Muutmälu (RAM) on erinevatel eesmärkidel kasutatavate mikroprotsessorsüsteemide lahutamatu osa. RAM on jagatud kahte klassi: staatiline ja dünaamiline. Staatilises RAM-is salvestatakse teave trigeritele ja dünaamilises RAM-is kondensaatoritele mahuga umbes 0,5 pF. Teabe salvestamise kestus staatilises RAM-is ei ole piiratud, dünaamilises RAM-is aga kondensaatori isetühjenemise aeg, mis nõuab erilised vahendid taastumine ja sellele protsessile kuluv lisaaeg.

Struktuuriliselt koosneb mis tahes RAM kahest plokist - salvestuselementide maatriksist ja aadressidekooderist. Tehnoloogilistel põhjustel on maatriksil enamasti aadressi kahe koordinaadi dekodeerimine - ridade ja veergude kaupa. Joonisel fig. 9.45 näitab 16-bitise staatilise RAM-i maatriksit. Maatriks koosneb 16 mäluelemendist mem_i, mille skeem on näidatud joonisel fig. 9.46. Iga mälurakk on adresseeritud sisenditega X, Y, valides aadressiread dekoodrite poolt mööda jooni A0 ... Ax3 ja veerge AyO ... AyZ (vt joonis 9.45) ning edastades loogilise ühiku signaali mööda valitud. read. Sel juhul aktiveeritakse valitud mälulahtris kahesisendiline element AND (U1), mis valmistab ahelad ette info lugemiseks ja kirjutamiseks sisendi DIO ... DI3 või väljundi DOO ... D03 biti siinidele. Lubamissignaaliks aadressi väljastamiseks on CS (chip select - crystal selection), mis suunatakse aadressiloenduri lubamissisendisse (Addr_cnt) või loenduri väljunditega ühendatud dekooderite samasse sisendisse.

Mälurakku kirjutades (vt. joon. 9.46) seatakse vastavale bitisiinile 1 või 0, WR / RD sisendisse seatakse signaal 1 ja pärast loenduri või aadressi dekoodrite lukustamist CS poolt signaali, töötavad elemendid 2I U1, U2. element U2 juhitakse D-flip-flop U4 taktsisendisse, mille tulemusena kirjutatakse sellesse 1 või 0 olenevalt signaali tasemest selle D-sisendis .

Mäluelemendist lugemisel seatakse sisendisse WR / RD " 0, kusjuures elemendid U1, U3, U5 käivituvad ja puhverelemendi U6 sisendisse OUTPUT ENABLE saadetakse lubamissignaal, mille tulemusena signaal D-flip-flopi Q-väljundist edastatakse bitisiinile DOO...D03 Mäluelemendi toimimise testimiseks kasutatakse sõnageneraatorit (joon. 9.47).

Kaasaegsed salvestusseadmed staatiline tüüp iseloomustab suur kiirus ja neid kasutatakse mikroprotsessorsüsteemides piiratud ulatuses, kuna suhteliselt kõrge hind. Sellistes süsteemides kasutatakse neid ainult nn vahemäluna. Vahemälu (reserv) viitab protsessori ja põhimälu vahelisele kiirele puhvermälule, mille eesmärk on osaliselt kompenseerida protsessori ja põhimälu kiiruse erinevust - sinna sisestatakse kõige sagedamini kasutatavad andmed. Kui protsessor esimest korda mäluelemendi juurde pääseb, kopeeritakse selle sisu paralleelselt vahemällu ja korduva juurdepääsu korral võib see olla palju rohkem kiirust sellest ekstraheeritud. Mällu kirjutades siseneb teave vahemällu ja samaaegselt kopeeritakse mällu (Write Through skeem - otse või kirjutamise kaudu) või kopeeritakse mõne aja pärast (Write Back skeem - tagasikirjutamine). Kell Kirjuta tagasi, mida nimetatakse ka puhverdatud läbikirjutamiseks, teave kopeeritakse mällu esimeses vabas tsüklis ja viivitusega (Delayed Write) - kui pole vaba ala, kuhu vahemällu uus väärtus asetada; samal ajal surutakse suhteliselt harva kasutatavad andmed põhimälu välja. Teine skeem on tõhusam, kuid ka keerukam, kuna on vaja hoida vahemälu ja põhimälu sisu ühtlane.

Vahemälu koosneb andmealast, mis on jagatud plokkideks (ridadeks), mis on vahemälu töö ajal info elementaarsed ühikud, ja sildialast, mis kirjeldab ridade olekut (vaba, hõivatud, kirjutamiseks märgitud jne). Põhimõtteliselt kasutatakse kahte vahemälu korraldamise skeemi: otsekaardistatud, kui iga mäluaadressi saab vahemällu salvestada ainult ühe reaga (sel juhul määratakse rea number aadressi alumiste bittide järgi) ja kiirassotsiatiivne, kui iga mäluaadress. aadressi saab vahemällu salvestada mitmele reale. Assotsiatiivne vahemälu on keerulisem, kuid võimaldab andmete vahemällu salvestamisel suuremat paindlikkust; kõige levinumad on nelja lingiga vahemälusüsteemid.

Mikroprotsessoritel 486 ja kõrgematel on ka sisemine (sisemine) vahemälu 8...16 KB. Seda nimetatakse ka esmaseks (esmaseks) või LI-ks (I tase – esimene tase), erinevalt välisest (Välist), mis asub tahvlil ja tähistatakse sekundaarseks (teiseseks) või L2-ks. Enamikus protsessorites töötab sisemine vahemälu vastavalt skeemile otsene sisenemine 486-s (Intel P24D protsessor ja uusim DX4-100, AMD DX4-120, 5x86) ja Pentiumis saab see töötada ka viivitatud kirjutamisega. Viimane vajab emaplaadilt spetsiaalset tuge, et DMA kaudu vahetades (otsene mälujuurdepääs sisend/väljundseadmetele) oleks võimalik säilitada andmete järjepidevus mälus ja sisemises vahemälus. Pentium protsessorid Pro-l on ka sisseehitatud L2 vahemälu 256 või 512 KB.

Mikroprotsessorsüsteemides kasutatakse RAM-na kõige sagedamini dünaamilist RAM-i koos salvestuskondensaatoriga, mis on väga mitmekesised. Esitame andmed sellise RAM-i levinumate tüüpide kohta.

Dünaamilises mälus tehakse rakud laengu akumulatsiooniga alade alusel, mis hõivavad trigeritest tunduvalt väiksema ala ja info salvestamisel energiat praktiliselt ei tarbi. Kui sellisesse rakku bitti kirjutada, tekib selles elektrilaeng, mis püsib mitu millisekundit; raku laengu püsivaks salvestamiseks on vaja selle sisu regenereerida (üle kirjutada). Dünaamiliste mälukiipide rakud on samuti korraldatud ristkülikukujulises maatriksis; mikroskeemile juurdepääsul antakse selle sisenditele esmalt aadress maatriksi read, millele järgneb RAS (Row Address Strobe) signaal, seejärel mõne aja pärast veeru aadress, millele järgneb CAS (Column Address Strobe) signaal. Iga kord, kui pääsete juurde üksikule lahtrile, taastatakse kõik valitud rea lahtrid, nii et maatriksi täielikuks taastamiseks piisab reaaadresside loetlemisest. Dünaamilistel mäluelementidel on suhteliselt väike kiirus (kümneid – sadu nanosekundeid), kuid suur eritihedus (suurusjärgus mitu megabaiti paketi kohta) ja väiksem energiatarve.

Tavalist RAM-i nimetatakse sageli asünkroonseks, kuna aadressi seadmine ja juhtsignaalide edastamine võib toimuda suvalistel aegadel, on vaja ainult jälgida nende signaalide vahelist ajastust. Nende hulka kuuluvad signaalide loomiseks vajalikud nn valveintervallid. Samuti on olemas sünkroonsed vaated mälud, mis võtavad vastu välist taktsignaali, mille impulsside külge on jäigalt seotud aadressi esitamise ja andmevahetuse hetked; need võimaldavad täielikumalt kasutada sisemist torustikku ja blokeerida juurdepääsu.

FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM - dünaamiline mälu kiire juurdepääsuga lehele) kasutatakse aktiivselt Hiljuti. Paged mälu erineb tavapärasest dünaamilisest mälust selle poolest, et pärast maatriksi rea valimist ja RAS-signaali hoidmist võimaldab see CAS-signaaliga sulguva veeru aadressi mitmekordset seadistamist, samuti kiiret regenereerimist vastavalt skeemile "CAS enne RAS-i" . Esimene võimaldab kiirendada plokkide edastamist, kui kogu andmeplokk või osa sellest on maatriksi ühes reas, mida selles süsteemis nimetatakse leheküljeks, ja teine ​​- vähendada mälu taastamiseks kuluvat aega.

EDO (Extended Data Out - pikendatud andmete hoidmise aeg väljundis) on tegelikult tavalised FPM-i mikroskeemid, mille väljundisse on paigaldatud andmelukud. Lehitsemisel töötavad sellised mikroskeemid lihtsas konveierrežiimis: nad hoiavad andmeväljunditel viimase valitud lahtri sisu, samas kui nende sisenditesse sisestatakse juba järgmise valitud lahtri aadress. See võimaldab kiirendada järjestikuste andmemassiivide lugemist umbes 15% võrra võrreldes FPM-iga. Juhusliku adresseerimise korral ei erine selline mälu tavamälust.

BEDO (Burst EDO - EDO koos blokkjuurdepääsuga) on EDO-põhine mälu, mis ei tööta mitte ühe, vaid partii lugemise/kirjutamise tsüklitena. Kaasaegsed protsessorid vahetavad juhiste ja andmete sisemise ja välise vahemällu tõttu põhimäluga peamiselt maksimaalse laiusega sõnaplokke. BEDO-mälu olemasolul pole vaja mikroskeemide sisenditele pidevalt jadaaadresse vajalike viivitustega edastada, piisab, kui värav üleminek järgmisele sõnale eraldi signaaliga.

SDRAM (Synchronous DRAM - sünkroonne dünaamiline mälu) - sünkroonse juurdepääsuga mälu, mis töötab kiiremini kui tavaline asünkroonne (FPM / EDO / BEDO). Lisaks sünkroonsele juurdepääsule kasutab SDRAM mälumassiivi sisemist jaotust kaheks sõltumatuks pangaks, mis võimaldab ühendada ühest pangast toomist aadressi seadmisega teises pangas. SDRAM toetab ka plokivahetust. SDRAM-i peamine eelis on see, et see toetab järjestikust juurdepääsu sünkroonrežiimis, kus pole vaja täiendavaid unetsükleid. Juhusliku juurdepääsu korral töötab SDRAM peaaegu sama kiirusega kui FPM/EDO.

Pipeline Burst SRAM (Pipelined Burst SRAM) on teatud tüüpi sünkroonne SRAM, millel on sisemine konveier, mis kahekordistab andmeplokkide vahetamise kiirust.

Infokuvamisseade on lisaks põhimälule varustatud ka mäluseadmega – videokuvamissüsteemiga. Seda mälu nimetatakse videomäluks ja see asub videoadapteri plaadil.

Videomälu kasutatakse pildi salvestamiseks. Videokaardi maksimaalne võimalik eraldusvõime sõltub selle helitugevusest - AxBxC, kus A on punktide arv horisontaalselt, B on vertikaalne, C on iga punkti võimalike värvide arv. Näiteks eraldusvõime 640x480x16 jaoks piisab videomälust 256 KB, 800x600x256 jaoks - 512 KB, 1024x768x65536 (teine ​​tähistus on 1024x768x64k jne) - 2 MB. Kuna värvide salvestamiseks on määratud täisarv numbrite arv, on värvide arv alati täisarvuline võimsus 2 (16 värvi - 4 bitti, 256 - 8 bitti, 64k - 16 jne).

Videoadapterid kasutavad järgmist tüüpi videomälu.

FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM – dünaamiline RAM kiire juurdepääsuga lehele) on peamine videomälu tüüp, mis on identne emaplaatidel kasutatavaga. Seda kasutati aktiivselt kuni 1996. aastani. Levinumad FPM DRAM-kiibid on neljabitine DIP ja SOJ, samuti kuueteistkümnebitine SOJ.

VRAM (Video RAM - video RAM) - nn kahe pordiga DRAM, millel on tugi samaaegne juurdepääs videoprotsessorist ja arvuti keskprotsessorist. Võimaldab õigeaegselt kombineerida pildi kuvamist ekraanil ja selle töötlemist videomälus, mis vähendab viivitusi ja suurendab töö kiirust.

EDO DRAM (Extended Data Out DRAM - dünaamiline RAM pikendatud andmete säilivusajaga väljundis) - konveierelementidega mälu, mis võimaldab andmeplokkide vahetust videomäluga veidi kiirendada.

SGRAM (Synchronous Graphics RAM - Synchronous Graphics RAM) - sünkroonse juurdepääsuga DRAM-i variant, kui kõik juhtsignaalid muutuvad samaaegselt süsteemi kella signaaliga, mis vähendab viivitusi.

WRAM (Window RAM – akendega RAM) – EDO VRAM, milles aken, mille kaudu videokontroller ligi pääseb, muudetakse väiksemaks kui protsessori aken.

MDRAM (Multibank DRAM - mitme panga RAM) on DRAM-i variant, mis on organiseeritud paljude sõltumatute pankade kujul, igaüks 32 KB ja mis töötavad konveierrežiimis.

Videomälule juurdepääsu videoprotsessori kiiruse suurendamine võimaldab lisaks adapteri läbilaskevõime suurendamisele suurendada maksimaalne sagedus pildi regenereerimine, mis vähendab operaatori silmade väsimist.

Mälukiibil on neli peamist omadust – tüüp, suurus, struktuur ja juurdepääsuaeg. Tüüp tähistab staatilist või dünaamilist mälu, maht näitab mälu kogumahtu ning struktuur näitab mälurakkude arvu ja iga lahtri bitilaiust. Näiteks 28/32 kontaktiga DIP SRAM kiibid on 8-bitise struktuuriga (8kx8, 16kx8, 32kx8, 64kx8, 128kx8), 256K vahemälu koosneb kaheksast 32kx8 kiibist või neljast 64kx8 kiibist ( me räägime Andmeala kohta võivad funktsioonide salvestamiseks mõeldud lisakiibid olla erineva struktuuriga). Kahte 128kx8 mikrolülitust ei saa enam tarnida, kuna on vaja 32-bitist andmesiini, mida saab pakkuda ainult nelja mikroskeemiga. Tavalistel 100-kontaktilistes PQFP-pakettides SRAM-i RT-del on 32-bitine 32kx32 või 64kx32 struktuur ja neid kasutatakse Pentiumi plaatides kahel või neljal.

30-kontaktilistel SIMM-idel on 8-bitine struktuur ja neid kasutatakse 286, 386SX ja 486SLC protsessoritega, mõlemaga kaks ning 386DX, 486DLC ja tavalise 486DX protsessoriga neli. 72-kontaktilised SIMM-id on 32-bitise struktuuriga ja neid saab kasutada ükshaaval 486DX-ga ning korraga kahte Pentiumi ja Pentium Pro puhul. 168-kontaktilised DIMM-id on 64-bitise struktuuriga ning neid kasutatakse Pentium ja Pentium Pro ükshaaval. Kui installite antud süsteemi (emaplaadi) plaadi jaoks minimaalse arvu mälumooduleid või vahemälukiipe, saate nendega tööd kiirendada, kasutades vahemälupõhimõtteid.

Juurdepääsuaeg iseloomustab mikrolülituse kiirust ja seda näidatakse tavaliselt nanosekundites pärast kriipsu nime lõpus. Aeglasematel mikroskeemidel saab näidata ainult esimesi numbreid (-70 asemel -7, -150 asemel -15), kiirematel staatilistel näitab "-15" või "-20" lahtrile juurdepääsu reaalset aega. . Sageli näitavad mikroskeemid kõigi võimalike juurdepääsuaegade miinimumi, näiteks 70 asemel 50 EDO DRAM või 60 asemel 45 on tavaline, kuigi selline tsükkel on saavutatav ainult plokkrežiimis ja üksikrežiimis on kiip siiski juurdepääsuaeg on 70 või 60 ns. Sarnane olukord esineb SRAM PB märgistuses: 12 asemel 6 ja 15 asemel 7. SDRAM kiibid on tavaliselt tähistatud plokkrežiimi juurdepääsuajaga (10 või 12 ns).

