Справочное пособие - микросхемы и их применение (1086445), страница 33
Текст из файла (страница 33)
[8, 9, 15, 16, 53].Применение отечественных микро-ЭВМ типа «Электроника С5» в программных абонентских пунктахвместо устройств на «жесткой логике» дало возможность сократить в 1,5 раза стоимость аппаратуры, в 3 разауменьшить габаритные размеры и потребляемую мощность, в 10 раз повысить ее надежность. Применениемикро-ЭВМ типа «Электроника НЦ» в устройствах управления способствовало повышениюпроизводительности обработки информации телеграфными аппаратами в 4 — 8 раз, а системой АСУ ТП в 15 —30 раз. Широкое применение МП находят в измерительной технике, в управляющих устройствах различногоназначения, в бытовой технике [7, 8, 9].5.4. МИКРОСХЕМЫ ПАМЯТИ.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАКомпактная микроэлектронная память находит широкое применение в самых различных по назначениюэлектронных устройствах.Понятие «память» связывается с ЭВМ и определяется как ее функциональная часть, предназначенная длязаписи, хранения и выдачи данных.
Комплекс технических средств, реализующий функцию памяти, называетсязапоминающим устройством (ЗУ). Полупроводниковая микросхема памяти в общем случае представляет собойи функционально, и конструктивно часть ЗУ, поскольку, как будет показано далее, для построения ЗУтребуется набор микросхем памяти.Микросхема памяти содержит выполненные в одном полупроводниковом кристалле матрицу-накопитель,представляющую собой совокупность элементов памяти (ЭП), и функциональные узлы, необходимые дляуправления матрицей-накопителем, усиления сигналов при записи и считывании, обеспечения режимасинхронизации. Функции ЭП обычно выполняют или триггер (в статических ЗУ), или электрическийконденсатор (в динамических ЗУ).
Элемент памяти может хранить один разряд числа, т. е. один битинформации. Элементы памяти расположены на пересечениях т строк и n столбцов матрицы (рис. 5.8), так чтоих общее число равно произведению тп. Для обращения к нужному ЭП (выборки ЭП) сигналами единичногоуровня возбуждаются адресные шины строки и столбца, на пересечении которых находится данный ЭП. Навсех остальных адресных шинах должны быть сигналы нулевого уровня. Такая система адресации информации(выборки ЭП) при обращении к накопителю получила название двухкоординатной.Рис. 5.8.
Структурная схема микросхемы памяти К155РУ1Рис. 5.9. Запоминающее устройство 16X4 бит на микросхемах К155РУ1Формирование сигналов выборки производится дешифратором кода адреса, который может быть внешнимдля микросхемы памяти (рис. 5.9) или ее внутренним функциональным узлом (рис. 5.12).Элемент памяти выбирается для того, чтобы в него записать О или 1, либо считать хранящуюся в неминформацию. Запись и считывание производятся по информационным шинам, иначе называемым разрядными.Часто предусматриваются две шины, что обусловливает парафазное представление записываемой информации.Обычно разрядные шины снабжаются усилителями записи и считывания, назначение которых состоит вформировании сигналов с требуемыми параметрами.Разрядные шины соединены со всеми элементами накопителя, но информацией они могут обменятьсятолько с выбранным ЭП.
Операции записи и считывания разделяются во времени, поскольку они выполняютсяс использованием одних и тех же разрядных шин.Для объединения микросхем в ЗУ с разрядностью чисел N необходимо, как показано на рис. 5.9 для N=4,соединить параллельно адресные входы N микросхем и подключить их к выходам дешифратора. Посколькуматрица-накопитель одной микросхемы (рис. 5.8) содержит 16 ЭП, то при параллельном соединении N такихмикросхем получают ЗУ, способное одновременно хранить 16 W-разрядных чисел, или, иначе, имеющееорганизацию 16ХN бит.Для адресации любого из 16 чисел необходимо иметь 16 различных комбинаций адресных сигналов.
Такоечисло различных комбинаций получается при четырехзлементном коде адреса. Например, при коде адреса 0000появятся сигналы единичного уровня на шинах X1 и Y1, которыми во всех микросхемах выбирают ЭП11.Следовательно, подведенное ко входам W1, W0 всех микросхем число А= =a4а3а2a1 попадает своими разрядамиименно в эти элементы памяти. Часть ЗУ, которая предназначена для хранения многоразрядного числа,называется ячейкой памяти.Рассмотренный пример показывает, что для построения ЗУ на микросхемах нужны матрицы-накопители идешифраторы кода адреса. Кроме того, необходимы регистры перед входами дешифратора иинформационными входами для кратковременного хранения кодов и другие устройства управления.
