Цель работы: Изучение основных принципов построения оперативных
запоминающих устройств статического и динамического типов.
Введение:
Одним из ведущих направлений развития современной микроэлектро-
ники элементной базы являются большие интегральные микросхемы
памяти, которые служат основой для построения запоминающих устро-
йств в аппаратуре различного назначения. Наиболее широкое приме-
нение эти микросхемы нашли в ЭВМ, в которых память представляет
собой функциональную часть, предназначенную для записи, хранения,
выдачи команд и обрабатываемых данных. Комплекс механических сре-
дств, реализующих функцию памяти, называют запоминающим устрой-
ством. В лабораторной работе представлены програмно реализованные
модели двух типов оперативных запоминающих устройств - статическо-
го и динамического.
Описание ЗУ:
Статическое запоминающее устройство.
Программная модель статического оперативного запоминающего устро-
йства представляет традиционную структуру ЗУ с призвольной выбор-
кой, состоящую из дешифраторов строк и столбцов и матрицы накопи-
тельных элементов. При выполнении работы имитируются режимы запи-
си и чтения данных для любой ячейки памяти. Помимо общей структу-
ры представлена схема отдельной ячейки памяти, представляющей со-
бой триггер на КМДП-транзисторах, имеющих каналы разного типа
проводимости: VT1, VT2 -каналы n-типа, VT3, VT4 -каналы p-типа. У
триггера два парафазных совмещенных входа-выхода. Ключевыми тран-
зисторами VT5, VT6 триггер соединен с разрядными шинами РШ1, РШ0,
по которым подводятся к триггеру при записи и отводятся от него
при считывании информации в парафазной форме представления: РШ1=D,
РШ0=D(инверт.). Ключевые транзисторы затворами соединены с адрес-
ной шиной(строкой). При возбуждении строки сигналом выборки X=1,
снимаемым с выхода джешифратора адреса строк, ключевые транзисто-
ры открываются и подключают входы-выходы триггера к разрядным ши-
нам. При отсутствии сигнала выборки строки, т.е. при X=0, ключе-
вые транзисторы закрыты и триггер изолирован от зарядных шин. Та-
ким образом реализуют в матрице режим обращения к ЭП для записи
или считывания информации и режим хранения мнформеции.
Для сохранения информации в триггере необходим источник питания,
т.е. триггер рассматриваемого типа является энергозависимым. При
наличии питания триггер способен сохранять свое состояние сколь
угодно долго. В одно из двух состояний, в которых может находить-
ся триггер, его приводят сигналы, поступающие по разрядным шинам
в режиме записи: при D=1(РШ1=1,РШ0=0) VT1, VT4,-открыты, VT2, VT3
-закрыты, при D=0(РШ1=0,РШ0=1)транзисторы свои состояния изменяют
на обратные. В режиме считывания РШ находятся в высокоомном сос-
тоянии и принимают потенциалы плеч триггера, передавая их затем
через устройство ввода-вывода на выход микросхемы DO, DO(инверт).
При этом хранящаяся в триггере информация не разрушается.
Особенность КМДП-триггеров заключается в том, что в режиме хра-
нения они потребляют незначительную мощность от источника питания,
поскольку в любом состоянии триггера в той или другой его полови-
не один транзистор, верхний или нижний, закрыт. В режиме обраще-
ния, когда переключаются элементы матрицы, дешифраторы и другие
функциональные узлы микросхемы, уровень ее энергопотребления воз-
растает на два-три порядка.
Вместе со структурой ОЗУ, схемы запоминающей ячейки на экране
представлены четыре типовые временные диаграммы работы статиче-
ского запоминающего устройства, которые описывают циклы записи
(слева) и считывания информации. В режиме записи на вход памяти
вначале подаются сигналы адреса, сигнал записи W/R=1 и информаци-
онный сигнал D. Затем устанавливают сигнал CS(инверт.)с задержкой
во времени tус.вм.а относительно сигналов адреса.
Длительность сигнала CS(инверт) определяют параметром tвм. Кро-
ме того, указывают длительность паузы tвм(инверт.) в последовате-
льности сигналов CS(инверт.), которую следует выдержать для вос-
становления потенциалов емкостных элементов схемы.
Сигналы адреса необходимо сохранить на время tсх.а.вм после сня-
тия сигнала CS(инверт.). В течении всего цикла записи tц.зп выход
микросхемы находится в высокоомном (третьем) состоянии.
В цикле считывания порядок подачи сигналов тот же, что при за-
писи, но при условии W/R=0. Время появления сигнала на информаци-
онном 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 типичная ячейка динамического
ОЗУ на трех транзисторах. В дополнение к этим трем транзисторам,
необходимым для компоновки основной ячейки, вводится четвертый,
используемый при предварительной зарядке выходной емкости Cr.Бит
информации хранится в виде заряда емкости затвор-подложка (Cg).
Для опроса ячейки подается импульс на линию предварительной за-
рядки и открывается транзистор T4. При этом выходная емкость Cr
заряжается до уровня Ec и возбуждается линия выборки при считы-
вании. В результате открывается транзистор T3, напряжение с ко-
торого подается T2. Если в ячейке хранится 0 (Cg разряжена), то
T2 закрыт и на Cr сохранится заряд. Если же в ячейке содержится
1 (Cg заряжена), то транзистор T2 открыт и Cr разрядится. На вы-
ход поступает инвертируемое содержимое адресуемой ячейки.
Операция ЗАПИСЬ выполняется путем подачи соответствующего уро-
вня напряжения на линию записи данных с последующей подачей им-
пульса на линию выборки при записи. При этом транзистор T1 вклю-
чен и Cg заряжается до потенциала линии записи данных.
Существуют различные схемные варианты реализации динамического
ОЗУ. Во всех этих вариантах используется МОП-технология, поско-
льку для предотвращения быстрой зарядки емкости Cg необходимо
высокое полное входное сопротивление. Однако и для случая МОП-
приборов необходима периодическая регенерация ячейки (подзарядка
Cg). Период регенерации зависит от температуры и для современных
приборов находится, как правило, в интервале 1-3 мс при темпера-
туре от 0 до 55С. Регенерация ячейки динамического ОЗУ выполняе-
тся путем считывания хранимого бита информации, передачи его на
линию записи данных и последующей записи этого бита в ту же яче-
йку при помощи импульса, 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. На данной лабораторной работе я изучил основные запоминающие устройства и разобрался с принципом их действия.