К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 77
Текст из файла (страница 77)
5.2 показана организация очень маленькой микросхемы памяти, состоящей всего из 16 слов по 8 бит в каждом. Структуру такой микросхемы обозначают как 16 х 8. Входы и выходы данных каждой схемы Белое/Жг11е соединяются с одной двунаправленной линией данных, которая может быть подключена к шине компъютера. В дополнение к линиям адреса и данных имеются две управляющие линии, В/Ж и С5. Входное значение на линии В/Ю (аеас)/0уп1е) определяет требуемую операцию, а входное значение на линии С5 (СЫр Бе!есг — выбор элемента памяти) выбирает одну из микросхем, составляющих систему памяти. Схема памяти, приведенная на рис. 5.2, вмещает 128 бит данных и требует 14 внешних линий для адреса, данных и управляющих сигналов.
Кроме того, для нее, конечно же, потребуются еще две линии, которые должны соединить ее с источником питания и «землей». Рассмотрим чуть большую микросхему памяти, содержащую 1 К (1024) ячеек памяти. Такая схема может быть организована в виде массива 128 х 8, и для нее потребуется 19 внешних соединений. В качестве альтернативы то же количество ячеек можно организовать в массив 1 К к 1. Тогда понадобятся 10-разрядный адрес, но зато лишь одна линия данных, а следовательно, 15 внешних соединений. Эта организация показана на рис. 5.3.
Здесь 10-разрядный адрес делится на две группы по пять разрядов в каждой, представляющих адреса строки и столбца в массиве ячеек. Сигнал адреса строки задает строку из числа 32 параллельно доступных ячеек. Однако в соответствии с адресом столбца только одна из них соединяется с внешней линией данных с помощью выходного мультиплексора и входного демультиплексора. Современные микросхемы памяти содержат гораздо большее количество ячеек, чем представленные на рис.
5.2 и 5.3. Такие маленькие схемы мы использовали просто для наглядности. Большие микросхемы имеют ту же структуру, но содержат массивы большего размера и имеют большее число внешних соединений. Например, 4-мегабайтовая микросхема может иметь структуру 512 К к 8, для которой понадобятся 19 адресных выводов и 8 выводов для ввода-вывода данных. В настоящее время выпускаются микросхемы емкостью в сотни мегаби-гов. 330 Глава 5. Система памяти Ь 0 АО Ячейки памяти Ь, Ь, линии данных: Ь, Рис. 5,2. Организация битовых ячеек в микросхеме памяти 5-разрядный ы гг%пйе 1О-разрядный адрес Ввод-вывод данных Рио.
Б.З. Микросхеме памяти ! К х ! 5.2. Полупроводниковая йАМ-память 331 5.2.2. Статическая память Память на основе микросхем, которые могут сохранять свое состояние лишь до тех пор, пока к ним подключено питание, называется сглапгической (Вга11с КЛМ, ЯКАМ). Как может быль реализована такая память, показано на рис. 5.4. Перекрестным соединением двух инверторов образуется защелка, Эта защелка соединяется с двумя линиями битов посредством транзисторов Т1 и Ть Транзисторы действуют как переключатели, которые могут открываться и закрываться под управлением линии слова. Когда на линии слова задана «земля», транзисторы выключены и состояние защелки не меняется.
Для примера предположим, что ячейка находится в состоянии 1, если логическое значение в точке Х равно 1, а в точке г' — О. Это состояние сохраняется до тех пор, пока сигнал на линии слова находится на уровне «земли». Операция чтения Для того чтобы прочитать состояние ячейки 5КЛМ, схемы управления памятью активизируют линию слова, в результате чего закрываются ключи Т1 и Ть Если значение в ячейке равно 1, на линии Ь наблюдается высокий уровень сигнала, а на линии Ь ' — низкий. Если же значение в ячейке равно О, эти сигналы меняют свои значение на противоположное, Схемы Вепсе/ЪЪ'г11е на концах линий битов выполняют мониторинг состояния линий Ь и Ь ' и соответствующим образом устанавливают выходные сигналы.