Mälu IC-d on rakendatud järgmist tüüpi pakettides.

DIP (Dual In Line Package - kahe tihvtireaga pakett) - klassikalisi mikroskeeme, mida kasutatakse IBM PC / XT ja varase PC / AT põhimäluplokkides, kasutatakse nüüd vahemäluplokkides.

SIP (Single In Line Package – ühe tihvtireaga pakett) – ühe tihvtireaga mikrolülitus, mis on paigaldatud vertikaalselt.

SIPP (Single In line Pinned Package – ühe tihvtireaga moodul) – mälumoodul, mis on paneeli sisestatud nagu DIP/SIP kiibid; kasutati varases IBM PC/AT versioonis.

SIMM (Single In Line Memory Module – ühe rea kontaktidega mälumoodul) – klambriühendusse sisestatud mälumoodul; kasutatakse kõigis kaasaegsetes plaatides, aga ka paljudes adapterites, printerites ja muudes seadmetes. SIMM-il on mooduli mõlemal küljel kontaktid, kuid need on kõik omavahel ühendatud, moodustades justkui ühe rea kontakte. SIMM-id on praegu peamiselt varustatud FPM/EDO/BEDO kiipidega.

DIMM (Dual Inline Memory Module – kahe rea kontaktidega mälumoodul) on SIMM-ile sarnane mälumoodul, kuid eraldi kontaktidega (tavaliselt 2x84), suurendades seeläbi bitisügavust või moodulis olevate mälupankade arvu. Seda kasutatakse peamiselt Apple'i arvutites ja uutes P5 ja P6 plaatides. DIMM-id on varustatud EDO/BEDO/SDRAM-kiipidega.

CELP (Card Egde Low Profile – noatera pistikuga madal kaart) on väline vahemälu moodul, mis on kokku pandud SRAM (asünkroonne) või RV SRAM (sünkroonne) kiipidele. Välimuselt sarnane 72-kontaktilise SIMM-iga, selle maht on 256 või 512 KB. Teine nimi on COAST (Cache On A STick - sõna otseses mõttes "vahemälu pulgal").

Dünaamilistel mälumoodulitel võib lisaks põhimälurakkudele olla täiendavaid rakke andmebaitide paarsusbittide (Parity) salvestamiseks; selliseid SIMM-e nimetatakse mõnikord 9- ja 36-bitisteks mooduliteks (üks paarsusbitt andmebaidi kohta). Paarsusbitte kasutatakse moodulist andmete lugemise õigsuse kontrollimiseks, võimaldades tuvastada mõningaid vigu (vt jaotis 9.7). Paarsusbittidega mooduleid on mõttekas kasutada ainult seal, kus on vaja väga suurt töökindlust. Levinud rakenduste jaoks sobivad ka hoolikalt testitud paarsusbittideta moodulid, kuid eeldusel, et emaplaat seda tüüpi mooduleid toetab.

Lihtsaim viis mooduli tüüpi kindlaks teha on märgistuse ja sellel olevate mälukiipide arvu järgi: näiteks kui 30-kontaktilisel SIMM-il on kaks sama tüüpi kiipi ja veel üks teist, siis on kaks esimest peamised (igaüks neljakohaline) ja kolmas on mõeldud paarsusbittide salvestamiseks (see on ühebitine).

Kaheteistkümne kiibiga 72-pin SIMM-is salvestab neist kaheksa andmeid ja neli paarsusbitti. 2, 4 või 8 kiibiga moodulitel pole paarsusmälu.

Mõnikord asetatakse moodulitele nn paarsussimulaator – liitjakiip, mis toodab lahtri lugemisel alati õige paarsusbiti. See on mõeldud peamiselt selliste moodulite paigaldamiseks plaatidele, kus paarsuskontroll pole keelatud.

72 kontaktiga SIMM-idel on neli spetsiaalset PD (Presence Detect) liini, millele saab hüppajate abil seadistada kuni 16 signaalikombinatsiooni. PD-liine kasutatakse mõnel emaplaadil mälumoodulite olemasolu pesades ja nende parameetrite (mahutavus ja kiirus) määramiseks. Enamik kolmanda osapoole universaalplaate, nagu ka nende SIMM-id, ei kasuta PD-liine.

IN DIMM-id Vastavalt JEDEC-i spetsifikatsioonile rakendatakse PD-tehnoloogiat jadajuurdepääsuga ümberkirjutatava ROM-i (Serial EEPROM) abil ja seda nimetatakse Serial Presence Detectiks (SPD). ROM on 8-kontaktiline mikrokiip, mis asub DIMM-i plaadi nurgas ja selle sisu kirjeldab mooduli konfiguratsiooni ja parameetreid. 440LX/BX kiibistikuga emaplaadid saavad mäluhaldussüsteemi konfigureerimiseks kasutada SPD-d. Mõned emaplaadid võivad SPD-st mööda minna, konfigureerides mooduleid tavapärasel viisil.

Kontrollküsimused ja ülesanded

1. Mis tüüpi mälud on olemas?

2. Simuleerige staatilist mäluelementi joonisel fig. 9.46. Simulatsiooniülesanne on valida lahtri sisendis olevate signaalide jaoks binaarkombinatsioonid ja salvestada tulemus lahtri väljundis indikaatori IND abil.

3. Joonisel fig. 9.45 kujundage sõnageneraatori abil nelja-bitine RAM-i ahel. Samal ajal on joonisel fig. 9.45 kasutage ainult 4 madalamat aadressi (kaks ridades ja kaks veergudes) ja vastavalt ainult kahte andmesiini (kaks sisendit ja kaks väljundit). Ühendage indikaatorid väljundsiinidega.

4. Kus kasutatakse tänapäevastes arvutites staatilist tüüpi mälu?

5. Mis vahe on dünaamilisel ja staatilisel mälul?

6. Milliseid dünaamilise mälu tüüpe kasutatakse tänapäevastes arvutites?

7. Mis on videomälu ja kuidas see on seotud ekraanil kuvatava teabe omadustega?

8. Milliseid mälutüüpe kasutatakse videomäluna?

9. Milline on mälukiipide disain?

ROM elektrilise kustutamisega

ROM UV-kustutusega

UV-kiirgusega kustutatavad ROM-id on praegu mikroprotsessorsüsteemides kõige laialdasemalt kasutatavad. Selliste ROM-ide LSI-s esindab iga salvestatud teabe bitti vastava ujuvvärava MOSFET-i olek (sellel pole ühendamiseks välist väljundit). Transistoride väravad, kui need on programmeeritud "1", laetakse laviinisüstiga, st. väravat ümbritseva isolatsioonikihi pöörduv purunemine elektriimpulsi toimel pingega 18 - 26 V. Väravas kogunenud laengut saab tänu isoleerkihi kõrgele kvaliteedile säilitada väga kaua. Nii et näiteks K573 seeria PROM-i puhul säilitatakse teavet sisselülitatud olekus vähemalt 15–25 tuhat tundi ja väljalülitatud olekus kuni 100 tuhat tundi (üle 10 aasta).

Need võimaldavad nii teavet salvestada kui ka kustutada (või ümber kirjutada), kasutades elektrilisi signaale. Selliste PROM-ide ehitamiseks kasutatakse laviinilaengu sissepritsega konstruktsioone, mis on sarnased nendega, millele ehitatakse UV-kustutustega PROM-id, kuid ujuvväravate kohale on paigutatud täiendavad juhtväravad. Pinge rakendamine juhtväravale viib laengu hajumiseni kandjate tunnelimise tõttu läbi isolatsioonikihi ja teabe kustutamise. Seda tehnoloogiat kasutatakse K573PP2 mikroskeemide tootmiseks.

