12 1 №14 Основные структуры ЗУ,ОЗУ,ППЗУ (Ответы на все вопросы по теме электроника или типа того)

№12 Основные структуры ЗУ, ПЗУ, ППЗУ.

Основными операциями в памяти в общем случае являются занесение информации в память - запись и выборка информа­ции из памяти - считывание. Обе эти операции называются обращением к памяти, или, подробнее, обращением при считыва­нии и обращением при записи.

При обращении к памяти производится считывание или запись некоторой единицы данных - различной для устройств разного типа. Такой единицей может быть, например, байт, машинное слово или блок данных.

Важнейшими характеристиками отдельных устройств памя­ти (запоминающих устройств) являются емкость памяти, удель­ная емкость, быстродействие.

Емкость памяти определяется максимальным количеством данных, которые могут в ней храниться. Емкость измеряется в двоичных единицах (битах), машинных словах, но большей частью в байтах (1 байт — 8 бит), при этом часто емкость памяти выражают через число К =1024: Кбит (килобит), Кслов (кило­слов) или Кбайт (килобайт), при этом 1024 Кбайт обозначают как 1 Мбайт (мегабайт).

ЗУ

Совокупность определенным образом соединенных запоминающих элементов (ЗЭ) обра­зует запоминающую матрицу или запоминающий массив, где каждый ЗЭ хранит бит информации. Запоминающий элемент должен реализовать следующие режимы работы: хранение со­стояния, выдача сигнала состояния (считывание), запись 0 или запись 1. К ЗЭ должны поступать управляющие сигналы для задания режима работы, а также информационный сигнал при записи, а при считывании ЗЭ должен выдавать сигнал о его состоянии.

Запоминающий массив имеет систему адресных и разрядных линий (проводников). Адресные линии используются для выделения по адресу совокупности ЗЭ, которым устанавливается режим считывания или записи. Выделение отдельных разрядов осуществляется разрядными линиями, по которым передается записываемая в ЗЭ информация или информация о состоянии ЗЭ. Запоминающие устройства строятся из специфичных ЗЭ, для которых характерно использование троичных сигналов и совме­щение линий входных и выходных сигналов.

Адресные и разрядные линии носят общее название линий выборки. В зависимости от числа таких линий, соединенных с одним ЗЭ, различают двух- и трёхкоординатные ЗУ и т. д., называемые ЗУ типа 2D, 3D и т. д. (от английского dimention - размерность). Наибольшее распространение получили ЗУ типа 2D,3D, 2,5D и их модификации.

Запоминающие устройства типа 2D. Организация ЗУ типа 2D обеспечивает двухкбординатную выборку каждого ЗЭ ячейки памяти. Основу ЗУ составляет плоская матрица из ЗЭ, сгруппи­рованных в 2* ячеек по п разрядов. Обращение к ячейке за­дается k-разрядным адресом, выделение разрядов производится разрядными линиями записи и считывания. Структура ЗУ типа 2D приведена на рис. 4.5.

Адрес (k-разрядный) выбираемой ячейки i поступает на схему адресного формирователя АдрФ, управляемого сигналами чтения Чт и записи Зап. Основу АдрФ составляет дешифратор с 2­­^k выходами, который при поступлении на его входы адреса формирует сигнал для выборки линии i, при этом под воздействием сигналов Чт и Зап из АдрФ выдается сигнал, настраива­ющий ЗЭ i-й линии либо на считывание (выдачу сигнала со­стояния), либо на запись. Выделение разряда j в i-й слове про­изводится второй координатной линией. При записи по линии j от усилителя записи УсЗап поступает сигнал, устанавливаю­щий выбранный для записи ЗЭ_ij в состояние 0 или 1. При считы­вании на усилитель считывания УсСч по линии j поступает сигнал о состоянии ЗЭ_ij.

Используемые здесь ЗЭ должны допускать объединение вы­ходов для работы на общую линию с передачей сигналов только от выбранного ЗЭ. Такое свойство типично для современных ЗЭ и в дальнейшем всякий раз подразумевается.

