Структура матриц накопителей информации

Построение матриц запоминающих устройств определяется способом выборки (опроса) запоминающих элементов при записи или считывании.

В структурной схеме матрицы с пословной выборкой и одной ступенью дешифрации (рис. 5.19) одна строка данных образует слово из m разрядов. На схеме символами А1, А2, ..., Аn обозначены адресные, а Р1, Р2, ..., Рm – разрядные (информационные) шины. Как видно из схемы, адресные шины связаны с каждым ЗЭ одного слова, в то время как разрядные шины имеют связь с ЗЭ одноименного разряда всех слов. При наличии в адресной шине Ai сигнала выбора слова, состояние каждого из ЗЭ в этом слове может быть считано по разрядным шинам P1-Pm. В режиме записи информации по выбранному адресу Ai на разрядные шины Р1, Р2, ..., Рm подаются электрические сигналы «0» и «1», составляющие двоичный код записываемого слова, которые попадут соответственно на каждый из ЗЭ i-й строки. Такой способ организации матрицы памяти называется «способом 2D». При этом одна координата используется для выбора ячейки по заданному адресу, а другая – для записи информации в разряды ячейки памяти и ее считывания.

В схеме двухкоординатной матрицы накопителя информации с двумя ступенями дешифрации (рис. 5.20.) ЗЭ выбирается с помощью двух адресных шин: X1, Х2,..., Хn и Y1, Y2, ..., Ym. Например, при наличии сигнала на адресных шинах Х1, Y1 будет выбран только ЗЭ11. Его состояние можно считывать по обшей для всех элементов разрядной шине. Эта организация матриц позволяет оперировать одноразрядными словами, что позволяет гибко менять разрядность слов при проектировании. Такой способ организации ОЗУ обозначается «3D». В такой матрице две координаты (X и У) используются для выбора ячейки или даже ЗЭ с заданным адресом, а третья координата – для записи или считывания информации.

Выше было указано, что ПЗУ можно строить на основе полупроводниковой технологии. Кроме этого ПЗУ делятся на программируемые в процессе изготовления; однократно программируемые; перепрограммируемые с возможным неоднократным стиранием старой информации и записью новой.

Постоянные ЗУ, программируемые при изготовлении, часто называют масочными ПЗУ, так как они программируются на одном из последних технологических этапах производства с использованием фотошаблонов-масок. Маски задают места участков металлизации или прожигания при программировании ПЗУ. Изготовление масок дорого и поэтому производство масочных ЗУ рентабельно при крупносерийном производстве.

В современных ЭВМ также широко применяются ПЗУ, однократно программируемые пользователем (ПЗУПП). В качестве элементов памяти в ПЗУПП применяются диоды, биполярные транзисторы и другие элементы с плавкими нихромовыми или титано-вольфрамовыми перемычками. В исходной матрице ПЗУПП содержатся все элементы связи между адресными и разрядными шинами и все перемычки целы. На рис. 5.21, а представлена простая диодная матрица ПЗУПП. Такую матрицу можно программировать, пропуская импульсы тока между соответствующими адресными АШ и разрядными РШ шинами. Эти импульсы тока вызывают расплавление перемычек выбранных элементов связи. При этом электрические цепи для соответствующих диодов размыкаются, что соответствует записи в ПЗУПП «0». Диоды, подключенные через оставшиеся перемычки к шинам, соответствуют записанным в ПЗУПП «1».

На рис. 5.22. изображен блок памяти ПЗУПП с организацией 32x4. Каждый многоэмиттерный транзистор служит для хранения одного 4-разрядного слова. В каждой эмиттерной цепи транзистора находится плавкая перемычка. Напряжение питания подается на коллектор. Слово выбирается с помощью дешифратора, выходы которого подключены в АШ. При выборе АШ транзистор включается и в цепи эмиттера с неповрежденной перемычкой появляется ток, соответствующий «0». Если перемычка в цепи эмиттера расплавлена, то ток в цепи будет отсутствовать, что соответствует считыванию «1».

При программировании ПЗУПП соответствующие перемычки разрушаются путем подключения эмиттера к ниэкоомной цепи. Ток, проходящий при этом по цепи эмиттера, вызывает расплавление перемычки.

Программаторы ПЗУПП имеют в своем составе клавиатуру, используемую для набора адресов и данных, схему управления и формирования последовательности сигналов, а также буферное ЗУ (БЗУ) с произвольной выборкой. При программировании ПЗУПП применяются также более сложные оперативные программаторы, подключаемые к ЭВМ.

В перепрограммируемых ПЗУ (ППЗУ) имеется возможность неоднократного стирания записанной ранее информации и записи новой. Поэтому при обнаружении ошибок ППЗУ можно легко перепрограммировать. Матрицы памяти ППЗУ могут быть выполнены на основе МОП-транзисторов.

Широкое распространение получили ППЗУ на основе матриц специальных МОП-транзисторов с плавающим (изолированным) затвором (рис. 5.23). В таком МОП-транзисторе затвор не имеет вывода и может получить отрицательный заряд при подаче на исток И импульса достаточно высокого положительного по отношению к стоку С напряжения. При этом происходит инжекция электронов из стока к затвору через диэлектрик. В зоне канала появляется положительный заряд и транзистор открывается. В нормальном состоянии затвор не имеет отрицательного заряда и транзистор закрыт. Накопленный на затворе заряд может быть удален засветкой кристалла интенсивным ультрафиолетовым излучением через кварцевое окошко. В результате облучения электроны утекают из затвора и содержимое ППЗУ стирается.

Матрица ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием состоит из ЗЭ на основе составных транзисторов – обычного МОП-транзистора VT1 и МОП-транзистора с плавающим затвором VT2 (рис. 5.24.). Выбор ячейки осуществляется с помощью адресных АШ и разрядных РШ шин.

При программировании ППЗУ сначала путем подачи интенсивного ультрафиолетового излучения все транзисторы закрываются, что соответствует записи во все ячейки «1». Затем с помощью АШ и РШ выбираются транзисторы, соответствующие ячейкам, в которые должны быть занесены «0». Затворы транзисторов получают отрицательный заряд, и эти транзисторы открываются. Выпускаемые в настоящее время микросхемы ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием имеют время считывания 400-900 нс, время хранения записанной информации – 15000-50000ч, количество циклов перепрограммирования – 100 и более.

Лекция №6