Модуль 4. Цифровые запоминающие устройства. Устройства сопряжения аналоговых и цифровых схем.

ТЕМА 15. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). Структура ПЗУ с прожиганием. Программирование ПЗУ. Классификация ПЗУ. Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ). Элемент статического ОЗУ. Типовая структура ОЗУ. Временная диаграмма работы Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). Структура ПЗУ с прожиганием. Программирование ПЗУ. Классификация ПЗУ. Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ). Элемент статического ОЗУ. Типовая структура ОЗУ. Временная диаграмма работы

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) ПЗУ представляет собой чисто комбинационную схему, имеющую n адресных входов и m выходов. Рисунок 15.1 Схемное обозначение ПЗУ

1)Всевозможные конъюнкции с помощью дешифратор 2)C помощью схем или собираются все нужные конъюнкции. 1)Всевозможные конъюнкции с помощью дешифратор 2)C помощью схем или собираются все нужные конъюнкции. ПЗУ организуются по двухъярусной структуре:

Рисунок 15.2 Структура ПЗУ Работа схемы: если все плавкие перемычки целы, то при выборе любого адреса на входы всех дизъюнкторов будет поступать хотя бы по одной единице, поэтому y 0 = y 1 = ··· = y m-1 = 1. Для занесения в схему какой-либо информации некоторые перемычки пережигаются (ПЗУ с прожиганием), тогда на некоторых дизъюнкторах на все входы поступают 0 и на выход подается 0. Работа схемы: если все плавкие перемычки целы, то при выборе любого адреса на входы всех дизъюнкторов будет поступать хотя бы по одной единице, поэтому y 0 = y 1 = ··· = y m-1 = 1. Для занесения в схему какой-либо информации некоторые перемычки пережигаются (ПЗУ с прожиганием), тогда на некоторых дизъюнкторах на все входы поступают 0 и на выход подается 0.

Прожигаемая ПЗУ Примером такой ПЗУ является К155РЕ3. ЕЕ структура 32 8 (32 слова по 8 битов каждое). Рисунок 15.3 ПЗУ К155РЕ3

Если перемычка П 0 – цела, то при выборе транзистора VT0 (по адресу открывается 0 выход дешифратора), тогда ток этого транзистора создает через делитель R1R2 на базе VT2 некоторый потенциал, VT2 открывается, и на выходе y0 появится 0. Если перемычка П 0 – цела, то при выборе транзистора VT0 (по адресу открывается 0 выход дешифратора), тогда ток этого транзистора создает через делитель R1R2 на базе VT2 некоторый потенциал, VT2 открывается, и на выходе y0 появится 0. VT1 в это время закрыт, т.к. потенциал его базы равен 0. Чтобы на выходе у0 по­лучить 1 необходимо перемычку П0 сжечь. Для этого Uпит2 повышают до уровня В; открывается стабилитрон VD, на базе VT1 появляется положительный потенциал, транзистор VT1 открывается и его ток сжигает перемычку. Для этого Uпит2 повышают до уровня В; открывается стабилитрон VD, на базе VT1 появляется положительный потенциал, транзистор VT1 открывается и его ток сжигает перемычку. Теперь на базе VT2 не будет положительного потенциала, VT2 – закрыт, следовательно у 0 = 1. Длительность прожигающего импульса выбирается в интервале 5 20мс. Если перемычка П 0 – цела, то при выборе транзистора VT0 (по адресу открывается 0 выход дешифратора), тогда ток этого транзистора создает через делитель R1R2 на базе VT2 некоторый потенциал, VT2 открывается, и на выходе y0 появится 0. Если перемычка П 0 – цела, то при выборе транзистора VT0 (по адресу открывается 0 выход дешифратора), тогда ток этого транзистора создает через делитель R1R2 на базе VT2 некоторый потенциал, VT2 открывается, и на выходе y0 появится 0. VT1 в это время закрыт, т.к. потенциал его базы равен 0. Чтобы на выходе у0 по­лучить 1 необходимо перемычку П0 сжечь. Для этого Uпит2 повышают до уровня В; открывается стабилитрон VD, на базе VT1 появляется положительный потенциал, транзистор VT1 открывается и его ток сжигает перемычку. Для этого Uпит2 повышают до уровня В; открывается стабилитрон VD, на базе VT1 появляется положительный потенциал, транзистор VT1 открывается и его ток сжигает перемычку. Теперь на базе VT2 не будет положительного потенциала, VT2 – закрыт, следовательно у 0 = 1. Длительность прожигающего импульса выбирается в интервале 5 20мс.

