Запоминающие устройства микропроцессорных систем.

В микропроцессорных системах используется два вида запоминающих устройств (ЗУ): оперативные (ОЗУ) и постоянные (ПЗУ). В ОЗУ основной режим работы — это запись и считывание информации. Информация все время обновляется, хранится не долго и при выключении аппаратуры теряется. В ПЗУ основной режим работы — только считывание информации. Запись происходит при изготовлении микросхемы или при установке ее в аппаратуру.

Различают разновидности ПЗУ: программируемые (ППЗУ) и репрограммируемые (РПЗУ). Программируемые ПЗУ позволяют пользователю самостоятельно при помощи специальных приспособлений однократно записать информацию в микросхему. Такая запись программ производится обычно после их проверки и отладки. Изменить информацию после ее занесения в микросхему невозможно.

Репрограммируемые ПЗУ позволяют многократно стирать и заново заносить информацию. При этом может использоваться электрическое (ЭРПЗУ) или ультрафиолетовое стирание (РПЗУ - УФ).

В зависимости от способа организации памяти различают статические и динамические ЗУ. Статические ЗУ образованы на основе триггерных ячеек. Динамические ЗУ допускают изменение или передвижение данных при хранении, например, запоминание на конденсаторах, требующее периодического восстановления заряда. Динамические ЗУ не позволяют производить считывание в произвольный момент времени, но они обладают очень высокой плотностью записи информации и малым потреблением электроэнергии.

Для изготовления микросхем памяти используется ТТЛ и МОП технология и их разновидности.

На логических схемах ОЗУ обозначается RAM (динамическое ОЗУ-RAM) — Random Acces Memory — память с произвольной выборкой.

ПЗУ обозначается ROM (ППЗУ – PROM, РПЗУ – RPROM) — Read Only Memory — память только со считыванием.

Статические ОЗУ. Промышленностью выпускается большое количество различных микросхем оперативной памяти в различных сериях интегральных схем: К500, К1500, К537, К541, К565.

В качестве примера рассмотрим широко используемую в качестве статического ОЗУ микросхему К537РУЗ — рис.6.6. Она выполнена по КМОП технологии, но по уровню сигналов стыкуется с микросхемами ТТЛ типа. Объем памяти составляет 4К, т.е. 4096 триггерных ячеек. Время выборки не превышает 0,1 мкс, а время восстановления — 70 нс.

Внутри микросхема содержит матрицу 64 х 64 запоминающих элементов, дешифраторы адреса строк и столбцов, усилители записи и считывания, схему управления. Обозначения входов микросхемы:

А 12-разрядный адрес ячейки памяти;

DO output - выход данных;

DI input-вход данных;

CS выбор микросхемы;

WE установка режима «запись - считывание».

Символ на правом обрезе условного обозначения микросхемы обозначает, что выход имеет третье высокоимпендансное состояние Z. Режим работы микросхемы в зависимости от состояния управляющих сигналов иллюстрируется следующей таблицей:

Символ ◊ обозначает произвольное состояние входа.

Объединяя несколько таких микросхем, можно построить многоразрядное ЗУ на 64К слов.

Динамические ОЗУ содержатся в микросхемах серии К565. Емкость их составляет до 64К. Регенерация происходит через каждые 2 мс. Микросхема имеет 4 режима работы: запись, считывание, хранение, регенерация. Регенерация производится путем обращения к каждой ячейке памяти по сигналу RAS. Естественно, в то время, когда происходит регенерация, запись и считывание информации производить нельзя.

Постоянные ЗУ служат для хранения программ и другой постоянной информации. Микросхемы этого типа сохраняют информацию при выключении напряжения питания. Строятся на базе матрицы запоминающих элементов ТТЛ или МОП структуры. Запись информации в матрицу происходит одноразово при помощи специально изготавливаемого фотошаблона путем металлизации промежутков между элементами. Такой фотошаблон значительно дороже самой микросхемы и изготавливается при заказе большой партии микросхем. Микросхемы ПЗУ входят в состав серий интегральных схем: К500, К541, К568. К596, К1610. На рнс.6.10 приведена схема ПЗУ К568РЕЗ. В микросхеме может быть записана информация объемом 2¹⁴ байт. Считывание нужного байта производится заданием кода адреса и сигнала CS выбора микросхемы.

Программируемые ПЗУ позволяют, задать состояние ячеек памяти не на заводе-изготовителе микросхем, а самим разработчиком микропроцессорной системы. Программирование микросхем ППЗУ происходит путем пережигания плавких вставок в цепях ячеек памяти от внешнего источника с помощью специального устройства — программатора. Такие ПЗУ входят в состав следующих серий микросхем: К500, К556, К537, К541.

Электрические репрограммируемые ПЗУ позволяют осуществить многократное программирование при сохранении памяти при отключении питания. Память сохраняется за счет сохранения заряда в МОП структуре. Длительность хранения информации в нормальных условиях эксплуатации составляет годы.

Количество циклов перепрограммирования может достигать 10⁴. При этом можно стереть или сменить всю информацию или только выборочно. Микросхемы ЭР ПЗУ входят в состав ряда серий интегральных схем: К505, К558,К1601.

РПЗУ с ультрафиолетовым стиранием наиболее распространены. В них снятие заряда с МОП структуры ячейки памяти происходит при ультрафиолетовом облучении кристалла через окошко в корпусе микросхемы. Облучение производят специальной ультрафиолетовой лампой в течение 30 минут.

Примером РПЗУ-УФ может служить микросхема К573РФ. Число циклов перепрограммирования этой микросхемы не менее 25, а время сохранения информации без электропитания не менее 25 × 10³ часов.

Микросхемы этого типа требуют защиты от случайного воздействия световых потоков во время эксплуатации.