До функцій постійної пам'яті ПЗ відносяться. Типи пзу. Схематична будова ПЗУ

Основні класифікаційні параметри ЗУ

Статичні параметри 3У

Важлива перевага ПЗУ в порівнянні з ОЗУ – збереження інформації при вимкненні живлення. Вартість біта інформації, що зберігається в ПЗУ, може бути майже на порядок нижчою, ніж у ОЗУ. Постійні ЗУ можна реалізувати з урахуванням різних фізичних принципів.

В даний час застосовуються такі види ПЗП:

МАСОЧНІ ПЗУпрограмуються їх виробником, який за підготовленою користувачем інформації робить фото-шаблони, за допомогою яких заносить цю інформацію в процесі виробництва кристал ПЗУ. Цей спосіб найдешевший і призначений для великосерійного виробництва ПЗП.

Масочні ПЗУ будуються на основі діодів, біполярних та МДП-транзисторів. У діодних ПЗУ діоди включені в тих перетинах матриці, які відповідають запису «1», і відсутні у місцях, де має бути записаний «0». Зовнішні кола управління діодних ПЗУ дуже прості. Так як діодна матриця є елементом з гальванічними зв'язками, то вихідні сигнали мають ту ж форму, що і вхідні. Постійні ЗУ на МДП-транзисторах дещо простіше у виготовленні, ніж біполярні.

Масочні ПЗУ характеризуються великою надійністю, але неможливо змінити інформацію у ПЗУ без виготовлення нової ІВ, що особливо незручно на етапі відпрацювання програм системи.

ПРОГРАМУВАНІ КОРИСТУВАЧЕМ ПЗУє більш універсальними і, отже, дорожчими приладами. Вони є матрицями біполярних приладів з плавкими перемичками (їх спрощена схема наведена на рис. 17.7), зв'язки яких з адресними та розрядними шинами руйнуються при занесенні коду на спеціальних ПРОГРАМАТОРАХ. Ці пристрої виробляють напруги, необхідні та достатні для перепалювання плавких перемичок у вибраних запам'ятовуючих елементах ПЗУ

На рис. . плавкі перемички ПП показані як запобіжників, включених в емітери багатоемітерних транзисторів VТo...VТп. Програмовані елементи включені між емітерами транзисторів матриць та розрядними шинами. Наявність перемички відповідає логічному 0 на виході підсилювача зчитування, а відсутність перемички – логічній одиниці. Процес запису інформації в схему є вибіркове руйнування плавких перемичок струмом, що забезпечується пристроєм програмування

ОДНОКРАТНО ПРОГРАМУВАНІ ПЗУ (ППЗУ)накопичувач виконують з урахуванням осередків. Постійні ЗУ даного типу допускають лише одноразовий запис інформації в комірку. При програмуванні"ці плавкі перемички з ніхрому або іншого тугоплавкого матеріалу перепалюють за допомогою спеціального програмуючого пристрою. Перепалювання перемичок в режимі програмування виконується серією імпульсів за спеціальною програмою.

Для підвищення надійності роботи ПЗУ методика програмування передбачає подачу серії 40,.. 100 імпульсів після фіксації моменту перепалювання перемички, а також обов'язкове термотренування запрограмованого ПЗУ за температури (близько 100°С).

Більш надійними є мікросхеми з перемичками з полікристалічного кремнію, в яких процес незворотного переходу полікремнію з провідного стану в непровідне відбувається під дією нагрівання, викликаного протіканням струму.

Схеми підтримки режиму програмування зазвичай розташовуються на самому кристалі мікросхеми, і процес програмування.протікає наступним чином.

1) На адресні входи подається адреса обраного осередку.

2) Напруга живлення мікросхеми +U підвищується до напруги програмування +10 V необхідного створення струму, I ³ 400 mA достатнього для плавлення перемички.

3) На вхід програмування V через резистор піде напруга +15 V зі струмом не більше 100 mA

ПЕРЕПРОГРАМУЄМО ПЗУ (РПЗУ)Найбільшого поширення серед них отримали ПЗУ з ультрафіолетовим стиранням та з електричним стиранням та записом інформації.

Мікросхеми, в яких інформація стирається за допомогою ультрафіолетового випромінювання (УФППЗУ), мають можливість багаторазового програмування, досить малий час вибірки та енергоспоживання, велику ємність.

Запам'ятовуючим елементом у ПЗУ з УФ-стиранням є МОП-транзистор. Інформація про вміст цієї клітинки зберігається у вигляді заряду на другому затворі МОП-транзистора. При необхідності в перепрограмуванні мікросхеми заздалегідь записану інформацію стирають ультрафіолетовим світлом c l £ 400 мкм (джерелом може бути лампа ДРТ220 або ДРТ375) через прозоре кварцове віконце на поверхні корпусу мікросхеми. УФ-випромінювання розряджає плаваючий затвор МОП-транзистора. Час збереження інформації в мікросхемах ПЗУ даного типу визначається якістю привідного діелектрика і для сучасних мікросхем становить десять років і більше.

Мікросхеми ПЗУ з електричним стиранням інформації популярні у розробників мікропроцесорної техніки завдяки можливості швидкого стирання та запису, великою допустимою кількістю циклів перезапису інформації.(10000 разів і більше). Однак вони досить дорогі і складні в порівнянні з мікросхемами ПЗУ з УФ-стиранням і тому поступаються останнім за ступенем використання мікропроцесорної апаратури.

Основу пам'ятного осередку в ПЗУ з електричним стиранням становить МОП-транзистор з плаваючим затвором, такий же, як і в ПЗУ з УФ-стиранням. Але у мікросхемах цього типу технологічними методами забезпечено можливість зворотного тунелювання, тобто. відбору електронів із плаваючого затвора, що дозволяє вибірково прати занесену інформацію.

