинстве ОЗУ хранящаяся в них информация теряется при отключении питания; другими словами ОЗУ является энергозависимой памятью (volatile memory). Но бывают также ОЗУ, называемые энергонезависимой памятью (nonvolatile memory), которые сохраняют записанную в них информацию даже при отключении питания. Примерами энергонезависимых ОЗУ служат вышедшая из употребления память на магнитных сердечниках и современная статическая КМОП-память в сверхбольших корпусах, внутри которых имеются литиевые бата­реи с 10-летним сроком службы. Недавно было объявлено о выпуске энергонеза­висимого ферроэлектрического ОЗУ (ferroelectric RAM); в этих устройствах в одной ИС объединены магнитные и электронные элементы, которые сохраняют свое состояние даже при отключенном питании точно так же, как в прежней па­мяти на магнитных сердечниках.

Статические оперативные ЗУ

Как и в случае ПЗУ, у ОЗУ имеются адресные входы, входы управления и выходы данных; но кроме этого у ОЗУ есть еще и входы данных. На рис. 3 показаны входы и выходы простого статического ОЗУ, предназначенного для хранения 2ⁿ × bбитов. Кроме тех же входов управления, что и у ПЗУ, имеется вход разрешения записи WE (write-enable input). Входные данные записываются в выбранную ячейку памяти, когда сигнал на входе WE имеет активный уровень.

Рисунок 3 - Общая структура ОЗУ 2ⁿ × b

Ячейки памяти статического ОЗУ ведут себя скорее как D-защелки, а не как переключающиеся по фронту D-триггеры. Это означает, что всякий раз, когда на вход WE подан сигнал активного уровня, защелка в выбранной ячейке памяти «от­крыта» (или «прозрачна»): входные данные поступают на защелку и появляются на ее выходе. Фактически запоминается то значение, которое присутствует на вхо­де защелки в момент ее закрытия.

Обычно у статического ОЗУ бывают только два режима доступа:

Режим чтения На входы CS и ОЕ поданы сигналы активного уровня, а на ад­ресные входы поступают сигналы адреса. С выходов защелок выбранной ячейки памяти данные поступают на выходы дан­ных DOUT.

Режим записи На адресные входы подаются сигналы адреса, а на входы дан­ных DIN - слово данных; затем на входы CS и WE поступают сигналы активного уровня. Открываются защелки выбранной ячейки памяти и в них запоминается входное слово данных.

При организации доступа к статическому ОЗУ требуется некоторая осторож­ность, поскольку в том случае, когда не удовлетворяются временные требования, предъявляемые микросхемой ОЗУ, при записи в выбранную ячейку возможно , непреднамеренное «затирание» информации, хранящейся в одной или в нескольких других ячейках. Для того чтобы показать, почему это происходит, в следую­щем разделе приведена детальная внутренняя структура статического ОЗУ, а за­тем рассматриваются реальные временные соотношения и их соответствие предъявляемым требованиям.

Схема в каждом двоичном разряде статического ОЗУ (ячейка статического ОЗУ; SRAM cell) имеет вид, приведенный на рис. 4. Элементом, хранящим информацию в каждой ячейке, служит D-защелка. Когда на вход SEL_L подан сиг­нал активного уровня, сохраняемая в ячейке информация появляется на ее выхо­де, который соединен с соответствующей линией битов. Если сигнал активного уровня поступает на оба входа SEL L и WR L, то защелка открыта и в ней запоми­нается новый бит данных.

