Запоминающие устройства (ЗУ)

ЗУ - основная функциональная часть цифровой системы. ЗУ характеризуется емкостью (числом бит или байт) и временем обращения. С ростом емкости ЗУ увеличивается и время обращения. Поэтому обычно применяется иерархическая система ЗУ, т.е. используется несколько видов ЗУ разного объема и быстродействия. Информация распределяется по ЗУ в зависимости от частоты ее использования. В цифровых системах используются "внутреннее" и "внешнее" ЗУ. "Внутреннее" ЗУ реализуются на интегральных схемах и имеют высокое быстродействие (от единиц до сотен нсек.). В качестве "внешних" ЗУ используются различные накопители на магнитных и лазерных дисках.

По выполняемым функциям "внутренние» ЗУ делятся:

1) ОЗУ - для записи и считывания произвольной информации;

2) ПЗУ - для хранения и считывания постоянно записанной информации.

Если быстродействие ОЗУ не удовлетворяет требованию системы, используются сверхбыстродействующие ОЗУ, реализованные на специальных регистрах.

Классификация,  функциональное обозначение и обозначение ИМС приведены в таблице.

По способу записи и считывания ЗУ подразделяется на:

- с произвольной выборкой данных;

- с последовательной выборкой данных.

В виде ИМС выпускаются ЗУ с произвольной выборкой.

Для реализации ИМС используются различные технологии: ТТЛШ, ЭСЛ, КМДП и т.д. Наиболее перспективными являются ЗУ на КМДП элементах, которые обеспечивают максимальную степень интеграции и минимальную потребляемую мощность.

Основные параметры ЗУ:

1) информационная емкость;

2) организация ЗУ (поразрядная, побайтная и т.д.);

3) время выборки t_в - промежуток времени между подачей сигнала считывания и до появления данных на выходе; лежит в пределах от единиц до сотен нс.;

4) время цикла t_ц - минимальное время между сигналом выборки для записи и сигналом выборки для считывания;

5) потребляемая мощность:

а) мощность в режиме хранения Р_хp;

б) мощность в режиме выборки Р_выбp.

Р_хp<<Р_выбp

Остальные параметры ИМС ЗУ определяются типом серии.

Основным элементом любой ИМС ЗУ является накопитель, который представляет собой матрицу из X´Yэлементов памяти.

Элементы памяти в различных ИМС реализованы либо на тpиггеpных элементах, либо на транзисторных ключах с различными схемными вариантами.

Кроме накопителя в состав ЗУ входят схемы управления.

Различные структуры ЗУ имеют отличие, которое заключается в возможности записи информации. Поэтому обычно рассматривают две структурные схемы ЗУ:

- схема ЗУ типа ОЗУ, ППЗУ, РПЗУ с возможностью записи (рис. 147);

- схема ПЗУ (режим записи отсутствует).

Рис. 147

Накопитель содержит X строк и Y столбцов, емкость N=X*Y. Каждый элемент памяти (ЭП) накопителя подключен к шине адреса (ША) и шинам данных (ШД). В реальных ИМС часто шины данных входных и выходных объединены в одну общую, по которой данные записываются и считываются.

Выбор нужного  ЭП осуществляется определенной комбинацией на адресных входах (А₀,...,А_n).

Адресные дешифраторы строк (ДСХ) и столбцов (ДСУ) определяют координаты матрицы, в которых находится выбираемый ЭП.

Данные для записи DI поступают на ЭП через устройство записи (УЗ), которое определяет режим записи по сигналу .

Считываемые данные DO формируются устройством считывания (УС) по команде с устройства управления (УУ).

На УУ поступает управляющий сигнал выбора ИМС  (Chip Select) или два сигнала  и  для динамических ИМС памяти (адресация и выбор в таких ИМС осуществляется в мультиплексированном виде по строкам RAS и столбцам CAS).

Режим работы ИМС ЗУ определяется двумя сигналами:

=1 ЗУ находится в режиме хранения;

 =0,  = 0 ЗУ в режиме записи;

 =0,  =1 ЗУ в режиме чтения.

В режиме хранения информация на адресной шине, на шине данных и сигнал  не влияет на состояние ИМС ЗУ. Выходная шина в этом режиме находится в Z-состоянии.

В режиме записи выходная шина данных находится в Z-состоянии.

В режиме считывания входная шина данных не влияет на состояние ЭП.

Обобщенные временные диаграммы режима записи и считывания ИМС ЗУ представлена на рис. 148.

Рис. 148

Для ИМС ПЗУ, у которых отсутствует режим записи, используется один управляющий сигнал , который по соответствующему адресу разрешает выдачу данных либо переводит выход ИМС в Z-состояние. Обобщенные временные диаграммы работы ПЗУ представлены на рис. 149.

Рис. 149