Memorija samo za čitanje (ROM, ROM), koja se naziva i firmware, je integrirani krug koji je programiran s određenim podacima tijekom proizvodnje. ROM-ovi se ne koriste samo u računalima, već iu većini drugih elektroničkih uređaja.

Prije nego što govorimo o određenim vrstama suvremenih memorijskih čipova, moramo se malo prisjetiti prošlosti i razumjeti osnovne principe elektroničke memorije i njezine značajke adresiranja.

Računala, za razliku od ljudi koji koriste decimalni brojevni sustav, koriste binarnu aritmetiku, odnosno bilo koji bit strojnog broja može sadržavati ili "0" - ne, ili "1" - da. U skladu s tim, svaka ćelija elektroničke memorije računala mora zapamtiti jednu od dvije vrijednosti - 0 ili 1. Najjednostavniji memorijski uređaj je skup prekidača ili releja koji zatvaraju ili otvaraju električni krug. Ako se sjećate, tada su stara računala služila samo za RAM memorija releji, a kao ROM korišteni su obični preklopni prekidači (i to ne čudi, jer su čak i miniračunala 80-ih godina prošlog stoljeća imala ploču sa setom preklopnih prekidača za unos naredbi).

Razvoj poluvodičkih tehnologija doveo je do toga da se u većini slučajeva za elektroničku memoriju osobnog računala koriste silicijski integrirani krugovi. A minimalna memorijska ćelija u mikro krugu je flip-flop, koji je u najjednostavnijem slučaju sastavljen na dva tranzistora. Ali budući da kontrola okidača zahtijeva upravljačke krugove, elementarna ćelija za pohranu moderne statičke memorije, koja se posebno koristi za predmemoriju, ponekad sadrži do desetak tranzistora. Za primjer na sl. Slika 12 prikazuje dijagram memorijske ćelije CMOS čipa. U njemu su od šest CMOS tranzistora samo tranzistori V3 i V5 odgovorni za pohranu informacija, a ostali se koriste u druge svrhe.

Budući da se mikrosklopovi koji sadrže stotine tisuća ćelija koriste u modernom računalu, ćelije za pohranu grupirane su u kvadratne matrice kako bi se pojednostavila kontrola. Za pristup određenoj memorijskoj ćeliji koristi se adresa koja se formira od broja retka i stupca (slika 13). Čim se postavi točna adresa željene ćelije na sabirnicama stupca i reda, na izlazu matrice pojavit će se napon koji odgovara informacijama zabilježenim u memorijskoj ćeliji. Imajte na umu da se ovaj princip adresiranja također koristi za čitanje ili pisanje bajta u RAM-u, ali u isto vrijeme, svaki bit bajta ili riječi odgovoran je za vlastitu matricu za pohranu, koja se najčešće nalazi u zasebnom mikro krugu.

Za pisanje informacija u određenu ćeliju mikro kruga namijenjen je samo jedan izlaz. Kada je ispravna adresa memorijske ćelije postavljena na adresnoj sabirnici, iako će se signal za upisivanje primijeniti na sve ćelije, bit će upisana samo ćelija koja je trenutno odabrana (adresirana).

Slika 12. Dijagram CMOS memorijske ćelije

Princip pisanja i čitanja memorijskih ćelija u memorijskoj matrici dobro je ilustriran primjerom feritne memorije (slika 14). U zoru računalne ere, to su bili mali feritni prstenovi, smješteni u čvorovima žičana mreža. Za formiranje signala za čitanje i pisanje, posebna žica je provučena kroz sve prstenove. Imajte na umu da je za pisanje "1" i "0" korišteno svojstvo feromagneta da se ponovno magnetizira pod djelovanjem električne struje. Najmanji feritni prstenovi bili su samo oko 1 mm u promjeru. Pojavom poluvodičkih memorijskih čipova, feritna memorija je dugo bila zaboravljena, no nedavno su se pojavili FeRAM čipovi koji kombiniraju tehnologiju proizvodnje silicijskih čipova i svojstvo feromagnetskih materijala da mijenjaju svoj otpor ovisno o primijenjenom magnetskom polju.

Procesori imaju podatkovnu sabirnicu koja je višekratnik 8 bita, na primjer 8, 16, 32 ili 64. U starim osobnim računalima elektronička memorija bila je sastavljena od mikrosklopova koji su imali, na primjer, 64, 128, 256 itd. ćelija . Na matične ploče osobnih računala IBM PC mogao je vidjeti redove memorijskih čipova koji tamo zauzimaju previše prostora. Kako bi se smanjio broj mikrokrugova i pojednostavilo njihovo međusobno električno povezivanje, počelo se stvarati nekoliko odvojenih nizova memorijskih ćelija na jednom silicijskom čipu. Najpopularnije opcije bile su kada memorijski čip ima bitnu dubinu jednaku 4 i 8, što je omogućilo smanjenje broja slučajeva na ploči.

