Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 212
Текст из файла (страница 212)
На рис. 10.9 показана, например, возможная компоновка ПЗУ 32КхЗ. От Ов О5 О4 ОЗ О2 О! Оо РИО. 10 С мичман ин аяоминт юо АВ Ат Ав АВ А!О А11 А12 мз А14 АО м А2 АЗ А4 А5 10.1, постоянные запоминающие устройства 969 ОТО Глава 10. Память и микросхемы типа СР1.0 и РРЕА 10.1.4. Изготовляемые серийно постоянные запоминающие устройства В настоящее время ПЗУ на дискретных диодах можно увидеть, разве что посетив музей вычислительной техники.
Современные ПЗУ изготовляются в виде одной ИС; микросхема, хранящая четыре мегабита, может стоить менее 5 долларов. Для запоминания в ПЗУ информации применяются различные методы «программи- рования», сведенные в табл. 10.5 и рассматриваемые ниже. Табл. 10.6. Типы изготовляемых серийно ПЭУ Тип Технология Цикл Ц Примечания чтения записи 10 — 200 нс 4 недели Масочное пМОП, ПЗУ КМОП Однократная запись; ма- лая потребляемая мощ- ность Однократная запись; большая потребляемая мощность; низкая плот- ность < !00 нс 4 недели Масочное Биполярная ПЗУ ! 0 — 50 мкс~байт Однократная запись; большая потребляемая лющность; нет расходов на изготовление маски Биполярная < 100 нс РКОМ 25-200 нс 10-50 мкс1байт Многократное использование;малаяпотребляемая мощность; нет расходов на изготовление маски ЕРКОМ пМОП, КМОП 50 — 200 нс 10-50 мкс/байт Ограничение числазаписей: 10000-100000 записей в каждой ячейке ЕЕРКОМ пМОП Большинство первоначальных интегральных схем ПЗУ были программируемыми с помощью фотошаблоиов ПЗУ (тах11-ргоятатглаЫе 11ОМ) или просто масочные ПЗУ (аах1г йОМ).
Масочные ПЗУ программируются трафаретом соединений в одной из маса~ (таха), применяемых в процессе изготовления ИС. Для программирования или записи информации в ПЗУ заказчик дает производителю листинг требуемого содержимого ПЗУ на флоппи-диске или другом носителе информации. Используя эту информацию, производитель создает, согласно техническим условиям заказчика, одну или большее число масок для изготовления ПЗУ с требуемой конфигурацией.
Расходы производителей ПЗу ла изготовление масок (тах1г сйагяе) доходят до несколько тысяч долларов; это обусловлено индивидуальным характером изготовления «заказных» масок. Помимо значительных расходов на изготовление масок, для получения запрограгимиро- 10.1. Постоянные запоминающие устройстве ванной микросхемы требуется срок порядка четырех недель; поэтому сег< масочиые ПЗУ применяются, как правило, только при массовом производс Для мелкосерийного применения имеются экономически более эффектив возможности, рассматриваемые ниже.
Программируемые ПЗУ (ргодгаттаЫе геа»»-оп!у твтогу, РВОМ) по» ны масочным ПЗУ, за исключением того, что пользователь может запомнить. чения данных (то есть «запрограммировать ПЗУ») всего за несколько мин помощью программатора РВОМ (РВОМ ргоВ«аттег). При изготовлении м росхем РКОМ все диоды или транзисторы «включены». Это соответствует тс что все биты имеют определенное значение, как правило, равное 1, С помои программатора ПЗУ отдельным битам можно придать противоположные зне ния.
В биполярных ПЗУ это делается путем пережигания тонких пнавких пе мы««к (уиз»»Ыв 1»вЬ) внутри микросхемы РКОМ, соответствующих каждому б» Перемычка пережигается путем ее выбора с помощью сигналов на линиях ад са и линиях данных этой микросхемы с последующей подачей высоковольтн импульса (10-30 В) на специальный вход устройства. У первых биполярных РКОМ были проблемы с надежностью.
Иногда значе» запомненных битов изменялись из-за не полностью пережженных перемычек, торые «вырастают заново»; кроме того, иногда возникали нерегулярные сбои за застывших капель металла, хаотически перемешаюшихся внутри корпуса г Однако проблемы эти были преодолены и надежная технология плавких перем чек сегодня применяется не только в биполярных РКОМ, но и в биполярных ПХ описанных в разделе 5.3.4. Стираемые программируемые ПЗУ (егазаЫе ргоягаттаЫе «еа»1-оп)у тета ЕРВОМ) похожи на РКОМ, но их содержимое можно «стереть» путем облучен ультрафиолетовым светом, в результате чего все биты принимают значение, рави !. Нет, свет не вызывает роста плавких перемычек! Просто в ЕРКОМ применяет другая технология, а именно: «МОП-транзисторы с плавающим затвором».
