Полупроводниковые запоминающие устройства
Микросхемы памяти в общем объеме выпуска ИС занимают около 40%.
В последовательностных цифровых автоматах для хранения небольших кодовых слов используются регистры, описанные ранее. Причем при отключении питания информация стирается. При необходимости хранения больших объемов информации применяют запоминающие устройства (ЗУ), выполненные на специализированных микросхемах. Существуют микросхемы, позволяющие долгое время хранить информацию даже при отключенном питании.
По выполняемой функции ЗУ можно разделить на оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), обозначаемые RAM (random access memory) и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), обозначаемые ROM (read only memory).
К оперативным относят ЗУ, которые используются для хранения информации, необходимой в процессе работы автомата. ОЗУ могут быть выполнены как статическими, так и динамическими. В статических ОЗУ записанная информация постоянно сохраняется в выделенном месте и не стирается при ее считывании. Стирание возможно только специальным сигналом или при отключении питания.
В динамических ОЗУ информация постоянно перезаписывается и при считывании стирается, поэтому для ее сохранения необходима постоянная перезапись.
Для обозначения ОЗУ на принципиальных электрических схемах используется аббревиатура RAM (random access memory). В свою очередь ОЗУ делятся на статические (SRAM), динамические (DRAM) и регистровые (RG). ПЗУ могут быть масочными – запрограммированными изготовителем (ROM), однократно программируемые пользователем (PROM или OTP), многократно программируемыми (репрограммируемыми) с ультрафиолетовым стиранием (EPROM) или с электрическим стиранием (EEPROM, Flash). Широкое применение нашли также логические матрицы и устройства (PLM, PML, PLA, PAL, PLD, FPGA и т. д.) с большим выбором различных конфигураций.
В зависимости от
типа ЗУ элементом памяти может быть
триггер, миниатюрный конденсатор,
полевой транзистор с «плавающим»
затвором, плавкая перемычка. Упорядоченный
набор элементов памяти образует ячейку
памяти (ЯП). Количество элементов памяти
в ЯП обычно кратно
.
Обычно это количество называют длиной
слова. В свою очередь ЯП группируются
в матрицу памяти с упорядоченным
доступом. Наиболее распространены три
структуры доступа к ЯП: 2D,
3D,
2DM.
Для ПЗУ и статических ОЗУ малой емкости
применяется структура 2D,
где в матрице памяти строками является
адрес ЯП, а столбцами разряды слова
данных. Т. е. активный сигнал в каждый
момент времени может быть только в одной
строке. Увеличение числа разрядов адреса
ведет к значительному усложнению
дешифратора. Поэтому для памяти с большим
объемом применяются 3D
структуры,
где адресное слово делится на две (обычно
равные) части, каждая часть дешифруется
отдельно и из одной части образуются
строки, а из другой столбцы матрицы.
Считывание или запись информации в
выбранную ЯП при этом происходит по
отдельным шинам. Структура 2DM
занимает промежуточное положение. При
этом из части m
разрядов
адреса N
также формируются строки, и активируется
одновременно
ЯП,
а выбор соответствующей осуществляется
с помощью дополнительного мультиплексора.
Кроме адресного доступа существуют и другие:
- последовательные запоминающие устройства;
- ассоциативные запоминающие устройства.
Последовательные ЗУ делятся по способу считывания – записи информации:
- FIFO (first in – first out) первым пришел – первым вышел (очередь),
-LIFO (last in - first out) последним пришел – первым вышел (стек),
-файловые, где данные поступают в начало,
- циклические, где слова считываются одно за другим с определенным периодом.
В ассоциативных ЗУ поиск информации производится по некоторым признакам, содержащихся в самих словах, а не по их координатам.
Основными
характеристиками микросхемы памяти
являются: информационная емкость
(объем), быстродействие и энергопотребление.
Емкость современных ЗУ чаще всего
выражается в единицах кратных
=
1024 (один килобит),
=
1048576 (один мегабит) или
=1073741824
(один гигабит).
Для создания элементов ЗУ, в основном, применяют структуры МОП на основе кремния, что связано с технологичностью их изготовления.