43.Оперативные запоминающие устройства

Оперативные запоминающие устройства на электрических схемах обозначаются RAM (Random Access Memory). В ОЗУ коды в соответствии с решаемыми задачами постоянно изменяются и полностью пропадают при выключении питания. ОЗУ подразделяются на статическую SRAM, динамическую DRAM и регистровую память RG.

В ОЗУ статического типа SRAM в качестве элементов памяти используются простейшие RS- или D-триггеры. Такие ОЗУ характеризуются весьма высоким быстродействием и используются в наиболее «узких» местах микропроцессорной системы, например в сверхоперативной памяти при кратковременном хранении промежуточных результатов, в различных регистрах, кэш-памяти и т.п. Статическая память может быть синхронной и асинхронной. В асинхронной памяти выдача и прием информации определяется подачей комбинационных сигналов. В синхронной памяти выдача и прием информации тактируется.

В ОЗУ динамического типа DRAM в качестве элемента памяти используется микроконденсатор в интегральном исполнении, размеры которого значительно меньше D-триггера статической памяти. По этой причине при одинаковых размерах кристалла информационная емкость DRAM выше, чем SRAM. При этом число адресных входов и габариты должны увеличиться. Чтобы не допустить этого, адресные линии внутри микросхемы разбиваются на две группы, например старшая и младшая половина. Две одноименные k-линии каждой группы подключаются к двум выходам внутреннего k-го демультиплексора 1 в 2, а его вход соединяется с k-м адресным входом микросхемы. Число адресных входов, при этом уменьшается в два раза, но зато передача адреса в микросхему производится, во-первых, в два приема, что несколько уменьшает быстродействие, и, во-вторых, требуется дополнительный внешний мультиплексор адреса. В процессе хранения бита конденсатор разряжается. Чтобы этого не допустить, заряд необходимо поддерживать (обеспечивать регенерацию хранимой информации).

Запоминающая ячейка динамического типа хранит информацию в виде заряда емкости. Ток утечки обратносмещенного p–n-пе-рехода составляет не более 0,1 нA, а емкость – 0,1..0,2 пФ, следовательно, постоянная времени разряда – более 1 мс. Поэтому через каждые 1..2 мс требуется производить подзаряд емкостей запоминающих элементов – регенерацию динамической памяти.

В динамических ОЗУ чаще используется так называемая «строчная регенерация», при которой в одном цикле регенерируются все элементы, расположенные в одной строке прямоугольной матрицы накопителя. Любое обращение к запоминающей ячейке (запись или чтение) регенерирует ее и одновременно регенерирует все ячейки, расположенные в той же строке накопителя.

Для регенерации накопителя достаточно провести обращение только к последовательным строкам – каждый цикл обращения для регенерации может состоять только из передачи адреса строки, поэтому для полной регенерации накопителя объемом 16 K (матрица 128  128) достаточно 128 тактов. Накопители большего объема реализуют на неквадратных матрицах, чтобы уменьшить число строк и сократить время регенерации. Так, накопитель объемом 64 K имеет матрицу 128  512.

Динамическая память может быть синхронной и асинхронной. В асинхронной памяти выдача и прием информации определяется подачей комбинационных сигналов. В синхронной памяти выдача и прием информации тактируется. Все DRAM имеют несколько режимов работы: режим чтения/записи страничный режим чтения/записи режим регенерации.

Динамическое ОЗУ отличается от статического мультиплексированием адресных входов, необходимостью регенерации хранимой информации, повышенной емкостью (до нескольких Мбит), более сложной схемой управления, меньшим быстродействием.

Для повышения быстродействия памяти в последнее время на одном кристалле вместе с большой по объему динамической памятью DRAM размещают небольшую по объему статическую память SRAM. Такие микросхемы SDRAM, имеющие на одном кристалле 4 Мбайт DRAM и всего 16 Кбайт SRAM, выпускают фирмы «Samsung», «Ramtron» и другие.