Динамические свойства
Чтобы обеспечить нормальное функционирование ОЗУ, следует выполнить некоторые временные соотношения между входными сигналами.
Рис. 9.40. Временная диаграмма процесса записи.
На рис. 9.40 показана временная диаграмма процесса записи информации. Для предотвращения записи информации в неправильно выбранную ячейку импульс разрешения записи следует подавать вслед за адресом только по истечении определенного времени. Это время называется временем дешифрирования адреса tA (Address Setup Time). Для того чтобы обеспечивалась надежная запись в выбранную ячейку, длительность импульса разрешения записи не должна быть ниже минимального значения tW (Data Write Time). В случае значительного числа микросхем ОЗУ информация на входе должна сохраняться еще некоторое время tH (Data Hold Time) после окончания импульса записи. Сумма этих времен называется длительностью цикла записи (Write Cycle Time).
Процесс чтения информации представлен на рис. 9.41.
Рис. 9.41. Временная диаграмма процесса чтения. (Сигнал WE = 0;
После установки адреса достоверная информация появится через интервал времени tR. Это время называется временем доступа при чтении (Read Access Time) или просто временем доступа.
Параметры некоторых широко распространенных микросхем ОЗУ, выполненных как по биполярной, так и МОП-технологии, приведены в табл. 9.17.
Таблица 9.17
Параметры некоторых распространенных микросхем озу
9.6.2. ПОСТОЯННЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (ПЗУ)
Запоминающие устройства, в которых информация записывается при их изготовлении, называют постоянными запоминающими устройствами (Read Only Memory-ROM). Их принципиальная схема представлена на рис. 9.42.
Рис 9.42 Внутреннее строение микросхемы ПЗУ емкостью 16 бит
Дешифраторы адреса здесь ничем не отличаются от используемых в ОЗУ (рис 9.38). Запись каждого бита информации производится введением или разрушением контакта между выходом соответствующего элемента И-НЕ и общей шиной d, причем логической единице соответствует наличие такого контакта, а нулю его отсутствие Для того чтобы реализовалась связь «монтажное И», элементы И-НЕ должны иметь выход с открытым коллектором. Открыт только выходной транзистор той ячейки, к которой мы обращаемся, тогда как все остальные заперты. Если этот транзистор подключен к информационной шине, получается d = 0, в противном случае d = 1
Таблица 9.18
Пример таблицы программирования для ПЗУ на 32 слова по 8 бит
Очевидно, что строение запоминающей ячейки ПЗУ намного проще, чем ОЗУ. Поэтому на той же площади кристалла можно записать больший объем информации. Еще одно преимущество состоит в том, что записанная в ПЗУ информация сохраняется при отключении питания.
Постоянные запоминающие устройства изготавливаются для выполнения определенных, стандартных для цифровой техники операций Они используются, например, в знакогенераторах или преобразователях кода. В случае заказа большой серии микросхем они программируются по желанию заказчика при изготовлении Так как программирование в процессе производства микросхем осуществляется с помощью металлизированных масок, эти ПЗУ называются маскируемыми.
Однако некоторые ПЗУ программируются только после изготовления интегральной микросхемы. В таких программируемых постоянных запоминающих устройствах (ППЗУ) программирование может производиться самим потребителем. В биполярной технологии эти ППЗУ различаются по типу необратимого выжигания перемычки или пробоя р-n-перехода. В процессе программирования выбирается адрес соответствующей ячейки; при этом открывается ее выходной транзистор. Затем в шину данных подается импульс тока достаточной мощности. При этом следует точно выполнить временные соотношения, рекомендуемые изготовителем микросхемы. Для записи информации используются специальные программаторы, которые могут быть настроены на программирование данного типа ППЗУ.
В случае ППЗУ, выполненных по МОП-технологии, программирование осуществляется инжектированием электрического заряда. Этот процесс, однако, является обратимым: вся записанная на микросхемах информация стирается путем их облучения ультрафиолетом. Поэтому такие запоминающие устройства называются репрограммируемыми (РПЗУ). В зависимости от типа микросхемы при стирании в ней записываются все нули или все единицы.