Операция записи Для установки состояния ячейки соответствующее значение помещается на ливию Ь, его дополнение — на линию Ь; а затем активизируется линия слова. Необходимые сигналы на линиях битов генерируются схемой Вепсе/Югйе. Ячейка КМОП КМОП-реализация ячейки, показанной на рис. 5.4, приведена на рис. 5.5. Пары транзисторов Та Тз и Те Тв образуют инверторы защелки (см. приложение А). Состояние ячейки считывается или записывается так, как описано выше. Например, в состоянии 1 напряжение в точке Х сохраняется высоким за счет того, что транзисторы Тз и Тв включены, а транзисторы Тз и Т«выключены.
Таким образом, если транзисторы Т1 и Тг включены (замкнуты), напряжение на линиях битов Ь и Ь' будет соответственно высоким и низким. В старых КМОП-микросхемах статической памяти напряжение источника питания У»в,г„составляло 5 В, а в новых низковольтных микросхемах оно равно 3,3 В.
Обратите внимание, что для сохранения состояния ячейки необходимо обеспечить постоянное питание. Если питание отключить, содержимое ячейки будет уничтожено. Когда питание будет подано снова, защелка установится в устойчивое состояние, но это не обязательно будет то самое состояние, в каком она была в момент отключения питания. Поэтому микросхемы статической памяти называют энергозависимыми. Основным преимуществом статической КМОП-памяти является очень низкая потребляемая мощность.
Через ячейки этой памяти ток идет только в момент 332 Глава 5. Система памяти обращения к ним. Все остальное время транзисторы Т1 и Ть а также по одному транзистору в каждом инверторе выключены, н между источником питания У,й и «землей» нет соединения. ова Рис. 5.4. Ячейка статической НАМ ова Рис. 6Л. Пример ячейки памяти КМОП В современных микросхемах время доступа к статической памяти составляет всего несколько наносекунд.
Поэтому статическая память используется в первую очередь там, где особенно важен такой показатель, как высокая скорость работы. 5.2. полупроводниковая йдМ-память 333 5.2.3. Асинхронная динамическая память Статическая ВАМ работает быстро, но стоит очень дорого, поскольку каждая ее ячейка содержит несколько транзисторов.
Вот почему выпускается еще и более дешевая память с более простой конструкцией ячеек. Однако эти ячейки не способны бесконечно долго сохранять свое состояние, поэтому такая память называется динамической (Пупаш1с ВАМ, ПКАМ). В ячейке динамической памяти информация хранится в форме заряда на конденсаторе, и этот заряд может сохратиться всего несколько десятков миллисекунд. Поскольку ячейка памяти должна хранить информацию гораздо дольше, ее содержимое должно периодически обновляться путем восстановления заряда на конденсаторе. На рис. 5.6 показан пример ячейки динамической памяти, состоящей из конденсатора С и транзистора Т.
Для записи информации в эту ячейку включается транзистор Ти на линию бита подается соответствующее напряжение. В результате на конденсаторе образуется определенный заряд. Линия бита Рис. 5.6. Однотранзисторная ячейка динамической памяти После выключения транзистора конденсатор начинает разряжаться. Это происходит из-за его собственного сопротивления утечки, а также из-за того, что после выключения транзистор продолжает слабо проводить ток (измеряется в пикоамперах). Полученная информация не содержит ошибок лишь в том случае, если она считывается из ячеек до того, как заряд конденсатора падает ниже определенного порогового значения.
Операция чтения производится, когда транзистор выбранной ячейки включен. Соединенный с линией бита усилитель считывания определяет, превышает ли заряд конденсатора пороговое значение. Если да, он подает на линию бита напряжение, соответствующее значению 1, В результате конденсатор заряжается до напряжения, также соответствующего 1. Если заряд на конденсаторе ниже порогового значения, усилитель считывания снижает напряжение на линии бита до уровня «земли», обеспечивая тем самым отсутствие заряда (логическое значение 0) на конденсаторе.
Таким образом, в процессе считывания содержимое ячейки автоматически обновляется. Все ячейки выбранной строки считываются одновременно, в результате чего обновляется содержимое всей строки. Подробности реализации усилителя считывания в этой книге не рассматриваются. 334 Глава 5. Система памяти На рис. 5.7 показана 16-мегабитная микросхема РВАМ конфигурации 2М х 8. Ее ячейки организованы в массив 4 К х 4 К, в котором 4096 ячеек каждой строки разделены на 512 групп по 8 ячеек, так что в одной строке может храниться 512 байт данных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
