Как известно, в ЭВМ принят адресный способ указания информации. В соответствии с этим устройства памяти ЭВМ строят как ЗУ с произвольным доступом (RAM – от random access memory). В таких ЗУ время обращения к той или иной ЯП не зависит от ее адреса.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RАM) ЭВМ предназначено для хранения изменяющейся информации (исходных данных, промежу­точных и конечных результатов вычислений). В настоящее время его емкость составляет сотни Мбайт (и более в специализированных ЭВМ). ОЗУ допускает как чтение, так и запись информации в темпе работы процессора.

Основная память современных ЭВМ строится на полупроводни­ковых БИС ЗУ. Существующие в настоящее время БИС ЗУ принято классифицировать по следую­щим основным признакам.

По способу обращения к массивам элементов памяти БИС ЗУ делятся на адресные и ассоциа­тивные. В адресных ЗУ обращение к ячейкам па­мяти производится по их физическим координатам, задаваемым двоичным кодом – адресом. Адресные ЗУ бывают с произвольным обращением, где до­пустим любой порядок следования адресов, и с по­следовательным обращением, где выборка ячеек па­мяти возможна только в порядке убывания или воз­растания адресов. К ЗУ с последовательным обра­щением относятся, например, сдвигающие регистры.

В ассоциативных ЗУ поиск информации происходит по признакам хранимой информации, независимо от координат ячеек памяти.

В зависимости от типа ЗЯ БИС ЗУ различают:

– БИС ЗУ на статических ЗЯ (SRAM – oт static random access memory);

– БИС ЗУ на динамических ЗЯ (DRAM – oт dynamic random access memory).

Статические OЗУ – ОЗУ, накопитель которых выполнен на статических элементах памяти. В данных БИС ЗУ элементы памяти представляют собой бистабильные триггерные эле­менты, что определяет возможность считывания информации без ее разрушения.

Динамические OЗУ – ОЗУ, накопитель которых выполнен на динамических элементах памяти. В динамических БИС ЗУ для хранения информации используются запоминающие конденса­торы, что требует периодического восстановления (регенерации) состояния элементов памяти в про­цессе хранения информации и обязательного их восстановления после считывания. В современных БИС ЗУ регенерация совмещается, как правило, с обра­щением к элементу памяти или группе элементов. Имеются также БИС ЗУ с динамическим накопи­телем, со встроенной системой регенерации и синх­ронизации – квазистатические БИС ЗУ.

Следует заметить, что хотя статические ЗУ и обладают более высоким быстродействием (при прочих равных условиях), ОЗУ практически всех современных ЭВМ строятся на динамических БИС ЗУ. Это обусловлено более низкой стоимостью модулей памяти DRAM, что существенно при большом объеме ОЗУ. Статические ЗУ применяются в “узких” местах подсистемы памяти ЭВМ (кэш-память первого и второго уровней), где требуется высокое быстродействие, а объем ЗУ относительно невелик.

Типовая полупроводниковая БИС ЗУ (рис. 1.44) состоит из накопителя и схем обрамления. Накопитель Н представляет со­бой матрицу запоминающих элементов (ЗЭ) и предназначен для хранения информации.

Рис. 1.44. Полупроводниковая БИС ЗУ

В ка­честве ЗЭ полупроводниковых БИС ЗУ могут быть использованы статические триггеры. В схемы обрамления входят:

– адресная часть АЧ (строчные и столбцовые дешифраторы, фор­мирователи), предназначенная для выбора одного (или нескольких) ЗЭ в матрице в соответствии с кодом адреса на ее входах;

– числовая часть ЧЧ (усилители чтения-записи), с помощью которой производится передача информации от выбранного ЗЭ к информационному выходу при чтении и пере­дача ее от информационного входа к выбранному ЗЭ (в ОЗУ);

– блок местного управления БМУ, осуществляющий координацию работы всех узлов БИС ЗУ в режимах хранения, записи и чтения по пер­вичным управляющим сигналам (выбор кристалла (ВК), запись/чтение (ЗП/ЧТ) и др.).

Практически все БИС ЗУ можно разделить на два основных класса по типу применяемого в ЗЯ активного элемента:

– биполярные структуры;

– МОП-структуры.

Основным преимуществом биполярных структур перед МОП-струк­турами является их более высокое быстродействие. Биполярные струк­туры считаются перспективными для создания быстродействующих БИС ЗУ. Основные типы элементов, которые используются при изготовлении биполярных структур: транзисторно-транзисторные (ТТЛ), эмиттерно-связанные (ЭСЛ), инжекции-онные (И2Л), тиристорные.

