Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 218
Текст из файла (страница 218)
СВ, АООВ Ава Ь АВЕО, СВЕО ьасьссс ою 1НВЕО1, ОСАВЕ61 1НВЕ62, 'ИАВЕ62 сит 021 ООТВЕО ВЮВсд нс 1ОЮ Рис. 10.30. Временные длагпаммы, иллюстРирующие Работу памяти типа ЕВТ ВВЯАМ о конвейериыми выходами 10.4. Динамические оперативные запоминающие устройства 99т Протоколы синхронного доступа в статическое ОЗУ очень полезны в быстродействующих системах. Например, сигналы на адресные входы, на входы управления и на входы данных при записи можно подавать с соблюдением более или менее обычных требований по времени установления и времени удержания относительно системного тактового сигнала, а считываемые данные на выводах памяти с конвейерными выходами доступны в течение почти всего тактового цикла. Очень важно, что разработчик не должен беспокоиться о сложных схемах и о путях прохождения тактового сигнала; в противном случае это было бы необходимо для обеспечения надлежашей работы обычного статического ОЗУ на зашел ках.
Уже в 1999 году выпускались микросхемы памяти типа ЮгчАМ с тактовой частотой до 166 МГц. Заметьте, что среди четырех рассмотренных нами разновидностей памяти типа БЯКАМ нет единственной «лучшей», Лучшей памятью типа ЗЖАМ является та, которая наилучшим образом согласуется с протоколом шины и другими требованиями системы, в которой она используется. 10.4. Динамические оперативные запоминающие устройства Основной ячейкой памяти в статическом ОЗУ является О-защкчка, для которой требуются четыре вентиля в дискретном исполнении н от четырех до шести транзисторов в заказном статическом ОЗУ в виде БИС.
Для того чтобы построить ОЗУ с более высокой плотностью (с ббльшим числом двоичных ячеек в кристалле), разработчики микросхем памяти придумали ячейки, в которых на каждый бит приходится всего лишь по одному транзистору. 10.4.1. Структура динамического ОЗУ Рис. 10.31. Ячейка памяти в динамическом ОЗУ для хране- ния одного бита линия слова ячейха динамическогоСВУдяя хранения 1 бита Используя только один транзистор нельзя построить элементе двумя устойчнвьтми состояниями. В ячейках памяти динахтического ОЗУ (Ыупаттс ЛАМ, ОКАМ) информация сохраняется в виде напряжения на крошечном конденсаторе, доступ к которому осуществляется с помощью МОП-транзистора На рис.
10 31 показана ячейка памяти динамического ОЗУ, в котором запоминается один бит и обращение к которой происходит прн подаче на линию слова напряжения высокого уровня. Чтобы запомнить 1, на линию бита подается напряжение высокого уровня, которое через «открытый» транзистор поступает на конденсатор и заряжает его. Для сохранения 0 на линию бита подается напряжение низкого уровня, в результате чего конденсатор разряжается. 998 Глава 10. Память и микросхемы типа СРь0 и РРОВЬ Для чтения информации, хранящейся в ячейке динамического ОЗУ, на линии бита сначала устанавливается наиряг>сение нредвари>нельного уров>т (ргесЬагие га!гале), значение которого находится посередине между высоким и низким уровнями, а затем на линию слова подается напряжение высокого уровня. В зависимости от того, заряжен илн разряжен конденсатор, напряжение на линии бита становится немного выше или немного ниже предварительного уровня. С помощью усилителя считывания (ве>ме атрй!>ег) это небольшое изменение напряжения обнаруживается и доводится до уровня логической 1 или логического 0 соответственно.
Обратите внимание, что при чтении содержимого ячейки изменяется исходное напряжение на конденсаторе, поэтому после чтения хранившаяся в ячейке информация должна быть снова в нее записана. Емкость конденсатора в ячейке динамического ОЗУ очень мала, но подключенный к конденсатору МОП-транзистор в запертом состоянии имеет очень большое сопротивление. Поэтому требуется относительно большое время (несколько миллисекунд) для того, чтобы конденсатор разрядился настолько, что имевшееся на нем напряжение высокого уровня упало до значения, соответствующего низкому уровню.
В течение этого времени конденсатор хранит один бит информации. Естественно, что при работе с компьютером вам было бы не до шуток, если бы приходилось каждые несколько миллисекунд его перезагружать из-за потери информации в его памяти (хотя именно так часто ведет себя операционная система 'й>!п>(оя з). Поэтому в системах памяти на основе динамических ОЗУ для обновления данных в каждой ячейке предусмотрены периодически повторяющиеся Чиклы регенврании (гв!гевй сус!вв), В первых динамических ОЗУ регенерация производилась каждые четыре миллисекунды. Цикл регенерации включает последовательно выполняемые чтение несколько ухудшенного содержимого каждой ячейки в Е>-защелку и повторную запись полноценного значения логического сигнала из защелки в ячейку.