Рисунок 4 - Функциональная модель ячейки статистического ОЗУ

Синхронные статические ОЗУ

Внутри новой разновидности статических ОЗУ, называемых синхронными стати­ческими ОЗУ (synchronous SRAM, SSRAM), по-прежнему применяются защелки, но имеется тактируемый интерфейс для сигналов управления, адресных сигналов и сигналов данных. Как показано на рис. 5, на пути адресных сигналов и сигналов управления находятся внутренние переключающиеся по фронту регистры AREG и CREG. В результате действие, задаваемое перед нарастающим фронтом тактового сигнала, выполняется внутри микросхемы наследующем такте. При записи в регис­тре INREG фиксируются входные данные. Если выходы микросхемы «конвейерные», то в ней имеется регистр OUTREG, обеспечивающий сохранение данных, выводи­мых при чтении; в случае «сквозных» выходов регистр OUTREG отсутствует.

Рисунок 5 - Внутренняя структура синхронного статического ОЗУ

Динамические оперативные запоминающие устройства

Основной ячейкой памяти в статическом ОЗУ является D-защелка, для которой требуются четыре вентиля в дискретном исполнении и от четырех до шести тран­зисторов в заказном статическом ОЗУ в виде БИС. Для того чтобы построить ОЗУ с более высокой плотностью (с большим числом двоичных ячеек в кристалле), разработчики микросхем памяти придумали ячейки, в которых на каждый бит приходится всего лишь по одному транзистору.

Используя только один транзистор нельзя построить элемент с двумя устойчивы­ми состояниями. В ячейках памяти динамического ОЗУ (dynamic RAM, DRAM) информация сохраняется в виде напряжения на крошечном конденсаторе, доступ к которому осуществляется с помощью МОП-транзистора На рис. 6 показана ячейка памяти динамического ОЗУ, в котором запоминается один бит и обраще­ние к которой происходит при подаче на линию слова напряжения высокого уров­ня. Чтобы запомнить 1, на линию бита подается напряжение высокого уровня, которое через «открытый» транзистор поступает на конденсатор и заряжает его. Для сохранения 0 на линию бита подается напряжение низкого уровня, в резуль­тате чего конденсатор разряжается.

Рисунок 6 - Ячейка памяти в динамическом ОЗУ для хранения одного бита

Для чтения информации, хранящейся в ячейке динамического ОЗУ, на линии бита сначала устанавливается напряжение предварительного уровня (precharge voltage), значение которого находится посередине между высоким и низким уров­нями, а затем на линию слова подается напряжение высокого уровня. В зависимо­сти оттого, заряжен или разряжен конденсатор, напряжение на линии бита стано­вится немного выше или немного ниже предварительного уровня. С помощью усилителя считывания (sense amplifier) это небольшое изменение напряжения обнаруживается и доводится до уровня логической 1 или логического 0 соответ­ственно. Обратите внимание, что при чтении содержимого ячейки изменяется исходное напряжение на конденсаторе, поэтому после чтения хранившаяся в ячейке информация должна быть снова в нее записана.

Емкость конденсатора в ячейке динамического ОЗУ очень мала, но подклю­ченный к конденсатору МОП-транзистор в запертом состоянии имеет очень боль­шое сопротивление. Поэтому требуется относительно большое время (несколь­ко миллисекунд) для того, чтобы конденсатор разрядился настолько, что имевшееся на нем напряжение высокого уровня упало до значения, соответ­ствующего низкому уровню. В течение этого времени конденсатор хранит один бит информации.

В системах памяти на основе динамических ОЗУ для обновле­ния данных в каждой ячейке предусмотрены периодически повторяющиеся цик­лы регенерации (refresh cycles). В первых динамических ОЗУ регенерация про­изводилась каждые четыре миллисекунды. Цикл регенерации включает последовательно выполняемые чтение несколько ухудшенного содержимого каж­дой ячейки в D-защелку и повторную запись полноценного значения логического сигнала из защелки в ячейку. На рис. 7 показано напряжение на конденсаторе в ячейке памяти после записи и последующих циклов регенерации.