МОП-структуры используются для создания БИС ЗУ большой и сверх­большой емкости. Основные преимущества данных структур перед бипо­лярными – более высокая плотность эле-ментов в кристалле, большая экономичность (меньшее энергопотребление). Различают МОП-структуры на статических и динами­ческих ЭП. При построении статических МОП-структур используются преимущест­венно n-канальные МОП-транзисторы. Такие МОП-структуры, как и биполярные, характеризуются потреблением тока в режиме хранения. Это связано в тем, что одно из двух плеч триггера ЗЭ всегда проводит полный прямой ток. Уменьшить энергопотребление в режиме хранения можно путем увеличения сопротивления нагрузок плеч. Однако это сопряжено со снижением быстродействия БИС ЗУ.

Данное противоречие разрешается применением в МОП-структурах ЗЭ на КМОП-транзисторах (на комплементарных МОП-транзисторах). В каж­дом плече триггера ЗЭ на КМОП-транзисторах один из двух последова­тельно включенных транзисторов в режиме хранения заперт. Поэтому через оба плеча протекают лишь незначительные обратные токи р-n-переходов, и потребляемая в этом режиме мощность КМОП-БИС на два-три порядка меньше, чем у аналогичных МОП-БИС. Недостатком КМОП-структур является невысокая плотность ЗЭ. Этот недостаток устраняется при изготовлении КМОП-структуры на сапфировой изолирующей под­ложке. Кроме того, КМОП-структуры на сапфире обладают более высо­ким быстродействием и большей радиационной стойкостью. Однако они отличаются и большей стоимостью.

Для построения ОЗУ с сохра­нением информации при отключении питания разработаны структуры на основе МНОП-транзисторов и транзисторов с плавающим затвором. Об­щим свойством таких транзисторов является возможность управлять величиной их порогового напряжения. Транзистор может находиться в одном из двух состояний (с высоким или низким значением порогового напряжения). Поэтому его можно использовать в качестве ЗЯ.

На рис. 1.45 показано условное графическое обозначение УГО БИС с ТТЛ-структурой 155РУ7 (емкость 1 К 1-битных ЗЯ, время обращения t0 = 45 нс).

Рис. 1.45. УГО БИС с ТТЛ-структурой

В табл. 1.23 приведены значения управляющих сигналов для задания того или иного режима работы БИС. Существенной особенностью данной БИС является то, что в режимах записи и хранения выход DO отключается от нагрузки (переводится в высокоимпедансное состояние). Это отмечается символом перечеркнутого ромба в выходном поле УГО БИС.

Таблица 1.23

Значения управляющих сигналов для задания того или иного режима работы БИС

se	wr	DI	A	DO	Режим
1	*	*	*	Откл	Хранение
0	0	0	Адр	Откл	Запись 0
0	0	1	Адр	Откл	Запись 1
0	1	*	Адр	(Адр)	Чтение

Обращение к БИС для записи начинается с установки кода адреса на магистрали А, значения wr = 0 и записываемого бита на входе DI. Сам акт записи осуществляется нулевым значением сигнала se длительностью tw, которое должно установиться через время tAS дешифрирования кода адреса. Код А и значение DI необходимо удерживать в течение времени tH по окончании сигнала se = 0. Обращение к БИС для чтения начинается тоже с задания кода адреса А и нулевого значения сигнала wr. А чтение содержимого ячейки номер А производится сигналом se = 0 длительностью tr, которое устанавливается по истечении времени tAS после установки кода А. Этот код удержи-вается в течение времени tH после снятия сигнала чтения se. Таким образом,

t0 = tAS + tW + tH.

При построении ОЗУ выделяют следующие конструктивные единицы:

– БИС ОЗУ;

– модуль ОЗУ;

– блок ОЗУ;

– многоблочная ОП.

БИС ОЗУ является первичным элементом конструкции ОЗУ. В об­щем случае накопитель БИС ОЗУ предназначен для хранения М n-раз­рядных слов. Наибольшее распространение получили БИС ОЗУ с однораз­рядной организацией накопителя, когда n = 1.

Модуль ОЗУ – это совокупность БИС ОЗУ и схем согласования, орга­низованная так, что позволяет хранить заданное количество N машинных слов определенной разрядности n, и допускающая наращивание инфор­мационной емкости.

Блок ОЗУ – один или несколько модулей ОЗУ, дополненные регист­рами адреса и числа, вспомогательными схемами согласования. Блок ОЗУ способен в полной мере реализовать функцию приема, хранения и выдачи информации.

Многоблочная ОП строится из нескольких стандартных блоков ОЗУ. В функциональном отношении многоблочная ОП рассматривается как одно ОЗУ с емкостью, равной сумме информационных емкостей блоков, и быстродействием, примерно равным быстродействию одного блока.

• Назад
• Вперёд