Elektrilise kustutamisega PROM-i eelised: teabe ümberkirjutamise suur kiirus ja märkimisväärne lubatud ümberkirjutamistsüklite arv - vähemalt 10 000.

15.2.1 Staatiline RAM

Vaatlusaluseid salvestusseadmete tüüpe (mälu) kasutatakse arvutites teabe salvestamiseks, mis muutub vastavalt programmile tehtud arvutuste protsessis ja mida nimetatakse töökorras(RAM). Neisse salvestatud teave hävib toite väljalülitamisel.

Põhiosa mälust on draiv, mis koosneb päästikutest

Joonis 4.6 – Mälumaatriks

Kahekoordinaadiline mäluseade koosneb mitmest maatriksist (joonis 4.6), mille arvu määrab kirjutatava sõna bittide arv. Ühe maatriksi mäluelemendid (SE) asuvad aadressisiinide ristumiskohas X ridadel ja Y veergudel on üks bitsiin, mis on ühine kõigile elementidele. Ühe maatriksi SE-s salvestatakse kõigi sõnade samanimelised bitid ja iga sõna kirjutatakse kõigi mälulahtri moodustavate maatriksite SE i salvestuselementidesse, mis asuvad identselt. Seega on kahe koordinaadiga neljamaatriksilises mälus, mille maatriksid sisaldavad igaüks 16 mäluelementi (joonis 4), on võimalik kirjutada 16 neljabitist sõna.

Nendes sisaldab salvestuselement ainult ühte transistori. (Joon.15-5)

Joonis 4.7 – dünaamiline RAM-i element

Teave sellises elemendis salvestatakse laengu kujul salvestuskondensaatorile, mille plaadid on MOSFETi ja põhimiku äravoolualad. Teabe salvestamine ja lugemine toimub paistransistori avamise ja seeläbi nimimahtuvuse ühendamise teel regeneraatori võimendi ahelaga. Viimane on sisuliselt päästikelement, mis olenevalt eelettevalmistusest või võtab (loeb) teavet mahtuvuslikust salvestuselemendist, seades samal ajal olekusse 0 või 1, või, vastupidi, salvestusrežiimis, laeb elementi sobival viisil, olles eelnevalt seatud 0 või 1 peale.

IN lugemisrežiimis seatakse võimendi - regeneraatori päästik spetsiaalse juhtsignaali abil algselt ebastabiilsesse tasakaaluolekusse, millest, kui sellega ühendatakse salvestusmahtuvus

see lülitub 0-le või I-le. Samal ajal tarbib see alguses osa laengust ja seejärel, kui see on seatud stabiilsesse olekusse, tagastab selle rakku, taastades selle oleku. Teabe salvestamise režiimis on loomuliku laengu lekke kompenseerimiseks vajalik perioodiline regenereerimine.Iga elemendi maksimaalne regenereerimistsükli periood on tavaliselt 1 - 2 ms.

DRAM

PC kiire RAM-kiip, mis on erinev

mis kaotab oma sisu, kui seda ei loeta 2 millisekundi jooksul.

Mikroskeemid on korraldatud kujul ruutmaatriks, mille iga veeru ja rea ​​ristumiskoht määrab vastavate elementaarlahtrite aadressi. Rea aadressi loetakse, kui maatriksi sisendile rakendatakse reaimpulssi, ja veeru aadressi loetakse, kui rakendatakse veeruimpulssi. Ridade ja veergude aadressid edastatakse spetsiaalse multipleksitud aadressi siini MA (multipleksitud aadress) kaudu. Dünaamilist mälu rakendatakse sünkroonsetes ja asünkroonsetes versioonides. Viimasel juhul aadressi seadmine, juhtsignaalide edastamine ja andmete lugemine/kirjutamine

saab teostada suvalisel ajal.

DRAMI TÜÜBID

FPU DRAH "Fast Paged Dynamic RAM": põhitüüp videomälu, mis on identne emaplaatidel leiduva mäluga. Kasutab asünkroonset (suvalist) juurdepääsu andmesalvestusrakkudele, mille juhtsignaalid ei ole jäigalt seotud kella sagedus süsteemid.

EDO DRAH/RAH "Pikaajaline saadavus RAM": dünaamiline mälukiip, mis erineb tavapärasest dünaamilisest RAM-ist. Tehniline abi automatiseeritud süsteemid suurenenud töövõime nn leherežiimis (seotud tsüklite arvu vähenemisega teksti külgnevate sõnade valimisel). Selle tulemusena tõuseb masina tootlikkus (umbes 5%). Seda kasutatakse Pentium ja Pentium Pro mikroprotsessoritel põhinevate personaalarvutite põhimäluna, samuti videokaartides siinisagedusega 40-50 MHz. Maksimaalne läbilaskevõime umbes 105 MB/s.

DDR SDRAM "Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM" või "Extended Synchronous Dynamic RAM" erineb SDRAH-st selle poolest, et viimasele on lisatud väike staatiline mälu, mis toimib vahemäluna. Täiendava vahemälu kasutamine võimaldab vähendada viivitusi ja saavutada töösageduse tippsagedus 200 MHz. Selle vahemällu salvestamise eesmärk on salvestada andmeid, millele sageli juurde pääsete, ja minimeerida juurdepääsu aeglasemale DRAM-ile. Sellise kombinatsiooni läbilaskevõime ja töökiirus on kahekordistunud ka seetõttu, et SRAM-i vahemälu ja DRAM-i enda vahel andmete vahetamisel võib tekkida

rehv kasutatud suurem laius kui SRAM-i vahemälu ja kontrolleri vahel

DRAM. Seda tüüpi mälu arendamine saavutas suurima populaarsuse graafikakiirendite tootmisel.

FB-DIMM "Täielikult puhverdatud mälu" parandab RAM-i jõudlust, kasutades kahe kanaliga juurdepääsu tehnoloogiat. Vajadus seda tüüpi mälu järele tekkis ühele mikroprotsessoriga põhjasilla kontrollerile paigutatavate moodulite arvu vähenemise tõttu.

VRAH "Video RAM" või "Video RAM": arvuti kiire põhimälu, mis on dünaamilise RAM-i arendamise tulemus. graafika alamsüsteem arvuti ja selle multimeediumirakendused. Seda nimetatakse mõnikord ka "kahepordiga DRAM-iks". See erineb tavapärastest dünaamilise RAM-i (DRAH) skeemidest kahe sisendi (pordi) olemasolu tõttu võime samaaegselt teha andmete kirjutamise ja lugemise toiminguid, mis suurendab süsteemi jõudlust oluliselt (ligikaudu kaks korda). Kasutatakse graafikaadapterites. Selle parameetrid on: siini ribalaius 25-33 MHz, maksimaalne ribalaius 120 MB/s. VRAM on üks kallimaid mälutüüpe.

RAM-i tüübid.

RAM on mälu arvuti tööprotsessis kasutatavate käskude ja andmete ajutiseks salvestamiseks. See tagab protsessorile, videokaardile ja muudele arvutielementidele kiire juurdepääsu vajalikule teabele ning nende töö tulemuste ajutise salvestamise.

Põhimõtteliselt võib RAM-i alla liigitada mis tahes tüüpi mälu, nii püsimälu kui ka sõltuva, kuid piisava kiiruse, skaleeritavuse ja töökindlusega, et tagada protsessori ja muude arvuti kiirete komponentide töö.

Siiski edasi Sel hetkel RAM võib jagada kolme tüüpi:

1. Dünaamiline mälu (DRAM) - lenduv pooljuhtide muutmälu, milles iga bitt on salvestatud kondensaatorisse, mis vajab teabe salvestamiseks pidevat regenereerimist.

2. Staatiline mälu(SRAM) on muutlik pooljuhtide muutmälu, milles iga bitt on salvestatud flip-flopis, mis võimaldab säilitada biti olekut ilma pideva ülekirjutamiseta.

3. Magnetoresistiivne muutmälu (MRAM) on püsiv muutmälu, mis salvestab magnetmomente kasutades informatsiooni, nimelt mäluelemendi ferromagnetilise kihi magnetiseerumise suunda.

