Повышение надёжности функционирования ОЗУ на БИС ЗУ достигают путём применения различных методов. Основным практическим методом уменьшения числа ошибок в информации, вызванных отказами и сбоями ОЗУ и другого оборудования ОЗУ, является использование корректирующих кодов. Корректирующий код образуется путём добавления к информационным разрядам группы дополнительных, т.н. избыточных, контрольных разрядов, которые представляют собой свёртку по определённому алгоритму групп информационных разрядов. Корректирующая способность кода определяется мощностью кода L, под которой понимается способность кода корректировать L-кратные ошибки.

ВОЗУ первых выпусков через каждые 8мсек производилось 512 циклов регенерации,

всовременных ОЗУ ёмкостью 1Мбит интервал регенерации увеличен в 6-10 раз, благодаря чему мощность токопотребления снизилась до нескольких мВт.

Благодаря созданию пакетного метода записи и считывания информации из ОЗУ, имеющих время выборки 100 - 120 нс, удалось обеспечить время выборки одного бита, равное 15-40 нс.

Первый шаг в совершенствовании ОЗУ бил сделан, когда перешли от одноразрядной организации ИС к четырехразрядной. Разработаны и внедрены дополнительные режимы работы: страничный, слоговый (полубайтовый) и статической дешифрации столбцов, позволяющие последовательно обращаться к ограниченным блокам данных с высокой скоростью.

Создание следующих поколений ОЗУ методами традиционной технологии затруднено: при дальнейшем уменьшении размеров конденсаторов качество и надёжность их работы значительно ухудшаются, так как уменьшается величина накапливаемого электрического заряда, разряд становится неразличимым на уровне электрических шумов. Повышение степени интеграции при технологическом подходе проводится двумя способами. Канавочный способ предполагает формирование в полупроводниковом кристалле канавки, в которой размещаются конденсаторы. При стековом способе конденсаторы размещаются стопкой.

Японские фирмы Toshiba, NEC и Mitsubishi создали МОП ОЗУ ёмкостью 16 Мбит, время выборки 45 - 60 нс.

Ксередине 90-х годов на рынке появились ОЗУ ёмкостью 64 Мбит на конденсаторах цилиндрического типа. Значительно большие трудности возникнут при создании ОЗУ ёмкостью 256 Мбит, возможно, это будет последнее поколение ОЗУ, работа которого базируется на традиционном принципе хранения заряда. Потребуется разработать и применить новые принципы организации элементов памяти.

5.7.Элементная база и организация постоянных запоминающих устройств

Впостоянных запоминающих устройствах (ПЗУ) между входной информацией - адресом - и выходной информацией - считанным словом - существует взаимооднозначное соответствие. По существу ПЗУ представляют собой конечные автоматы без памяти. ПЗУ используются лишь в режиме считывания информации, при этом записанная информация не разрушается. Хранящаяся в ПЗУ информация не изменяется в процессе решения задачи. Она записывается заблаговременно при изготовлении устройств и может быть произвольной. ПЗУ часто обозначают ROM от англ. read only memory.

ВПЗУ универсальных ЭВМ хранятся константы, стандартные подпрограммы, контрольные программы - тесты - и т.п. В виде ПЗУ выполняется микропрограммное устройство управления, в котором хранятся микропрограммы команд.

Вспециализированных ЭВМ, работающих в ряде случаев без вмешательства оператора, в ПЗУ хранятся основные программы работы ЭВМ; ПЗУ могут выполнять роль кодиру-

Рис. 5.23. Схема ПЗУ на основе диодной матрицы

На рис. 5.23 приведена схема ПЗУ, состоящего из диодной матрицы и дешифратора адреса. Горизонтальные шины матрицы - адресные, вертикальные - разрядные, с них снимаются восьмиразрядные двоичные числа, записанные в ПЗУ. Если, к примеру, с выхода дешифратора возбуждается адресная шина А2, то «лог. 1» проходит с неё через диоды на разрядные шины P2, Р6, Р7 и Р8 сообщая им высокий потенциал, на выходе устанавливается двоичное число 11100010. Аналогично, при возбуждении других адресных шин при поступлении на дешифратор кодов их адреса, на выходах устанавливаются другие двоичные числа из записанных. Диодная матрица на рис. 5.23 является совокупностью элементов ИЛИ. Каждый из элементов ИЛИ состоит из диодов, подключенных к одной разрядной шине, а входами элемента являются адресные шины. Элементы ИЛИ, подобные диодным, могут быть выполнены на основе многоэмиттерных транзисторов. В этом случае структура ППЗУ будет выглядеть так, как это представлено на рис. 5.24. При возбуждении одной из шин адреса отпирается транзистор, база которого присоединена к этой шине. Благодаря этому возбуждаются те разрядные шины, к которым присоединены эмиттеры этого транзистора. В интегральном ПЗУ при изготовлении все эмиттеры соединяются с разрядными шинами через плавкие перемычки.