Как показано парис. 10.10, в ЕРКОМ в месте хранения каждого бита имеет МОЛ-транзистор с плавающим затвором (Воаг»пй-Ва»е МОЯ, ггапв»згог). каждого транзистора есть два затвора. «Плаваюший» затвор никуда не подкл» чен и окружен изоляционным материалом с очень малой проводимостью. П! программировании ЕРКОМ с помощью программатора на неплаваюший затвор месте хранения бита, значение которого должно быть равно О, подается высок» напряжение. Это вызывает временный пробой слоя изоляции и приводит к пако» пению отрицательного заряда в плавающем затворе. Затем высокое напряжен« снимается, а отрицательный заряд остается. В дальнейшем при выполнении оп» рации чтения отрицательный заряд не позволяет выбранному МОП-транзистор включаться. П,, Е КОМ«юра ру >, р но р р и!ю ка удерживает 70% заряда в течение, по крайней мере, 10 лет, даже в том случа» когда микросхема хранится при температуре 125'С; поэтому ЕРКОМ определенн попадает в категорию «энергонезависимой памяти».
Однако содержимое этой памя тн можно стереть. Изоляционный материал вокруг плаваю шего затвора при облуче нии его ультрафиолетовым светом определенной длины волны становится немноп проводящим. Таким образом, содержимое микросхемы ЕРКОМ можно стереть 972 Глава 10. Память и микросхемы типа СРЕО и РРОА облучая ее ультрафиолетовым светом в течение времени порядка 5-20 минут. Обычно кристалл ЕРКОМ располагается в корпусе с кварцевым окошком, через которое его можно засветить, чтобы стереть записанную в нем информацию. ьоо ллавнощий затвор неллавввхцнй затвор линии слов с высоким активным уровнем линии битов с интим вкгнвным уровнем Рнс. 10.10.
Матрица памяти ЕРВОМ на МОП-транзисторах с плавающим затвором Вероятно, самым распространенным применением ЕРКОМ является хранения программ в микропроцессорных системах. Часто ЕРКОМ применяют при разработке программ, когда в процессе отладки программа или другая информация, хранимая в ЕРКОМ, должны неоднократно изменяться. Однако ПЗУ и РКОМ, обычно дешевле, чем ЕРКОМ того же объема. Поэтому, как только программа отлажена, для снижения стоимости изделий можно воспользоваться ПЗУ или РКОМ. В действительности, сегодня большинство РКОМ представляют собой ЕРКОМ, помещенные в недорогие корпуса без кварцевых окошек; иногда их называют однократно программируемыми ПЗУ (опе-пте рго8гаттаЫе РОМ, ОТР йОлт).
Электрически стираемые програчмируемые ПЗУ (е!есгг1саПу егалаЫе рга8гаттаЫе геааьоп!у тетогу, ЕЕРЕОп1) подобны ЕРКОМ, за исключением того, что ранее записанные биты можно стереть электрически. Плавающие затворы транзисторов в ЕЕРКОМ окружены гораздо более тонким изолирующим слоем, и имеющиеся на них заряды можно удалить, прикладывая к неплаввюшему затвору напряжение, полярность которого противоположна полярности напряжения, в результате подачи которого происходит накопление заряда.
Большие ЕЕРКОМ 1емкостью 1 Мбит и больше) позволяют за одну операцию стирать информацию только блоками фиксированного размера; типичный размер блока 128 — 512 Кбит (16-64 Кбайт). Память такого типа обычно называется флэ~и-памятью фавй тетогу,)1 азй ЕРВОМ), поскольку стирание данных группами происходит «мгновенно» ("1л а 1)авЬ**). 10.1.
Постоянные запоминающие устройства 073 мк в ик в гк г ггиг гггбВ г71гг т ги тсс т~н Рис. 10.11. Условные обозначения стандартных ИС ЕРВОМ в О!Р-корпусе с 28 выводами Имеются более крупные ПЗУ с ббльшнм числом битов, и в некоторых случаях число выходов данных увеличено до 16 или до 32, В 1999 году одним из наиболее впечатляющих достижений стала флэш-память АМ!3 291Х640 объемом 64 Мбита: по 32 килобайта в 256 секторах. Для специализированных применений, таких как загрузка информации в ИС типа РРОА при ее программировании, выпускаются ПЗУ гораздо меньшего объема с 3-Разрядным последовательным интерфейсом.
Как видно из табл. 10,5, программирование или «запись» ячейки ЕЕРКОМ осуществляется гораздо дольше, чем чтение из нее, поэтому ИС ЕЕРКОМ не годятся для использования в качестве оперативных запоминающих устройств, которые рассматриваются в этой главе позже. Кроме того, поскольку изолирующий слой очень тонок, он может разрушиться при многократном выполнении программирования. В результате ЕЕРКОМ можно перепрограммировать ограниченное число раз, порядка 10000. Поэтому, как правило, ЕЕРКОМ применяется для записи данных, которые должны сохраняться при отключении источника питания и изменяются не очень часто; пример таких данных — сведения о конфигурации компьютера по умолчанию. На рис.
10.1! приведены условные обозначения популярных микросхем ЕРКОМ 2764, 27728, 27256 и 27512, часто используемых в микропроцессорных системах и в других устройствах с умеренным быстродействием. На рисунке указаны также выводы, на которые во время нормальной операции чтения подаются постоянные сигналы. На входы, помеченные символом Р с, необходимо подать напряжение питания ч5 В, на входах Гн должен быть постоянный высо~и кий уровень, а "Х.С.*' означает «не подключен». Для программирования н тестирования устройства применяются различные конфигурации сигналов на входах; на вывод ЧРР подается программирующее напряжение. 974 Глава 10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