Slika 13

U dokumentaciji i cjenicima memorijskih čipova uvijek je naznačen ne samo njihov ukupni volumen, već i način na koji su memorijske ćelije organizirane. Na primjer, ispod su linije iz cjenika za dinamičke mikro krugove DDR memorija i SDRAM:

DDR 256Mb, 32Mx8, 266MHz;

DDR 128Mb, 1bMx8, 266MHz;

· SDRAM 256Mb, 32Mx8, 133MHz;

· SDRAM 128Mb, 16Mx8, 133MHz.

Slika 14. Princip upisa i čitanja memorijskih ćelija u memorijskoj matrici

Imajte na umu da na početku postoji simbol za vrstu mikro kruga, a na kraju označava maksimalnu frekvenciju takta sabirnice na kojoj mogu raditi. Količina memorije u čipu naznačena je u dvije verzije: 256Mb -- ukupan broj memorijskih ćelija u čipu; 32Mx8 - ova oznaka pokazuje da svaki bit ima 32 MB (također se koristi izraz "dubina adresnog prostora", od engleskog, address depth). Ako pomnožite 32 MB s 8, dobit ćete 256 MB

Pamćenje je uvijek vrlo složena struktura koja uključuje mnogo elemenata. Istina, unutarnja struktura memorije je pravilna, većina elemenata je ista, veze između elemenata su relativno jednostavne, pa funkcije koje obavljaju memorijski čipovi nisu previše komplicirane.

Memorija, kao što joj ime govori, dizajnirana je za pamćenje, pohranjivanje nekih nizova informacija, drugim riječima, skupova, tablica, skupina digitalnih kodova. Svaki kod je pohranjen u zasebnom elementu memorije koji se naziva memorijska ćelija. Glavna funkcija svake memorije je upravo izdavanje ovih kodova na izlaze mikro kruga na vanjski zahtjev. A glavni parametar memorije je njezin volumen, odnosno broj kodova koji se u njemu mogu pohraniti i kapacitet tih kodova.

Za označavanje broja memorijskih ćelija koriste se sljedeće posebne jedinice:

• 1K je 1024, odnosno 2 10 (čitaj "kilo-" ili "ka-"), približno jednako tisuću;
• 1M je 1048576, odnosno 2 20 (čitaj "mega-"), približno jednako milijunu;
• 1G je 1073741824, odnosno 2 30 (izgovara se "giga-"), približno jednako jednoj milijardi.

Načelo organizacija memorije piše se na sljedeći način: prvo se upisuje broj ćelija, a zatim kroz znak množenja (kosi križ) - kapacitet koda pohranjenog u jednoj ćeliji. Na primjer, organizacija memorije 64Kx8 znači da memorija ima 64K (to jest, 65536) ćelija i svaka ćelija je osam-bitna. A organizacija memorije 4M x 1 znači da memorija ima 4M (to jest, 4194304) ćelija, pri čemu svaka ćelija ima samo jedan bit. Ukupna količina memorije mjeri se u bajtovima (kilobajti - KB, megabajti - MB, gigabajti - GB) ili u bitovima (kilobiti - Kbps, megabiti - Mbps, gigabiti - Gbps).

Ovisno o načinu unosa (snimanja) informacija i načinu njihove pohrane, memorijski čipovi se dijele na sljedeće glavne vrste:

• Trajno pamćenje(ROM - trajni uređaj za pohranu, ROM - Read Only Memory - memorija samo za čitanje), u koju se podaci unose jednom u fazi proizvodnje mikro kruga. Takva se memorija također naziva mask ROM. Informacije u memoriji ne nestaju kada se isključi napajanje, zbog čega se naziva i trajna memorija.
• Programabilna memorija samo za čitanje(PROM - programabilni ROM, PROM - Programmable ROM), u koji podatke korisnik može unijeti posebnim metodama (ograničen broj puta). Informacije u PROM-u također ne nestaju kada se njegovo napajanje isključi, to jest, također je postojano.
• radna memorija(RADNA MEMORIJA - RAM memorija, RAM - Random Access Memory - memorija sa slučajnim pristupom), snimanje informacija u koje je najjednostavnije i korisnik ga može obaviti koliko god puta želi tijekom vijeka trajanja čipa. Informacije u memoriji se gube kada se napajanje isključi.