СЕГНЕТОЕЛЕКТРИКА, електричний аналог феромагнетизму. Подібно до того, як у феромагнітних речовинах при поміщенні їх у магнітне поле проявляється залишкова магнітна поляризація (момент), у сегнетоелектричних діелектриках, поміщених в електричне поле, виникає залишкова електрична поляризація.

Мікроскопічною причиною сегнетоелектрики є наявність усередині речовини атомних (або молекулярних) диполів. Ці диполі орієнтуються зовнішнім електричним полем та залишаються орієнтованими після зняття поля; перемикання напрямку поля на протилежне призводить до зворотної орієнтації диполів. Принципова відмінність сегнетоелектрики від феромагнетизму полягає в тому, що вільні електричні зарядиможуть екранувати електричні поля, створювані електричними диполями, але це ускладнює пряме спостереження статичної поляризації. Поляризацію зазвичай вимірюють за так званою петлею гістерези. Зразок поміщають між пластинами конденсатора, на які подається змінна напруга E. На екрані осцилографа реєструється крива залежності заряду, що виникає на пластинах, а тим самим і електричної поляризації (оскільки заряд, віднесений до одиниці площі поверхні пластин, є мірою вектора електричної поляризації P), від напруги (поля) E. Петля гістерези, представлена ​​на рис. 1, характеризується двома величинами: залишковою поляризацією P (будь-якого знака), що є навіть при нульовому полі E, і коерцитивним полем Ec, при якому вектор поляризації змінює напрямок на зворотний. Площа петлі гістерези дорівнює робочій роботі електричних сил, що витрачається в межах одного циклу переходу сегнетоелектрика між двома еквівалентними станами поляризації протилежного знака.

На даний момент є безліч різноманітних комбінацій основних елементів, з яких будується осередок пам'яті - феромагнітного сегнетоелектричного транзистора і такого ж конденсатора. Але при розгляді цих комбінацій можна виявити 4 основні типи, які є базовими, всі інші типи осередків FeRAM є лише їх комбінаціями. Це однотранзисторний осередок 1Т FeRAM, одноконденсаторний осередок 1С FeRAM, званий ще SFRAM (statically read, non-volatile, ferroelectric random access memory - повний аналог SRAM), найбільш поширений транзисторно-конденсаторний осередок 1Т-1С FeRAM 2T-2C FeRAM. А тепер докладніше.

Крім цих основних структур існує безліч їх комбінацій. Практично будь-який більш-менш поважаючий себе університет займається зараз перебором варіантів компонування осередків і вивченням властивостей цих гібридів. Захищаються дипломи на цю тему, виходять нові і нові патенти. Розглянути хоча б найперспективніші комбінації в рамках однієї статті – справа нереальна. Тут матеріалу як мінімум ще на одну статтю, ну а поки що варто перейти до подальших перспектив FeRAM.

Ця структура осередку використовувалася в одній з перших працюючих моделей FeRAM, але показники її були не на висоті - осередок занадто швидко втрачав заряд і переходив у непередбачуваний стан, тобто не був енергонезалежним, тому роботи в області 1T були згорнуті. Але сама ідея виявилася живуча - адже маючи в якості комірки всього один транзистор можна досягти мінімального її розміру і, відповідно, гігантської інформаційної ємності, що припадає на одиницю поверхні чіпа. Саме тому у 2002 році роботи над створенням 1Т FeRAM були продовжені двома найбільшими японськими інститутами – NERI (Nanoelectronics Research Institute) та AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology). Використовуючи феромагнітні сегнетоелектрики нового покоління- композиційний оксид SBT (SrBi2Ta2O9) з додаванням гафнію Hf і кілька модифікувавши структуру польового сегнетоэлектрического транзистора (ferroelectric gate field-effect transistor) їм вдалося отримати 1Т структуру з значно довшим часом зберігання заряду, на порядок більше.

Сама схема 1Т FeRAM виглядає так:

Зліва наведена схема традиційної 1T-1C осередку, справа лише 1Т. Навіть із принципової схеми випливає, що осередок 1Т менше і простіше у виконанні в порівнянні з 1T-1C, що має позитивно позначитися на собівартості та на інформаційній ємності пам'яті на її основі.

Сам транзистор виглядає так:

Запис у комірку 1T FeRAM здійснюється при подачі позитивного чи негативного заряду на електроди схеми. Коли на електрод стоку (drain electrode) подається напруга +6V в каналі провідника виникає пульсуючий адекватний струм, що відповідає значенню "1". І навпаки - після подачі негативної напруги - пульсуючий струм вкрай незначний - осередок переходить у положення "0".

На графіку це виглядає так:

Як випливає з цього графіка, різниця між станом "0" і станом "1" достатня для однозначного визначення значення осередку, а падіння струму витоку незначно - за 106 секунд (що відповідає 11,6 діб) падіння не перевищило 2%.

Підсумовуючи, можна сказати, що дана технологія цілком життєздатна – надзвичайно малий розмір осередків, стабільність заряду та висока швидкість доступу до осередків (що може бути простіше транзистора?) – ось ключові позиції 1T FeRAM. Основною проблемою є надійність зберігання заряду - пам'ять на базі 1T FeRAM втрачає дані після 50-60 днів. Втім, для ринку мобільних комп'ютерівце не актуально - навряд чи у когось із власників КПК його улюблена іграшка буде вимкнена більше двох місяців, а при включенні заряд на транзисторах оновлюється. Отже, творцям 1T залишилося підвищити надійність і, головне, реалізувати все це на практиці - а це схоже буде головною проблемою, жоден з великих виробників FeRAM поки що не зацікавився цією новою реінкарнацією старої ідеї, воліючи займатися традиційнішими 1T-1C і 2Т-2C . На даний момент не було жодної новини про ліцензування технології 1Т якимсь великим виробником. Мабуть, стереотипи живучи - один раз забракував 1Т структуру, гіганти комп'ютерної промисловості міцно про неї забули. Хочеться вірити, що цій, як її назвали розробники, ultra-Gbit FeRAM, пощастить із видавцями, і побачимо ми на прилавках дешеві ємні енергонезалежні носії інформації.