See jaotus on õige ainult siis, kui te ei võta arvesse vananenud mälutüüpe, näiteks mälu elavhõbeda viivitusjoontel, mälu katoodkiiretorud(CRT), magnetsüdamike mälu ja nii edasi, mida on kirjeldatud artiklis "Esimese põlvkonna arvutid".

Ja paljutõotavad arengud, näiteks:

FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) on ferroelektriline mälu, mis põhineb ferroelektrilistel dielektrikutel, mis on võimelised muutma dipoolmomenti temperatuuri ja välise mõju all. elektriväli;

PCM (Phase Change Memory) - mälu, mis põhineb aine (halkogeniidi) faasioleku muutumisel kristalsest amorfseks ja vastupidi;

PMC (Programmable Metallization Cell) - mälu, mis põhineb raku programmeeritaval metalliseerimisel, mis põhineb aatomite asukoha muutumisel raku mõjul. elektrilaeng;

RRAM (Resistive Random-Access Memory) on takistusmälu, mis on ehitatud elementide baasil, mis võivad muuta oma takistust olenevalt neid läbiva vooluhulgast;

ja paljud muud tüüpi mälud, mis pole veel massitellimusel turule tulnud või on üldiselt väljatöötamisel või laboratoorsetes katsetes.

Veelgi enam, paljude praegu paljulubavate mälutüüpide tööpõhimõte töötati välja kümme või enam aastat tagasi, kuid tootmise kõrgete kulude või keerukuse tõttu ei muutunud need mälutüübid populaarseks või nende arendamine ei olnud üldse lõpetatud. Ja alles nüüd on nad pööranud suurt tähelepanu.

Dünaamiline RAM.

Dünaamiline muutmälu (DRAM – Dynamic Random Access Memory) – muutlik pooljuhtmälu koos muutmäluga. Praegu on see peamine RAM-i tüüp, mida kasutatakse kaasaegsetes personaalarvutites ja pakub parim tulemus kvaliteedi ja hinna suhe võrreldes teist tüüpi RAM-iga. Nõuded RAM-i kiirusele, energiatarbimisele ja töökindlusele kasvavad aga pidevalt ning dünaamiline RAM on juba praegu hädas tänapäevaste vajaduste rahuldamisega, mistõttu peaksime lähiaastatel ootama kaubanduslikult saadaolevate konkureerivate RAM-tüüpide, näiteks magnetresistiivse RAM-i tekkimist. .

1. Dünaamiline RAM-seade.
1.1. Dünaamilise mälu toimimine puhkeolekus.
1.2. Dünaamilise mälu kasutamine andmete lugemise ja regenereerimise ajal.
1.3. Dünaamilise mälu töö andmete kirjutamisel.
2. Dünaamilise muutmälu moderniseerimise etapid.
2.1. PM DRAM.
2.2. FPM DRAM.
2.3. EDO DRAM.
2.4. SDRAM.
2.5. DDR SDRAM.
2.6. DDR2 SDRAM.
2.7. DDR3 SDRAM.
2.8. DDR4 SDRAM.
3. Dünaamilise mälu eelised ja puudused.

Dünaamiline RAM-seade.

Dünaamiline muutmälu (DRAM – Dynamic Random Access Memory) on muutlik muutmälu, mille iga rakk koosneb ühest kondensaatorist ja mitmest transistorist. Kondensaator salvestab ühe bitti andmeid ja transistorid täidavad klahvide rolli, hoides laengut kondensaatoris ja võimaldades juurdepääsu kondensaatorile andmete lugemisel ja kirjutamisel.

Transistorid ja kondensaator pole aga ideaalsed ning praktikas aegub kondensaatorist tulev laeng üsna kiiresti. Seetõttu on perioodiliselt, mitukümmend korda sekundis vaja kondensaatorit laadida. Lisaks on dünaamilisest mälust andmete lugemise protsess hävitav, see tähendab, et lugemisel tühjeneb kondensaator ja see tuleb uuesti laadida, et mitte kaotada mäluelemendis salvestatud andmeid igaveseks.

Praktikas on dünaamilise mälu rakendamiseks erinevaid viise. Ühe rakendusmeetodi lihtsustatud plokkskeem on näidatud joonisel 1.

Nagu jooniselt näha, on põhimäluplokk mälumaatriks, mis koosneb paljudest rakkudest, millest igaüks salvestab 1 biti informatsiooni.

Iga element koosneb ühest kondensaatorist (C) ja kolmest transistorist. Transistor VT1 lubab või keelab uute andmete salvestamise või rakkude regenereerimise. Transistor VT3 toimib võtmena, mis hoiab ära kondensaatori tühjenemise ja lubab või keelab mäluelemendist andmete lugemist. Transistori VT2 kasutatakse andmete lugemiseks kondensaatorist. Kui kondensaatoril on laeng, on transistor VT2 avatud ja vool liigub vastavalt joont AB, Q1 väljundis voolu ei tule, mis tähendab, et rakk salvestab natuke teavet nullväärtus. Kui kondensaatoril pole laengut, on kondensaator VT2 suletud ja vool liigub vastavalt mööda joont AE, Q1 väljundis on vool, mis tähendab, et element salvestab natuke teavet väärtus "üks".

Kondensaatoris olev laeng, mida kasutatakse transistori VT2 hoidmiseks avatud olekus voolu läbimise ajal, kulub kiiresti ära, seetõttu on elemendist andmete lugemisel vaja kondensaatori laeng regenereerida.

Dünaamilise mälu toimimiseks tuleb maatriksile alati pinge anda, diagrammil on see märgitud kui Up. Takistite R abil jaotatakse toitepinge Up ühtlaselt maatriksi kõigi veergude vahel.

Mälu sisaldab ka mälusiini kontrollerit, mis võtab vastu käske, aadresse ja andmeid välisseadmetelt ning edastab need sisemäluplokkidele.

Käsud edastatakse juhtplokile, mis korraldab ülejäänud üksuste töö ja mälurakkude perioodilise regenereerimise.

Aadress teisendatakse kaheks komponendiks – rea aadressiks ja veeru aadressiks ning edastatakse vastavatesse dekooderitesse.

Liini aadressi dekooder määrab, milliselt liinilt lugeda või kirjutada, ja väljastab sellele liinile pinge.

Veeru aadresside dekooder määrab andmete lugemisel, millised loetud andmebitid on taotletud ja tuleks väljastada mälusiinile. Andmete kirjutamisel määrab dekooder, millistele veergudele kirjutamiskäsud saata.

Andmeplokk määrab, millised andmed millisesse mälukohta tuleb kirjutada ja annab vastavad andmebitid nendesse kohtadesse kirjutamiseks.

Regenereerimisplokid määravad:

• kui andmeid loetakse ja on vaja regenereerida lahter, millest andmed loeti;
• kui andmeid kirjutatakse ja seetõttu pole rakkude regenereerimine vajalik.

Andmepuhver salvestab kogu maatriksi lugemisrea, kuna lugemisel loetakse alati kogu rida ja võimaldab seejärel valida lugemisrealt vajalikud andmebitid.

Vaatleme dünaamilise mälu tööpõhimõtet joonisel 1 näidatud plokkskeemi näitel. Vaatleme tööd esimese lahtriga (M11). Ülejäänud mälurakkude töö on täiesti identne.

Tavalises mikroarvutis pole mälumahu suurendamine keeruline, tuleb vaid otsustada, mitu megabaiti lisada ja millise tarnijaga ühendust võtta. Rohkem vaimset pingutust tuleb kulutada mikroprotsessoriga juhitava seadme projekteerimisel, kus mälu eraldamine on disainielement ja kus mäluplokke jagatakse. erinevad tüübid- püsimälu programmide salvestamiseks ja muutlik RAM andmete ja virnade ajutiseks paigutamiseks, samuti mõlemad tööruum programmid.

(vaata originaali)

Riis. 11.29. 12-bitised kahe kanaliga DAC-id (analogseadmete loal), - 7537 kiip 1-baidise laadimislaiusega; b - kiip 7547 allalaadimislaiusega 12 bitti.

