Принципы построения ОЗУ

Изучение принципов построенияоперативных запоминающих устройствЦель работы Изучение основныхпринципов построения оперативных запоминающих устройств статического идинамического типов.Введение Одним из ведущих направленийразвития современной микроэлектроники элементной базы являются большиеинтегральные микросхемы памяти, которые служат основой для построениязапоминающих устройств в аппаратуре различного назначения. Наиболее широкоеприменение эти микросхемы нашли в

ЭВМ, в которых память представляет собойфункциональную часть, предназначенную для записи, хранения, выдачи команд иобрабатываемых данных. Комплекс механических средств, реализующих функциюпамяти, называют запоминающим устройством. В лабораторной работе представленыпрограмно реализованные модели двух типов оперативных запоминающих устройств -статического и динамического.Описание ЗУ Статическое запоминающееустройство. Программная модель статического оперативногозапоминающего

устройства представляет традиционную структуру ЗУ с призвольнойвыборкой, состоящую из дешифраторов строк и столбцов и матрицы накопительныхэлементов. При выполнении работы имитируются режимы записи и чтения данных длялюбой ячейки памяти. Помимо общей структуры представлена схема отдельной ячейкипамяти, представляющей собой триггер на КМДП-транзисторах, имеющих каналыразного типа проводимости VT1, VT2 -каналы n-типа, VT3, VT4 -каналы p-типа. Утриггера два парафазных совмещенных входа-выхода.

Ключевыми транзисторами VT5,VT6 триггер соединен с разрядными шинами РШ1, РШ0, по которым подводятся ктриггеру при записи и отводятся от него при считывании информации в парафазнойформе представления РШ1 D, РШ0 D инверт Ключевые транзисторы затворамисоединены с адресной шиной строкой . При возбуждении строки сигналом выборкиX 1, снимаемым с выхода джешифратора адреса строк, ключевые транзисторыоткрываются и подключают входы-выходы триггера к разрядным шинам.

Приотсутствии сигнала выборки строки, т.е. при X 0, ключевые транзисторы закрыты итриггер изолирован от зарядных шин. Таким образом реализуют в матрице режимобращения к ЭП для записи или считывания информации и режим хранениямнформеции.Для сохранения информации втриггере необходим источник питания, т.е. триггер рассматриваемого типаявляется энергозависимым. При наличии питания триггер способен сохранять своесостояние сколь угодно долго.

В одно из двух состояний, в которых можетнаходиться триггер, его приводят сигналы, поступающие по разрядным шинам врежиме записи при D 1 РШ1 1,РШ0 0 VT1, VT4 открыты, VT2, VT3 -закрыты, приD 0 РШ1 0,РШ0 1 транзисторы свои состояния изменяют на обратные. В режимесчитывания РШ находятся в высокоомном состоянии и принимают потенциалы плечтриггера, передавая их затем через устройство ввода-вывода на выход микросхемыDO,

DO инверт . При этом хранящаяся в триггере информация не разрушается.Особенность КМДП-триггеровзаключается в том, что в режиме хранения они потребляют незначительную мощностьот источника питания, поскольку в любом состоянии триггера в той или другой егополовине один транзистор, верхний или нижний, закрыт. В режиме обращения, когдапереключаются элементы матрицы, дешифраторы и другие функциональные узлымикросхемы, уровень ее энергопотребления возрастает на два-три порядка.

Вместе со структурой ОЗУ, схемызапоминающей ячейки на экране представлены четыре типовые временные диаграммыработы статического запоминающего устройства, которые описывают циклы записи слева и считывания информации. В режиме записи навход памяти вначалеподаются сигналы адреса, сигнал записи W R 1 и информационный сигнал D. Затемустанавливают сигнал CS инверт. с задержкой во времени tус.вм.а относительносигналов адреса.

Длительность сигнала CS инверт определяют параметром tвм. Кроме того, указывают длительность паузыtвм инверт. в последовательности сигналов CS инверт которую следуетвыдержать для восстановления потенциалов емкостных элементов схемы.Сигналы адреса необходимосохранить на время tсх.а.вм после снятия сигнала CS инверт В течении всегоцикла записи tц.зп выход микросхемы находится в высокоомном третьем состоянии.

В цикле считывания порядокподачи сигналов тот же, что при записи, но при условии W R 0. Время появлениясигнала на информационном выходе DO определяют параметрами tв.вм время выбора и tв.а время выборки адреса , причем tв.а tв.вм tус.вм.а . Запоминающая ячейка динамического ОЗУ. В лабораторной работе изучается типичнаяячейка динамического ОЗУ на трех транзисторах. В дополнение к этим тремтранзисторам, необходимым для компоновки основной

ячейки, вводится четвертый,используемый при предварительной зарядке выходной емкости Cr.Бит информациихранится в виде заряда емкости затвор-подложка Cg . Для опроса ячейки подаетсяимпульс на линию предварительной зарядки и открывается транзистор T4. При этомвыходная емкость Cr заряжается до уровня Ec и возбуждается линия выборки присчитывании. В результате открывается транзистор

T3, напряжение с которогоподается T2. Если в ячейке хранится 0 Cg разряжена , то T2 закрыт и на Crсохранится заряд. Если же в ячейке содержится 1 Cg заряжена , то транзистор T2открыт и Cr разрядится. На выход поступает инвертируемое содержимое адресуемойячейки.Операция ЗАПИСЬ выполняетсяпутем подачи соответствующего уровня напряжения на линию записи данных споследующей

подачей импульса на линию выборки при записи. При этом транзисторT1 включен и Cg заряжается до потенциала линии записи данных.Существуют различные схемныеварианты реализации динамического ОЗУ. Во всех этих вариантах используетсяМОП-технология, поскольку для предотвращения быстрой зарядки емкости Cgнеобходимо высокое полное входное сопротивление. Однако и для случаяМОПприборов необходима периодическая регенерация ячейки подзарядка

Cg . Периодрегенерации зависит от температуры и для современных приборов находится, какправило, в интервале 1-3 мс при температуре от 0 до 55С. Регенерация ячейки динамическогоОЗУ выполняется путем считывания хранимого бита информации, передачи его налинию записи данных и последующей записи этого бита в ту же ячейку при помощиимпульса, подаваемого на линию выборки при записи. Вывод Данная лабораторная работа проведена в соответствии с методическим указанием,представленным в

виде текстового файла в приложении к обучающей программе. Наданной лабораторной работе я изучил основные запоминающие устройства иразобрался с принципом их действия.