Енергонезалежне сегнетоелектричне ОЗУ (FRAM) ємністю 16 кбіт з послідовним інтерфейсом та живленням 3В

Відмінні особливості:

Сегнетоелектричне енергонезалежне ОЗУ ємністю 16 кбіт
- Організація осередків пам'яті 2048 x 8
- Необмежену кількість циклів читання/запис
- 10-річний термін зберігання інформації
- Запис без затримки (NoDelay™)
- Просунута високонадійна сегнетоелектрична технологія

Швидкодіючий двопровідний послідовний інтерфейс
- максимальна тактова частотапослідовної шини до 1 МГц
- Безпосередня апаратна заміна ЕППЗУ

Мала споживана потужність
- робота при живленні 2.7-3.6В (нова особливість)
- активний струм - 75 мкА (100 кГц, 3В)
- Струм спокою - 1 мкА

Відповідність промисловим стандартам
- Робоча температура: -40 ° C … +85 ° C
- 8-вив. корпус SOIC
- Доступність екологічно чистого 8-вив. корпуси SOIC (нова особливість)

Структурна схема FM24CL16:

Розміщення висновків FM24CL16:

Загальний опис:

FM24CL16 – енергонезалежна пам'ять ємністю 16 кбіт, виконана за сегнетоелектричною технологією. Сегнетоелектричний оперативний запам'ятовуючий пристрій або FRAM є енергонезалежним і виконує операції читання та запису подібно до ОЗУ. Воно забезпечує надійне зберігання інформації протягом 10 років, при усуненні проблем пов'язаних зі складністю, обмеженою швидкодією запису та рівнем системної надійності ЕППЗП та іншої енергонезалежної пам'яті.

На відміну від ЕППЗП FM24CL16 виконує операцію запису на швидкості шини. У цьому немає ніяких затримок під час запису.

Наступний цикл шини може бути розпочато негайно без необхідності опитування даних. Крім того, пристрій має необмежену кількість циклів запису, що на багато порядків більше, ніж у ЕППЗУ. Також FRAM споживає набагато менший струм при записі, ніж ЕППЗП, якому потрібне додаткове внутрішній джерело живлення схеми програмування.

Дані можливості роблять FM24CL16 ідеальним для додатків з енергонезалежним зберіганням інформації, де потрібний швидкий запис даних. Приклади таких додатків тягнуться від накопичувачів даних, де час запису може бути критичним параметром, до промислового управління, де затримки під час запису в ЕППЗУ можуть призвести до втрати інформації. У сукупності дані переваги дозволяють записувати дані з більшою частотою, не викликаючи при цьому незручності у програмуванні.

FM24CL16 випускається в стандартному промисловому 8-вив. корпусі SOIC та використовує двопровідний протокол зв'язку. Виконання технічних характеристикгарантується у всьому промисловому температурному діапазоні -40 ° C … +85 ° C. FM24CL16 вимагає для живлення 3В та забезпечує швидкодію шини до 1 МГц, при цьому функціонально сумісний з 5В версією FM24C16.

Опис висновків:

Інформація для замовлення:

Тонкі плівки з цирконату-титанату свинцю та лантану (PLZT) активно вивчаються з метою створення енергозалежних мікроелектронних ЗП із застосуванням кремнієвої технології. (Бістабільна поляризація – ідеальна основа для двійкових осередків пам'яті.)

Внаслідок переходу технологій виробництва напівпровідникових виробів на процес менше 1 мкм виникла потреба відповідного зменшення напруги живлення. В даний час на ринку посилюється тенденція переходу від 5-вольтових систем до 3-вольтових. Однак, не вся компонентна база задовольняє цю тенденцію і проектувальники систем стикаються зі складністю застосування компонентів при використанні одного джерела живлення. Ця проблема навіть більше стосується компаній, що займаються технічним обслуговуванням систем, які економлять кошти за рахунок перепроектування морально застарілих 5-вольтових частин.

Корпорація Atmel враховувала це при проектуванні нової серії AT45DBXXXX сімейства DataFlash із живленням лише 3В. Однак, сімейство 3-вольтових DataFlash можуть використовуватися і в 5-вольтових системах. Цей практичний посібник має на меті навести рекомендації щодо використання 3-вольтових DataFlash у 5-вольтових системах або в системах зі змішаним живленням.

ШІСТЬНАДЦАТЕРІЧНІ ЧИСЛА

Осередок пам'яті типової мікро-ЕОМ може містити двійкове число 1001 1110. Такий довгий ланцюг нулів і одиниць складний для запам'ятовування і незручний для введення з клавіатури. Число 1001 1110 могло б бути перетворено на десяткове, що дало б 158 10 , але процес перетворень зайняв багато часу. Більшість систем мікроінформатики використовує шістнадцяткову форму запису, щоб спростити запам'ятовування та використання таких двійкових чисел, як 1001 1110.

Шістнадцяткова система числення (hexadecimal) або система з основою 16, використовує 16 символів від Про до 9 і А, В, З, D, Е, F. У табл. 2.5 наведено еквіваленти десяткових, двійкових та шістнадцяткових чисел.

Зауважимо з табл. 1, що кожен шістнадцятковий символ може бути представлений єдиним поєднанням чотирьох біт. Таким чином, уявленням двійкового числа 1001 1110 у шістнадцятковому коді є число 9Е. Це означає, що частина 1001 двійкового числа дорівнює 9, а частина 1110 дорівнює Е (звичайно в шістнадцятковому коді). Отже, 1001 11102 = 9E 16 . (Не слід забувати, що індекси означають основу системи обчислення.)

