Лекція 4. Застосування статичних та динамічних озп

4.1. Статичні озп

Оперативні запам'ятовувальні пристрої (RAM) дозволяють не тільки читати, але й оперативно записувати інформацію в довільні комірки пам'яті. Однак при знятті напруги живлення інформація в RAM руйнується. В RAM на відміну від ROM відсутня схема програмування, але є додатковий керуючий вхід -W/R для вибору режиму запису або читання комірок пам'яті.

У статичних ОЗП (SRAM) матриця пам'яті складається зі статичних тригерів, які містять у собі, щонайменше, 6 транзисторів. Тому важко забезпечити великий обсяг пам'яті SRAM і ціна статичної ОЗУ в 4-6 разів вище вартості динамічних ОЗП (DRAM), де комірка пам'яті складається з одного конденсатора та одного транзистора. Разом з тим, швидкодія SRAM приблизно в 2 рази вище через немультиплексований доступ до матриці та через те, що не витрачається час на регенерацію. Ще одна позитивна особливість статичних ОЗП - мале енергоспоживання в режимі зберігання, що пов'язане з використанням КМОН-технології.

Достоїнства статичних ОЗП використані в комп'ютерах IBM АT-286 і вище: від годинника реального часу та зберігання SetUp, до так званої кеш-пам'яті (Cache), що є буфером між CPU і основною пам'яттю комп'ютера. Остання має значний обсяг (кілька ГБ), тому будується на DRAM. Тут присутні втрати часу на регенерацію, на гортання сторінок, а також на тактах очікування через обмежену швидкодію (50нс і більше).

4.2. Динамічні озп (dram)

У динамічних ОЗП роль елемента пам'яті виконує конденсатор, що зберігає один біт інформації: наявність заряду – логічна 1, відсутність – логічний 0. Доступ до конденсатора забезпечується одним транзистором, як показано на рис.4.1.

│ шина строки i

────────┬───────────────

шина │ │____ VTij

столбця│ ┬ ┬ ┬ Cij

j ├──┘ │ └───┤├───Ucc

│

Рис. 4.1. Елемент пам'яті DRAM

Використання конденсатора в пам'яті забезпечує велику її щільність і, разом з тим, мале енергоспоживання DRAM. Крім того, для економії числа виводів і зв'язків на платі застосовується мультиплексування адрес. Однак через витоки в кристалі конденсатор гарантовано утримує заряд не довше 10 мс. Тому необхідна періодична підзарядка ємності (регенерація). Типова структурна схема динамічної ОЗП К565РУ5 зображена на рис.4.2., а її статичні стани наведені у таблиці 4.1.

Таблиця 4.1

RAS#	CAS#	W#/R	A	DI	DO	Режим роботи
1	X	X	X	X	Z	Зберігання
0	1	X	A	X	Z	Регенерація
0	0	0	A	D	Z	Запис
0	0	1	A	X	D	Зчитування

RAS# (Row Address Select) - вибір адреси рядка;

CAS# (Column Address Select) - вибір адреси стовпця.

Динаміка роботи динамічних ОЗП (К565РУ5Г) визначається діаграмою сигналів, наведеною на рис.4.3. Для сигналів керування мають місце наближені співвідношення

t_cy = 2*t_RAS; t_R-C = t_RAS /4

┌─────┐ ┌────────┐

│ Деш.│ X0..X127 │ 7 8 │

╔══╡ адр.╞═══════════════>╡ 2 х 2 │

║ │строк│ ┌───────┐ ├────────┤

┌───────┐║ │ X ╞╗ │Селект.├───>┤Оп.стр.1│

А0..А7│Мульти-│║ └──^──┘║ │опорної│ ├────────┤

══════╡плекс. │║ ┌───┴─────>┤строки ├┐┌─>┤Ус.зчит.│

8 │регістр╞╣ │ ║ └─┬───┬─┘││ ├────────┤

│адреси │║ │ ║ │ │ └──>┤Оп.стр.2│

└───^───┘║ │ ║ А7 -А7 │ ├────────┤

│ ║ │ ╚════════════│══╡ 7 8 │

│ ║ │┌─────┐ X128..X255 │ │ 2 х 2 │

RAS#║ │ ║ ││ Деш.│ │ └─┬────┬─┘

────╢ │ ╚══╡ адр.╞══╗ │ Y0..Y255

CAS#║ │ ││стовп│ ║ │ ┌─┴────┴─┐ ┌─────┐

────╢ │ ││ Y │ ╚═════════════╡Кл.стовп╞<>╡ │DO

W/R#║ F1│ F2│└─────┘ F3│ └───^────┘ │схема├───>

────╢ ┌───┴──────┴────────────────────┴────┬─┘F4 │ В/В │DI

╚═╡ Схема управління ├──F5────>┤ ├<───

└────────────────────────────────────┘ └─────┘

Рис. 4.2. Структура DRAM

А │ ┌───────╥───────┐

│ │ AR ║ AC │

├────┴───────┬───────┴───────────────────────────

│<────│─────── t_cy ─────────────>│ t_cy=360

RAS# ├──────┤──40─│ ┌───────────────┤

│ │<──── t_RAS ────>│ │ t_RAS=200

├──────╘═══════════════╛─────────────────────────

>0┼─┼──45─┤

CAS# ├────────────┴─┤ ┌───────────

│ ├─ t_R-C ──┤<── 120 ───>│ t_R-C=55

├──────────────╘════════════╛────────────────────

Запис: │

W/R# │ ──┐ ┌─

│ │<──80─>│

├────────────╘═══════╛────────────────────────────

DI │ ┌───────────┐

│ │ │<───80──>│

├────────────┴───────────┴───────────────────────

Читання: │

W/R# │ ┌───────────────────┐

│ │ │

├────────────┴───────────────────┴───────────────

DO │ ┌──────┐

│ │<──<120──>│ │

├─────────────────────────┴──────┴───────────────

Рис. 4.3. Діаграма роботи DRAM