Общее устройство памяти

Общее устройство фрагмента памяти любого типа показано на рис. 18.5.

Рис. 18.5. Схематическое устройство ЗУ с однобитным последовательным выходом

Из рисунка видно, что память всегда представляет собой матричную структуру. В данном случае матрица памяти имеет 8x8 = 64 однобитных ячейки. Рисунок 18.5 демонстрирует, как производится вывод и загрузка информации в память с помощью мультиплексоров/демультиплексоров (вроде 561КП2, см. главу 15 ). Код, поступающий на мультиплексор слева (х₃ ‑ х₅ ), подключает к строке с номером, соответствующим этому коду, активирующий уровень напряжения (это может быть логическая единица, как показано на рисунке, или ноль, неважно). Код на верхнем демультиплексоре (х ₀ ‑ х₂ ) выбирает столбец, в результате к выходу этого демультиплексора подключается ячейка, стоящая на пересечении выбранных строки и столбца.

Легко заметить, что сама по себе организация матрицы при таком однобитном доступе для внешнего мира не имеет значения. Если она будет построена как 4х16, или 32x2, или даже вытянута в одну линеечку 64x1 – в любом случае код доступа (он называется адресным кодом ) будет 6‑разрядным, а выход один‑единственный. Поэтому всем таким ЗУ приписывается организация TVxl бит, где N – общее число битов. Для того чтобы получить байтную организацию, надо просто взять 8 таких микросхем и подать адресный код на них параллельно, тогда на выходах получим параллельный восьмибитный код, соответствующий байту. Общая емкость такой памяти составит 64 х 8 = 512 битов или 64 байта. У нас получается хорошая модель типового модуля памяти, вроде тех, что используются в компьютерном ОЗУ.

Большинство выпускаемых интегральных ЗУ также сложены из таких отдельных однобитных модулей (только в наше время уже значительно большей емкости) и имеют 8, 16, 32 или большее количество параллельных выходов, но бывают кристаллы и с последовательным (побитным) доступом.

В качестве примера можно привести, скажем, ПЗУ с организацией 64Кх16 типа АТ27С1024 фирмы Atmel (рис. 18.6).

Рис. 18.6. Разводка выводов АТ27С1024

Это однократно программируемое КМОП ПЗУ с напряжением питания 5 В и емкостью 1024 Мбит, что составляет 128 Кбайт или 64 К двухбайтных слов. Следует отметить, что в области микросхем памяти сложилась хорошая традиция, когда все они, независимо от производителя и даже технологии, совпадают по выводам, разводка которых зависит только от организации матрицы (даже, как правило, не от объема!) и, соответственно, от применяемого корпуса (в данном случае – DIP‑40). Для разных типов (RAM, ROM, EEPROM и т. д.) разводка различается в части выводов, управляющих процессом программирования, но можно спокойно заменять одну микросхему на другую (с той же организацией и, соответственно, в таком же корпусе) без переделки платы.

RAM

Традиционное название энергозависимых типов памяти, как и в случае ROM, следует признать довольно неудачным. RAM значит Random Access Memory , т. е. память с произвольным доступом, или, по‑русски – ЗУПВ, запоминающее устройство с произвольной выборкой . Главным же признаком класса является не «произвольная выборка», а то, что при выключении питания память стирается. EEPROM (о которой далее), к примеру, тоже допускает произвольную выборку и при записи, и при чтении. Но так сложилось исторически, и не нам разрушать традиции.

Подавляющее большинство производимых микросхем ЗУПВ относится к динамическому типу. В них информация хранится в виде заряда на конденсаторе, который имеет привычку быстро утекать, и потому такая память требует периодической регенерации (раз в несколько миллисекунд). Зато она дешева (каждая ячейка состоит из одного конденсатора и одного транзистора) и упаковывается с высокой плотностью элементов, поэтому динамическое ЗУ (DRAM) является основным видом компьютерных ОЗУ.

Статическое ОЗУ (SRAM), ячейка которого представляет собой один из вариантов рассмотренных в главе 16 триггеров, устроено сложнее, имеет меньшую плотность упаковки (т. е. при тех же габаритах меньшую емкость) и стоит гораздо дороже. Главное ее преимущество, кроме того, что она не требует регенерации, – высокое быстродействие и отсутствие потребления в статическом режиме. Выпускаются отдельные микросхемы SRAM, как простые (например, UT62256 с организацией 32Кх8), так и довольно «навороченные»: так, микросхема М48Т35 кроме собственно массива памяти (32Кх8) содержит на кристалле часы реального времени, монитор питания и, главное, имеет встроенную литиевую батарейку, которая позволяет сохранять информацию при отключении питания. Но с распространением энергонезависимой flash‑памяти, о которой будет рассказано далее, такие применения SRAM почти потеряли актуальность[28], и за ней остались главные области, где она незаменима: это регистры и кэш‑память в микропроцессорах, а также ОЗУ данных в микроконтроллерах и ПЛИС.

По счастью, с DRAM нам в схемотехническом плане иметь дело не придется, а SRAM мы увидим только в составе микроконтроллеров. Поэтому рассмотрим подробнее более актуальные для пользователя разновидности ROM.