ПЗУ

3.10. Постоянные запоминающие устройства

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) предназначены для хранения информации, например, таблиц, программ, каких-либо констант. Информация в ПЗУ хранится при отключенном источнике питания, т.е. ПЗУ являются энергонезависимыми микросхемами памяти, работают только в режиме многократного считывания информации.

По способу занесения информации в ПЗУ (программирования) их делят на 3 группы:

1) Однократно программируемые изготовителем ПЗУ, называемые масочными (или заказными) или сокращенно ПЗУМ, или ROM (Read Only Memory).

2) Однократно программируемые пользователем (обычно путём пережигания плавких перемычек на кристалле) - ППЗУ, или PROM.

3) Многократно программируемые пользователем (репрограммируемые) или РПЗУ. Или EPROM.

В однократно программируемых ПЗУ вместо элемента памяти, как в ОЗУ, ставится перемычка между шинами в виде пленочных проводников, диодов, транзисторов. Наличие перемычки соответствует лог. 1, ее отсутствие - лог. 0 или наоборот. Процесс программирования таких ПЗУ заключается в пережигании ненужных перемычек и поэтому в дальнейшем ПЗУ такого рода программировать нельзя.

Масочное ПЗУ. Рассмотрим структуру масочного ПЗУ с матрицей 32х32 на биполярных транзисторах:

Рис. 1 - Структура масочного ПЗУ (32х32)

Матрица состоит из 32-х транзисторов по числу строк (0-i-32), каждый из которых имеет 32 эмиттера по числу столбцов. Коллекторы всех транзисторов соединены с шиной питания (U_cc). Базы транзисторов образуют строки матрицы. Эмиттеры либо имеют соединение с разрядной шиной (цифра 1 и черный кружочек), либо не имеют (0 и пустой кружок).

Разрядные шины разделены на 4 группы по 8 (4х8=32). Каждая из 4-х групп замыкается на селектор MS1-MS4, который под управлением сигналов с выходов дешифраторов столбцов (DCY) выбирает из 8-ми одну и коммутирует ее на выходы. Выходные усилители считывания стробируются сигналами CS1, CS2.

Выборку 4-х разрядного слова осуществляется 8-ми разрядным кодом адреса. Выбранное слово поступает на выход при CS1=CS2=0. Поскольку схема соединений и пороговые напряжения транзисторов не зависят от режима работы микросхемы, она обладает свойством энергонезависимости. Информация записанная в ПЗУ называется прошивкой.

Программируемые ПЗУ. Программируемые пользователем ПЗУ (ППЗУ) похожи на масочные и отличаются от них тем, что пережигание перемычек (программирование) выполняет пользователь. Для этого в структуре микросхемы предусмотрены специальные устройства, стоящие на выходах и обеспечивающие формирование тока программирования.

Микросхемы ППЗУ выпускаются с целыми металлопленочными перемычками из легкоплавкого материала с низким сопротивлением. Программирование состоит в пережигании этих перемычек.

Для программирования ППЗУ, у которых в исходном состоянии записаны лог. 0, необходимо подвести код адреса программируемого элемента и подать на выход, к которому этот элемент памяти относится, одиночный импульс напряжения.

Пережигать одновременно можно только одну перемычку. На остальные выводы микросхемы ППЗУ подают уровни лог. 0. Далее задается следующий адрес и процесс повторяется.

Для программирования микросхем ППЗУ, у которых в исходном состоянии записаны лог. 1, необходимо на выводы подать лог. 1, а на выход, к которому относится элемент памяти, подать лог. 0.

Программируемая логическая матрица. Программируемые логические матрицы (ПЛМ или ПЛИС) являются разновидностью ППЗУ. Микросхема ПЛМ включает в себя операционную часть из матрицы И, матрицы ИЛИ, входных и выходных усилителей, программирующую часть из адресных формирователей и программируемого дешифратора.

Матрица И выполняет операции логического умножения над входными переменными и их инверсными значениями. Требуемые логические произведения формируются путем пережигания ненужных перемычек между строками и столбцами. Аналогично формируется матрица ИЛИ.

Репрограммируемое ПЗУ. Их разделяются на два класса:

• 1) С режимом записи и стирания электрическим сигналом.

• 2) С режимом записи электрическим сигналом и стиранием ультрафиолетовым излучением.

Микросхемы РПЗУ допускают возможность многократного программирования (от сотен до тысяч циклов), способны сохранять информацию при отсутствии питания несколько тысяч часов, требуют значительного времени на перепрограммирование (это исключает возможность использовать их в качестве ОЗУ), имеют сравнительно большое время считывания.

Элементом памяти в РПЗУ является полевой транзистор с плавающим затвором или транзистор с лавинной инжекцией заряда. Эти транзисторы под воздействием программирующего напряжения способны запасать электрический заряд под затвором и сохранять его много тысяч часов без напряжения питания.

Для того, чтобы перепрограммировать такое ПЗУ необходимо сначала стереть записанную ранее информацию. В РПЗУ на транзисторах с плавающим затвором стирание выполняется электрическим сигналом, который вытесняет накопленный под затвором заряд.

В РПЗУ на транзисторах с лавинной инжекцией заряда стирание записанной информации происходит под воздействием ультрафиолетового (УФ) излучения, которое облучает кристалл через специальное окно в корпусе микросхемы.

РПЗУ со стиранием УФ излучением имеют ряд недостатков, по сравнению с РПЗУ со стиранием электрическим сигналом. Так, например, для стирания информации УФ необходимо вынимать микросхему из контактного устройства (панелек).

А также, наличие окна в корпусе обуславливает чувствительность микросхемы РПЗУ к свету, это увеличивает вероятность случайного стирания информации. И число циклов перепрограммирования здесь всего нескольких десятков, когда у РПЗУ со стиранием электрическим сигналом оно достигает 10 000.

4