Рисунок 7 - Напряжение на конденсаторе в ячейке динамического ОЗУ после записи и выполнения циклов регенерации

Большие динамические ОЗУ представляют собой большие матрицы, а часто состоят из нескольких матриц. Одно из достоинств применения нескольких матриц заключается в простоте решения электрических и физических проблем, которые возникали бы при проектировании матриц очень больших размеров. Но еще более важным является параллелизм, становящийся возможным при наличии нескольких матриц. Как мы увидим в следующем разделе, работа динамического ОЗУ намного сложнее, чем работа статического ОЗУ. Благодаря наличию в больших быстродей­ствующих динамических ОЗУ нескольких матриц, современный контроллер дина­мического ОЗУ может выполнять параллельно несколько операций, например, за­вершать цикл записи в одной матрице, инициализируя цикл чтения в другой. В результате этого суммарный коэффициент использования памяти повышается.

Синхронные динамические ОЗУ

Протокол доступа по фронту сигналов RAS/CAS обычных динамических ОЗУ не только сложен; трудно заставить эту память работать быстро и укладываться во временные границы при связи с остальными блоками системы. В результате в начале 90-х годов появились синхронные динамические ОЗУ (synchronous DRAM, SDRAM), в которых применен более традиционный синхронный интер­фейс, а к концу 90-х годов эти устройства стали доминирующими на рынке памя­ти для персональных компьютеров.

В синхронных динамических ОЗУ сохранен мультиплексный принцип адреса­ции обычных динамических ОЗУ: адрес строки и адрес столбца подаются за два шага. Однако значения сигналов управления в синхронном динамическом ОЗУ, так же как и значения сигналов на адресных входах, фиксируются только на нарастаю­щем фронте общего тактового сигнала CLK с частотой до 133 МГц. Кроме того, в синхронных динамических ОЗУ введен сигнал разрешения, если он имеет неактивный уровень, то другие сигналы управления и сигналы ад­реса игнорируются. При записи значения данных принимаются во внимание в мо­мент прохождения фронта тактового сигнала, и при чтении данные поступают на выход по фронту тактового сигнала.

Точно так же, как и у обычного динамического ОЗУ, для реализации той или иной операции внутри синхронной памяти требуется выполнить определенное число шагов, а это занимает несколько тактов внешнего тактового сигнала. Внутри синхронного устройства памяти имеется несколько банков динамического ОЗУ, как правило, четыре, в которых могут осуществляться одновременного несколько операций.

В каждом периоде тактового сигнала сигналы управления RAS_L, CAS_L и WE_L интерпретируются синхронным динамическим ОЗУ как «командное слово», а не как отдельные управляющие воздействия. В то же время старшие адресные биты воспринимаются ОЗУ как «выбор банка»: они указывают, к какому банку отно­сится команда. Например, «умный» контроллер синхронного динамического ОЗУ может использовать четыре тактовых импульса, для того чтобы инициализировать операции чтения в четырех различных банках, а затем вернуться к первому из них и считать готовые результаты, затрачивая по одному такту на каждый банк.

Внутренняя синхронизация в синхронном динамическом ОЗУ осуществляется внешним тактовым сигналом, подаваемым на вход CLK. Как правило, сигнал RAS, поступающий на внутреннюю матрицу, переходит на активный уровень немед­ленно после прохождения фронта синхросигнала, следующего за подачей коман­ды чтения или команды записи. Для выполнения требований внутренней синхро­низации, внутренний сигнал CAS в микросхеме вырабатывается позднее. На сколько тактов позже - зависит от частоты тактового сигнала CLK и быстродей­ствия самой микросхемы памяти. Чтобы удовлетворить различным требовани­ям, интервал времени между сигналами RAS и CAS, называемый CAS-задержкой, делается программируемым. Величина этой задержки и несколько других важ­ных рабочих параметров необходимо загружать в синхронное динамическое ОЗУ при инициализации. Загрузка довольно проста: устройство памяти распознает ко­манду «загрузка параметров», когда одновременно переходят на активный уро­вень управляющие сигналы RAS_L, CAS_L и WE_L, а сами параметры поступают на адресные линии.

Вопрос