Принцип побудови і структура ПЗП

Порівняно з ОЗП ВІС пап мають простішу організацію пам’яті та схему керування процесом зчитування інформації. Загальною озна­кою всіх ПЗП є також наявність двокоординатної матриці-накопичувача, що являє собою однорідне за технологією “поле” запам’ятовувачів.

ВІС ПЗП дуже нагадують ПЛМ, бо також складаються з матриць; тільки у ПЗП програмують не обидві матриці (кон’юнкцій та диз'юнк­цій), а лише матрицю диз’юнкцій. Матриця кон’юнкцій у ній відіграє роль “жорсткого” повного дешифратора всіх 2ⁿ вихідних від n вхідних комбінацій. Тому ПЗП має більше ніж у ПЛМ число входів – рівно стільки, скільки потрібно для забезпечення повної таблиці істинності всіх n адрес. Незважаючи на відмінність у сфері засто­сування ПЛМ за спільністю ознак часто відносять до класу ЗП як особливий вид ПЗП.

На рис. 5.4 показана узагальнена структурна схема ВІС ПЗП, основою якої є накопичувач інформації, що з’днаний через ША з де­шифратором адрес (DСА), а через ШР - з блоком мультиплексорів (МUX) Паралельний код адреси А подається на формувач адрес, парафазні сигнали якого надходять на DСА і блок МUX, які збуджують одну з горизонтальних (адресних) шин ША. Зчитування запи­саної у запам’ятовувачах інформації відбувається по всіх вертикаль­них (розрядних) шин ШР через блок мультиплексорів і буфер вводу/ви­воду. Схема керування синхронізує роботу DСА і блок МUX, а та­кож служить для забезпечення можливості нарощування об’єму пам’яті об'єднанням виходів (як монтажне АБО для схем з відкритим колекто­ром) кількох ВІС ПЗП або для забезпечення їх роботи на спільну шину (для випадку тристанових виходів).

Рис. 5.65 Узагальнена структурна схема ВІС ПЗП

У ВІС РПЗП схема керування, крім того, керує режимами запису, зчитування та стирання інформації. На відміну від ОЗП при зчитуванні накопичувача ПЗП задається вміст цілого рядка запам’ятовувачів, причому такий рядок може містити навіть кілька слів. З вибраного дешифратором рядка виділяється і передається на вихід потрібне сло­во за допомогою мультиплексорів.

Для реалізації простого МПЗП досить використати дешифратор і потрібну для цього певну кількість діодів для побудови матриці-накопичувача. Такий МПЗП зображений на рис. 5.5. Він має місткість 2⁵ = 32 біт, які розбиті на 2² = 4 слова по 2³ = 8 розрядів у кож­ному. Отже, це ПЗП здатне запам’ятовувати чотири однобайтних слова (4х8=32біт).

Рис. 5.66 Діодний накопичувач інформації

У координатному полі накопичувача діоди, що віді­грають роль запам’ятовувачів, розміщуються у тих “точках”, де по­винні зберігатися біти, що мають значення лот. 1. Таким чином, для вибору потрібного слова треба за допомогою дешифратора 2-4 задати адресу {А1А0}, тобто активізувати один з виходів дешифратора Р_і, що рівнозначно появі одиниці на обраній ША. Тоді на тих ШР, на перетинах яких з обраною ША присутній діод, формується одиниця, а на решті ШР - нуль.

Діодні накопичувачі, однак, не знайшли широкого застосування для побудови ВІС МПЗП через їх низьку швидкодію. Найбільшу швидкодії забезпечують біполярні накопичувачі, час звертання у яких < 20 нс. Хоч МОН-накопичувачі мають нижчу швидкодію (час звертання - близько 200...600 нс), однак потужність розсіювання їх значно нижча. Тому у ВІС МПЗП можна зустріти накопичувачі як біполярні, так і польові. Транзистори, що виконують роль запам’ятовувачів, у цих ВІС під’єднують до рядків і стовпців накопичувача так, як це показано на рис. 5.5. Так само, як і у діодного накопичувача, наявність або. відсутність транзистора у “точці” перетину ортогональних ліній та­кож відповідає стану 1 або 0 запам’ятовувача.