Як перетворити двійкове число 111010 у шістнадцяткове? Потрібно почати з МБ і розділити двійкове число групи з 4 біт. Потім треба замінити кожну групу з 4 біт еквівалентною шістнадцятковою цифрою: 1010 2 = А, 0011 2 = 3, отже, 111010 2 = 3A 16.

Як перетворити шістнадцяткове число 7F на двійкове? У цьому випадку кожна шістнадцяткова цифра має бути замінена своїм двійковим еквівалентом із 4 біт. У прикладі двійкове число 0111 замінено

Таблиця 1. Десяткові, шістнадцяткові та двійкові еквіваленти

шістнадцятковою цифрою 7, а 11112 замінює F16, звідки 7F16 = 111101112.

Шістнадцятковий запис широко використовується для представлення двійкових чисел.

Таблиця 2. Перетворення шістнадцяткового числа на десяткове

Перетворимо шістнадцяткове число 2C6E на десяткове. Процедура дій відповідає табл. 2. Значеннями позицій перших чотирьох шістнадцяткових цифр є відповідно зліва направо 4096, 256, 16 і 1. Десяткове число містить 14 (E 16) одиниць, 6 чисел 16, 12 (З 16) чисел 256 і 2 числа 4096. відповідна їй вага, виходить сума, яка дає нам десяткове число 11374.

Перетворимо десяткове число 15797 у шістнадцяткове. На рис. 5 показано процедуру дій. У першому рядку 1579710 поділено на 16, що

15797 10:16 = 987 залишок 5 10 = 5 16 МР

978 10: 16 = 61 залишок 11 10 = B 16

61 10:16 = 3 залишок 13 10 = D 16

3 10: 16 = 0 залишок 3 10 = 3 16 СР

15797 10 = 3 D B 5

Мал. 5. Десятково-шістнадцяткове перетворення

дає приватне 987 10 і залишок 5 10 , який потім перетворюється на свій шістнадцятковий еквівалент (5 10 = 5 16) і стає цифрою молодшого розряду (МР) шістнадцяткового числа. Перше приватне (987) стає ділимим у другому рядку і знову ділиться на 16, що дає приватне 61 і залишок 11 10 або шістнадцяткове В. У третьому рядку 61 ділиться на 16, дає приватне 3 і залишок 13 10 або D 16 рядку ділене 3 ділиться на 16, дає приватне 0 та залишок З 10 або 3 16 . Коли частки дорівнює 0, як у четвертому рядку, перетворення закінчується. 3 16 стає цифрою старшого розряду (СР) результату, тобто. 3DB5 16 .

ПЗУ- швидка, енергонезалежна пам'ять, призначена тільки для читання. Інформація заноситься до неї один раз (зазвичай у заводських умовах) і зберігається постійно (при включеному та вимкненому комп'ютері). У ПЗУ зберігається інформація, присутність якої постійно потрібна у комп'ютері. Комплект програм, що у ПЗУ утворює базову систему вводу/вывода BIOS (Basic Input Output System). BIOS (Basic Input Output System - базова система вводу-виводу) - сукупність програм, призначених для автоматичного тестуванняпристроїв після увімкнення живлення комп'ютера та завантаження операційної системина оперативну пам'ять.

У ПЗУ перебувають:

Тестові програми, які перевіряють при кожному включенні комп'ютера правильність роботи його блоків;

Програми для керування основними периферійними пристроями – дисководом, монітором, клавіатурою;

Інформація про те, де на диску розташована операційна система.

Типи ПЗУ:

ПЗУз масковим програмуванням це пам'ять, у якому інформація записана раз і назавжди у процесі виготовлення напівпровідникових інтегральних схем. Постійні пристрої, що запам'ятовують, застосовуються тільки в тих випадках, коли йдеться про масове виробництво, т.к. Виготовлення масок для інтегральних схем приватного застосування обходиться дуже дорого.

ППЗУ(програмований постійний запам'ятовуючий пристрій).

Програмування ПЗУ – це операція, що однократно виконується, тобто. інформація, колись записана у ППЗУ, згодом змінена не може.

СППЗУ(Стирається програмований постійний пристрій). При роботі з ним користувач може запрограмувати його, а потім стерти записану інформацію.

ЕІПЗУ(постійний запам'ятовуючий пристрій, що змінюється). Його програмування та зміна здійснюються за допомогою електричних засобів. На відміну від СППЗУ для стирання інформації, що зберігається в ЕІПЗУ, не потрібні спеціальні зовнішні пристрої.

Наочно ОЗУ та ПЗУ можна уявити у вигляді масиву осередків, в які записані окремі байти інформації. Кожен осередок має свій номер, причому нумерація починається з нуля. Номер осередку є адресою байта.

центральний процесорпри роботі з ОЗУ повинен вказати адресу байта, яку він бажає прочитати з пам'яті або записати в пам'ять. Зрозуміло, із ПЗУ можна лише читати дані. Прочитані з ОЗУ або ПЗУ дані процесор записує у свою внутрішню пам'ять, влаштовану аналогічно ОЗУ, але працює швидше і має ємність трохи більше десятків байт.

Процесор може обробляти тільки ті дані, які знаходяться в його внутрішній пам'яті, в ОЗП або ПЗУ. Всі ці види пристрою пам'яті називаються пристроями внутрішньої пам'яті, вони зазвичай розташовуються безпосередньо на материнської платикомп'ютера ( внутрішня пам'ятьпроцесора знаходиться у самому процесорі).