Как правило, в ПЗУ по одному адресу записывается не один бит, как в ОЗУ, а целое слово длиной 4 или 8 бит. Поэтому они имеют несколько информационных выходов. Например, обозначение информационной емкости микросхемы 1К х 8 бит означает, что она содержит 1024 слова по 8 бит каждое. Содержание ПЗУ записывается в виде таблицы программирования. В качестве примера приведена таблица 9.18 для ПЗУ на 32 х 8 бит.
Очевидно, что эта таблица ничем не отличается от таблицы переключении восьми логических функций, в которых двоичные разряды адреса представляют собой входные переменные. Поэтому ПЗУ можно использовать в логических схемах в качестве обычного элемента, функция которого, однако, может быть произвольно запрограммирована.
Таблица 9.19
Параметры некоторых распространенных микросхем ППЗУ
В табл. 9.19 представлены основные параметры некоторых распространенных типов ППЗУ, выполненных по разным технологиям.
9.6.3. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ МАТРИЦЫ (ПЛМ)
При программировании ПЗУ исходят из заданной таблицы переключении, рассматривая состояние входных переменных x1…xk в качестве адреса. Каждой комбинации входных переменных таблица переключении ставит в соответствие одно определенное состояние выходных переменных у. Это состояние записывается в ЗУ по соответствующему адресу. Так как k входных переменных могут принимать 2k различных состояний, необходимый объем памяти составляет 2k бит. Если таблица переключении содержит n выходных переменных y1…yn, то по одному адресу записывается n-битовое слово и суммарная емкость ЗУ составит n 2k бит.
Поставляемые в настоящее время ППЗУ имеют наибольший объем 2К х 8 бит. Следовательно, с их помощью можно преобразовать 11 входных переменных в 8 выходных. Поэтому при большем числе входных переменных для реализации логической зависимости уже нельзя обойтись одной микросхемой. Однако часто только весьма небольшое число строк в таблице переключении содержит единицы, а в остальных стоят нули. В этом случае значительно экономнее не запоминать всю таблицу переключении, а образовывать только определенные логические функции Это решение предпочтительнее также тогда, когда в таблице переключении обнаруживается какая-либо закономерность
В разд 9.2 мы уже ознакомились с методом, который позволяет реализовать данную таблицу переключении с помощью соответствующих логических функций. Однако при этом в качестве базовых элементов использовались не запоминающие устройства, а логические схемы. Исходя из дизъюнктивной нормальной формы, выходные переменные можно записать, например, в следующем виде:
Поэтому искомую функцию можно реализовать, образуя сначала необходимые функции И, а затем составляя функции ИЛИ. Эта задача решается особенно легко, если построить матрицу, в которой все требуемые связи между входными переменными или их инверсиями и некоторым числом элементов И реализуются с помощью простых соединений пересекающихся проводников. Во второй такой же матрице можно получить связи между выходными сигналами элементов И и входами элементов ИЛИ. При этом для каждой выходной переменной необходим лишь один элемент ИЛИ. Подобная структура называется программируемой логической матрицей (ПЛМ). Она изображена на рис 9.43, причем ее соединения соответствуют приведенному выше примеру.
Рис 9.43 Программируемая логическая матрица
Как и у ПЗУ, здесь имеются как маскируемые, так и программируемые пользователем типы микросхем.
Таблица 9.20
Таблица программирования для ПЛМ
Обычно необходимые точки соединения задаются в табличной форме (табл. 9.20). Эта таблица представляет собой укороченную таблицу переключений. Если в ячейке какого-либо произведения записана единица, то это означает, что соответствующий вход микросхемы соединяется с соответствующим элементом И без инверсии. Нуль в ячейке таблицы означает, что входной сигнал нужно брать с выхода инвертора. Пустая ячейка означает, что вход в данном случае не подключается.
В правой части таблицы буквой А обозначаются те произведения, которые должны быть логически просуммированы для получения соответствующей выходной переменной y. В качестве примера в данной таблице приведены рассмотренные выше функции y1 и y2.
В табл. 9.21 представлены типичные параметры программируемых пользователем логических матриц.
Таблица 9.21
Параметры программируемых пользователем логических матриц
