Запоминающие устройства для хранения оперативной информации

Статические ЗУ

Область применения относительно дорогостоящих статических ЗУ в системах обработки информации определяется их высоким быстродействием. В частности, они широко применяются в кэш-памяти, которая при сравнительно малой емкости должна иметь максимальное быстродействие.

Статические ОЗУ, как правило, имеют структуру 2DM. В качестве ЗЭ в них используются триггеры с цепями установки и сброса (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Схема триггерного запоминающего элемента статических ЗУ.

Такой триггер в КМОП-технологии содержит 6 транзисторов. На четырех выполняется сам ЗЭ, а два служат для выборки ЗЭ и чтения/записи. Комплементарные пары транзисторов VT1, VT2 и V73, VTA работают противофазно: если открыт один транзистор, другой — закрыт. Они составляют плечи триггера, которые также работают иротивофазно. Пусть, например, в левом плече транзистор VT1 открыт. Тогда высокий потенциал от +U_CC через VT подается на затворы транзисторов V73 и VTA. При этом транзистор Е73 запирается, a VT4 — открывается. Низкий потенциал корпуса через открытый VTA подается на затворы транзисторов VT1 и VT2 и поддерживает открытое состояние VT1 и закрытое VT2. Если же транзистор VT3 будет открыт, то будут закрыты транзисторы VT1 и VT4, а транзистор VT2 — открыт, поддерживая открытое состояние транзистора VT3. Таким образом, ЗЭ может находиться только в двух устойчивых состояниях. Если открыт транзистор VT1, то ЗЭ хранит лог. 1, если же открыт транзистор V73 — то лог. 0. Транзисторы VT5 и VT6 своими затворами подключены к линии выборки и открываются при подаче в нее высокого потенциала. При открытии транзисторов VT5 и VT6 потенциалы с плечей ЗЭ поступают на разрядные шины ШР1 и ШРО.

Для того чтобы перевести ЗЭ в противоположное состояние, на шину ШР1 или ШРО подается потенциал лог. «0», а в линию выборки — высокий потенциал, открывающий транзисторы VT5 и VT6. Пусть, например, ЗЭ хранит «1», т. е. VT1 и VTA — открыты, a VT2 и V73 — закрыты. Подача лог. 0 от шины ШРО через открытый VT5 на затворы транзисторов VT3 и VTA

приводит к запиранию транзистора VT4 и отпиранию V73. В результате высокий уровень напряжения +U_CC, поступивший через VT3 на затворы VT1 и VT2, закрывает VTI и отпирает VT2. Таким образом, триггер переходит в противоположное состояние, соответствующее хранению лог. 0.

Статические ОЗУ энергозависимы — при снятии питания информация в триггерных ЗЭ теряется. Можно придать им энергонезависимость с помощью резервного источника питания. Это наиболее пригодно для ЗУ на КМОП-элементах, так как они в режиме хранения потребляют чрезвычайно малую мощность.

Как известно, ИС, выполненные, но КМОП-технологи, не способны работать на емкостную нагрузку (см. параграф 3.4), поэтому одним из направлений развития статических ЗУ является совмещение КМОП и биполярной технологий в одной ИС. В таких микросхемах матрица ЗЭ выполняется по КМОП-технологии, а выходные каскады — по биполярной технологии, обеспечивающей более высокое быстродействие микросхемы и эффективную работу на емкостную нагрузку.