Кеш-пам'ять.Обмін даними всередині процесора відбувається набагато швидше, ніж обмін даними між процесором та оперативною пам'яттю. Тому, для того щоб зменшити кількість звернень до оперативної пам'яті, усередині процесора створюють так звану надоперативну або кеш-пам'ять. Коли процесору потрібні дані, він спочатку звертається до кеш-пам'яті, і тоді, коли там відсутні потрібні дані, відбувається звернення до оперативної пам'яті. Чим більший розмір кеш-пам'яті, тим більша ймовірність, що необхідні дані знаходяться там. Тому високопродуктивні процесори мають підвищені обсяги кеш-пам'яті.

Розрізняють кеш-пам'ять першого рівня(Виконується на одному кристалі з процесором і має об'єм порядку кілька десятків Кбайт), другого рівня (Виконується на окремому кристалі, але в межах процесора, з об'ємом в сто і більше Кбайт) і третього рівня (виконується на окремих швидкодіючих мікросхемах з розташуванням на материнській платі і має об'єм один і більше Мбайт).

У процесі роботи процесор обробляє дані, що у його регістрах, оперативної пам'яті і зовнішніх портах процесора. Частина даних інтерпретується як дані, частина даних - як адресні дані, а частина - як команди. Сукупність різноманітних команд, які може виконувати процесор над даними, утворює систему команд процесора. Чим більший набір команд процесора, тим складніше його архітектура, тим довший запис команд у байтах і тим довша середня тривалість виконання команд.

Постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП)- ЗУ, призначене для зберігання незмінної інформації (програм, констант, табличних функцій). У процесі розв'язання задач ПЗУ допускає лише читання інформації. Як характерний приклад застосування ПЗУ можна вказати БІС ПЗУ, що використовуються в РС для зберігання BIOS (Basic Input Output System – базової системи вводу-виводу).

У загальному випадку накопичувач ПЗУ (масив його осередків, що запам'ятовують) ємністю ЄПЗУ слів, довжиною в r+ 1 розрядів кожне, зазвичай є системою з ЕПЗУ горизонтальних (адресних) і r+ 1 вертикальних (розрядних) провідників, які у точках перетину можуть бути з'єднані елементами зв'язку (рис. 1.46). Елементи зв'язку (ЕС) – це плавкі вставки або p-n-Переходи. Наявність елемента зв'язку між j-м горизонтальним та i-м вертикальним провідниками означає, що в i-м розряді осередку пам'яті номер jзаписана одиниця, відсутність ЕС означає, що тут записано нуль. Запис слова в осередок номер jПЗУ проводиться належним розстановкою елементів зв'язку між розрядними провідниками та адресним дротом номер j. Читання слова з осередку номер jПЗУ відбувається так.

Мал. 1.46. Накопичувач ПЗУ ємністю ЄПЗУ слів, довжиною в r+ 1 розрядів кожне

Код адреси A = jдешифрується, та на горизонтальний провідник номер jнакопичувача подається напруга джерела живлення. Ті з розрядних провідників, які з'єднані з обраним адресним провідником елементами зв'язку, опиняються під напругою U 1 рівня одиниці, інші розрядні провідники залишаються під напругою U 0 рівня нуля. Сукупність сигналів U 0 та U 1 на розрядних провідниках та утворює вміст ЯП номер j, а саме слово за адресою А.

Нині ПЗУ будують із ВІС ПЗУ, у яких використовуються напівпровідникові ЕС. БІС ПЗУ прийнято поділяти на три класи:

- масочні (МПЗП);

- Програмовані (ППЗУ);

– репрограмовані (РПЗП).

Масочні ПЗУ(ROM – від Read Only Memory) – ПЗУ, інформація в які записується з фотошаблону у процесі вирощування кристала. Наприклад, БІС ПЗУ 555РЕ4 ємністю 2 кбайта є генератором символів за кодом КОІ-8. Перевагою масочних ПЗУ є їхня висока надійність, а недоліком – низька технологічність.

Програмовані ПЗУ(PROM - Programmable ROM) - ПЗУ, інформація в які записується користувачем за допомогою спеціальних пристроїв - програматорів. Дані ВІС виготовляються з повним набором ЕС у всіх точках перетину адресних та розрядних провідників. Це підвищує технологічність таких ВІС, а отже, і масовість у виробництві та застосуванні. Запис (програмування) інформації в ППЗУ провадиться користувачем за місцем їх застосування. Робиться це шляхом випалювання елементів зв'язку у тих точках, у яких мають бути записані нулі. Вкажемо, наприклад, на ТТЛШ-БІС ППЗУ 556РТ5 ємністю 0,5 кбайт. Надійність БІС ППЗУ нижча, ніж у маскових БІС. Перед програмуванням їх необхідно тестувати наявність ЕС.

У МПЗУ та ППЗУ неможливо змінювати вміст їх ЯП. Репрограмовані ПЗУ(РПЗУ) допускають багаторазову зміну інформації, що зберігається в них. Фактично РПЗУ – це ОЗУ, які мають tЗП>> tЧТ. Заміна вмісту РПЗУ починається зі стирання інформації, що зберігалася в ньому. Випускаються РПЗУ з електричним (EЕPROM) та ультрафіолетовим (UVEPROM) стиранням інформації. Наприклад, БІС РПЗУ з електричним стиранням КМ1609РР2А ємністю 8 кбайт може перепрограмуватися не менше 104 разів, зберігає інформацію не менше 15000 год (близько двох років) у включеному стані та не менше 10 років – у вимкненому. БІС РПЗУ з ультрафіолетовим стиранням К573РФ4А ємністю 8 кбайт допускає не менше 25 циклів перезапису, зберігає інформацію у включеному стані не менше 25000 год, а у вимкненому – не менше 100000 год.

Основне призначення РПЗУ - використання їх замість ПЗУ в системах розробки та налагодження програмного забезпечення, мікропроцесорних системах та інших, коли доводиться іноді вносити зміни у програми.

