Полупроводниковые запоминающие устройства (ЗУ)
9.Полупроводниковые запоминающие устройства (ЗУ).
9.1.Назначение, основные параметры, классификация ЗУ.
ЗУ характеризуются рядом параметров:
Емкость ЗУ – определяет максимально возможный объем хранимой в нем информации.
Единицей измерения количества информации является один бит. Это количество информации, соответствующее одному разряду двоичного кодового слова или одной логической константе. Численно бит может принимать значения лог. 0 или лог.1. Обычно информация, равная 1 биту, хранится в одном элементарном запоминающем элементе (ЭЭЭ).
8-ми разрядное кодовое слово называют байтом.
1 Кбайт=103 байт
1 Мбайт=106 байт
Рекомендуемые материалы
1 Гбайт=109 байт
Для более детального определения структуры ЗУ используют понятие организация ЗУ(N * L), под которым понимают число кодовых слов(N), хранимых в ЗУ с указанием их длины (разрядности)(L).
Общая емкость ЗУ равна M=N*L
32*8,526*1 – имеют одинаковый объем памяти 256 бит.
Время выборки tA – называется временной интервал между подачей на вход памяти заданного сигнала и получением на выходе данных при условии, что все остальные сигналы поданы.
Время цикла адреса в режиме записи [tya] называют минимальное время совпадения сигналов на управляющих входах памяти, необходимое для надежной записи в нее информации. Аналогично для режима считывания определяется и [tsy(A)RD] – время считывания.
Для надежности работы ЗУ необходимо соблюдение определенных временных соотношений между различными управляющими сигналами.
Эти соотношения задаются:
Время цикла [ty] – интервал между началами (окончаниями) сигналов на любом управляющем входе.
Время длительности действия [tд]- длительность заданного сигнала управления
Время сохранения [tcx]-интервал между началами и окончаниями двух различных управляемых сигналов.
По выполняемой функции УВ можно классифицировать на:
Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ)
Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ)
Оперативные запоминающие устройства используются для хранения информации, получаемой в процессе работы устройства и обеспечивающие соизмеримые времена ее считывания и записи.
ОЗУ делятся на:
Статические
Записанная информация постоянно хранится в выделенном для нее месте и не разрушается при ее считывании. Разрушение информации возможно только при принудительном стирании или отклонении электропитания.
Динамические
Записанная информация постоянно циркулирует в массиве, отведенном для ее хранения. При этом считывание информации сопровождается ее разрушением. Для сохранения информации ее необходимо перезаписать заново.
Постоянные ЗУ предназначены для хранения информации, остающейся неизменной в течении всего времени эксплуатации устройства.
ПЗУ подразделяются на 3 класса:
масочные ПЗУ
программируемые ПЗУ
ре-программируемые ПЗУ
Обозначение ЗУ.
| Международное обозначение | Русский перевод | Обозначение на микросхемах |
| Random Access Memory (RAM) | Запоминающие устройства с произвольной выборкой (ОЗУ) | РУ |
| Read Only Memory (ROM) | Память только со считыванием (ПЗУ) | РЕ |
| Programable Read Only Memory (PROM) | Программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ) | РТ |
| Errasable Programable Read Only Memory (EPROM) | Стираемая программируемая память только со считыванием (ЭРПЗУ) | РР |
| ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием и электрической записью информации | РФ |
9.2 ЗУ с одномерной адресацией.
 |
Рис. 9.1
Структурная схема ЗУ с организацией 4 x 4 М=16 бит
DC – дешифратор адреса.
(WRRD =0) запись информации с входных шин DI0 DI1 DI2 DI3 через входные элементы подается на входы ЭЗЭ и записывается в них.
(WRRD =1) считывание информации с выходов шин ЭЗЭ птодача на выходные шины DI0 DI1 DI2 DI3.
Число разрядов слова 4 разряда
Рис.9.2
| Адрес | Разряд Q0 | Разряд Q1 | Разряд Q2 | Разряд Q3 |
| 0 | ||||
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | 1 | 1 | 0 | 0 |
Столбцы
 |
Строки
По адресу 3 двоичное слово: 11002 – (310)
Статические ОЗУ на биполярных транзисторах выполнены на основе различных триггерных систем, обладают максимальным быстродействием, используется технология ТТЛ.
Статические ОЗУ на полевых транзисторах позволяют получить более высокую степень упаковки элементов, уменьшить потребляемую мощность, однако при этом быстродействие ОЗУ снижается.
Динамические ОЗУ. Информация хранится в виде заряда на конденсаторе. Недостатком является самопроизвольный разряд конденсатора в течении времени, поэтому появляется необходимость периодического восстановления, регенерации заряда на конденсаторе.
Масочные ПЗУ. Информация записывается непосредственно в процессе их изготовления. Проецирование рисунка чрез фотошаблон, называемый маской.
Прожигаемые ПЗУ. Однократно программируемые. Физический процесс записи осуществляется путем пережигания перемычек между шипами дешифрированного адреса и выходными выводами.
Репрограммируемые ПЗУ. По сути являются электростатическими ЗУ.
