8.3. Постійні запам’ятовувальні пристрої.

Робочим режимом ПЗП, які призначені для зберігання постійної або рідко змінюваної інформації, є лише зчитування. Якщо в ОЗП записувати й перезаписувати інформацію можна під час роботи, то у ПЗП запис можна здійснювати лише до включення його в роботу. Процес занесення інформації (тобто запис) в ПЗП називається програмуванням ПЗП. Відміність способів програмування ПЗП викликана різноманітністю запам’ятовувачів, а також потребою користувачів у тих чи інших випадках застосування ПЗП. Тому за способом програмування ПЗП розрізняють:

МПЗП (маскові ПЗП), які програмують до або під час їх виготовлення з допомогою спеціальних фотошаблонів-масок;

ППЗП (програмування ПЗП), які користувач може програмувати лише одноразово з допомогою спеціального пристрою – програматора, а після того як ППЗП запрограмований, вміст його пам’яті залишається постійним, як у МПЗП;

РПЗП (репрограмовані або перепрограмовані ПЗП), які можна програмувати повторно з можливістю багаторазового стирання і записування нової інформації (програма тором) різними способами – електричними імпульсами, ультрафіолетовими чи оптичними променями.

За способом зчитування ВІС ПЗП поділяють на асинхронні та синхронні (тактові). Так само як і ОЗП, ВІС ПЗП також розрізняють за технологією виготовлення запам’ятовувачів на діодні, біполярні, що використовують схемотехніку ТТЛ або ЕЗП, і польові, тобто МОН-схеми на основі n-МОН-, p-МОН- та КМОН-структур.

Основні параметри ПЗП (інформаційна місткість, швидкодія і споживана потужність) є, як правило, суперечними, бо збільшення, наприклад, місткості ПЗП викликає зростання потужності й зменшення швидкодії. Щоб задовольнити вимогам щодо вартості і надійності ПЗП при оптимальному поєднанні характеристик і параметрів, ВІС ПЗП будують за багаторівневою ієрархічною структурою на різних архітектурних, фізичних та технологічних принципах.

Принцип побудови і структура ВІС ПЗП. Порівняно з ОЗП ВІС ПЗП мають простіші організацію пам’яті та схему керування процесом зчитування інформації. Загальною ознакою всіх ПЗП є також наявність двокоординатної матриці-накопичувача, що являє собою однорідне за технологією “поле” запам’ятовувачів.

ВІС ПЗП дуже нагадують ПЛМ, бо також складаються з матриць; тільки у ПЗП програмують не обидві матриці (кон’юнкцій та диз’юнкцій), а лише матрицю диз’юнкцій. Матриця кон’юнкцій у ПЗП відіграє роль “жорсткого” повного дешифратора всіх вихідних відвхідних комбінацій. Тому ПЗП має більше ніж у ПЛМ число входів – рівно стільки, скільки потрібно для забезпечення повної таблиці істинності всіхадрес. Незважаючи на відмінність у сфері застосування ПЛМ за спільністю ознак часто відносять до класу ЗП як особливий вид ПЗП.

На рис.8.4показана узагальнена структурна схема ВІС ПЗП, основою якої є накопичувач інформації, що з’єднаний через ША з дешифратором адрес (DCA), а через ШР – з блоком мультиплексорів (MUX). Паралельний код адресиподається на формувач адрес, парафазні сигнали якого надходять на DCA і блок MUX, які збудують одну з горизонтальних (адресних) шин ША. Зчитування записаної у запам’ятовувачах інформації відбувається по всіх вертикальних (розрядних) шин ШР через блок мультиплікаторів і буфер вводу/заводу. Схема керування синхронізує роботу DCA і блок MUX, а також служать для забезпечення можливості нарощування об’єму пам’яті об’єднанням виходів (як монтажне АБО для схем з відкритим колектором) кількох ВІС ПЗП або для забезпечення їх роботи на спільну шину (для випадку тристанових виходів).

Рис. 8.4. Узагальнена структурна схема ВІС ПЗП.

У ВІС РПЗП схема керування, крім того, керує режимами запису зчитування та стирання інформації. На відміну від ОЗП при зчитуванні накопичувача ПЗП видається вміст цілого рядка запам’ятовувачів, причому такий рядок може містити навіть кілька слів. З вибраного дешифратором рядка виділяється і передається на вихід потрібне слово за допомогою мультиплексорів.

Для реалізації простого МПЗП досить використати дешифратор і потрібну для цього певну кількість діодів для побудови матриці-накопичувача. Такий МПЗП зображений на рис.8.5,а. Він має місткістьбіт, які розбиті наслова порозрядів у кожному. Отже, це ПЗП здатне запам’ятовувати чотири однобайтних слова (біт). У координатному полі накопичувача діоди, що відіграють роль запам’ятовувачів, розміщуються у тих “точках”, де повинні зберігатися біти, що мають значення лог. 1. Таким чином, для вибору потрібного слова треба за допомогою дешифратора 2-4 задати адресу (АІАО), тобто активізувати один з виходів дешифраторащо рівнозначно появі одиниці на обраній ША. Тоді на тих ШР, на перетинах яких з обраною ША присутній діод, формується одиниця, а на решті ШР – нуль.