Роботу ПЗУ можна розглядати як однозначне перетворення N-розрядного коду адреси Ав n-розрядний код зчитуваного із нього слова, тобто. ПЗП є перетворювачем коду (цифровим автоматом без пам'яті).

На рис. 1.47 показано умовне зображення ПЗП на схемах.

Мал. 1.47. Умовне зображення ПЗУ

Функціональна схема ПЗП наведено на рис. 1.48.

Мал. 1.48. Функціональна схема ПЗУ

За прийнятою в середовищі фахівців з запам'ятовуючих пристроїв термінології вхідний код називається адресою, 2 nвертикальних шин – числовими лінійками, mвиходів - розрядами збереженого слова. При надходженні на вхід ПЗУ будь-якого двійкового коду завжди вибирається одна з числових лінійок. При цьому на виході тих елементів АБО, зв'язок яких з даною числовою лінійкою не зруйнована, з'являється 1. Це означає, що в даному розряді вибраного слова (або числової лінійки) записано 1. На виходах тих розрядів, зв'язок яких з вибраною числовою лінійкою випалено, залишаться нулі. Закон програмування може бути інверсним.

Таким чином, ПЗУ - це функціональний вузол з nвходами та mвиходами, що зберігає 2 n m-розрядних слів, які під час роботи цифрового пристрою не змінюються. При подачі на вхід адреси ПЗУ на виході з'являється відповідне йому слово. При логічному проектуванні постійне ЗУ розглядають або як пам'ять з фіксованим набором слів, або кодовий перетворювач.

На схемах (див. рис. 1.47) ПЗП позначається як ROM. Постійні пристрої, що запам'ятовують, зазвичай мають вхід дозволу Е. При активному рівні на вході Е ПЗУ виконує свої функції. За відсутності дозволу виходи мікросхеми неактивні. Дозволяючих входів може бути кілька, тоді мікросхема відмикається збігом сигналів на цих входах. У ПЗУ сигнал Е часто називають читанням ПТ (read), вибором мікросхеми ВМ, вибором кристала ВК (chip select – CS).

Мікросхеми ПЗП пристосовані для нарощування. Щоб збільшити кількість розрядів слів, що зберігаються, всі входи мікросхем включають паралельно (рис. 1.49, а), і з сумарного числа виходів, що збільшився, знімається вихідне слово відповідно до збільшеної розрядності.

Для збільшення числа самих слів, що зберігаються (рис. 1.49, б) адресні входи мікросхем включають паралельно та розглядають як молодші розряди нової, розширеної адреси. Додані старші розряди нової адреси надходять на декодер, який на входах Е вибирає одну з мікросхем. При малому числі мікросхем дешифрацію старших розрядів можна робити на кон'юнкції роздільних здатностей самих ПЗУ. Виходи однойменних розрядів при збільшенні кількості слів, що зберігаються, повинні об'єднуватися за допомогою функцій АБО. Спеціальних елементів АБО не потрібно, якщо виходи мікросхем ПЗУ виконані або за схемою відкритого колектора для об'єднання методом монтажного АБО, або за схемою буфера з трьома станами, що допускає безпосереднє фізичне об'єднання виходів.

Виходи мікросхем ПЗУ зазвичай інверсні, інверсним часто буває і вхід Е. Нарощування ПЗУ може вимагати введення буферних підсилювачів для збільшення здатності навантаження деяких джерел сигналів, обліку вносимих цими підсилювачами додаткових затримок, але загалом при порівняно невеликих обсягах пам'яті, що типово для багатьох ЦУ ( наприклад пристроїв автоматики), нарощування ПЗУ зазвичай не породжує важливих проблем.

Мал. 1.49. Збільшення числа розрядів слів, що зберігаються при паралельному включенні входів мікросхем і збільшенні числа слів, що зберігаються, при включенні паралельно адресних входів мікросхем

• вибірки з регістру-лічильника адреси команди MПП адреси осередку ОЗУ, де зберігається чергова команда програми;
• вибірки з осередків ОЗУ коду чергової команди та прийому ліченої команди до регістру команд;
• розшифровки коду операції та ознак обраної команди;
• зчитування з відповідних розшифрованому коду операції осередків ПЗУ мікропрограм керуючих сигналів (імпульсів), що визначають у всіх блоках машини процедури виконання заданої операції, та пересилання керуючих сигналів у ці блоки;
• зчитування з регістру команд та регістрів МПП окремих складових адрес операндів (чисел), що беруть участь у обчисленнях, та формування повних адрес операндів;
• вибірки операндів (за сформованими адресами) та виконання заданої операції обробки цих операндів;
• запису результатів операції на згадку;
• формування адреси наступної команди програми

• формування адреси порту та керуючої інформації для нього (перемикання порту на прийом або передачу та ін);
• прийом керуючої інформації від порту, інформації про готовність порту та його стан;
• організацію наскрізного каналу в системному інтерфейсі передачі між портом пристрою вводу-вывода і МП.

Постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ) - енергонезалежна пам'ять, використовується для зберігання масиву незмінних даних.

Постійні ЗУ призначені для зберігання інформації, що залишається незмінною протягом усього часу роботи пристрою. Ця інформація не зникає під час зняття напруги живлення.

Тому у ПЗУ можливий лише режим зчитування інформації, причому зчитування не супроводжується її руйнуванням.

Клас ПЗУ не однорідний і, як зазначалося раніше, може бути розбитий на кілька самостійних підкласів. Проте всі ці підкласи використовують той самий принцип представлення інформації. Інформація в ПЗУ подається як наявність або відсутність з'єднання між шинами адреси (ША) і даних. У цьому сенсі ЕЗЕ ПЗУ подібний до ЕЗЕ динамічного ОЗУ, в якому конденсатор пам'яті Сп або закорочений, або виключений зі схеми.