Все этифункциональные узлы имеют микроэлектронное исполнение и при построении ЗУ могут быть выбраны изсерий микросхем, но тогда ЗУ будет громоздким и дорогим. Поэтому в большинстве микросхем памятинеобходимые устройства управления выполнены в одном кристалле с матрицей-накопителем.По назначению микросхемы памяти делят на две группы: для оперативных запоминающих устройств (ОЗУ)и для постоянных запоминающих устройств (ПЗУ).Оперативные запоминающие устройства предназначены для хранения переменной информации: программи чисел, необходимых для текущих вычислений. Такие ЗУ позволяют в ходе выполнения программы заменятьстарую информацию новой.Таблица 5.4ТехнологияТип ЗУЭСЛОЗУ статям.64 — 1К2)7 — 40—0,5 — 8Числоисточниковпитания,шт.1ОЗУ статич.ПЗУ64 — 4К64 — 64К20 — 10025 — 80—0,2 — 1,50,3 — 5—11ОЗУ статич.4К75—0,11ОЗУ динам.ЗК — 16К100—0,11ОЗУ статич.64 — 1К600 — 1200—0,5 — 12—3ОЗУ динам.1К — 4К120 — 8000,02 — 0,070,1 — 0,52—3ПЗУIK — 16K250 — 950——2ОЗУ статич.IK — 16K20 — 550—0,1 — 0,61—3ОЗУ динам.IK — 64K150 — 350—0,05 — 0,31—3ПЗУ1К-- .....
04К200 — 8000,01 — 0,05—10,03 — 0,11ТТЛИИЛр-МДПn-МДПКМДПОЗУ статич.Обращенная характеристика БИС ЗУМощность, мВт/битВремяпри храненииприЕмкость, битвыработки, гсобращении65 — 16К45 — 800-4-35.10 — 10По способу хранения информации ОЗУ разделяют на статические и динамические. Статические ОЗУ,элементами памяти в которых являются триггеры, способны хранить информацию неограниченное время (приусловии, что имеется напряжение питания). Динамические ОЗУ, роль элементов памяти в которых выполняютэлектрические конденсаторы, для сохранения записанной информации нуждаются в ее периодическойперезаписи (регенерации).Постоянные запоминающие устройства предназначены для хранения постоянной информации:подпрограмм, микропрограмм, констант и т. п.
Такие ЗУ работают только в режиме многократного считывания.Основные функциональные характеристики микросхем памяти — информационная емкость, разрядность,быстродействие, потребляемая мощность.Информационная емкость определяется числом одновременно хранящихся в матрице-накопителе единицинформации — бит. Разрядность определяется количеством двоичных символов, т.
е. разрядов, в запоминаемомчисле. Наибольшее распространение получила одноразрядная организация микросхем памяти, при котороймикросхема обеспечивает одновременное хранение тп одноразрядных чисел. Например, микросхема К155РУ1(рис. 5.8) имеет информационную емкость 16 бит, разрядность 1 и, следовательно, организацию накопителя16X1 бит.Быстродействие количественно характеризуется несколькими временными параметрами, среди которыхможно выделить в качестве обобщающего параметра время цикла записи (считывания), отсчитываемое отмомента поступления кода адреса до завершения всех процессов в микросхеме при записи (считывании)информации.
В статических ОЗУ время цикла считывания практически равно времени выборки адреса, котороеопределяется задержкой выходного сигнала относительно момента поступления кода адреса. В динамическихОЗУ время цикла считывания больше времени выборки адреса, так как после завершения считываниянеобходимо некоторое время на установление функциональных узлов микросхемы в исходное состояние.В систему временных параметров входят также длительности управляющих сигналов, их взаимный сдвиг,период повторения и длительность сигналов регенерации.Потребляемая микросхемой памяти мощность обычно указывается, исходя из расчета на 1 бит. Для техмикросхем, у которых имеется существенное различие потребляемой мощности для разных режимов,приводятся два значения этого параметра: при хранении и при обращении.Быстродействие, потребляемая мощность, уровень интеграции и другие показатели ЗУ в значительнойстепени зависят от технологии.
Эти вопросы подробно обсуждались ранее (см. гл. 4 и § 5.3). Сравнительныеданные, приведенные в табл. 5.4, показывают место каждого из технологических направлений в дальнейшемразвитии микроэлектронных ЗУ. Заметим, что все приведенные в таблице технологии применяются внастоящее время и большинство из них рассматривается как перспективные в ближайшем будущем [15].Микросхемы памяти выпускают либо в составе широко известных серий микросхем общего применения,например, в сериях К155, К500, К564, К176 и др., либо отдельными сериями.5.5. МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ ОЗУМикросхемы статических ОЗУ имеют, как правило, матричную структуру с двухкоординатноп системойадресации (выборки). Общие принципы их построения уже рассмотрены на примере микросхемы К155РУ1.Матричная структура накопителя и двухкоордп-натная система выборки обеспечивают возможность доступа ккаждому ЭП.
Быстродействующие мпкроэлектрониые ОЗУ формируются на основе биполярных транзисторныхэлементов ЭСЛ, ТТЛ (ТТЛШ), ИПЛ. Микроэлектронпые ОЗУ среднего и низкого быстродействия строятся наp-МДП, n-МДП и КМДП-транзисторных элементах.Пример ЭП на многоэмнттерных транзисторах приведен на рис. 5.10. По адресным шинам Хi и YJ, скоторыми соединены эмиттеры 2 — 5, поступают сигналы, определяющие режим ЭП: запись в триггер,считывание с его выходов или хранение информации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