Два типа РПЗУ:
1. С применение транзистора с “плавающим затвором“
2. С применением транзистора с двухслойным диэлектриком.
Быстрое считывание информации, возможность ее неоднократной перезаписи.
9.3 ЗУ с двумерной адресацией.
Побитовая запись и считывание информации.
Рис.9.3
Каждый ЭЗЭ матрицы содержит не один, а два вывода разрешение работы(CS1,CS2),
Три режима работы:
Хранение, при котором ЭЗЭ отключены от входа и выхода;
Чтение, при котором информация из ЭЗЭ, выбранного по соответствующему адресу, подается на выход;
Запись, при котором информация со входа записывается по указанному адресу.
Каждому ЭЗЭ матрицы присваивается определенный адрес, поиск которого производится указанием номеров соответствующих строки и столбца. Эти номера формируются на выходах дешифраторов. Адрес ЭЗЭ в виде двоичного числа принимается по адресной шине регистром адреса.
Режим записи 
Режим чтения 
9.4 Практические микросхемы ЗУ.
Рис. 9.4
Рис.9.5
9.5 ЗУ большой емкости для ЭВМ.
Перфокарты, перфолента, магнитная лента, магнитный диск.
Перфокарта
| 124681012141618 ð | 20 | 22 ð | 24 ð | 26283032 ð | 34363840 ð ð | 42444648 ð ð | 50525456 ð | 58606264 ð ð ð | 66687072 ð ð | 74767880 ð ð |
| 0 | - | - | 1 | 5 | 3 | 8 | 7 | 6 | 5 | |
| 1 | ||||||||||
| 2 | ||||||||||
| 3 | ||||||||||
| 4 | ||||||||||
| 5 | ||||||||||
| 6 | ||||||||||
| 7 | ||||||||||
| 8 | ||||||||||
| 9 | ||||||||||
| 10 | ||||||||||
| 11 | ||||||||||
| 12 |
Перфокарта представляет собой картонный прямоугольник со срезанным верхним левым углом. По длине перфокарта разбивается на 80 колонок по высоте перфокарты может располагаться до 12 строк, в каждой из которых записывается одно число или слово.
Первые 18 колонок – служебная информация (номер карты, номер задачи и т.п.).
В 22 и 24 колонки записывается знак числа и знак порядка
С 26 по 31 – порядок числа.
С 34 по 77 - числа.
Перфолента
 |
Перфолента – это плотная бумажная лента.
 |
Рис.9.6
Кодирование перфоленты
| № | Регистры | Двоичный код | |||
| Латинский | Русский | цифровой | 1 2 см 3 4 5 | ||
| 1 | A | A | - | · · × | 11000 |
| 2 | В | Б | ? | · × · · | 10011 |
| 3 | C | У | : | · × · · | 01110 |
| 4 | D | Д | X | · × · | 10010 |
| 5 | E | Е | З | · × | 10000 |
| 6 | F | Ф | З | · × ·· | 10110 |
| 7 | G | Г | Ш | · × ·· | 01011 |
| 8 | H | Х | Щ | × · · | 00101 |
| 9 | J | И | 8 | · × · | 01100 |
| 10 | I | Й | Ю | ·· × · | 11010 |
| 11 | K | К | ( | ·· × ·· | 11110 |
| 12 | L | Л | ) | · × · | 01001 |
| 13 | M | М | . | × ··· | 00111 |
| 14 | N | Н | , | × ·· | 00110 |
| 15 | O | О | 9 | × ·· | 00011 |
| 16 | P | П | 0 | · × · · | 01101 |
| 17 | Q | Я | 1 | ·· × ·· | 11101 |
| 18 | R | Р | 4 | · × · | 01010 |
| 19 | S | С | ‘(апостроф) | · × · | 10100 |
| 20 | T | Т | 5 | × · | 00001 |
| 21 | U | У | 7 | ·· × · | 11100 |
| 22 | V | Ж | = | × · × ·· | 01111 |
| 23 | W | В | 2 | ·· × · | 11001 |
| 24 | X | Ь | / | · × ··· | 10111 |
| 25 | Y | Ы | 6 | · × · · | 10101 |
| 26 | Z | З | 7 | · × · | 10001 |
Магнитный диск.
Рис.9.7
Как ЗУ большой емкости гибкие диски обладают определенным преимуществом по сравнению с магнитными и перфорационными листами.
При помощи дисковода можно сразу попасть в любую часть диска.
Рис. 9.8
На 3,5 дюймовом гибком мини диске можно
разметить1400000 восьми разрядных слов.
Объем памяти 1.400.000x8=11200000 бит » 1,4 Мбайт.
9.6 Лабораторная работа “Постоянные программируемые запоминающие устройства”
Автор: Ломов И.А.
Описание лабораторной установки.
Лабораторный стенд содержит блок, на лицевой панели которого изображены схемы устройства памяти для исследований. Схема 1(рис.9.9) представляет внутреннюю структуру ППЗУ с организацией 4*4. оно имеет двухразрядный вход А0-А1. сигналы высокого уровня создаются нажатием кнопок S1 и S2. Адресные сигналы 002, 012, 102, 112 дешифруются и активизируют соответственно адресные линии 0, 1, 2 или 3.