"Traadiga" programmidega püsivaid ROM-e kasutatakse laialdaselt mikroprotsessorseadmetes, et vältida vajadust laadida programmi iga kord, kui seade sisse lülitatakse. Selles jaotises käsitleme erinevaid mälutüüpe: staatiline ja dünaamiline muutmälu (Random Access Memory), EPROM (ümberprogrammeeritav kirjutuskaitstud mälu), EEPROM (elektriliselt kustutatav ümberprogrammeeritav lugemismälu). Kui olete neist veidi aru saanud, pole valik enam keeruline. Saate otse vaadata joonist fig. 11.35, kus tõime kokku salvestusseadmete tüübid.

Staatiline ja dünaamiline RAM.

Staatilises RAM-is salvestatakse bitid flip-flop maatriksites, dünaamilises RAM-is aga laetud kondensaatorites. SRAM-i kirjutatud bitt jääb sinna seni, kuni see üle kirjutatakse või toide välja lülitatakse. DRAM-is kaovad andmed, kui neid ei taastata, vähem kui sekundiga. Ehk siis DRAM unustab pidevalt andmeid ning nende salvestamiseks tuleb perioodiliselt mälukiibi kahemõõtmelise bitimatriksi "ridu" pollida. Näiteks 256 kbit RAM-i puhul tuleb iga 256 rida juurde pääseda iga 4 ms järel.

Võib tekkida küsimus, kes valiks DRAM-i? Fakt on see, et ilma trigerideta toimides võtab dünaamiline RAM vähem ruumi, mille tulemusena on suurem kiip odavam. Näiteks tänapäeval populaarne staatiline RAM (kbps) maksab umbes 10 dollarit, mis on kaks korda kõrgem kui praegune 1 Mbps dünaamilise RAM-i hind. Selle tulemusel on dünaamilise RAM-i kasutamisel poole odavamalt 4 korda rohkem mälu.

Nüüd mõtlete ilmselt, kes vajab staatilist RAM-i (miski viskab teid küljelt küljele)? Staatilise RAM-i peamine eelis on selle lihtsus. Pole vaja värskendustsükleid, pole vaja muretseda nende sünkroonimise pärast (värskendustsüklid konkureerivad tavaliste mälupöördustsüklitega ja peavad seetõttu olema tihedalt sünkroonitud). Lihtsates süsteemides, kus on piiratud arv mälukiipe, on loomulik kasutada staatilist RAM-i. Lisaks kasutab enamik praeguseid staatilist RAM-i CMOS-tehnoloogiat, mis on akutoitel seadmete jaoks hädavajalik. Muide, staatiline CMOS RAM, mis lülitub automaatselt akutoitele, kui peamine on välja lülitatud (kasutades toitehalduskiipi nagu ), on püsimäluna hea alternatiiv ROM-ile. Staatilise RAM-i eeliseks on ka nende kõrge jõudlus (mikroskeeme toodetakse iseloomuliku ajaga vähemalt 25), samuti mugav paigutus 8-bitiste sektsioonidena. Mõelge mõlemat tüüpi RAM-ile üksikasjalikumalt.

Staatiline RAM. Staatilise RAM-iga oleme juba kokku puutunud oma mikroprotsessori disainis, kus ühte sellist RAM-i mahtu kasutati andmete, pinu ja tööruumi jaoks (programm on kirjutatud EPROM-is). Side loomine staatilise RAM-iga on sama lihtne kui pirnide koorimine: lugemistsüklis määrate aadressi, kiibi valimise (CS) ja väljundi lubamise (OE) signaalid; küsitud andmed ilmuvad kolme olekuga andmeridadele pärast maksimumi (aadressi juurdepääsuaeg). Kirjutamistsüklis määrate aadressi, andmed ja CS-signaalid ning seejärel (pärast aadressi ettevaateaega) kirjutamise lubamise (WE) impulsi; Kehtivad andmed kirjutatakse WE-impulsi lõppu. Efektiivsed ajapiirangud 120 mittestaatilise RAM-i jaoks on näidatud joonisel fig. 11.30, millest on näha, et mälu "kiirus" on aeg kehtiva aadressi määramisest kehtivate andmeteni (lugemisel) või kirjutustsükli lõppemiseni (kirjutamisel).

Riis. 11.30. Staatilise RAM-i sünkroniseerimine kiirusega 120 ns. a - lugemistsükkel, b - kirjutamistsükkel.

Staatilise RAM-i puhul on ajavahemik järjestikuste mälupöördumiste vahel ("tsükli kestus") võrdne juurdepääsuajaga; dünaamilise RAM-i puhul, nagu allpool näidatud, see nii ei ole.

Staatilised RAM-kiibid võivad ulatuda 1 Kb (või vähem) kuni 1 Mb 1, 4 või 8 biti laiusega. Jõudlus (juurdepääsuaeg) on ​​vahemikus 150 kuni 10 ns. Tänapäeval kasutatakse laialdaselt odavaid staatilisi CMOS RAM-e, mille juurdepääsuaeg on 80 ns, ning väiksema mahuga, kuid kiiremaid mittestaatilisi CMOS RAM-e vahemälu jaoks. Kiibi valikutel võivad olla sisendite ja väljundite jaoks eraldi kontaktid, kaks juurdepääsuporti ja see või teine väline disain(nt üherealine keha).

See võib olla märkimisväärne, kuid pidage meeles, et te ei pea veenduma, et protsessori andmeliinid on ühendatud sama nimega mälukiibi tihvtidega - olenemata ühenduse järjekorrast saate lugemisel alati sama mida sa kirjutasid! See märkus kehtib ka aadresside kohta. Kuid ärge proovige seda teha ROM-iga.

Harjutus 11.18. Ja miks?

Dünaamiline RAM. Võrreldes staatiliste RAM-idega on dünaamilised RAM-id täielik peavalu. Joonisel fig. 11.31 näitab normaalset tsüklit. Aadress (sisaldab näiteks 20 bitti 1 MB RAM jaoks) jagatakse kahte rühma ja multipleksitakse kaheks väiksem arv tihvtid, esmalt Address Strobe signaaliga lukustatud “rea aadress” ja seejärel CAS-signaaliga sulgunud “veeru aadress” (veeru aadress – veeru aadressi strobe). Andmed kirjutatakse (või loetakse vastavalt suunasisendi olekule) CAS-i seadistust järgides. Enne järgmise mälutsükli algust peab mõni RAS-i leotamise aeg mööduma, seega on tsükli aeg pikem kui juurdepääsuaeg; näiteks võib DRAM-i juurdepääsuaeg olla 100 ns ja tsükliaeg 200 ns. Regenereerimistsükkel näeb välja sama, kuid ilma CAS-signaalita. Tegelikult on tavalised mälupöördused suurepärased mälu taastamiseks, kui ainult saate garanteerida, et pääsete juurde kõikidele võimalikele reaaadressidele!

DRAM-id, nagu staatilised RAM-id, on saadaval 1-, 4- ja 8-bitise andmelaiusega, võimsusega 64Kb kuni 4Mb ja kiirusega ligikaudu 70-150 ns. Kõige populaarsemad on suured -bitised kiibid, mis on arusaadav: kui vajate suurt mälumaatriksit, näiteks 4 MB ja 16 bitti laiust ning saadaval on 1 Mb RAM-i koos organiseeritusega, on mõttekas kasutada -bitiseid kiipe, sest (a ) iga andmeliin ühendatakse ainult kahe kiibiga (mitte 16-ga), mis vähendab oluliselt mahtuvuslikku koormust ja (b) need kiibid võtavad vähem ruumi, kuna vähem andmekontakte kompenseerib rohkem kui kompenseerib täiendavaid aadressiviiku.

Riis. 11.31. DRAM-i lugemis- ja kirjutamistsüklid (Motorola, 120 ns).

Lisaks on -bit IC-d üldiselt odavamad. Ülaltoodud arutluskäik kehtib, kui ehitate suurt mälu ja see ei kehti näiteks meie lihtsa mäluga mikroprotsessori kohta. Pange tähele, et täiustatud suure tihedusega kiibi pakendamise tehnoloogia vähendab kontaktide arvu minimeerimise tähtsust.