2. Історична хронологія розвитку ПЗП. Технології ПЗУ за принципом запису\перезапису його вмісту: ROM, PROM, EPROM, EEPROM, flashROM. Привести характеристику цих технологій і малюнки, що показують будову осередків.

Дуже часто у різних застосуваннях потрібне зберігання інформації, яка не змінюється у процесі експлуатації пристрою. Це така інформація як програми в мікроконтролерах, початкові завантажувачі та BIOS у комп'ютерах, таблиці коефіцієнтів цифрових фільтріву сигнальних процесорах. Практично завжди ця інформація не потрібна одночасно, тому найпростіші пристрої запам'ятовування постійної інформації можна побудувати на мультиплексорах. Схема такого постійного запам'ятовуючого пристрою наведено малюнку 1.

Малюнок 1. Схема постійного пристрою, що запам'ятовує, побудована на мультиплексорі.

У цій схемі побудовано постійний пристрій на вісім однорозрядних осередків. Запам'ятовування конкретного біта в однорозрядний осередок проводиться запаюванням дроту до джерела живлення (запис одиниці) або запаювання дроту до корпусу (запис нуля). На важливих схемах такий пристрій позначається як показано малюнку 2.

Малюнок 2. Позначення постійного пристрою на принципових схемах.

Для того, щоб збільшити розрядність осередку пам'яті ПЗУ, ці мікросхеми можна з'єднувати паралельно (виходи і записана інформація природно залишаються незалежними). Схема паралельного з'єднання однорозрядних ПЗП наведено малюнку 3.

Схема багаторозрядного ПЗУ.

У реальних ПЗУ запис інформації провадиться за допомогою останньої операції виробництва мікросхеми - металізації. Металізація проводиться за допомогою маски, тому такі ПЗУ отримали назву масочних ПЗУ. Ще одна відмінність реальних мікросхем від спрощеної моделі, наведеної вище, - це використання крім мультиплексора ще й демультиплексора. Таке рішення дозволяє перетворити одновимірну структуру, що запам'ятовує, в багатовимірну і, тим самим, істотно скоротити обсяг схеми дешифратора, необхідного для роботи схеми ПЗУ. Ця ситуація ілюструється наступним малюнком:

Малюнок 4. Схема масочного постійного пристрою.

Масочні ПЗУ зображуються на важливих схемах як показано на малюнку 5. Адреси осередків пам'яті в цій мікросхемі подаються на висновки A0...A9. Мікросхема вибирається сигналом CS. За допомогою цього сигналу можна нарощувати обсяг ПЗП (приклад використання сигналу CS наведено при обговоренні ОЗП). Читання мікросхеми провадиться сигналом RD.

Рисунок 5. Позначення масочного постійного пристрою на принципових схемах.

Програмування масочного ПЗУ проводиться на заводі-виробнику, що дуже незручно для дрібних та середніх серій виробництва, не кажучи вже про стадії розробки пристрою. Природно, що для великосерійного виробництва масочні ПЗП є найдешевшим видом ПЗП, і тому широко використовуються в даний час. Для дрібних та середніх серій виробництва радіоапаратури були розроблені мікросхеми, які можна програмувати у спеціальних пристроях – програматорах. У цих мікросхемах постійне з'єднання провідників у матриці запам'ятовується замінюється плавкими перемичками, виготовленими з полікристалічного кремнію. При виробництві мікросхеми виготовляються всі перемички, що еквівалентно запису в усі осередки пам'яті логічних одиниць. У процесі програмування на виводи живлення та виходи мікросхеми подається підвищене живлення. При цьому, якщо на вихід мікросхеми подається напруга живлення (логічна одиниця), то через перемичку струм не протікатиме і перемичка залишиться непошкодженою. Якщо ж на вихід мікросхеми подати низький рівень напруги (приєднати до корпусу), то через перемичку протікатиме струм, який випарує цю перемичку і при подальшому зчитуванні інформації з цього осередку зчитуватиметься логічний нуль.

Такі мікросхеми називаються програмованимиПЗУ (ППЗУ) і зображуються на принципових схемах як показано на малюнку 6. Як приклад можна назвати мікросхеми 155РЕ3, 556РТ4, 556РТ8 та інші.

Рисунок 6. Позначення програмованого постійного пристрою на принципових схемах.

Програмовані ПЗУ виявилися дуже зручними при дрібносерійному та середньосерійному виробництві. Однак при розробці радіоелектронних пристроїв часто доводиться змінювати програму, що записується в ПЗУ. ППЗУ при цьому неможливо використовувати повторно, тому якщо записане ПЗУ при помилковій або проміжній програмі доводиться викидати, що природно підвищує вартість розробки апаратури. Для усунення цього недоліку було розроблено ще один вид ПЗУ, який міг би стиратися та програмуватися наново.

ПЗУ з ультрафіолетовим стираннямбудується на основі пам'яті матриці побудованої на осередках пам'яті, внутрішній пристрій якої наведено на наступному малюнку:

Рисунок 7. Запам'ятовувальний осередок ПЗУ з ультрафіолетовим та електричним стиранням.

Осередок є МОП транзистор, у якому затвор виконується з полікристалічного кремнію. Потім у процесі виготовлення мікросхеми цей затвор окислюється і в результаті він буде оточений оксидом кремнію - діелектриком із чудовими ізолюючими властивостями. В описаному осередку при повністю стертому ПЗУ заряду в затворі плаваючому немає, і тому транзистор струм не проводить. При програмуванні мікросхеми на другий затвор, що знаходиться над плаваючим затвором, подається висока напругаі плаваючий затвор за рахунок тунельного ефекту індукуються заряди. Після зняття програмуючого напруги на плаваючому затворі індукований заряд залишиться і, отже, транзистор залишиться у провідному стані. Заряд на плаваючому затворі може зберігатися десятки років.

