Полупроводниковые схемы памяти. (Лекция 14) презентация

Лекция 14 Полупроводниковые схемы памяти Классификация запоминающих устройств (ЗУ) ЗУ с последовательной выборкой. Регистры, стеки. ЗУ с произвольной выборкой. Постоянные ЗУ (ПЗУ), оперативные ЗУ (ОЗУ).

Под памятью цифровых вычислительных систем понимают совокупность технических средств, предназначенных для приема (записи), хранения и выдачи (считывания) информации, представленной двоичным кодом Под памятью цифровых вычислительных систем понимают совокупность технических средств, предназначенных для приема (записи), хранения и выдачи (считывания) информации, представленной двоичным кодом

Основные характеристики запоминающих устройств (ЗУ) информационная емкость, определяемая максимальным объемом хранимой информации в битах или байтах быстродействие, характеризуемое временем записи и считывания информации из ЗУ энергопотребление, определяемое электрической мощностью, потребляемой ЗУ от источников питания в каждом из режимов работы стоимость хранения информации в расчете на один бит энергонезависимость, то есть сохраняется ли информация в ЗУ после выключения электропитания а также надежность, масса, габаритные размеры и др.

Единицы измерения объема памяти (информационной емкости) схем

Классификация полупроводниковых ЗУ Классификация полупроводниковых ЗУ

Классификация по способу выборки информации ЗУ с последовательной выборкой – данные из ячеек выбираются в определенной последовательности, начиная с заранее определенного адреса ЗУ с произвольной выборкой – данные из ячеек могут выбираться в любой последовательности по адресу ячейки (строка и столбец). Характеризуются равенством времен записи (считывания) для всех ячеек памяти

ЗУ с последовательной выборкой SERIAL-ACCESS MEMORY

Способы записи и считывания информации в регистрах-стеках

Последовательно-параллельное регистровое ЗУ

ЗУ последовательного типа на ПЗС-регистрах

ЗУ с произвольной выборкой RAM – Random Access Memory

ЗУ с произвольной выборкой с одноступенчатым дешифратором Произвольный доступ к информации обеспечивает схема дешифратора, у которого логическая функция – это получение полного набора минтермов для n переменных. Тогда при числе входов n с выхода снимается 2n минтермов:

ЗУ с произвольной выборкой с двухступенчатым дешифратором

ЗУ с произвольной выборкой АЗУ (ассоциативное ЗУ, Content-addressable memory, associative memory) – схемы с выборкой-сравнением информации с эталоном: при совпадении данных элемент выбирается. ПЗУ (постоянное ЗУ, ROM – Read-Only Memory) – энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных. При изготовлении ИС программируются определенными данными. Для перезаписи требуется специальная операция. ОЗУ (оперативное ЗУ, RAM – Random Access Memory) – энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код, а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором. Характеризуются возможностью быстрого записи/считывания информации в виде двоичных чисел в свою любую отдельную ячейку. С учетом способа хранения ОЗУ делятся на статические и динамические.

Основные виды ПЗУ Масочные – запрограммированы при помощи шин металлизации на последнем этапе создания разводки. Фотошаблон (маска) металлизации фиксирует навсегда записанную в элемент памяти информацию. Программируемые пользователем (ППЗУ, PROM - Programmable ROM) – возможно перепрограммирование ячеек памяти в зависимости от потребностей пользователей. Репрограммируемые (РПЗУ, EPROM-Erasable Programmable ROM, EEPROM - Electrically Erasable Programmable ROM), в таких схемах памяти возможно многократное перепрограммирование ячеек памяти в зависимости от потребностей пользователей. Существуют различные механизмы перепрограммирования, например, напряжением, током, полем, облучением.

Масочные ПЗУ

ПЗУ, программируемые пользователем, с плавкой перемычкой

Репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ)

Программируемые полем ЭП (флэш элемент памяти)

Оперативные ЗУ (ОЗУ) ОЗУ статического типа (SRAM - Static Random Access Memory). Элементом  памяти служит триггер. Одно из двух его устойчивых состояний принимается за 0, другое – 1. Эти состояния при отсутствии внешних воздействий могут сохраняться сколь угодно долго. Триггер может быть выполнен в любом схемотехническом базисе. ОЗУ динамического типа (DRAM - Dynamic Random Access Memory). Элементы памяти представляют собой конденсаторы: заряженный конденсатор – 1, незаряженный – 0. Недостатком динамической памяти является самопроизвольный разряд, что ведет к потере информации. Чтобы этого не происходило, конденсаторы динамической памяти необходимо периодически подзаряжать. Такой процесс называют регенерацией ОЗУ.

ОЗУ статического типа

Статические ОЗУ в КМДП-базисе

Организация одноразрядного накопителя с раздельным входом и выходом АБ - адресные буферы, БВК, БРЗ, БDI - буферы выборки кристалла, разрешения записи и входных данных соответственно

Структурная схема М-разрядного накопителя с объединенным входом и выходом

Достоинства и недостатки СОЗУ Достоинства  – небольшое энергопотребление, высокое быстродействие. Отсутствие необходимости производить «регенерацию». Недостатки  – малый объём, высокая стоимость. Благодаря принципиальным достоинствам широко используется в качестве кеш-памяти процессоров в компьютерах.

Динамические ОЗУ (ДОЗУ)

Достоинства и недостатки ДОЗУ Преимущества динамической памяти: низкая себестоимость высокая степень упаковки, позволяющая создавать чипы памяти большого объема Недостатки динамической памяти: относительно невысокое быстродействие, так как процесс зарядки и разрядки конденсатора, занимает гораздо больше времени, чем переключение триггера большие времена задержки, в основном, из-за внутренней шины данных, в несколько раз более широкой, чем внешняя, и необходимости использования мультиплексора/демультиплексора необходимость регенерации заряда конденсатора из-за его быстрого саморазряда