Postoje mnoge srednje vrste pamćenja, kao i mnoge podvrste, ali ove su najvažnije, bitno različite jedna od druge. Iako razlika između ROM-a i PROM-a s gledišta programera digitalnih uređaja u pravilu nije tako velika. Samo u nekim slučajevima, primjerice, pri korištenju tzv. flash memorije (flash-memory), koja je PROM s opetovanim električnim brisanjem i prepisivanjem informacija, ta je razlika doista iznimno važna. Može se smatrati da flash memorija zauzima srednji položaj između RAM-a i ROM-a.

Općenito, svaki memorijski čip ima sljedeće informacijske izlaze (Sl. 11.1):

Riža. 11.1.

• Adresni pinovi (ulazni) koji tvore memorijsku adresnu sabirnicu. Kod na adresnim linijama je binarni broj memorijske ćelije kojoj se trenutno pristupa. Broj adresnih bitova određuje broj memorijskih ćelija: uz broj adresnih bitova n, broj memorijskih ćelija je 2 n .
• Podatkovni pinovi (izlazni) koji tvore podatkovnu sabirnicu memorije. Kod na podatkovnim linijama predstavlja sadržaj memorijske ćelije kojoj se u tom trenutku pristupa. Broj bitova podataka određuje broj bitova svih memorijskih ćelija (obično je jednak 1, 4, 8, 16). Izlazi podataka su u pravilu tipa izlaznog stupnja OK ili 3C.
• U slučaju memorije s izravnim pristupom, osim izlazne podatkovne sabirnice, može postojati i zasebna ulazna podatkovna sabirnica, na koju se dovodi kod koji se upisuje u odabranu memorijsku ćeliju. Druga moguća opcija je kombinacija ulazne i izlazne podatkovne sabirnice, odnosno dvosmjerna sabirnica, čiji je smjer prijenosa informacija određen upravljačkim signalima. Dvosmjerna sabirnica se obično koristi kada je broj bita sabirnice podataka 4 ili više.
• Kontrolne igle (ulaz), koje određuju način rada mikro kruga. U većini slučajeva memorija ima ulaz za odabir CS čipa (može ih biti nekoliko, kombiniranih funkcijom AND). RAM također nužno ima WR ulaz za pisanje, razina aktivnog signala koji stavlja čip u način rada za pisanje.

Naravno, u ovom predavanju nećemo proučavati sve moguće vrste memorijskih čipova; za to nije dovoljna cijela knjiga. Osim toga, ove informacije sadržane su u brojnim referentnim knjigama. Memorijske čipove proizvode deseci tvrtki diljem svijeta, tako da ih nije lako nabrojati, a kamoli detaljno razmotriti njihove karakteristike i parametre. Samo ćemo razmotriti razne sheme uključivanje tipičnih memorijskih čipova za rješavanje najčešćih zadataka, kao i metode dizajna za neke čvorove i uređaje temeljene na memorijskim čipovima. To je ono što izravno utječe na digitalne sklopove. A upravo metode uključivanja mikro krugova malo ovise o karakterističnim značajkama određenog mikro kruga određene tvrtke.

U ovom odjeljku nećemo govoriti o flash memoriji, jer je to posebna velika tema. Ograničit ćemo se na najjednostavnije ROM i PROM čipove, informacije u koje se unose jednom zauvijek (u fazi proizvodnje ili od strane samog korisnika). Ovdje također nećemo razmatrati značajke opreme za programiranje EPROM-a (tzv. programera), načela njihove konstrukcije i upotrebe - ovo je posebna velika tema. Pretpostavit ćemo da se informacija koja nam je potrebna može snimiti u ROM ili PROM, a kada, kako, na koji način će biti snimljena nije nam previše bitno. Sve ove pretpostavke omogućit će nam da se posebno usredotočimo na sklopove čvorova i uređaja koji se temelje na ROM-u i PROM-u (radi jednostavnosti, u budućnosti ćemo ih zvati jednostavno ROM).

Ovdje ćemo samo spomenuti da se PROM-ovi dijele na reprogramabilne ili reprogramabilne

Vrlo često različite aplikacije zahtijevaju pohranjivanje informacija koje se ne mijenjaju tijekom rada uređaja. To su informacije kao što su programi u mikrokontrolerima, bootloaderi (BIOS) u računalima, tablice koeficijenata digitalnog filtera u procesorima signala te tablice sinusa i kosinusa u NCO i DDS. Gotovo uvijek ova informacija nije potrebna u isto vrijeme, pa se najjednostavniji uređaji za pohranjivanje trajnih informacija (ROM) mogu graditi na multiplekserima. Ponekad se memorijski uređaji samo za čitanje u prijevodnoj literaturi nazivaju ROM (read only memory). Dijagram takve memorije samo za čitanje (ROM) prikazan je na slici 1.

Slika 1. Shema memorije samo za čitanje (ROM) izgrađena na multiplekseru.