Запоминающие устройства типа 2D являются быстродействующими и достаточно удобными для реализации. Однако ЗУ типа 2D неэкономичны по объему оборудования из-за на­личия в них дешифратора с 2­­^k выходами. В настоящее время структура типа 2D используется в основном в ЗУ небольшой емкости.

Запоминающие устройства типа 3D. некоторые ЗЭ имеют не один, а два конъюнктивных входа выборки. В этом случае адрес­ная выборка осуществляется только при одновременном появле­нии двух сигналов. Использование таких ЗЭ позволяет строить ЗУ с трехкоординатным выделением ЗЭ.

Запоминающий массив ЗУ типа 3D выполнен в виде про­странственной матрицы, составленной из п плоских матриц, представляющих собой ЗМ для отдельных разрядов ячеек памя­ти. Запоминающие элементы для разряда сгруппированы в квад­ратную матрицу из рядов по ЗЭ в каждом.

Структура матрицы j-го разряда в ЗУ типа 3D представлена на рис. 4.6. Для адресной выборки ЗЭ задаются две его коорди­наты в 3Mj. Код адреса i-й ячейки памяти разделяется на стар­шую и младшую части (i' и j"), каждая из которых поступает на свой адресный формирователь. Адресный формирователь АдрФ1 выдает сигнал выборки на линию i', а АдрФ2 — на линию i". В результате в 3Mj оказывается выбранным ЗЭ, находящий­ся на пересечении этих линий (двух координат), то есть адресуемый кодом i=i'/i". Адресные формирователи управляются сигнала­ми Чт и Зап и в зависимости от них выдают сигналы выборки для считывания или записи. При считывании сигнал о состоянии выбранного ЗЭ поступает по j-й линии считывания к УсСч (третья координата ЗЭ). При записи в выбранный ЗЭ будут занесены 0 и 1 в зависимости от сигнала записи в j-й разряд, поступающего по j-й линии от УсЗап (третья координата ЗЭ при записи). Для полупроводниковых ЗУ, как отмечалось выше, характерно объединение в одну линию разрядных линий записи и считывания.

Для построения n-разрядной памяти используется п матриц рассмотренного вида. Адресные формирователи при этом могут быть общими для всех разрядных ЗМ.

Запоминающие устройства типа 3D более экономичны, чем ЗУ типа 2D. Действительно, сложность адресного формировате­ля с m входами пропорциональна 2^m. Поэтому сложность двух адресных формирователей ЗУ типа 3D, пропорциональная 2-2^k/2, значительно меньше сложности адресного формирователя ЗУ типа 2D, пропорциональной 2^k. В связи с этим структура типа 3D позволяет строить ЗУ большего объема, чем структура 2D. Однако ЗЭ с тремя входами, используемыми при записи, не всегда удается реализовать.

Запоминающие устройства типа 2,5D. В ЗУ этого типа при считывании состояния /-го разряда i-й ячейки положение ЗЭ, у в ЗМ определяется тремя координатами (две координаты для выборки и одна

для выходного сигнала), а при записи в 3Э_ij — двумя координатами. Считывание при этом осуществляется так же, как и в ЗУ типа 3D, а запись сходна с записью в ЗУ типа 2D.

Запоминающий массив ЗУ типа 2.5D можно рассматривать как состоящий из отдельных ЗМ для каждого разряда памяти: ЗМ_о, ЗМ₁ .... ЗМ_j,.... ЗМ _n-1- Структура одноразрядного ЗУ дана на рис. 4.7, а. Код адреса i-й ячейки памяти, как и в ЗУ 3D, разделяется на две части: i' и i", каждая из которых отдельно дешифрируется. Адресный формирователь АдрФ выдает сигнал выборки на линию i', разрядно-адресный формирователь j-го разряда РАдрФ — на линию i". При считывании оба сигнала, являющиеся сигналами выборки для считывания, опрашивают ЗЭ, выходной сигнал которого поступает на УсСч разряда j. Работает ЗУ в этом случае так же, как и ЗУ типа 3D.

