Пзу(rom)/ масочные ЗУ, ЗУ типа prom, eprom, eeprom.

Запоминающие устройства типа ROM (память только для чтения) хранят информацию, которая либо вообще не изменяется (в ЗУ типов ROM(M) и PROM), либо изменяется редко и не в оперативном режиме (в ЗУ типов EPROM и EEPROM).

В масочные ЗУ типа ROM(M) информация записывается при изготовлении микросхем на промышленных предприятиях с помощью шаблона (маски) на завершающем этапе технологического процесса.

ЗУ типа PROM программируются после изготовления их предприятием электронной промышленности в лабораториях потребителей без использования сложных технологических процессов. Для этого используются несложные устройства (программаторы).

Программирование постоянной памяти заключается в том или ином размещении элементов связи между горизонтальными и вертикальными линиями матрицы запоминающих элементов.

Запоминающие устройства типа ROM имеют многоразрядную организацию (чаще всего 8-разрядную или 4-разрядную, для некоторых ИС 16-разрядную) и обычно выполняются по структуре 2DM. Простейшие ЗУ могут иметь структуру 2D. Технологии изготовления постоянных ЗУ разнообразны — ТТЛ(Ш), КМОП, n-МОП и др.

Масочные ЗУ

Элементом связи в масочных ЗУ могут быть диоды, биполярные транзисторы, МОП-транзисторы и т. д.

ЗУ с масочным программированием отличаются компактностью запоминающих элементов и, следовательно, высоким уровнем интеграции. При больших объемах производства масочное программирование предпочтительно, однако при недостаточной тиражности ЗУ затраты на проектирование и изготовление шаблона для технологического программирования ЗУ окажутся чрезмерно высокими. Отсюда видна и область применения масочных ЗУ — хранение стандартной информации, имеющей широкий круг потребителей. В частности, масочные ЗУ имеют в качестве "прошивки" коды букв алфавитов (русского и латинского), таблицы типовых функций (синуса, квадратичной функции и др.), стандартное программное обеспечение и т. п.

ЗУ типа PROM

В ЗУ типа PROM микросхемы программируются устранением или созданием специальных перемычек. В исходной заготовке имеются (или отсутствуют) все перемычки. После программирования остаются или возникают только необходимые.

Устранение части перемычек свойственно ЗУ с плавкими перемычками (типа fuse — предохранитель). При этом в исходном состоянии ЗУ имеет все перемычки, а при программировании часть их ликвидируется путем расплавления импульсами тока достаточно большой амплитуды и длительности.

В ЗУ с плавкими перемычками эти перемычки включаются в электроды диодов или транзисторов. Перемычки могут быть металлическими (вначале изготовлялись из нихрома, позднее из титановольфрамовых и других сплавов) или поликристаллическими (кремниевыми). В исходном состоянии запоминающий элемент хранит логическую единицу, логический нуль нужно записать, расплавляя перемычку.

Второй тип запоминающего элемента PROM — два встречно включенных диода.

Плавкие перемычки занимают на кристалле относительно много места, поэтому уровень интеграции ЗУ с такими перемычками существенно ниже, чем у масочных ЗУ. В то же время простота программирования пользователем и невысокая стоимость в свое время обусловили широкое распространение ЗУ типа PROM. Невысокая стоимость программируемых пользователем ЗУ объясняется тем, что изготовитель выпускает микросхемы без учета конкретного содержимого ЗУ, т. е. освобожден от проектирования по специализированным заказам и, следовательно, связанных с этим затрат.

ЗУ типов EPROM и EEPROM

В репрограммируемых ЗУ типов EPROM и EEPROM (или E²PROM) возможно стирание старой информации и замена ее новой в результате специального процесса, для проведения которого ЗУ выводится из рабочего режима. Рабочий режим (чтение данных) — процесс, выполняемый с относительно высокой скоростью. Замена же содержимого памяти требует выполнения гораздо более длительных операций.

По способу стирания старой информации различают ЗУ со стиранием ультрафиолетовыми лучами (EPROM или в русской терминологии РПЗУ-УФ, т.е. репрограммируемые ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием) и электрическим стиранием (E²PROM или РПЗУ-ЭС).

Запоминающими элементами современных РПЗУ являются транзисторы типов МНОП и ЛИЗМОП (добавление ЛИЗ к обозначению МОП происходит от слов Лавинная Инжекция Заряда).

МНОП-транзистор отличается от обычного МОП-транзистора двухслойным подзатворным диэлектриком.

44. Динамические ЗУ.

Динамические ОЗУ. В динамических ЗУ данные хранятся в виде зарядов емкостей МОП-структур и основой ЭП является просто конденсатор небольшой емкости. Заряженное состояние конденсатора считается состоянием логической единицы, разряженное – состоянием логического нуля. Такой ЭП значительно проще триггерного, содержащего 4 или 6 транзисторов, что позволяет разместить на кристалле намного больше ЭП (примерно в 4–5 раз) и обеспечивает динамическим ЗУ максимальную емкость. В то же время из-за токов утечки конденсатор со временем разряжается, и хранение данных требует их периодической регенерации (через каждые несколько миллисекунд).

Динамические ЗУ характеризуются наибольшей информационной емкостью, малым энергопотреблением и невысокой стоимостью, поэтому именно они используются как основная память ЭВМ.

Устройство типовой ячейки памяти динамического ОЗУ приведено на рис. 1 Хранение информации происходит в емкости (затвор-исток) полевого транзистора, а транзистор выполняет роль ключа выборки. Режим хранения обеспечивается периодической регенерацией заряда емкости с частотой около сотки герц. В процессе регенерации уменьшение заряда на емкости компенсируется усилителем регенератором. Динамические ОЗУ имеют малую потребляемую мощность (50…500 мВт), так как для хранения информации почти не потребляется энергия, и все структуры работают в импульсном (ключевом) режиме.