Діодні накопичувачі, однак не знайшли широкого застосування для побудови ВІС МПЗП через їх низьку швидкодію. Найбільшу швидкодію забезпечують біполярні накопичувачі, час звертання у яких нс. Хоч МОН-накопичувачі мають нижчу швидкодію (час звертання – близько 200...600нс), однак потужність розсіювання їх значно нижча. Тому у ВІС МПЗП можна зустріти накопичувачі як біполярні, так і польові. Транзистори, що виконують роль запам’ятовувачів, у них ВІС під’єднують до рядків і стовпців накопичувача так, як це показано на рис.8.5,б. Так само, як і у діодного накопичувача, наявність або відсутність транзистора у “точці” перетину ортогональних ліній.

Структура ВІС ППЗП аналогічна структурі ВІС МПЗП, різниця лише у схемі запам’ятовувача, різні типи якого зображені на рис.8.5до (верхній ряд) і після (нижній ряд) занесення інформації. Подібно до ППЛМ запам’ятовувачі ППЗП найчастіше виготовляються разом з перемичками (рис.8.6,а), які у процесі програмування при вибірці відповідного запам’ятовувача перепалюються електричним струмом достатньої напруги (до 10...12В). Матеріали для перемичок – титано-вольфрамові, ніхромові та інші сплави. Інший тип запам’ятовувача передбачає заколочування зворотного ввімкнення діодів (рис.8.6,б,в).

а) б)

Рис. 8.5. Елементи ВІС ПЗП.

а) б) в)

Рис. 8.6. Структурні елементи програмування.

Для програмування ПНЗП необхідно насамперед скласти карту програмування, яка по суті є таблицею істинності, де кожній комбінації повного наборуадресвідповідає код (даних, який потрібно “зашити”. Режими програмування у різних мікросхем ППЗП різні, бо визначаються вони не лише технологією виготовлення даної ВІС, але й типом мікросхеми ППЗП (з відкритим колектором чи тристановим виходом тощо) та матеріалом самої перемички. Для перепалювання останніх використовуються спеціально призначений для цього пристрій – програматор, який має забезпечувати потрібний режим програмування ППЗП (тривалість імпульсу, його амплітуду і струм перепалювання) з допомогою одного імпульсу або пачки імпульсів.

На рис.8.7показано просту схему програматора для програмування ППЗП, зокрема серії КР556РТ4 (РТ5, РТ12), яку легко виготовити. Інформація, наприклад ППЗП КР556РТ4 (об’єм пам’яті 1К (біт), записується користувачем перепалюванням ніхромових перемичок імпульсом струму від джерела +10...+15В відповідно до коду адреси слова, який набирається фіксованими кнопками (0...7). Одиничні імпульси, які формуються за допомогою ЛЕ 2АБО-НЕ (К155ЛЕІ) і транзисторів, наприклад КТ815А, при кожному натисненні на кнопку “Запис”, подаються одночасно на один з виходів відповідного програмовного розряду данихі на вивід живленнямікросхеми ППЗП. До цього моменту (до програмування) у початковому стані в усіх розрядахза всіма адресами записаний лог. 0. При попередньому встановлені потрібного коду на адресних входахпісля натиснення кнопки“Запис”оформований схемою імпульс напруги (10...15В) надходить на встановлений перемикачем“Вибір розряду”вихід даних. При цьому перепалюється відповідна перемичка у матриці пам’ятіППЗП, що еквівалентно запису лог. 1 у потрібний запам’ятовувач.

Якщо вибрати параметри RC-кола, наприклад Ом,мкФ, то на виході формувача з’явиться імпульс тривалістю 100мс, що на цей час відкриє транзистор. Тоді емітерний струм відкритого транзистора призведе до опрацювання реле, яке замкне“нормально відкритий”контакт, подаючи на вхід через резистор 390Ом, таким чином, напругу ≈10В на входиімікросхеми. У заданий запам’ятовувач матриці пам’яті ППЗП залишається лог.1, коли світлодіод засвітиться. Якщо лог. 1 не записалась, слід дану операцію повторити, збільшивши напругу з 10 до 15В.

Можливість програмувати робить ППЗП і особливо РПЗП універсальними пристроями ЦТ. У РПЗП можна багаторазово стирати записану інформацію і записувати нову. Тому для виявлення і виправлення помилок РПЗП використовуються спеціальні типи транзисторних структур, що побудовані, зокрема, на основі МОН-транзисторів з плаваючим (ізольованим) заслоном, які змінюють під час програмування свої характеристики. Ці зміни є ознакою стану збережуваної у ПЗП інформації.

Накопичувачі РПЗП з ультрафіолетовим стиранням виконуються у два етапи– спочатку під дією інтенсивного ультрафіолетового випромінювання всі транзистори закриваються, що відповідає запису в усіх запам’ятовувачах лог. 1 (попереднє стирання), а потім за допомогою ША і ШР вибираються ті транзистори запам’ятовувачів, в які потрібно занести лог. 0 (запис інформації). Для цього на адресний вхід РПЗП подається код адреси слова, а на спеціальний вхід () – імпульс достатньої для перепалювання перемички напруги і потужності. При записі інформації у РПЗП часто застосовується програматор, керований мікропроцесором. На рис.8.8показані умовні графічні позначення розглянутих типів ПЗП-МПЗП (на ТТЛ – К596РЕ1), ППЗП (на І²Л – К541ЗЕ1) і РПЗП (на МОН – К573РФ1).

Рис. 8.7. Схема програматора.

К596РЕ1 К541РТ1 К573РФ1

Рис. 8.8. Типи ПЗП-МПЗП.