Принципы работы и структура EPROM - ПЗУ с УФ стиранием
Как работают ППЗУ, многократно перепрограммируемые, принцип и архитектура
Напоминаю: EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) - перепрограммируемое ПЗУ. Стирание содержимого производится при помощи ультрафиолетовых лучей, после облучения подобное ПЗУ готово к новому циклу записи информации (программированию).
Микросхемы ППЗУ с УФ стиранием серии К573РФ - СССР и Россия
Микросхемы памяти (или просто память, или Запоминающие
Устройства - ЗУ, английское "Memory") представляют собой следующий шаг на пути
усложнения цифровых микросхем. Память имеет сложную структуру,
включающую в себя множество элементов. При этом внутренняя структура
памяти - регулярная, большинство элементов одинаковые, связи между
элементами сравнительно простые, поэтому функции, выполняемые
микросхемами памяти, не сложные.
Память предназначена для запоминания, хранения каких-то массивов
информации, проще говоря, наборов, таблиц, групп цифровых кодов. Каждый
код хранится в отдельном элементе памяти, называемом ячейкой памяти.
Основная функция любой памяти состоит в выдаче этих кодов на выходы
микросхемы по внешнему запросу. А основной параметр памяти - это ее
объем, то есть количество кодов, которые могут в ней храниться, и
разрядность этих кодов.
В зависимости от типа ЗУ длина адресного слова составляет N = 5:22
разрядов. Данные запоминаются по каждому из 2N адресов. Длина
информационного слова составляет m = 1:16 разрядов. Пример организации
таблицы с разрядностью адресов N = 3 и разрядностью данных m = 2
приведен в таблице ниже
Устройство таблицы при емкости памяти K = 23х2 = 16 бит, таблица № 1.
Емкость памяти K = 2N х m выражается в битах, а если разрядность информационного слова составляет 8 или 16 бит, то в байтах, как K/8. Использование нескольких интегральных схем памяти снимает ограничения на адресное пространство и длину слов и позволяет запоминать любые таблицы, будь то таблицы истинности, компьютерные программы или данные измерений.
Для обозначения количества ячеек памяти используются следующие
специальные единицы измерения:
1К - это 1024, то есть 210 (читается "кило-"" или "ка-"), примерно равно
одной тысяче;
1М - это 1048576, то есть 220 (читается "мега-"), примерно равно одному
миллиону;
1Г - это 1073741824, то есть 230 (читается "гига-"), примерно равно
одному миллиарду.
Принцип организации памяти записывается следующим образом: сначала
пишется количество ячеек, а затем через знак умножения (косой крест) -
разрядность кода, хранящегося в одной ячейке. Например, организация
памяти 64Кх8 означает, что память имеет 64К (то есть 65536) ячеек и
каждая ячейка - восьмиразрядная. А организация памяти 4Мх1 означает, что
память имеет 4М (то есть 4194304) ячеек, причем каждая ячейка имеет
всего один разряд. Общий объем памяти измеряется в байтах (килобайтах -
Кбайт, мегабайтах - Мбайт, гигабайтах - Гбайт) или в битах (килобитах -
Кбит, мегабитах - Мбит, гигабитах - Гбит).
Полупроводниковые ЗУ делятся на устройства для хранения таблиц и функций
(рисунок № 1). В случае табличной памяти задается адрес A в
области 0 хA х n =
2N - 1.
Наиболее часто применяемые полупроводниковые ЗУ, рисунок 1
RAM - оперативное запоминающее устройство, ОЗУ;
ROM - постоянное запоминающее устройство, ПЗУ;
M - программируемое шаблоном;
P - программируемое;
EP - стираемое и программируемое;
EEP - электрически стираемое программируемое;
PLD - программируемое логическое устройство, ПЛУ;
PLA - программируемая логическая матрица, ПЛМ;
PAL - программируемая матричная логика, ПМЛ;
PLE - программируемый логический элемент, ПЛЕ; GA - матрица логических
элементов;
FPGA - вентильная матрица, программируемая в условиях эксплуатации,
матричная БИС FPGA.
В ЗУ для функций хранятся не таблицы, а логические функции. Любая
переменная в таблице истинности может быть представлена как логическая
функция. Например, логическая функция переменной d0 в таблице №1
записывается в нормальной дизъюнктивной форме как:
Если в d0 отсутствует какая-либо закономерность (единицы и нули
распределены случайным образом), то в результате получается n/2 (в нашем
случае 4) неисчезающих конъюнкций. Именно такие соотношения имеют место
при запоминании программ. В этой ситуации реализация логической функции
обойдется дороже запоминания в таблице. Но если исходить из таблицы
истинности, то благодаря часто встречающимся базисным закономерностям
появляются возможности существенных упрощений.
Один из подобных вариантов характеризуется тем, что число единиц в
таблице очень мало. Если, например, у функции d0 только d70 = 1,
достаточно единственной конъюнкции d0 = a2a1a0. Другой случай -
возможность упрощения логических функций средствами булевой алгебры.
Если, к примеру, в таблице № 1 d0 = a1, получим очень простую функцию, хотя
она и содержит четыре единицы. В подобных ситуациях ЗУ для функций
позволяют найти гораздо более приемлемые решения, чем табличные ЗУ.