ПЗУ с УФ стиранием ПЗУ со стиранием информации ультрафиолетовым излучением в настоящее время наиболее широко используются в микропроцессорных системах. В БИС таких ПЗУ каждый бит хранимой информации отображается состоянием соответствующего МОП-транзистора с плавающим затвором (у него нет наружного вывода для подключения). Затворы транзисторов при программировании «1» заряжаются лавинной инжекцией, т.е. обратимым пробоем изолирующего слоя, окружающего затвор под действием электрического импульса напряжением 18 – 26 В. Заряд, накопленный в затворе, может сохраняться очень долго из-за высокого качества изолирующего слоя. Так, например, для ППЗУ серии К573 гарантируется сохранение информации не менее 15 – 25 тысяч часов во включенном состоянии и до 100 тысяч часов (более 10 лет) в выключенном.

ПЗУ с электрическим стиранием Они позволяют производить как запись, так и стирание (или перезапись) информации с помощью электрических сигналов. Для построения таких ППЗУ применяются структуры с лавинной инжекцией заряда, аналогичные тем, на которых строятся ППЗУ с УФ стиранием, но с дополнительными управляющими затворами, размещаемыми над плавающими затворами. Подача напряжения на управляющий затвор приводит к рассасыванию заряда за счет туннелирования носителей сквозь изолирующий слой и стиранию информации. По этой технологии изготовляют микросхемы К573РР2. Достоинства ППЗУ с электрическим стиранием:высокая скорость перезаписи информации и значительное допустимое число циклов перезаписи не менее Они позволяют производить как запись, так и стирание (или перезапись) информации с помощью электрических сигналов. Для построения таких ППЗУ применяются структуры с лавинной инжекцией заряда, аналогичные тем, на которых строятся ППЗУ с УФ стиранием, но с дополнительными управляющими затворами, размещаемыми над плавающими затворами. Подача напряжения на управляющий затвор приводит к рассасыванию заряда за счет туннелирования носителей сквозь изолирующий слой и стиранию информации. По этой технологии изготовляют микросхемы К573РР2. Достоинства ППЗУ с электрическим стиранием:высокая скорость перезаписи информации и значительное допустимое число циклов перезаписи не менее

Рассматриваемые типы запоминающих устройств (ЗУ) применяются в компьютерах для хранения информации, которая изменя­ется в процессе вычислений, производимых в соответствии с программой, и называются оператив­ными (ОЗУ). Информация, записанная в них, раз­рушается при отключении питания. Главной частью ЗУ является накопитель, состоящий из триггеров Рассматриваемые типы запоминающих устройств (ЗУ) применяются в компьютерах для хранения информации, которая изменя­ется в процессе вычислений, производимых в соответствии с программой, и называются оператив­ными (ОЗУ). Информация, записанная в них, раз­рушается при отключении питания. Главной частью ЗУ является накопитель, состоящий из триггеров Статические ОЗУ ОЗУ

Рисунок 15.4 Матрица ЗУ

Накопитель двухкоордииатпого ЗУ состоит из нескольких матриц (рис.9-1), количество которых определяется числом разрядов записываемого слова. Запоминаю­щие элементы(ЗЭ) одной матрицы расположены на пересечении адресных шин Х строк и Y столбцов, имеют одну общую для всех элементов разрядную шину. В ЗЭ одной матрицы записываются одноимен­ные разряды всех слов, а каждое слово в идентично расположенные запоминающие элементы ЗЭi, всех матриц, составляющие ячейку памяти. Таким обра­зом, в двухкоординатное четырехматричное ЗУ, матрицы которого содержат по 16 запоминающих элемен­тов (рис. 1), можно записать 16 четырехразрядных слов.

Динамические ОЗУ В них запоминающий элемент содержит только один транзисторн.(рис.15.5) Рисунок 15.5 Элемент динамической ОЗУ

Информация в таком элементе хранится в виде заря­да на запоминающем конденсаторе, обкладками которо­го являются области стока МОП-транзистора и подлож­ки. Запись и считывание ннформаини производятся пу­тем открывания транзистора по затвору и подключения тем самым заноминаюшей емкости к схеме усилителя- регенератора. Последний, по существу является триггерным элементом,который В зависимости от предварительной подготовки или принимает (счи­ тывает) цнформацию из емкоетной запоминающец ячейки, устаиавливаясь при этом в состояние 0 пли 1,или, наоборот, в режиме записи соотвегствующим образом заряжает ячейку, будучи иредварительно установленным в 0 нли 1

В режиме чтения триггер усилителя регенератора в начале специальным управляющим сигналом устанав­ ливается в неустойчивое равновесное состояние, из которого при подключении к нему запоминающей емкости он переключается в 0 или 1. При этом в начале он по­ требляет часть заряда, а затем при установке в устойчивое состояние, возвращает его ячейке осуществляя таким образом регенерацию ее состояния. В режиме хранения информации необходимо периодически производить регенерацию для компенсации ес­тественных утечек заряда. максимальный период цикла регенерации для каждой из ячеек обычно составляет 1 2 мс.