U ovoj shemi, trajni uređaj za pohranu izgrađen je za osam jednobitnih ćelija. Pohranjivanje određenog bita u jednobitnu ćeliju vrši se lemljenjem žice na izvor napajanja (upisivanje jedinica) ili lemljenjem žice na tijelo (upisivanje nula). Na dijagrami strujnog kruga takav uređaj je označen kao što je prikazano na slici 2.

Slika 2. Oznaka memorijskog uređaja samo za čitanje na shemama spojeva.

Kako bi se povećao kapacitet ROM memorijske ćelije, ti se mikrosklopovi mogu spojiti paralelno (izlazi i snimljena informacija prirodno ostaju neovisni). Shema paralelnog spajanja jednobitnih ROM-ova prikazana je na slici 3.

Slika 3. Shema višebitnog ROM-a (ROM).

U pravim ROM-ovima informacije se bilježe pomoću posljednje operacije proizvodnje čipa - metalizacije. Metalizacija se izvodi pomoću maske, pa se takvi ROM-ovi nazivaju maska ​​ROM-ovi. Još jedna razlika između stvarnih mikro krugova i pojednostavljenog modela iznad je upotreba, osim multipleksera, također. Ovo rješenje omogućuje pretvaranje jednodimenzionalne memorijske strukture u dvodimenzionalnu i time značajno smanjenje volumena sklopa dekodera potrebnog za rad ROM sklopa. Ovu situaciju ilustrira sljedeća slika:

Slika 4. Shema memorije samo za čitanje (ROM) maske.

Maskirani ROM-ovi prikazani su na dijagramima sklopova kao što je prikazano na slici 5. Adrese memorijskih ćelija u ovom mikro krugu dovode se na pinove A0 ... A9. Čip se odabire CS signalom. Pomoću ovog signala možete povećati količinu ROM-a (primjer korištenja CS signala dan je u raspravi). Čip se očitava RD signalom.

Slika 5. Maska ROM (ROM) u shematskim dijagramima.

ROM maske programiran je u tvornici, što je vrlo nezgodno za male i srednje proizvodne serije, a da ne spominjemo fazu razvoja uređaja. Naravno, za proizvodnju velikih razmjera, ROM maske su najjeftiniji tip ROM-a i stoga se trenutno široko koriste. Za male i srednje proizvodne serije radijske opreme razvijeni su mikrosklopovi koji se mogu programirati u posebnim uređajima – programatorima. U ovim ROM-ovima, trajna veza vodiča u memorijskoj matrici zamijenjena je taljivim spojnicama od polikristalnog silicija. Tijekom proizvodnje ROM-a izrađuju se svi kratkospojnici, što je jednako upisivanju logičkih jedinica u sve memorijske ćelije ROM-a. U procesu programiranja ROM-a, povećana snaga se dovodi do vodova napajanja i izlaza mikro kruga. U tom slučaju, ako se napon napajanja (logička jedinica) primijeni na izlaz ROM-a, tada struja neće teći kroz kratkospojnik i kratkospojnik će ostati netaknut. Međutim, ako se na izlaz ROM-a (spojen na kućište) primijeni niska razina napona, struja će teći kroz kratkospojnik memorijske matrice, koji će ga ispariti, a kada se informacija naknadno očita iz ove ROM ćelije, logično očitat će se nula.

Takvi se čipovi nazivaju programabilan ROM (PROM) ili PROM i prikazani su na dijagramima sklopova kao što je prikazano na slici 6. Kao primjer PROM-a mogu se nazvati mikrosklopovi 155PE3, 556RT4, 556RT8 i drugi.

Slika 6. Simbol programabilne memorije samo za čitanje (PROM) na dijagramima strujnih krugova.

Programabilni ROM-ovi pokazali su se vrlo prikladnima za malu i srednju proizvodnju. Međutim, kod razvoja elektroničkih uređaja često je potrebno promijeniti program napisan u ROM-u. U ovom slučaju, ROM se ne može ponovno upotrijebiti, stoga, jednom napisan ROM, u slučaju pogrešnog ili međuprograma, treba ga baciti, što naravno povećava troškove razvoja opreme. Kako bi se uklonio ovaj nedostatak, razvijena je druga vrsta ROM-a koji se može brisati i reprogramirati.

ROM s UV brisanjem izgrađen je na temelju memorijske matrice izgrađene na memorijskim ćelijama čija je unutarnja struktura prikazana na sljedećoj slici:

Slika 7. ROM memorijska ćelija s ultraljubičastim i električnim brisanjem.