ША2

ДШ адреса ША3

Рис. 5.24. Структура БИС ПЗУ на основе многоэмиттерного транзистора

При программировании изготовителем или заказчиком ППЗУ часть плавких перемычек ЭС типа приведённых на рис 5.22, г, д расплавляется импульсами тока, которые пропускают через определённые эмиттеры согласно карте заказа. В результате нарушаются некоторые связи источника питания с разрядными шинами (pис. 5.24), что обеспечивает при считывании появление логических «0» в определённых разрядах числа (слова). Занести новую информацию в ППЗУ невозможно, так как нарушенные связи восстановлению не поддаются.

Элементы РПЗУ выполняются двумя способами и подразделяются на ЭС с режимом записи и отирания электрическим сигналом, и ЭС с записью электрическими сигналами и

стиранием ультрафиолетовым излучением, Соответственно они выполняются либо на полевых транзисторах оо структурой МНОП, либо на МОП транзисторах с плавающим затвором, нередко называемых МОП транзисторами с лавинной инжекцией заряда (ЛИЗ). Эти транзисторы под воздействием программирующего напряжения способны запасать электрический заряд под затвором и сохранять его много тысяч часов без подачи напряжения питания. Заряд изменяет пороговое напряжение транзистора: оно становится меньше того значения, которое имеет транзистор под затвором. На этом свойстве основана возможность программирования матрицы РПЗУ. Однако время программирования довольно значительное, что делает практически невозможным использование РПЗУ в качестве ОЗУ.

Для перепрограммирования такого ПЗУ необходимо предварительно стереть имеющуюся информацию. Эту операцию осуществляют по-разному: в РПЗУ на МНОП транзисторах стирание производит электрический сигнал, который вытесняет накопленный под затвором заряд; в РПЗУ на ЛИНМОП транзисторах эту функцию выполняет ультрафиолетовое излучение, которым облучают кристалл через специальное окно в корпусе микросхемы. Запись в РПЗУ не сопровождается никакими необратимыми процессами, поэтому запись информации можно повторять сколько угодно раз. Если диэлектрик выполнен из SiO2, то даже при температуре +1250C заряд уменьшается на 70% от первоначального значения за 10 лет.

Стирание содержимого РПЗУ осуществляется достаточно просто: поверхность полупроводниковой пластины освещается ультрафиолетовым светом или рентгеновскими лучами. Под их воздействием происходит ионизация и утечка заряда. Время стирания и записи составляет несколько минут. Для БИС с ультрафиолетовым стиранием время стирания длится несколько десятков минут.

Время считывания информации из РПЗУ невелико, но значительно превышает время доступа к оперативной памяти. Основные типовые характеристики БИС РПЗУ приведены в Приложении.

Контрольные вопросы к главе 5

1. Из чего складывается время обращения к ЗУ при неразрушающем считывании? При считывании с разрушением?

2.По каким признакам подразделяются ЗУ?

3.В чем заключается принцип иерархического построения памяти и какая цель при этом достигается?

4.Поясните понятия “адресное пространство”, “виртуальная память”.

5.Посредством чего осуществляется адресация ячеек виртуальной памяти?

6.Назовите три признака, по которым разделяются запоминающие элементы.

7.Перечислите типы полупроводниковых технологий изготовления ЗЭ статических ОЗУ.

8.На каком эффекте основаны ЗЭ на базе биполярных транзисторов с инжекционным питанием, и в чем заключаются их достоинства и недостатки?

9.Сравните основные параметры статических и динамических ЗУ.

10. Какие меры принимаются для исключения зависимости хранения информации в ОЗУ от аварийного отключения питания?

11. Назовите отличия в организации матриц ЗЭ в ОЗУ по способу 2D, 3D, 2,5D.

12. Назовите отличия в структуре организации БИС статических ОЗУ с поразрядной выборкой, с пословной выборкой.

13. С помощью каких элементов линии выходных шин ОЗУ способны принимать три состояния? 14. Назовите три способа объединения БИС ЗУ в запоминающий модуль.

15. Назовите два способа модульной организации ОЗУ.

16. В ЭВМ какой архитектуры применяется ОЗУ с опережающей выборкой?

17. Каково назначение схемы регенерации в динамических ОЗУ? Каким образом регенерация сказывается на быстродействии ОЗУ?

18. В чем отличие назначения и функционирования ПЗУ, ППЗУ и РПЗУ? 19. Назовите элементную базу постоянных ЗУ.

20. Как осуществляется программирование ППЗУ? РПЗУ?