Multipleksitud aadresside ja signaalide RAS, C AS ja DRAM-i juhtimiseks vajalike signaalide jada genereerimiseks on mitmeid viise. Kuna see RAM on alati ühendatud mikroprotsessori magistraalvõrguga, alustate sellega töötamist, kui leiate signaali (või samaväärse), mis ütleb, et õige aadress DRAM-ruumist (mida tõendavad kõrgemad aadressiread). traditsiooniline meetod seisneb keskmise integratsiooniastmega diskreetsete komponentide kasutamises aadresside multipleksimiseks (mitu kanaliga sisendmultipleksijad) ning RAS-i, CAS-signaalide ja ka multiplekseri juhtsignaalide genereerimiseks.

Vajaliku jada genereerib nihkeregister, mille taktsagedus on mikroprotsessori taktsageduse kordne või parem, koputatud viivitusjoon. Perioodiliste värskendustsüklite korraldamiseks (ainult RAS) vajate veel mõnda loogikaahelat ja loendurit, mis loeb järjestikuseid reaaadresse. Kõik see võtab umbes 10 hoonet.

Ahvatlev alternatiiv "diskreetsetele" DRAM-i juhtimisskeemidele on PLA kasutamine ning kõigi vajalike signaalide genereerimiseks piisab ühest või kahest mikroskeemist. Veelgi lihtsam on võtta näiteks spetsiaalne "dünaamilise RAM-i tugi" kiip. Sellised kiibid ei hoolitse mitte ainult aadresside multipleksimise ja RAS/CAS-signaalide genereerimise eest, vaid ka regenereerimise arbitreerimise ja rea-aadresside genereerimise eest; Pealegi hõlmavad need isegi võimsad draiverid ja summutustakistid, mida on vaja suurte mälukiipide massiivide ühendamiseks, nagu allpool selgitatakse. Selliste DRAM-kontrolleritega on tavaliselt kaasas täiendavad kiibid sünkroonimiseks ning vigade tuvastamiseks ja parandamiseks; tulemusena väike komplekt kiibistik lahendab täielikult dünaamilise RAM-i kaasamise probleemi.

Siiski peaaegu täielikult! Peamine probleem DRAM-iga algab siis, kui proovite vabaneda kõigist nendest strobidest ja aadressidest tulenevast mürast. magistraalliinid. Probleemi olemus seisneb selles, et mitukümmend MOS-i vooluahela paketti on emaplaadi suurel alal laiali ning juht- ja aadresssiinid sobivad kõikidele pakettidele. Nendega mitmekümne mikrolülituse ühendamiseks on vaja võimsaid Schottky väljundastmeid; pikad liinipikkused ja hajutatud sisendmahtuvus koos väljundastmete järskude servadega põhjustavad aga suure amplituudiga helinaid. RAM-i aadressiridadel võib sageli näha negatiivseid naelu kuni -2 V! Tüüpiline abinõu Võitlus (mitte alati täiesti edukas) on seeria summutustakistite lisamine, mille takistus on iga draiveri väljundis umbes 33 oomi. Teine probleem on tohutud siirdevoolud, mis ulatuvad sageli ühe rea kohta. Kujutage ette biti draiveri kiipi, milles enamik väljundeid lülitatakse juhuslikult samas suunas, näiteks kõrge tase madalale. Selle tulemuseks on umbes 1 A siirdevool, mis tõstab korraks nullklemmi potentsiaali ja koos sellega kõik väljundid, mis oleksid pidanud madalad olema. Märgitud probleem ei ole sugugi akadeemilist laadi - kunagi täheldasime mäluhäireid just selliste nullväljundi mööduvate voolude tõttu, mis tekivad draiveri liigvoolude tõttu. Antud juhul osutusid mälutsükli lõpuleviimiseks piisavad pikapid, mis läksid sama mikrolülituse -draiveritesse!

Täiendav DRAM-i häirete allikas on kiipide kui terviku tekitatud suured siirdevoolud ja kõige ausamad arendajad lisavad selle nähtuse kohta teavet isegi oma tehnilised materjalid(Joon. 11.32). Tavaline abinõu on paigaldada väikese induktiivsusega nulljoonega ühendatud šuntkondensaatorid; peetakse mõistlikuks iga kiibi šunteerimist mahtuvusega keraamilise kondensaatoriga.

Jõudsime järeldusele, et väliste takistitega loogikadraiverid töötavad hästi ka DRAM-iga spetsiaalsed draiverid tüüpi, mis sisaldavad integreeritud summutustakistiid. Eespool mainitud dünaamiline RAM-kontroller võib arendajate kinnituste kohaselt teenindada kuni 88 mälukiipi ilma välised komponendid, andes samal ajal negatiivseid emissioone mitte rohkem kui -0,5 V.

Riis. 11.32. DRAM-i siirdevoolud.

Veelgi olulisem kui konkreetse draiveri valik on madala induktiivsusega nulljoonte kasutamine ja sagedane manööverdamine. Kitsaste maandusjoontega kahepoolsed lauad toovad paratamatult kaasa probleeme; leivalauad traadi mähisega tavaliselt veidi parem.

Oluline on mõista, et häiretest tingitud mäluhäired võivad suurel määral sõltuda edastatavate andmete bittide jaotusest ega ilmne alati lihtsates lugemis-/kirjutusmälu testides. Parim viis mälu töökindluse tagamiseks on konservatiivne disain ja põhjalik mälu testimine (ostsilloskoobi lainekujudega).

Kirjutuskaitstud mäluseadmed (ROM).

ROM viitab mälule, mis on toite väljalülitamisel hävimatu (mittelenduv) ja vajadus nende järele tekib peaaegu igas arvutisüsteemis. Näiteks vajavad mikroarvutid vähemalt väikest ROM-i, et salvestada alglaadimiskäskude jada, mis ei sisalda ainult pinu eraldamise ning pordi ja katkestuse lähtestamise ridu, vaid ka käske operatsioonisüsteemi kettalt lugemiseks. Kui teie personaalarvuti teostab mälutesti ja seejärel DOS-i käivitab, täidab see mõne ROM-i juhiseid. Lisaks on tüüpiline, et mikroarvuti salvestab ROM-i mingi osa operatsioonisüsteemist (tavaliselt kõige riistvarast sõltuvad moodulid); seda osa nimetatakse "põhiliseks I/O-süsteemiks" (BIOS) ja see pakub operatsioonisüsteemile standardmehhanismi, et pääseda juurde kindlatele portidele. ROM-e kasutatakse laialdaselt erinevate tabelite salvestamiseks, näiteks kuvaril kuvatava märgigeneraatori jaoks. Äärmisel juhul kogu operatsioonisüsteem, sealhulgas isegi kompilaatorid ja graafilised programmid, saab paigutada ROM-i. Näiteks Macintoshi mikroarvutis suur osa süsteemist tarkvara kirjutatud ROM-is ja peaaegu kogu 256 KB RAM antakse kasutajale. Seda "ROM-ile orienteeritud" lähenemist kasutatakse aga selle paindumatuse tõttu mikroarvutites suhteliselt harva; pange siiski tähele, et RAM-i paikadega saab teha veaparandusi ja väiksemaid tarkvaratäiustusi.

Mikroprotsessori juhtimisega seadmetes kasutatakse ROM-e laiemalt. ROM salvestab kogu võrguühenduseta programmi, samas kui muutlikku RAM-i kasutatakse ainult massiivide ja ajutiste andmete salvestamiseks. Täpselt nii tehti ka meie signaali keskmises. ROM-id on sageli kasulikud diskreetsetes digitaalsetes rakendustes, näiteks suvaliste olekumasinate koostamiseks või parandustabelite hoidlana mõõtesüsteemi reageerimisfunktsiooni lineariseerimiseks. Mõelge lühidalt erinevad tüübid püsimälu: maski programmeerimisega ROM, samuti elektriliselt kustutatav EEPROM.