Ćelija je MOS tranzistor s vratima od polikristalnog silicija. Zatim, tijekom procesa proizvodnje mikro kruga, ova vrata se oksidiraju i kao rezultat će biti okružena silicijevim oksidom - dielektrikom s izvrsnim izolacijskim svojstvima. U opisanoj ćeliji, s potpuno izbrisanim ROM-om, nema naboja u pokretnim vratima, pa stoga tranzistor ne provodi struju. Prilikom programiranja ROM-a, visoki napon se primjenjuje na druga vrata, smještena iznad pokretnih vrata, a naboji se induciraju u pokretnim vratima zbog efekta tunela. Nakon što se programski napon ukloni, inducirani naboj ostaje na pokretnim vratima, pa stoga tranzistor ostaje u vodljivom stanju. Naboj na plutajućim vratima takve ćelije može se skladištiti desetljećima.

Strukturna shema opisana memorija samo za čitanje ne razlikuje se od prethodno opisane maske ROM. Jedina razlika je u tome što se gore opisana ćelija koristi umjesto topljivog spoja. Ova vrsta ROM-a naziva se reprogramabilna memorija samo za čitanje (EPROM) ili EPROM. U EPROM-u, brisanje prethodno snimljenih informacija provodi se ultraljubičastim zračenjem. Kako bi ta svjetlost neometano prolazila do poluvodičkog kristala, u kućište ROM čipa ugrađen je prozor od kvarcnog stakla.

Kada se EPROM čip ozrači, gube se izolacijska svojstva silicijevog oksida, akumulirani naboj iz plutajućih vrata teče u volumen poluvodiča, a tranzistor ćelije za pohranu prelazi u zatvoreno stanje. Vrijeme brisanja RPZU čipa je od 10 do 30 minuta.

Broj ciklusa pisanja-brisanja EPROM čipova je u rasponu od 10 do 100 puta, nakon čega RPZU čip dolazi do kvara. To je zbog destruktivnog učinka ultraljubičastog zračenja na silicijev oksid. Kao primjer EPROM mikro krugova možemo navesti mikro krugove serije 573 ruske proizvodnje, mikro krugove serije 27sXXX inozemne proizvodnje. EPROM najčešće pohranjuje BIOS programe mainframe računala. RPZU su prikazani na dijagramima kola kao što je prikazano na slici 8.

Slika 8. Konvencionalna grafička oznaka RPZU (EPROM) na shemama spoja.

Dakle, kućišta s kvarcnim prozorom su vrlo skupa, kao i mali broj ciklusa pisanja-brisanja, doveli su do traženja načina da se informacije iz EPROM-a brišu električnim putem. Na tom putu nailazilo se na mnoge poteškoće koje su sada praktično riješene. Sada su mikrosklopovi s električnim brisanjem informacija prilično rašireni. Kao memorijska ćelija koriste iste ćelije kao u EPROM-u, ali se brišu električnim potencijalom, pa broj ciklusa pisanja-brisanja ovih mikrosklopova doseže 1.000.000 puta. Vrijeme brisanja memorijske ćelije u takvim ROM-ovima smanjeno je na 10 ms. Pokazalo se da je upravljački krug za električni brisivi programabilni ROM složen, pa su zacrtana dva smjera razvoja ovih mikrosklopova:

1. EEPROM (EEPROM) - električki izbrisiva programabilna memorija samo za čitanje
2. FLASH ROM

Električno izbrisivi EPROM-ovi (EEPROM-ovi) su skuplji i manje veličine, ali vam omogućuju zasebno prepisivanje svake memorijske ćelije. Kao rezultat, ovi mikrosklopovi imaju maksimalan broj ciklusa pisanja i brisanja. Opseg električni izbrisivog ROM-a je pohranjivanje podataka koji se ne smiju brisati kada se napajanje isključi. Ovi mikro krugovi uključuju domaće mikro krugove 573RR3, 558RR3 i strane EEPROM mikro krugove serije 28cXX. EEPROM-ovi su označeni na dijagramima sklopova kao što je prikazano na slici 9.

Slika 9. Simbol električki izbrisive memorije samo za čitanje (EEPROM) na dijagramima strujnih krugova.

Nedavno je postojala tendencija smanjenja veličine EEPROM-a smanjenjem broja vanjskih pinova mikro krugova. Da bi se to postiglo, adresa i podaci se prenose na i sa čipa preko serijskog porta. U ovom slučaju koriste se dvije vrste serijskih priključaka - SPI priključak i I2C priključak (mikrokrugovi 93cXX i 24cXX serije, respektivno). Strana serija 24cXX odgovara domaćoj seriji mikro krugova 558RRX.

FLASH-ROM-ovi se razlikuju od EEPROM-a po tome što se brisanje ne provodi na svakoj ćeliji zasebno, već na cijelom mikro krugu kao cjelini ili na bloku memorijske matrice ovog mikro kruga, kao što je učinjeno u EPROM-u.