На рис. 10.32 показано напряжение на конденсаторе в ячейке памяти после записи и последующих циклов регенерации. Первые динамические ОЗУ, появившиеся в начале 70-х годов, содержали только 1024 ячейки, а емкость современных динамических ОЗУ достигает 256 мегабитов и больше. Если бы требовалось обновлять все ячейки по очереди каждые четыре миллисекунды, то у вас возникли бы проблемы: время, отводимое на регенерацию содержимого одной ячейки, было бы гораздо меньше 1 нс, и не оставалось бы никакого времени для выполнения полезных операций чтения и записи. К счастью, как будет показано позже, динамические ОЗУ организованы в виде двухмерных матриц и за одну операцию регенерируется целая строка матрицы.
У первых динамических ОЗУ было 256 строк, и требовалось 256 циклов регенерации каждые четыре миллисекунды, то есть цикл регенерации очередной строки должен был выполняться пригиерно через каждые 15.6 мкс. Современные матрицы памяти состоят из 4096 строк и их содержимое необходимо обновлять только один раз за 64 мс, так что по-прежнему цикл регенерации очередной строки должен производиться каждые 15.6 мкс. В типичном случае длительность цикла регенерации составляет менее 100 нс, так что динамическое ОЗУ доступно для полезных операций чтения и записи в . дхгчение более чем 99 А времени., 10.4. Динамические оперативные запоминающие устройства 039 е рация время Рис.
10.32. Напряжение на конденсаторе в ячейке динамического ОЗУ после записи и выполнения циклов регенерации (Н!ОН вЂ” высокий уровень, ~ОЧЧ вЂ” низкий уровень) На рис. 10.33 приведена внутренняя структура динамического ОЗУ 64Кх1, Емкость логической матрицы составляет 64Кх1 битов, но физически матрица представляет собой квадрат, состоящий из 256х256 ячеек.
Несмотря на то, что память содержит 64К ячеек, микросхема имеет только восемь мультиллвксированных адресных входов (ти!пр!вхвг! агыгввв (при!в). полный 16-разрядный адрес поступает в микросхему за два шага по двум сигналам управления: но стробу адреса страни ЯА$ ! (гогч ас)г)гвв» вггаЬе) и ло стробу адреса стслбиа О4$ Ь (со!итн ас)г)гввв в!годе). Благодаря мультиплексированию адресных входов удается сократить число выводов, что важно для компактной реализации запоминающих устройств, и, кроме тою, мультиплексирование совершенно естественным образом согласуется с двухсупенчатыми методами доступа к динамическому ОЗУ, которые вскоре будут описаны. АО-Ат НАЯ 1.
РАБ 1. ЧЧЕ 'ь ул ими ми, м ром и РОпт Р!М Рис. 10.33. Внчтпенивисточктчов линям ннкн н ляч вви 1 1000 Глава 10. Пемить и микросхемы типа СР1.0 и РРЕА Большие динамические ОЗУ представляют собой большие матрицы, а часто состоят из нескольких матриц. Одно из достоинств применения нескольких матриц заключается в простоте решения электрических н физических проблем, которые возникали бы при проектировании матриц очень больших размеров, Но еще более важным является параллелизм, становящийся возможным при наличии нескольких матриц.
Как мы увидим в следующем разделе, работа динамического ОЗУ намного сложнее, чем работа статического ОЗУ. Благодаря наличию в больших быстродействующих динамических ОЗУ нескольких матриц, современный контроллер динамического ОЗУ может выполнять параллельно несколько операций, например, завершать цикл записи в одной матрице, инициализируя цикл чтения в другой, В результате этого суммарный коэффициент использования памяти повышается. 1 0.4.2.
Временные параметры динамического ОЭУ Существует много различных временных сценариев работы динамических ОЗУ разного типа. В этом разделе мы рассмотрим наиболее общие циклы работы обычного динамического ОЗУ и укажем на их связь с внутренней структурой устройства. Самое замечательное свойство динамического ОЗУ состоит в том, что отсутствует тактовый сигнал. Операции в динамическом ОЗУ начинаются на спадающем фронте сигналов ЙАЯ 1 и САЯ 1 и заканчиваются на нарастающем фронте этих сигналов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