Структурна схема постійного пам'яті не відрізняється від описаного раніше масочного ПЗУ. Єдино замість перемички використовується описаний вище осередок. У репрограмованих ПЗУ стирання раніше записаної інформації здійснюється ультрафіолетовим випромінюванням. Для того, щоб це світло могло безперешкодно проходити до напівпровідникового кристала, в корпус мікросхеми вбудовується віконце з кварцового скла.

При опроміненні мікросхеми, ізолюючі властивості оксиду кремнію губляться і накопичений заряд з плаваючого затвора стікає в об'єм напівпровідника і транзистор осередку, що запам'ятовує, переходить в закритий стан. Час стирання мікросхеми коливається не більше 10 - 30 хвилин.

Кількість циклів запису - стирання мікросхем перебуває у діапазоні від 10 до 100 разів, після чого мікросхема виходить з ладу. Це з руйнівним впливом ультрафіолетового випромінювання. Як приклад таких мікросхем можна назвати мікросхеми 573 серії російського виробництва, мікросхеми серій 27сXXX зарубіжного виробництва. У цих мікросхемах найчастіше зберігаються програми BIOS універсальних комп'ютерів. Репрограмовані ПЗУ зображуються на важливих схемах, як показано на малюнку 8.

Рисунок 8. Позначення репрограмованого постійного пристрою на принципових схемах.

Так так корпуси з кварцовим віконцем дуже дорогі, а також мала кількість циклів запису – стирання привели до пошуку способів стирання інформації з ППЗУ електричним способом. На цьому шляху зустрілося багато труднощів, які наразі практично вирішені. Зараз досить поширені мікросхеми з електричним стиранням інформації. Як запам'ятовує осередки в них використовуються такі ж осередки як і в РПЗУ, але вони стираються електричним потенціалом, тому кількість циклів запису - стирання для цих мікросхем досягає 1000000 разів. Час стирання осередку пам'яті таких мікросхемах зменшується до 10 мс. Схема управління для таких мікросхем вийшла складною, тому намітилося два напрями розвитку цих мікросхем:

2. FLASH-ПЗУ

Електрично стираються ППЗУ дорожче і менше за об'ємом, зате дозволяють перезаписувати кожну комірку пам'яті окремо. В результаті ці мікросхеми мають максимальну кількість циклів запису - стирання. Область застосування ПЗУ, що електрично стираються, - зберігання даних, які не повинні стиратися при вимиканні живлення. До таких мікросхем відносяться вітчизняні мікросхеми 573РР3, 558РР та зарубіжні мікросхеми серії 28cXX. ПЗУ, що електрично стираються, позначаються на схемах як показано на малюнку 9.

Рисунок 9. Позначення електрично стирається постійного пристрою на принципових схемах.

Останнім часом намітилася тенденція зменшення габаритів ЕСППЗП за рахунок зменшення кількості зовнішніх ніжок мікросхем. Для цього адреса та дані передаються в мікросхему та з мікросхеми через послідовний порт. При цьому використовуються два види послідовних портів - SPI порт та I2C порт (мікросхеми 93сXX та 24cXX серій відповідно). Зарубіжній серії 24cXX відповідає вітчизняна серія мікросхем 558РРX.

FLASH - ПЗУ відрізняються від ЕСППЗУ тим, що стирання проводиться не кожного осередку окремо, а всієї мікросхеми в цілому або блоку матриці цієї мікросхеми, як це робилося в РПЗУ.

Рисунок 10. Позначення FLASH пам'яті на важливих схемах.

При зверненні до постійного запам'ятовуючого пристрою спочатку необхідно виставити адресу осередку пам'яті на шині адреси, а потім зробити операцію читання мікросхеми. Ця часова діаграма наведено малюнку 11.

Рисунок 11. Тимчасова діаграма читання інформації з ПЗП.

На малюнку 11 стрілками показана послідовність, в якій повинні формуватися керуючі сигнали. На цьому малюнку RD - це сигнал читання, A - сигнали вибору адреси осередку (оскільки окремі біти в шині адреси можуть набувати різних значень, то показані шляхи переходу як в одиничний, так і в нульовий стан), D - вихідна інформація, зчитана з обраного осередку ПЗУ.

· ROM- (Англ. read-only memory, постійне запам'ятовуючий пристрій), масочний ПЗУ, виготовляється фабричним методом. Надалі немає можливості змінити записані дані.

· PROM- (Англ. programmable read-only memory, програмоване ПЗУ (ППЗУ)) - ПЗУ, що одноразово «прошивається» користувачем.

· EPROM- (Англ. erasable programmable read-only memory, що перепрограмується/репрограмується ПЗУ (ПППЗУ/РПЗУ)). Наприклад, вміст мікросхеми К537РФ1 стиралося за допомогою ультрафіолетової лампи. Для проходження ультрафіолетового проміння до кристала в корпусі мікросхеми було передбачено віконце з кварцовим склом.

· EEPROM- (Англ. електрично erasable programmable read-only memory, що електрично стирається перепрограмоване ПЗУ). Пам'ять такого типу може стиратися та заповнюватися даними кілька десятків тисяч разів. Використовується у твердотільних накопичувачах. Одним з різновидів EEPROM є флеш пам `ять(Англ. flash memory).

· flashROM - (англ. flash read-only memory) - різновид напівпровідникової технології, що електрично перепрограмується пам'яті (EEPROM). Це ж слово використовується в електронній схемотехніці для позначення технологічно закінчених рішень постійних пристроїв у вигляді мікросхем на базі цієї напівпровідникової технології. У побуті це словосполучення закріпилося за широким класом твердотільних механізмів зберігання інформації.