Slika 10. Uobičajeno grafičko označavanje FLASH memorije na shemama sklopova.

Kada pristupate trajnom uređaju za pohranu, prvo morate postaviti adresu memorijske ćelije na adresnoj sabirnici, a zatim izvršiti operaciju čitanja iz mikro kruga. Ovaj vremenski dijagram prikazan je na slici 11.

Slika 11. Vremenski dijagrami signala za čitanje informacija iz ROM-a.

Na slici 11, strelice pokazuju redoslijed u kojem se trebaju generirati upravljački signali. Na ovoj slici, RD je signal čitanja, A je signal odabira adrese ćelije (jer pojedinačni bitovi u adresnoj sabirnici mogu primati različita značenja, tada se tranzicijske staze prikazuju i do pojedinačnog i do nultog stanja), D je izlazna informacija očitana iz odabrane ROM ćelije.

Književnost:

Uz članak "Memorija samo za čitanje (ROM)" pročitajte:

http://website/digital/SintSxem.php

Ako postoje RISC procesori, tada su blizu izvršenja jedne instrukcije u svakom taktu.

Također, s pojednostavljenjem CPU-a, smanjuje se broj tranzistora potrebnih za njegovu implementaciju, stoga se smanjuje površina kristala. To rezultira smanjenjem troškova i potrošnje energije.

Također treba imati na umu da zbog svoje jednostavnosti RISC procesori nisu patentibilni. To također pridonosi njihovom brzom razvoju i širokoj proizvodnji. U međuvremenu, smanjeni skup RISC-a uključivao je samo najčešće korištene naredbe. Niz rijetkih instrukcija CISC procesora izvršavaju sekvence instrukcija RISC procesora.

Kasnije se pojavio koncept MISC procesora koji koriste minimalan skup dugih instrukcija. Nakon njih pojavili su se VLIW procesori koji su radili s ekstra dugim uputama. Brzina procesora definirana je u milijunima operacija u sekundi MIPS.

Memorija u mikroprocesorskim uređajima

U U mikroprocesorskim uređajima memorija se koristi za pohranjivanje početnih podataka programa za obradu informacija međuproračunskih i konačnih rezultata.

Postoje dvije glavne vrste memorije:

∙RAM je memorija s izravnim pristupom koja se koristi za pohranu podataka, pa se ova memorija naziva i podatkovnom memorijom. Broj ciklusa čitanja i pisanja u RAM-u nije ograničen, ali kada se napon napajanja isključi, sve informacije se gube;

U U modernim mikroprocesorima RAM memorija je višerazinski sustav u kojem postoje razine superbrze memorije (SRAM), RAM, međuspremnik (BZU) i vanjske memorije (VZU).

Svaka sljedeća razina razlikuje se od prethodne po kapacitetu i brzini.

Kapacitet se naziva maksimalan iznos informacije koje se mogu pohraniti u memoriju.

Izvedbu karakterizira trajanje operacija čitanja i pisanja, dvije glavne operacije koje obavlja memorija.

Za navedene razine memorije kapacitet raste u smjeru od SRAM-a prema OVC-u, a performanse u suprotnom smjeru.

∙ROM je memorijski uređaj samo za čitanje namijenjen za pohranu programa, pa se ova memorija često naziva kodna ili programska memorija. ROM čipovi sposobni su zadržati informacije kada je napajanje isključeno, ali se mogu programirati samo jednom ili vrlo ograničen broj puta.

Ključne značajke poluvodičke memorije

Glavne karakteristike memorije koje treba uzeti u obzir pri projektiranju sustava su:

∙Kapacitet memorije određen je brojem bitova pohranjenih informacija. Kapacitet čipa obično se također izražava u bitovima. Važna karakteristika kristal je informacijska organizacija memorijskog kristala MxN, gdje je M broj riječi, N je duljina riječi. Za isto vrijeme pristupa, memorija s većom širinom uzorka ima veći informacijski kapacitet.

∙Vremenska svojstva pamćenja.

1.1 Vrijeme pristupa - vremenski interval određen od trenutka kada je središnji procesor postavio adresu tražene memorijske ćelije na adresnu sabirnicu i poslao nalog za čitanje ili upis podataka preko kontrolne sabirnice, do spajanja adresirane ćelije na podatkovnu sabirnicu. .

o Vrijeme oporavka je vrijeme potrebno za vraćanje memorije u izvorno stanje nakon što je CPU uklonio adresu iz SHA-a, signal "čitanja" ili "pisanja" iz SHA-a i podatke iz SDS-a.

∙ Jedinična cijena uređaja za pohranu određena je omjerom njegove cijene i informacijski kapacitet, tj. određuje se cijenom dijela pohranjene informacije.

