ІНТЕГРАЛЬНІ ЗАПАМ'ЯТОВУВАЛЬНІ ПРИСТРОЇ

Загальні відомості

Запам'ятовувальні пристрої (ЗП) належать до одних з найважливіших функціональних пристроїв сучасних цифрових радіоелектронних систем. Вони служать для фіксування, зберігання та обміну певного об'єму інформації. Якщо раніше ЗП застосовувались виключно для ЕОМ, то тепер їх використовують як складові частини пристроїв радіолокації, телебачення, вимірювальної та побутової техніки тощо.

Фіксування цифрового сигналу в ЗП називається записом WR (від англ. Write), а відтворення його - зчитуванням або читанням RD (від англ. Read) інформації. Процеси запису і зчитування називаються процесами звертання до ЗП.

До найважливіших параметрів ЗП належать інформаційна місткість і швидкодія.

Місткість ЗП (або об'єм пам'яті) визначається максимально можливим обсягом збереженої інформації, який задається кількістю або біт, байт, або слів з вказанням їх розрядності. Отже, у першому випадку місткість ЗП вимірюється в бітах або в байтах як добуток числа запам'ятовувачів n на розрядність m слів nm, а в другому випадку у розкритій формі – n´m. Наприклад, позначення ЗП у формі 64х8 біт означає, що ЗП місткістю 512 біт (або 64 байт) здатна зберігати 64 слова по 8 розрядів. Збільшення об'єму пам'яті розширює функціональні можливості цифрових пристроїв. Одночасно із збільшенням об'єму пам'яті зростає час звертання до ЗП, тобто підвищуються вимоги до швидкодії.

Швидкодія 3П характеризується періодом звертання (або часом циклу пам'яті) TЗВ і часом вибірки (або часом доступу до пам'яті ) t_В. Період звертання TЗВ - мінімально припустимий час між двома черговими звертаннями до ЗП. Цей параметр залежить від характеристики і властивостей ЗП відновлюватися після попереднього звертання до нього. Час вибірки t_В - інтервал часу між моментом подачі сигналу вибірки до появи інформації на виході ЗП. Різновидами цього параметру є час доступу при зчитуванні та час доступу при запису. З появою ВІС ЗП високої інтеграції час вибірки t_В наближається до пікосекундного діапазону.

Решта параметрів та характеристик інтегральних ЗП: споживана потужність віднесена до місткості ЗП, навантажувальна здатність, завадостійкість, логічні рівні та надійність визначаються так само, як і для інших типів мікросхем ЦТ.

Основою будь-якого ЗП є запам'ятовувач, що являє собою елементарну комірку пам'яті, яка здатна зберігати, а при звертанні до неї - записувати чи зчитувати 1 біт інформації, тобто один розряд двійкового слова. Таким запам'ятовувачем, як правило, є тригер. Стани 0 і 1 можна зберігати також і за допомогою конденсатора з ключем, роль яких найчастіше відіграють польові транзистори. Запам'ятовувачі на тригерах належать до статичних, а на конденсаторах - до динамічних. Такий поділ зумовлений тим, що термін "динамічний" на відміну від терміну "статичний" підтверджує часові зміни, що викликані неминучими струмами витікання конденсатора, який після запису все ж розряджається, а при зчитуванні зарядженого стану частина заряду "розтікається" по шині зчитування. Тому динамічну пам'ять час від часу необхідно регенерувати, тобто періодично підзаряджати. За динамічним принципом будуються ЗП великого об'єму.

Для зберігання невеликого масиву двійкових слів можуть використовуватися регістри і навіть дешифратори. Але вже при необхідності запам'ятовувати десятки слів об'ємом у тисячі біт без спеціально для цього зконструйованих і організованих ЗП обійтись неможливо. Тому 3П великих об'ємів будують об'єднанням окремих запам'ятовувачів, що нагадують бджолині соти.

Щоб суттєво скоротити число зовнішніх виводів таких ЗП, застосовують матрицевий принцип побудови. Матриця ЗП має всього дві шини - запису і зчитування, на перетинах яких знаходяться запам'ятовувачі. Оскільки звертання /запис або зчитування/ має здійснюватися тільки до одного запам'ятовувача,то для цього застосовують адресну вибірку, згідно з якою шукану комірку знаходять за номером стовпчика і рядка, тобто за адресою. Для зображення адрес застосовують комбінації m-розрядного двійкового коду. Отже, число запам'ятовувачів ЗП може складати n=2^m.

Таким чином, за способом зберігання інформації ВІС ЗП класифікують:

· на статичні ЗП. запам'ятовувачі яких являють собою тригери, фізичний стан яких під час звертання не руйнується;

· на динамічні ЗП. які побудовані на конденсаторних запам'ятовувачах, що вимагають періодичної регенераціі за допомогою спеціальної схеми.

За організаційним принципом розробляють одно-(n´1) та багаторозрядні (n´m) BIС ЗП, де п, т. - відповідно число адрес і розрядів слів, які може зберігати ЗП.

За функціональною ознакою інтегральні ЗП розподіляють на два класи; оперативні та постійні.

Оперативні ЗП (ОЗП, RAM від англ. Random Accses Memory - пам'ять з довільною вибіркою) виконують операції звертання довільної двійкової інформації майже за однаковий час. ОЗП призначені для тимчасового зберігання біжучої інформації і швидкого звертання до запам'ятовувачів. Розрізняють енергозалежні ОЗП, які зберігають інформацію лише при наявності напруги живлення, і енергонезалежні. ОЗП умовно поділяють на три основних типи: середньої місткості помірної швидкодії, високої швидкодії - надоперативні ОЗП і ОЗП великої місткості.

Постійні ЗП (ПЗП, ROM- від англ. Read Only Memory – пам'ять тільки для читання) призначені для тривалого, зберігання і швидкого зчитування постійно записаної раніше інформації, зміст якої під час експлуатації ЗП не змінюється, а при відсутності живлення не руйнується. Отже, у ПЗП передбачені лише два режими роботи - зберігання і зчитування. На відміну від ПЗП перепрограмовані ПЗП (ППЗП) допускають відновлення занесеної інформації, тобто у них передбачається режим запису. Цей процес реалізують за допомогою спеціально призначених для цього пристроїв (програматорів).

За способом звертання до запам'ятовувачів ВІС ЗП розрізняють:

· на адресні ЗП з довільним звертанням і ЗП з послідовним звертанням, тобто з вибіркою при. збільшенні або при зменшенні адресного коду;

· на асоціативні (безадресні) ЗП. пошук інформації у яких здійснюється незалежно від координат запам'ятовувачів, тобто не за адресою, а за певними ознаками самої інформації, що міститься у запам'ятовувачі ЗП.

За технологічним виконанням ВІС ЗП поділяють на біполярні, що використовують схемотехніку ТТЛ і ЕЗЛ, ЗП на основі МОН-структур /р‑MОН, n-МОН, КМОН/ та інжекційну І²Л-технологію.