§3.3 Статические озу
Для хранения одного бита информации необходим один запоминающий элемент (ЗЭ).
В качестве примера рассмотрим статическую память, выполненную на рМОП-транзисторах. Фрагмент схемы ЗЭ для ЗУ с пословной выборкой показан на рис. 3.2, а. Хранимая информация определяется состоянием транзисторов VT1 и VT2: состоянию, когда включен VT2, а выключен VT1, присваивается единица, а противоположному состоянию — нуль. Транзисторы VT3 и VT4 выступают в роли резисторов, a VT5 и VT6 используются как вентили разрешения.
Запись производится установкой уровня логической единицы на шине выбора ячейки. Транзисторы VT5 и VT6 открываются и шины установки уровня нуля и единицы подключаются к соответствующим затворам транзисторов VT1 и VT2. Для записи единицы на шине устанавливается уровень логической единицы, а для записи нуля — уровень логического нуля. При этом VT2 открывается, а VT1 — закрывается.
Рис. 3.2. Фрагмент схемы ЗЭ с пословной выборкой (а) и временная диаграмма его работы (б)
При записи нуля значения сигналов на шинах установки ) будут противоположные.
Считывание осуществляется подачей напряжения, соответствующего уровню логического нуля, на шину выбора ячейки. Состояние /Т1 передается на шину установки уровня нуля, а состояние VT2 — на шину установки уровня единицы.
Количество ЗЭ и их размещение в БИС памяти широко варьируются. Общая емкость изменяется от 256 Х 4 до 4К Х 1. ЭЗУ 256 Х 4 содержит 256 ячеек по 4 бита, 4К Х 1 имеет 4096 ячеек по 1 биту.
§3.4 Динамические озу
Динамические ОЗУ характеризует ряд достоинств по сравнению со статическими ОЗУ:
1. Высокая плотность. Динамический ЗЭ можно реализовать на трех или даже одном МОП-транзисторе. В связи с этим на подложке размещается большое количество ЗЭ, а следовательно, уменьшается число БИС в модуле памяти.
2. Малое потребление энергии. Динамический ЗЭ не потребляет тока, за исключением тех относительно коротких отрезков времени, когда он работает. В связи с этим такие ОЗУ нашли применение при построении энергонезависимой памяти.
3. Экономичность. Удельная стоимость динамических ОЗУ меньше статических. Так как динамические ОЗУ требуют более сложных схем управления, они используются только при организации больших объемов памяти. При малых объемах памяти применять их невыгодно.
Большая интегральная схема динамического ОЗУ организована в матрицу строк и столбцов ЗЭ. Простейший элемент состоит из одного транзистора и одной емкости. Хранение единицы или нуля определяется наличием или отсутствием заряда на емкости.
Основным видом ячейки памяти для динамических ЗУ большой емкости (от 4 до 16 Кбайт и более) стал однотранзисторный ЗЭ, схема которого изображена на рис. 3.3. При считывании на одной из шин выбора строки в соответствии с младшими битами адреса (адрес строки) устанавливается высокий потенциал. При этом включается транзистор VTI (количество транзисторов VT1 зависит от числа ЗЭ в строке) для всех ЗЭ выбранной строки.
Рис. 3.3. Схема однотранзисторного ЗЭ для динамических ЗУ
Рис. 3.4. Схема 4 X 1-разрядного динамического ЗУ на однотранзисторных ЗЭ
Усилитель регенерации, соединенный с каждым столбцом, воспринимает уровень напряжения на соответствующей емкости как 0 или 1. Выбранный элемент подключается к выходу по заданному адресу столбца. В процессе считывания емкости во всей строке разряжаются. Чтобы сохранить информацию, усилители регенерации осуществляют запись в ту же строку элементов. Операция записи выполняется аналогично, но в выбранном элементе запоминаются данные, а остальные элементы в этой строке регенерируются. Так как со временем емкость С разряжается через р—п переход, то требуется постоянно считывать и записывать элементы динамической памяти. Такой процесс называется регенерацией.
На рис. 3.4 показана схема 4 Х 1 -разрядного динамического ЗУ на однотранзисторных ЗЭ. Эта матрица имеет вид 2х2 ячейки. Благодаря адресации строки и столбца ЗУ работает как четыре одноразрядных устройства. Во время считывания возбуждаются шины записи и считывания и энергия от одного из конденсаторов С1 передается на шину данных. Для записи слова адресуется требуемая ячейка, а на шину записи подается импульс напряжения так, чтобы послать информацию с шины данных на конденсатор хранения записи С2. При регенерации запись следует сразу же за циклом считывания. Шина выбора столбца отключается, и, следовательно, регенерация происходит во всех рядах одновременно. При считывании заряд С1 временно хранится на С2 и затем по команде на регенерацию (запись) передается на С1.