При записи АдрФ выдает сигнал выборки для записи, а РАдрФ выдает по линии i’’ сигнал записи 0 или 1 в зависимо­сти от назначения входного информационного сигнала j-го раз­ряда ВхИнФ_j. На остальных линиях РАдрФ_j не появляются сигналы записи, и состояния всех ЗЭ, кроме 3Э, лежащего на пересечении линий i' и i", не меняются.

Из ЗМ отдельных разрядов формируется ЗМ всего ЗУ согласно схеме на рис. 4.7, б.

Наиболее экономичным по расходу оборудования ЗУ оказы­вается в том случае, если число выходных линий АдрФ и всех РАдрФ равно, т.е. если r=(k — r) log₂ n (рис. 4.7, б).

Недостатком ЗУ типа 2,5 D является то, что сигналы на линиях РАдрФ должны иметь четыре значения: чтение, запись, запись 1 и отсутствие записи (хранение). Для ЗЭ с разрушаю­щим считыванием сигналы чтения и записи 0 совпадают и потребуются лишь три значения сигнала. В связи с этим ЗУ типа 2,5D используется для ЗЭ с разрушающим считыванием.

ПЗУ-ППЗУ

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) в рабочем режиме ЭВМ допускают только считывание хранимой информации. В зависимо­сти от типа ПЗУ занесение в него информации производится в процессе или изготовления, или эксплуатации путем настройки, предваряющей использование ПЗУ в вычислительном процессе. В последнем случае ПЗУ называется постоянным запоминающим устройством с изменяемым в процессе эксплуатации содержимым или программируемыми посто­янными запоминающими устройствами (ППЗУ).

Постоянные запоминающие устройства обычно строятся как адрес­ные ЗУ. Функционирование ПЗУ можно рассматривать как выполнение однозначного преобразования k-разрядного кода адреса ячейки запо­минающего массива (ЗМ) в n-разрядный код хранящегося в ней слова. При такой точке зрения ПЗУ можно считать преобразователем кодов или комбинационной схемой (автоматом без памяти) с k входами и п вы­ходами.

По сравнению с ЗУ с произвольным обращением, допускающим как считывание, так и запись информации, конструкции ПЗУ значительно проще, их быстродействие и надежность выше, а стоимость ниже. Это объясняется большей простотой ЗЭ, отсутствием цепей для записи ин­формации вообще или, по крайней мере, для оперативной записи, реализа­цией неразрушающего считывания.

Одним из важнейших применений ПЗУ является хранение микро­программ в микропрограммных управляющих устройствах ЭВМ. Для этой цели необходимы ПЗУ значительно большего, чем в ОП, быстродей­ствия и умеренной емкости (10 000—100 000 бит).

На рис. 4.11,а приведена схема простейшего ПЗУ со структурой типа 2D. Запоминающий массив образуется системой взаимно перпенди­кулярных линий, в их пересечениях устанавливаются ЗЭ, которые либо связывают (состояние 1), либо не связывают (состояние 0) между собой соответствующие горизонтальную и вертикальную линии. Поэтому часто ЗЭ и ПЗУ называют связывающими элементами. Для некоторых типов ЗЭ состояние 0 означает просто отсутствие запоминающего (связывающего) элемента в данной позиции в ЗМ.

Дешифратор Дш по коду адреса в РгА выбирает одну из горизон­тальных линий (одну из ячеек ЭВМ), в которую подается сигнал вы­борки. Выходной сигнал 1 появляется на тех вертикальных разрядных линиях, которые имеют связь с возбужденной адресной линией (на рис. 4.11, б считывается слово 11010).

В зависимости от типа запоминающих (связывающих) элементов различают резисторные, ёмкостные, индуктивные (трансформаторные), полупроводниковые (интегральные) и другие ПЗУ.

В настоящее время наиболее распространенным типом являются полупроводниковые интегральные ПЗУ.

2