∙Potrošnja energije (ili rasipanje snage) dana je za dva načina rada kristala: pasivni način pohrane i aktivni način, kada se operacije pisanja i čitanja izvode nominalnom brzinom.

∙Gustoća pakiranja određena je površinom memorijskog elementa i ovisi o broju tranzistora u krugu elementa i korištenoj tehnologiji. Najveća gustoća pakiranja postignuta je u dinamičkim memorijskim kristalima.

∙Dopuštena temperatura okoline obično se navodi zasebno za aktivni rad, za pasivno skladištenje i za nerad s isključenim napajanjem. Naveden je tip kućišta ako je standardno ili crtež kućišta sa svim dimenzijama, oznakama i brojevima kontakata ako je kućište novo. Dati su i radni uvjeti: radni položaj, mehanički utjecaji, dopuštena vlažnost i dr.

Vrste memorijskih čipova samo za čitanje (ROM).

Postoje sljedeće glavne vrste ROM-a:

∙mask ROM-ovi - programiraju se tijekom proizvodnje primjenom maske zatvorenih (visoka razina) i otvorenih kratkospojnika (niska razina), ova vrsta ROM-a je najjeftinija, ali kada se proizvodi u velikim količinama;

∙ ROM s topljivim kratkospojnicima ili električno programabilnim (EPROM) - ove mikrosklopove programira potrošač propuštanjem strujnih impulsa dok se kratkospojnici koji odgovaraju bitovima ne unište, što bi trebalo postati nula;

∙ reprogramabilni ROM s električnim snimanjem informacija i brisanjem ultraljubičastim zračenjem (UFPROM) - osnova memorijske ćelije mikrokruga ove vrste- MOSFET s potpuno izoliranim "plutajućim" vratima, tijekom programiranja, oksid probija i nakuplja naboj na vratima, koji ostaje tamo dok se mikro krug ne podvrgne UV zračenju, pod njegovim djelovanjem oksid postaje vodljiv; otpor kanala tranzistora ovisi o naboju na vratima i odredit će bit upisan u ćeliju;

∙ električni brisljivi ROM-ovi (EEPROM) dizajnirani su slično UFPROM-u, ali se brisanje događa, kao i snimanje, kada se primijene naponski impulsi; ovo je najskuplji, ali i najprikladniji tip ROM-a.

∙FLASH memorija je trenutno najpopularnija. Njegova glavna prednost je što je izgrađen na principu električne reprogramabilnosti, odnosno omogućuje višestruko brisanje i snimanje informacija pomoću programatora. Minimalni zajamčeni broj ciklusa pisanja/brisanja obično prelazi nekoliko tisuća. To značajno povećava životni ciklus i povećava fleksibilnost mikroprocesorskih sustava, jer vam omogućuje da napravite promjene u programu mikroprocesora, kako u fazi razvoja sustava, tako i tijekom njegovog rada u stvarnom uređaju.

Vrste RAM čipova

Postoje dvije vrste RAM čipova:

∙statički RAM, u kojem okidač služi kao osnova ćelije za pohranu;

RAM (engleski RAM) i ROM (engleski ROM) su mediji za digitalnu pohranu. Koriste se ako su unutarnji resursi MK-a nedostatni iz jednog ili drugog razloga. Za usporedbu, veličina memorije podataka MK je 0,5…8 KB, veličina programske memorije je 2…256 KB. Također možete spojiti na MK jedan ili više vanjskih RAM čipova s ​​kapacitetom od 32 ... 512 KB ili flash ROM s kapacitetom od 0,5 ... 128 MB. Povećanje računalnih resursa je očito.

Generalizirani blok dijagrami RAM-a i ROM-a uglavnom su isti (slika 3.8). Baza je pravokutna matrica memorijskih ćelija, kojoj se pristupa preko adresnih linija AO…An, a čita/piše kroz dvosmjernu sabirnicu podataka I/OO…I/Ok. Brojne varijante RAM-a i ROM-a razlikuju se jedna od druge u logici generiranja upravljačkih signala CS, WR, RD, kao i prisutnosti ili odsutnosti multipleksiranja adresne linije.

Riža. 3.8. Strukturni dijagram RAM-a (ROM).

Za vanjske ROM-ove bolje je koristiti "niskonaponske" električne zapise ( ključna riječ Bljesak). Njihov programski napon je 5 V, za razliku od 12 ... 27 V u starim "visokonaponskim" ROM-ovima 27C256, KR573RF6A, koji sada nemaju smisla koristiti zajedno s MK.