Рис 1 Элемент памяти динамического ОЗУ

Особенностью почти всех динамических ЗУ является мультиплексирование шины адреса. Адрес делится на два полуадреса, один из которых представляет собою адрес строки, а другой – адрес столбца матрица ЭП. Оба полуадреса подаются на одни и те же выводы корпуса микросхемы поочередно. Подача адреса строки сопровождается стробом (Row Address Strobe), а адреса столбца – стробом (Column Address Strobe). При этом полуадреса заносятся в регистры адреса строки и столбца соответственно. Причиной мультиплексирования адресов служит стремление уменьшить число выводов корпуса микросхемы и тем самым удешевить ее, а также то обстоятельство, что полуадреса и сигналы и в некоторых режимах и схемах используются различно (например, в режимах построчной регенерации адрес столбца вообще не нужен). Сокращение числа внешних выводов корпуса для динамических ЗУ особенно актуально, т.е. они имеют максимальную емкость и, следовательно, большую разрядность адресов. Например, ЗУ с организацией 16М×1 имеет 24-разрядный адрес, а мультиплексирование сократит число адресных линий на 12.

Структура микропроцессора.

Микропроцессором (МП) называется программно-управляемое устройство для обработки цифровой информации и управления процессом обработки, реализованное в виде большой (БИС) или сверхбольшой (СБИС) интегральной микросхемы.

Современные микропроцессоры существенно различаются набором функциональных блоков и связями между ними. Тем не менее, в структуре любого процессора можно выделить основные элементы, определяющие специфику процессора как управляющего центра вычислителя. Прежде всего, речь идет о двух блоках: устройстве управления и операционном устройстве.

Устройство управления (УУ) предназначено для реализации выборки команд, их дешифрации, и на основе этого – для управления обменом и обработкой информации путем генерации последовательности управляющих сигналов.

Операционное устройство (ОУ) служит для обработки цифровой информации (арифметические и логические операции, сдвиги, анализ чисел и т.п.).

Обобщенна структура микропроцессора показана на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Обобщенная структура микропроцессора

Основным элементом для хранения информации внутри процессора являются регистры, которые выполняют функцию сверхоперативного ОЗУ с минимальным временем записи и считывания.

Регистр команд РгК (англ. IR - insructionregister) используется для фиксации кода команды после считывания ее из памяти. Как правило, в этом регистре фиксируется лишь код операции (КОП) - часть кода команды, определяющая выполняемое действие и способ адресации операндов (см. ниже).

Регистры операндов служат для хранения данных в процессе их обработки, позволяют избегать постоянных обращений к памяти. В современных процессорах количество регистров операндов может достигать 10-15 штук. По сути, они образуют внутреннюю память процессора. В однокристальных микроконтроллерах количество регистров операндов доведено до нескольких десятков, и применительно к ним вводится понятие регистрового файла. Некоторые из регистров операндов могут использоваться также для хранения или формирования адресов других операндов, т.е. на их основе реализуется механизм косвенной адресации данных в памяти (см. ниже). Данные, размещенные в регистрах операндов, поступают на обработку в арифметико-логическое устройство (АЛУ). В некоторых типах процессоров один из регистров операндов всегда является и приемником результата операции в АЛУ – такой регистр принято называть регистром-аккумулятором Процессоры, в которых принята схема выполнения операций в виде:

<аккумулятор> (операция) <операнд> Þ <аккумулятор>,

называются процессорами с аккумуляторно-ориентированной структурой.

Счетчик команд (англ. PC - programmingcounter) - регистр, в котором при выборке или выполнении текущей команды формируется адрес следующей команды. Модификация содержимого регистра PC – это средство управления последовательностью выборки команд из памяти и, следовательно, управления ходом вычислительного процесса (т.е. реализация ветвлений в алгоритмах).

Указатель стека (англ. SP - stackpointer) - регистр, в котором при выполнении программы хранится адрес границы той области памяти, для которой программист использует принцип последовательного доступа к данным (так называемый протокол работы со стеком).

Регистр адреса - регистр, в котором формируется адрес любого устройства, внешнего по отношению к процессору (ячейки памяти или порта ввода-вывода), перед обращением к этому устройству. Данный регистр необходим, поскольку источником адресной информации могут являться различные регистры процессора. При этом регистр адреса играет роль накапливающего буфера, из которого адресная информация выдается на внешнюю шину адреса.

Регистр признаков (англ. F - flags) - это элемент внутренней памяти, в котором в виде отдельных битов фиксируются признаки, характеризующие результат операции, выполненной в АЛУ (нулевой результат, переполнение разрядной сетки и т.п.).

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - функциональный блок процессора, предназначенный для реализации действий по обработке данных.

Результат операции, выполненной в АЛУ, заносится в один из регистров или пересылается в память (в зависимости от команды). В регистре признаков автоматически формируются признаки, характеризующие этот результат.

Функционирование процессора всегда синхронизируется от внешнего генератора тактовых импульсов (ГТИ). Именно под влиянием импульсов от ГТИ устройство управления процессора автоматически реализует действия, связанные с выборкой команд из памяти и их дешифрацией.

Выполнение команды всегда занимает некоторое количество периодов тактовой частоты и состоит из последовательности элементарных действий процессора (выборка команды, чтение операнда, вычисление в АЛУ). Эти элементарные действия называют машинными циклами (МЦ). В течение каждого МЦ происходит генерация строго определенной комбинации управляющих сигналов для соответствующих узлов процессора и всей вычислительной системы.