Среди табличных ЗУ различают ОЗУ и ПЗУ. ОЗУ служит общим названием
запоминающих устройств с возможностью записи и чтения. В стандартном
режиме информация записывается в ЗУ и считывается из него. Английское
сокращение RAM расшифровывается как Random Access Memory - память с
произвольным доступом к данным, когда любое информационное слово
доступно в любой момент. ROM (ПЗУ), будучи сокращением английской фразы
"Read-Only Memory" (память только для считывания), обозначает микросхемы
памяти, которые продолжают сохранять записанную в них информацию даже
после отключения питающего напряжения. В стандартном режиме информацию
только считывают из них, но не вводят. Для записи данных требуются
специальные устройства. В таком случае процесс ввода информации называют
программированием. Показанные на рисунке 1 подгруппы различаются способами
программирования.
В таблице 2 сравниваются характеристики чтения и записи различных
вариантов ПЗУ и ОЗУ. ОЗУ имеет преимущества высокой скорости и
возможности неограниченного повторения цикла чтения/записи. Все варианты ПЗУ в той или
иной степени страдают от ограничений процесса записи, но сохранность
содержимого даже при выключенном питании составляет их главное
достоинство. Этого можно добиться и от ОЗУ, если воспользоваться
буферной батареей. Расход тока многих ОЗУ, выполненных по КМОП
технологии, обычно меньше тока саморазряда батареи. При соответствующих
батареях такие ОЗУ также позволят обеспечить сохранность данных в
течение 10 лет.
Таблица 2.
В общем случае любая микросхема памяти имеет следующие информационные выводы (рисунке. 2):
Рисунок 2. Микросхемы памяти
Адресные выводы (входные), образующие шину адреса памяти. Код на
адресных линиях представляет собой двоичный номер ячейки памяти, к
которой происходит обращение в данный момент. Количество адресных
разрядов определяет количество ячеек памяти: при количестве адресных
разрядов n количество ячеек памяти равно 2n.
Выводы данных (выходные), образующие шину данных памяти. Код на линиях
данных представляет собой содержимое той ячейки памяти, к которой
производится обращение в данный момент. Количество разрядов данных
определяет количество разрядов всех ячеек памяти (обычно оно бывает
равным 1, 4, 8, 16). Как правило, выходы данных имеют тип выходного
каскада ОК или 3С.
В случае оперативной памяти, помимо выходной шины данных, может быть еще
и отдельная входная шина данных, на которую подается код, записываемый в
выбранную ячейку памяти. Другой возможный вариант - совмещение входной и
выходной шин данных, то есть двунаправленная шина, направление передачи
информации по которой определяется управляющими сигналами.
Двунаправленная шина применяется обычно при количестве разрядов шины
данных 4 или более.
Управляющие выводы (входные), которые определяют режим работы
микросхемы. В большинстве случаев у памяти имеется вход выбора
микросхемы CS (их может быть несколько, объединенных по функции И). У
оперативной памяти также обязательно есть вход записи WR, активный
уровень сигнала на котором переводит микросхему в режим записи.
Программируемое ПЗУ
Под программируемым ПЗУ (ППЗУ, PROM) понимается постоянная память,
программируемая пользователем. Обычно программируемыми элементами ППЗУ
служат плавкие перемычки, реализуемые в интегральной схеме путем
металлизации особо тонким слоем. Наряду с ними используются диоды,
которые переводятся в состояние короткого замыкания при перегрузке в
обратном направлении. В новейших ППЗУ функцию программируемых элементов
выполняют специальные МОП транзисторы с добавочным "плавающим" затвором.
При программировании в нем накапливается заряд, благодаря чему пороговое
напряжение МОП транзистора смещается. Изоляция "плавающего" затвора со
всех сторон слоем SiO2 гарантирует сохранность заряда на протяжении 10
лет.
Внутреннюю структуру ППЗУ удобно пояснить на примере устройства с
плавкими перемычками (рис. 3). По соображениям технологии ячейки памяти
выстраиваются не последовательно, а в виде квадратной матрицы. При
обращении к конкретной ячейке сигнал линии соответствующего столбца или
строки переводится в единичное логическое состояние, для чего требуется
декодировать поступающий извне вектор A = (a0: an). Это делается с
помощью дешифраторов столбцов и строк, работающих по принципу "1 из n".
Заданная ячейка памяти активизируется с помощью логического элемента И
на пересечении линий выбранных столбца и строки. Логическая схема ИЛИ
всех выходов ячеек памяти генерирует выходной сигнал D. Чтобы не
применять для этого элемент с 2n входами, используется схема "монтажное"
ИЛИ: при наличии выходов с открытым коллектором она реализует "монтажное" И.
В исходном состоянии каждая адресуемая ячейка памяти генерирует выходной
сигнал D = 1. При программировании нуля прожигается перемычка на выходе
соответствующей ячейки, для чего выбирается ее адрес, выходной
транзистор элемента И - НЕ переводится в проводящее состояние. Затем по
шине считывания посылается импульс тока, сила которого рассчитана так,
чтобы прожечь перемычку на выходе элемента И- НЕ. Здесь необходимо
строго выдерживать временную диаграмму процесса, рекомендуемую
изготовителем, посредством специальных программаторов, настроенных на
работу с ППЗУ определенного типа.
Рис. 3. Пример внутренней структуры ППЗУ емкостью 16 бит
Как правило, в ППЗУ по одному адресу хранится не один бит, а целое слово из 4 или 8 разрядов, в силу чего там имеется соответствующее число информационных выходов. Если емкость ЗУ равна, например, 1 к х 8 бит, значит, оно хранит 1024 слов по 8 разрядов. Содержимое памяти отображается в виде таблицы программирования.
Программаторы для прошивки микросхем
На главную страницу На предыдущую страницу На следующую страницу
О компании О документах О рекламе Меню Карта