ОЗУ

3.9. Оперативные запоминающие устройства

Запоминающие устройства по выполняемым функциям делятся на оперативные и постоянные. Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) осуществляют запись, хранение и считывание информации и работают только при включенном питании, т. е. ОЗУ являются энергозависимыми. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) хранят информацию при отключении питания, т. е. ПЗУ являются энергонезависимыми.

ОЗУ по виду хранения информации разделяются на статические и динамические. В статическом ОЗУ в качестве элемента памяти используется триггер, в динамическом - конденсатор. По-английски ОЗУ называется RAM (random access memory - память с произвольным доступом). Статическое ОЗУ соответственно SRAM, динамическое DRAM.

Статическое ОЗУ

На рисунке 1 показана структура статического запоминающего устройства.

Рис.1. Структура статического ОЗУ

ЭП - это элемент памяти. Еще его называют запоминающим элементом (ЗЭ). Все элементы памяти заключены в матрице накопителя. Число элементов равно 2ⁿ. Каждый конкретный ЭП хранит один бит информации и имеет свой, задаваемый n-разрядным двоичным кодом.

Адрес разбивают на две части (обычно одинаковые) - адрес строки и адрес столбца. Получается прямоугольная матрица, содержащая 2^k строк и 2^m столбцов. Всего элементов памяти будет 2^k+m.

Поскольку число строк и число столбцов значительно больше, чем разрядность двоичного числа, между адресными входами и матрицей элементов памяти ставят дешифраторы, на рисунке обозначенные как дешифратор строк и дешифратор столбцов.

Рассмотрим один из вариантов исполнения элемента памяти статического ОЗУ. Вот схема:

Рис. 2. Элемент памяти статического ОЗУ

Собственно элементом памяти является D-триггер, находящийся на пересечении i-й строки и j-го столбца. Для уменьшения количества выводов микросхем ОЗУ совмещают их входы и выходы. Поэтому на схеме введен и электронный ключ SW.

При уровнях лог. 1 на линиях i и j и при подаче сигнала разрешения записи WR=1 (от write - записывать), в триггер записывается информация, которая поступает на вход D. При этом шина Вход/Выход оказывается подключенной к D входу триггера через электронный ключ SW и выполняет функции входа, при снятии сигнала WR ключ подключает к шине Вход/Выход выход триггера, и эта шина выполняет функции выхода.

Если ОЗУ одноразрядное, то шина Вход/Выход будет общей для всех элементов памяти. Но чаще ОЗУ многоразрядные и в этом случае на каждой паре линий строка-столбец располагается по n триггеров и n ключей, где n-число разрядов, а элемент "И" при этом остается один. И каждый из ключей подключается к своей шине Вход/Выход.

Помимо режимов записи и считывания, которые определяются потенциалом на входе WR, существует режим хранения данных, в котором запись и считывание запрещены. Режим имеет двойной смысл.

Во-первых, если в устройстве много микросхем ОЗУ, что характерно, то запись или считывание ведется по одной микросхеме, остальные в этом случае должны быть отключены.

Во-вторых, в режиме хранения данных энергопотребление намного меньше, чем в режиме записи и считывания (рабочий режим). Для перевода ОЗУ в режим хранения используется сигнал CS, по-английски crystal selection - выбор кристалла. Обычно для перевода в режим хранения на вход CS подается уровень лог. 1, для перевода в рабочий режим - лог. 0.

Динамическое ОЗУ

Как говорилось ранее, в динамическом ОЗУ функции элемента памяти выполняет конденсатор. Информация представлена электрическим зарядом, к примеру, если есть заряд на конденсаторе, значит в элемент памяти записана лог. 1, нет заряда - лог. 0.

Поскольку время сохранения заряда на конденсаторе ограничено (вследствие утечки), необходимо периодически восстанавливать записанную информацию. Этот процесс зовется регенерацией. Помимо этого, для динамического ОЗУ требуется синхронизация, обеспечивающая последовательность включений функциональных узлов.

Для реализации элемента памяти динамического ОЗУ широко применяется схема, показанная на рисунке 3.

Рис. 3 - Элемент памяти динамического ОЗУ

Выбор элемента памяти производится сигналом лог. 1 на шине строки. Транзистор VT2 открывается и соединяет конденсатор С1 с шиной столбца. РШ - разрядная шина. Предварительно через транзистор VT1, который открывается сигналом "Такт (С)", заряжается емкость С_ш до напряжения U₀. Емкость С_ш должна значительно превышать емкость С1.

Элемент памяти динамического ОЗУ проще, чем статического, поСо, этому объем памяти в динамических ОЗУ выше, чем в статических. При большой разрядности адреса его делят на две части. Первая называется RAS, что по-английски означает row access signal - сигнал выборки строки, вторая - CAS, на английском означающая column access signal - сигнал выборки столбца.

Сигналы RAS и CAS сдвинуты друг относительно друга во времени, сигнал разрешения записи WR должен появляться при введении обеих частей адреса. Одновременно с WR вводится информационный сигнал. В режиме считывания информационный сигнал появляется на выходе с некоторой задержкой, относительно сигнала CAS.

Обозначение сигналов микросхем памяти (для сведения)

1. Адрес: А	2. Тактовый сигнал: С
3. Строб адреса столбца: CAS	4. Строб адреса строки: RAS
5. Выбор микросхемы: CS	6. Разрешение: CE
7. Запись: WR	8. Считывание: RD
9. Запись-считывание: W/R	10.Разрешение записи: WE
11.Разрешение по выходу: OE	12.Данные (информация): D
13.Входные данные: DI	14.Выходные данные: DO
15.Адрес, данные; вход, выход: ADIO	16.Данные вход, выход: DIO
17.Регенерация: REF	18.Программирование: PR
19.Стирание: ER	20.Напряжение питания: Ucc
21.Напряжение программирования: UPR	22.Общий вывод: OV

4