Рис.9.9
Запоминающей матрицей ППЗУ является диодная матрица, возможности запоминания которой отвечают ее организации - четыре четырехразрядных слова. Программирование каждого бита осуществляется ключом. При замкнутом положении ключа записан бит, равный единице.
Схема 2 (рис.9.10) содержит запрограммированное ПЗУ с организацией 32х8, вход которого имеет Z-состояние. Пятиразрядный адресный сигнал на ПЗУ подается от реверсивного двоичного счетчика СТ2.
рис.9.10
Схема управляется сигналами при нажатии следующих кнопок:
S3 - прибавление к числу на счетчике единицы;
S4 - вычитание из числа на счетчике единицы;
S5 - очищение счетчика, т.е. приведение его содержания к состоянию ООООО2;
S6 - перевод выхода ПЗУ из Z-состояния в информационное.
Изменение содержания счетчика СТ2 по командам (+ 1) и (- 1) происходит при переходе этих сигналов от низкого уровня к высокому. Для исключения влияния дребезга контакта кнопок эти сигналы формируются как фронт выходного сигнала RS-триггера.
Дребезгом называется неоднократное замыкание контактов, вызванное упругими колебаниями. Силовая техника, глаз человека не замечает их. Быстродействующая электронная техника может сосчитать их как полезные. Применение RS-триггера в таких случаях является общепринятым. Используется его свойство переключаться по повторяющемуся управляющему сигналу только один раз (рис. 9.11).
рис.9.11
На стенде наличие всех сигналов высокого уровня показывается красными светоизлучающими диодами. Зеленые диоды показывают наличие низкого уровня бита слова данных ПЗУ в схеме 2 при нахождении его выхода в информационном состоянии. Схема включения диодов показана на рис. 9.12. При нахождении ПЗУ в Z-состоянии у всех пар светодиодов отключается питание.
рис.9.12
Стенд имеет выключатель напряжения питания и переключатель его на схему 1 или схему 2.
ЗАДАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Ознакомиться с лабораторной установкой. Выяснить назначение управляющих ключей и кнопок. Изучить схемы, предназначенные для исследования.
2. Получить разрешение преподавателя на включение питания блока для исследования схемы 1. До проведения опыта подготовить .в отчете две таблицы по форме табл. 3.
3. Установить на диодной матрице исходное состояние: запись всех бит информации в 1. Подачей адресных сигналов кнопками S1 и S2 убедиться в записи всех четырех слов данных как 11112
Результаты опыта занести в табл. 3 отчета.
Таблица 3.
| Адрес2 | Выходной сигнал2 |
| 00 | |
| 01 | |
| 10 | |
| 11 |
4. Отключить питание. Запрограммировать диодную матрицу на выдачу четырех цифровых сигналов, являющихся двоично-десятичным кодом номера текущего года. Включить питание. Установить при помощи кнопок S1 и S2 соответствующие адресные сигналы, считать из этого ПЗУ выходные сигналы. Результат записать в табл. 3 отчета.
5. Вычислить значение прямого кода номера текущего года. Записать этот код в диодную матрицу. Установить соответствующие адресные сигналы.Считать из ПЗУ выходные сигналы и занести их в табл. 3 отчета.
6. Выполнить чертеж матрицы ПЗУ с указанием на ней записанной по опыту п.5 информации. Для указания записи единицы применить условное обозначение - наличие черточки около пересечения соответствующих адресной линии данных .
7. Для проведения опыта считывания информации из ПЗУ по схеме 2 занести в отчет табл. 4 для записи 32 слов данных.
таблица 4.
| Счет10 | Адрес2 | Слово2 | Четность | Код16 | Символ |
| 0 | 00000 | ||||
| 1 | 00001 | ||||
| … | |||||
| … | |||||
| 31 | 11111 |
8.Переключить питание на схему 2. Провести считывание 32 слов данных ПЗУ, начиная с адреса 000002. Записать биты слов данных в таблицу. Проверить четность едениц в записанных словах данных.
9.Перевести считанные семибитовые коды D6, D5, D4, D3, D2, D1, D0 в шестнадцатеричную систему и, используя табл.2, записать в табл.4 отчета соответствующие кодам символы.
10.Найти неверно считанный бит в слове с нечетным количеством единиц. Написать в отчёте, каким это слово данных должно быть.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.
Отчет должен начинаться с указания наименования работы. Необходимо указать фамилию и инициалы исполнителя отчёта, номер группы и дату исполнения.
Рекомендация для Вас - 16 Основная литература.
В отчете должна быть вычерчена схема 1 изучаемой ППЗУ, а также результаты опытов в соответствии с заданием п.3-5.
Выполнить в соответствии с п.6 задания чертеж, иллюстрирующий организацию изучаемого ППЗУ с записанной в него информацией.
Вычертить схему 2 опытов и представить данные считывания информации из ПЗУ в форме табл.4 в соответствии с п.7-10 задания.
.
.
9.7 Оперативные ПЗУ ТТЛ 
