Запоминающие устройства. 
Основы функционирования систем сервиса. В 2 ч. Часть 2

Для хранения небольших массивов кодовых слов могут использоваться регистры. Но уже при необходимости хранения десятков-сотен слов применение регистров приводит к неоправданно большим аппаратурным затратам. Для хранения больших массивов слов служат запоминающие устройства (ЗУ) с использованием специальных ИМС, в каждой из которой может храниться информация в тысячи бит.

Цифровые ЗУ представляет собой совокупность ячеек памяти и предназначены для записи, хранения и выдачи информации, представленной в виде цифрового кода.

Классификация и основные параметры

Классификацию ЗУ можно выполнять по ряду признаков:

• • функциональному назначению;
• • способу хранения информации;

• • технологическому исполнению;
• • способу обращения к массиву памяти.

По функциональному назначению все виды ЗУ подразделяются на постоянные (ПЗУ) и оперативные (ОЗУ).

Постоянные запоминающие устройства в основном используют только режимы хранения и считывания хранимой информации. ЗУ этого типа обладают тем преимуществом, что они могут сохранять информацию и при отключенном питании. Это свойство получило название энергонезависимости.

Все ПЗУ по способу занесения в них информации (программированию) делятся:

• • на масочные (ROM — Read Only Memory), программируемые изготовителем;
• • однократно программируемые (ППЗУ) (PROM — Programmable ROM);
• • многократно программируемые (репрограммируемые) пользователем (EPROM — Erasable (стираемые) PROM). Последние, в свою очередь, подразделяются на стираемые электрически и с помощью ультрафиолетового облучения.

Постоянные запоминающие устройства масочного типа (ROM) предназначены только для чтения информации, которая заносится один раз в процессе изготовления ИМС. Для однократной записи в процессе производства ИМС масочного типа используют специальные маски, задающие способ соединения отдельных элементов памяти на общем полупроводниковом кристалле, из-за чего они и получили свое название.

Однократно программируемые ПЗУ (PROM) обеспечивают возможность однократного программирования. Каждый запоминающий элемент ИМС типа PROM включают специальные плавкие перемычки, которые при записи индивидуальной программы пользователя могут быть в определенных местах разрушены, тем самым записывая в соответствующую ячейку памяти бит информации.

Репрограммируемые ПЗУ (EPROM) допускают многократное программирование после предварительного стирания ранее хранимой в них информации. В некоторых из них предусмотрена возможность электрического стирания (EEPROM), в других — стирание информации осуществляют интенсивным ультрафиолетовым облучением в течение нескольких секунд поверхности кристалла ИМС (EPROM).

В 1989 г. фирма Intel анонсировала новую технологию флэш-памяти (Flash), позволяющую создавать энергонезависимые ИМС EEPROM с электрическим стиранием, отличающиеся высокой скоростью доступа и быстрым стиранием записанной информации.

В ОЗУ (RAM — Random (произвольный) Access (доступ) Memory), наряду с хранением и считыванием, основной рабочей операцией также является и операция записи. Для ОЗУ характерны повышенные требования к быстродействию, поэтому их обычно выполняют в виде полупроводниковых ИМС на основе биполярных или МОП-транзисторов.

По способу хранения информации ОЗУ подразделяются на статические и динамические.

По технологическому исполнению ЗУ подразделяются на следующие виды:

• • полупроводниковые ЗУ на основе биполярных структур;
• • полупроводниковые ЗУ на основе полевых транзисторов с изолированным затвором;
• • полупроводниковые ЗУ на основе приборов с зарядовой связью;
• • магнитные ЗУ на основе цилиндрических магнитных доменов.

Независимо от технологии изготовления ЗУ уровни их выходных сигналов обычно приводятся к уровням стандартных серий ИМС типа ТТЛ, ЭСЛ или КМОП.

По способу обращения к массиву памяти все ЗУ делятся на адресные и безадресные (ассоциативные).

Большинство видов ЗУ относятся к адресным, в которых каждой ячейке памяти присваивается определенный номер (ее адрес), значение которого в том или ином виде указывается при каждом обращении к ней.

Адресные ЗУ бывают нескольких типов:

• • с произвольным доступом (выборкой), который допускает при записи или считывании обращаться к ячейкам в их составе в любом произвольном порядке;
• • с последовательным доступом, который предполагает обращение к ячейкам памяти только в порядке нарастания или убывания их адресов.

Ассоциативные ЗУ не имеют входов адресных сигналов. Поиск и выборка информации в таких ЗУ осуществляется по ее содержанию и не зависит от физических координат элементов памяти.

Основными параметрами ЗУ являются следующие.

Информационная емкость — максимально возможный объем хранимой информации. Выражается в битах или словах (в частности, в байтах). Каждый бит информации хранится в отдельном элементе памяти (ЭП). Цифровой код (кодовое слово) занимает несколько ЭП и называется ячейкой памяти (ЯП). Для обозначения количества ячеек памяти используются специальные единицы измерения:

• • 1К — это 1024, т. е. 2¹⁰ (читается «кило-» или «ка-»), примерно равно одной тысяче;
• • 1М — это 1 048 576, т. е. 2²⁰ (читается «мега-»), примерно равно одному миллиону;
• • 1 Г — это 1 073 741 824, т. е. 2³⁰ (читается «гига-»), примерно равно одному миллиарду.

Организация ЗУ — произведение числа хранимых слов на их разрядность. Видно, что это дает информационную емкость ЗУ, однако при одной и той же информационной емкости организация ЗУ может быть различной, так что организация является самостоятельным важным параметром.

Быстродействие (производительность) ЗУ оценивают временами считывания, записи и длительностями циклов чтения/записи. Время считывания — интервал между моментами появления сигнала чтения и слова на выходе ЗУ. Время записи — интервал после появления сигнала записи, достаточный для установления ЯП в состояние, задаваемое входным словом. Минимально допустимый интервал между последовательными чтениями или записями образует соответствующий цикл. Длительности циклов могут превышать времена чтения или записи, так как после этих операций может потребоваться время для восстановления необходимого начального состояния ЗУ.

Время хранения информации — интервал времени, в течении которого ЗУ в заданном режиме сохраняет информацию.

Время чтения, записи и длительности циклов — традиционные параметры. Для некоторых современных ЗУ они должны быть дополнены новыми. Причиной является более сложный характер доступа к хранимым данным, когда обращение к первому слову некоторой группы слов (пакета) требует большего времени, чем обращение к последующим.

Перечисленные выше динамические параметры являются эксплуатационными (измеряемыми). Кроме них, существует ряд режимных параметров (временных интервалов), обеспечение которых необходимо для нормального функционирования ЗУ, поскольку оно имеет несколько сигналов управления, для которых должно быть обеспечено определенное взаимное расположение во времени. Для этих сигналов задаются длительности и ограничения по взаимному положению во времени.

Кроме отмеченных параметров для ЗУ используются и ряд других традиционных для цифровой схемотехники: уровни напряжений, в том числе и питания; ток потребления; потребляемая мощность; температурный диапазон и т. д.