Tipično vrijeme pohrane u flash ROM-u doseže 10...40 godina s 0,1...1 milijun ciklusa ponovnog pisanja. Razlikujte serijske i paralelne flash ROM-ove. Prvi od njih su male veličine, niskog izlaza, ali imaju nisku brzinu pristupa i mali kapacitet. Primjer - serija 24Cxxx, 93Cxx. Za povezivanje takvih ROM-ova s ​​MK, dvožilnim ili trožilnim računalom, koriste se SPI sučelja. Nasuprot tome, paralelni flash ROM-ovi imaju veliku količinu memorije, dobre performanse, ali zahtijevaju mnogo pinova (dva ili tri slobodna 8-bitna priključka) za povezivanje s MK. Primjer - serija 28Fxxx, 29Cxxx.

Vanjski RAM-ovi imaju velike brzine pisanja i čitanja, ali se informacije u njima gube kada se napajanje isključi. Obje linije priključaka koriste se za povezivanje RAM-a s MK. Ponekad je isplativije prebaciti ih u poseban način rada "Vanjski RAM", u kojem je vanjsko RAM područje uključeno u zajedničku memorijsku karticu. Podržava li određeni MK ovaj način rada može se odrediti prema nazivima specifičnih linija portova u njegovom broju dijela. Na primjer, na sl. 3.9 je "AP0" ... "AP7" (sabirnica podataka / adrese), "A8" ... "A15" (visoki bitovi adresne sabirnice), "ALE", "WR", "RD" (kontrolni signali ).

Na sl. 3.10, a ... i dani su dijagrami za spajanje vanjske memorije na MK.

a) DS1 čip (Samsung) je "inteligentni" flash ROM s vlastitim sustavom naredbi. Koristi se, posebice, u USB pogonima;

Riža. 3.9. Raspored pinova i imena signala u MK Atmel ATmega8515.

b) 16-bitne informacije u dinamičkom RAM-u DS1 (OKI) se odašilju/primaju preko pinova "1/01" ... "1/04" sekvencijalno u vremenu po četiri bloka;

Riža. ZLO. Dijagrami za povezivanje vanjske memorije na MK (nastavak):

c) adresna sabirnica "A0" ... "A18" i podatkovna sabirnica "U0" ... "U7" statičkog RAM-a DS1 (Samsung) multipleksirane su registrima DD1, DD2. Na rubovima signala F1, F2 u registrima puna adresa ćelije se dvaput zasuče. Adrese koje nedostaju formiraju se izravno iz MK ("R0" ... "R2"). Prilikom čitanja / pisanja RAM-a ("*RD" / "*WR") radi 8 gornjih linija MK;

d) DS1 je FRAM (Ramtron) feroelektrični serijski RAM/ROM spojen na MK preko PC sabirnice. Kada je uključen, FRAM je ekvivalentan RAM-u, a kada je isključen, ekvivalentan je ROM-u. Broj prepisivanja nije ograničen (!), vrijeme pohrane informacija je 45 godina;

e) povezivanje serijskog RAM-a DS1 (64Kx8) na MK preko trožilnog sučelja i anti-ringing otpornika R2…R4;

Riža. 3.10. Dijagrami za povezivanje vanjske memorije na MK (nastavak):

f) nižih 8 bitova adresne sabirnice pohranjuje se u registar DD1. Gornjih 7 bitova dovodi se iz MK izravno u Hitachi DS1 RAM. MK radi u načinu rada "Vanjski RAM". Umjesto zajedničke žice, možete primijeniti signal za uključivanje sa slobodnog izlaza MK na "CE" ulaz DS1 RAM-a. Ovo smanjuje ukupnu potrošnju energije iz napajanja, jer kada je CE ulaz VISOK, DS1 čip ulazi u ekonomičan način pohrane podataka;

g) veza na MK serijski flash RAM DS1 iz Atmela. Ako je sklopka S1 zatvorena, tada se podaci ne mogu pisati u RAM, ovo je način zaštite. U nekim krugovima nedostaju otpornici R3, R4. DS1 zamjena - bilo koji RAM većeg/manjeg kapaciteta iz Atmelove obitelji DataFlash AT45DB, uključujući naslijeđene modele AT45DB081B-CNU;

Riža. 3.10. Dijagrami za povezivanje vanjske memorije na MK (kraj):

h) Zahtijeva izravnu vezu DS1 Flash ROM-a (AMD) na MK veliki broj besplatne linije luka. Neke MK izlazne linije, na primjer, "A7", mogu se istovremeno koristiti za kontrolu drugih čvorova, međutim, to je dopušteno samo kada nema pristupa ROM-u, tj. na VISOKOJ razini signala “OE”;

i) povećanje kapaciteta RAM-a zbog paralelne veze DSl ... DSn mikro krugova. Svaki od spojenih RAM-ova ima svoju mrežnu programsku adresu, koja je određena različitim logičkim razinama na ulazima "AO", "A1", "A2".