Структура ВІС ППЗП аналогічна структурі ВІС МПЗП.. Подіб­но до ППЛМ запам’ятовувачі ППЗП найчастіше виготовляються разом з перемичками, які у процесі програмування при вибірці відповідного запам’ятовувача перепалюються електричним струмом дос­татньої напруги (до 10...12 В). Матеріали для перемичок - титано- вольфрамові, ніхромові та інші сплави. Інший тип запам’ятовувача передбачає закорочування зворотно ввімкнених діодів.

Рис. 5.67 Типове позначення ПЗП

Для програмування ППЗП необхідно насамперед скласти карту програмування, яка по суті є таблицею істинності, де кожній комбінації повного набору n адрес А₀... А_(n-1) відповідає код даних D₀..D_(n-1), який потрібно “зашити”. Режими програмування у різних мікросхем ППЗП різні, бо визначаються вони не лише техно­логією виготовлення даної ВІС, але й типом мікросхеми ППЗП (з від­критим колектором чи тристановим виходом тощо) та матеріалом самої перемички. Для перепалювання останніх використовуються спеціально призначений для цього пристрій -програматор, який має забезпечувати потрібний режим програмування ППЗП (тривалість імпульсу, його амплітуду і струм перепалювання) з допомогою одного імпульсу або пачки імпульсів.

Можливість програмувати робить ППЗП і особливо РПЗП універ­сальними пристроями ЦТ. У РПЗП можна багаторазово стирати записану інформацію і записувати нову. Тому для виявлення і виправлення по­милок РПЗП на відміну від ППЗП є більш ефективними. У накопичувачах РПЗП використовуються спеціальні типи транзисторних структур, що побудовані, зокрема, на основі МОН-транзисторів з плаваючим (ізольованим) заслоном, які змінюють під час програмування свої характеристики. Ці зміни є ознакою стану збережуваної у ПЗП інфор­мації.

Програмування накопичувачів РПЗП з ультрафіолетовим стиранням виконуються у два етапи - спочатку під дією інтенсивного ультрафіолетового випромінювання всі транзистори закриваються, що відповідав запису в усіх запам’ятовувачах лог. 1 (попереднє стирання), а потім за допо­могою ША і ШР вибираються ті транзистори запам’ятовувачів, в які потрібно занести лот. 0 (запис інформації). Для цього на адресний вхід РПЗП подається код адреси слова, а на спеціальний вхід(СS-імпульс достатньої для перепалювання перемички напруги і потужності. При записі інформації у РПЗП часто застосовується програматор, керований мікропроцесором. На рис.5.6 показані умовніе графічне позначення ПЗП. Відмінності для різних типів ПЗП полягають в умовних скороченнях: для МПЗП це "ROM" (див. рис.5.6), для ППЗП – "PROM" для РПЗП– "RPROM".

Рис. 5.68 Способи збільшення розрядності даних ПЗП (а) та адрес (б)

Розширити функціональні можливості ПЗП різних типів можна за рахунок каскадування, тобто збільшення, їх інформаційної місткості. Про­цедуру нарощення ПЗП можна здійснити як для збільшення розрядності m слів, так і для збільшення числа n слів. Це рівнозначно збільшенню певного числа відповідно виходів або входів, яких не вистачає у да­ному ПЗП для реалізації поставленого завдання. Зрозуміло, що для цієї процедури потрібно мати необхідну кількість однотипних мікро­схем ПЗП, а також виконати відповідну зовнішню комутацію виводів даного ПЗП з виводами інших ПЗП. Збільшити розрядності слів (число виходів) ПЗП досить просто - потрібну кількість мікросхем ПЗП вми­кають паралельно по одноіменних входах так, як це показано на рад. 5.7.а. При цьому число виходів даних ПЗП від тих самих аргументів (адрес) стане більшим, що рівнозначно збільшенню розрядності. Для збільшення числа збережуваних слів даних застосовують вхід СS (вибір мікросхеми) (рис. 6.12,6). При А_n=0 адресується верхній модуль ПЗП, а при Аn=1 –нижній. Виходи обох модулів зв'язують­ся за схемою монтажного АБО.