RPZU. Kustutavad programmeeritavad kirjutuskaitstud mäluseadmed on valmistatud suurte kvartsaknaga kiipide kujul. See on vaieldamatult kõige populaarsem arvutite püsimälu tüüp. EEPROM-id kasutavad CMOS- ja MOS-tehnoloogiat ning koosnevad suurtest ujuvväravate FET-ide ja MOSFET-ide massiividest, mida saab laadida paisu isolatsioonikihi "laviini" käigus, kui rakendatakse pinget üle 20 V. Andmeid säilitatakse EEPROM-is määramata aja jooksul isoleeritud "maetud" väravate tühise laengu (umbes 106 elektroni) vorm, mida võib pidada kondensaatoriteks, mille ajakonstandi suurus on sajandite suurus. Üksiku kondensaatori oleku lugemiseks peab see toimima MOSFET-kanali väravana. Kuna katikule pole elektriliselt ligipääsetav, saab laengut kustutada ainult mikrolülituse kiiritamisel intensiivse ultraviolettkiirega 10-30 minuti jooksul, mis põhjustab fotojuhtivuse nähtuse tõttu salvestatud laengu äravoolu. Selle tulemusena ei saa EEPROM-i üksikuid baite valikuliselt kustutada.

Selle raamatu esimeses väljaandes mainisime "klassikalist" 2716 kiipi, 25-dollarise ERP-ga. Nüüd on see muutunud nii klassikaliseks, et te ei saa seda mujalt! Meie aja tüüpiliste EEPROM-ide maht on kuni ja maksavad mitu dollarit. Juurdepääsuajad on tavaliselt 150–300 ns, kuigi sellised ettevõtted nagu Cypress pakuvad väikeseid 25 ns ROM-e. EPROM-i programmeerimiseks rakendage sellele lihtsalt suurendatud pinget (tavaliselt 12,5 või 21 V), määrates samal ajal vajalikud baitide väärtused. Algoritmid nõudsid iga baidi programmeerimist (mis annab 2716 kiibile 100 sekundit, kuid keskmise suurusega RROM-i puhul läheb pool tundi). Suurte ROM-ide vabastamine nõudis leiutise arendajatelt täiustatud algoritme, milles iga bait programmeeritakse impulsside jadaga, mille kestus on , ja pärast iga kirjutamist üritatakse lugeda; kui bait on õigesti loetud, sooritatakse viimane kirjutamine, mille kestus on võrdne kõigi eelnevate kolmekordse summaga. Enamik baite on programmeeritud kõige esimese impulsiga, mille tulemusena kulutatakse igale baidile umbes 2 minutit ja kõigile ROMidele 2 minutit.

EPROM-id on prototüüpimiseks väga kasulikud, kuna neid saab pärast kustutamist uuesti kasutada. Neid kasutatakse ka väikeste seadmete partiide tootmisel. Müügil on ilma kvartsaknata EEPROM-i odavamad versioonid, mida mõnikord nimetatakse "ühekordseks programmeeritavateks EEPROMideks". Kuigi neid mikroskeeme ei tohiks nimetada EPROMideks, ei taha insenerid tavalist nime muuta. Konservatiivsed EPROMide tootjad garanteerivad neis sisalduva teabe säilimise vaid 10 aastat. See väärtus eeldab halvimaid tingimusi (eriti kõrget temperatuuri, mis põhjustab laengu lekke); Tegelikult näib, et EEPROM-id ei kaota andmeid, välja arvatud juhul, kui saate vigase partii.

EPROM-i iseloomustab piiratud arv ümberprogrammeerimistsükleid, st kustutamist ja ümberprogrammeerimist. Tootjad ei soovi seda numbrit nimetada, kuigi võite eeldada, et kiip halveneb märgatavalt pärast umbes 100 kustutamis-/programmeerimistsüklit.

Riis. 11.33. RPZU-ga mikrokontroller. a - 8-bitine mikrokontroller kontaktidega RPZU installimiseks; b - 8-bitine mikrokontroller sisseehitatud EPROM-iga.

Mask-ROM-id ja Fuse ROM-id. Maskiga programmeeritavad ROM-id kuuluvad kohandatud kiipide kategooriasse, mis sünnivad teie määratud biti paigutusega. Tootja teisendab teie biti spetsifikatsiooni metalliseerimismaskiks, mida kasutatakse hiljem ROM-i valmistamisel. See protseduur sobib hästi suurte kiibipartiide jaoks ja loodame, et te ei mõtle prototüübi jaoks maskeeritud ROM-i tellimisele. Tüüpiline maksumus jääb vahemikku 1000–3000 dollarit tootmistsükli kohta ja ettevõtted ei soovi vastu võtta tellimusi vähem kui tuhande ROM-i jaoks. Selliste koguste juures võib kiip maksta mitu dollarit.

Paljud ühekiibilised mikrokontrollerid sisaldavad samas paketis mitu kilobaiti ROM-i ja RAM-i, nii et valmis seade saab hakkama ilma täiendavate mälukiipideta. Enamasti sisaldab mikrokontrolleri perekond valikuid, mis nõuavad välist ROM-i, mõnikord aga ka sisseehitatud EEPROM-iga valikuid (joonis 11.33). See võimaldab seadme arendamisel kasutada EPROM-iga (või välise ROM-iga) versiooni, kuhu saab kirjutada programmi, seadmete partii ette valmistades pöörduda odavamate maskide programmeerimisega kontrollerite poole.

Teist tüüpi ühekordselt programmeeritavad ROM-id on sulavlink-ROM-id. Vabastamisel seatakse neisse kõik bitid ja vajalike bittide lähtestamiseks tuleb ROM eksponeerida elektrivool. Tüüpiline näide on Harrise kiip, CMOS PROM (Programmable Read Only Memory), millel on sulav hüppaja PROM, mis on saadaval ka bipolaarse (TTL) tehnoloogiaga.

ERPZU. Elektriliselt kustutatavaid programmeeritavaid ROM-e saab valikuliselt kustutada ja elektriliselt ümber programmeerida otse samas vooluringis, kus neid kasutatakse mäluna. Seda tüüpi ROM-id sobivad ideaalselt konfiguratsioonikonstantide, kalibreerimisseadete ja muu teabe salvestamiseks, mida ei saa enne arvuti sisselülitamist ROM-i kirjutada. EEPROM-id, nagu ka EEPROM-id, kasutavad ujuvvärava MOS-tehnoloogiat.

Esimesed EEPROM-id nõudsid suurenenud pinget ja pikki programmeerimisprotseduure. Kaasaegsed IC-d kasutavad ühte toitepinget ja toimivad sarnaselt staatilise RAM-iga – teisisõnu saate ümber programmeerida mis tahes baidi ühe kirjutustsükliga selgroos. EEPROM-kiibil on sisemised ahelad, mis genereerivad kõrgendatud programmeerimispinget ning sisemine loogika lukustab andmed ja genereerib mõne millisekundi pikkuse programmeerimisjada, milles protsessi ajaks seatakse lipp BUSY või lugemistsükli ajal genereeritakse ümberpööratud andmed. näitamaks, et kirjutamisprotsess on pooleli. Mõned EEPROM-id rakendavad mõlemat protokolli, mida tavaliselt nimetatakse .

Nende ROM-idega liidestamine on lihtne – lihtsalt ühenda need samamoodi nagu tavaline RAM ja kasuta katkestuste käivitamiseks BUSY rida (või loe BUSY või andmeolekut ja kasuta seda olekulipuna) (vt joonis 11.34).

Riis. 11.34. ERPZU.

Küsitlusprotokoll on mugav selle poolest, et EEPROM-i saab sisestada standardsesse RAM-i pesasse ilma vooluringi muutmata (loomulikult peavad teie programmid sisaldama ridu, et analüüsida tagasiloetud andmeid ja eeldada, et need ühtivad teie kirjutatuga). Kuna EEPROM-ile kirjutamine on suhteliselt haruldane, siis tegelikult pole RDY/BUSY liinil katkestusi vaja.

CMOS EEPROM-id on saadaval IC-dena mahuga umbes $10-50. Juurdepääsuaeg (200-300 nsek) ja programmeerimisaeg, kasutades sisemist algoritmi täiendust) on võrreldavad standardse EEPROM-iga. EEPROM-id, nagu EPROMid, võimaldavad piiratud arvu kirjutamislugemistsükleid. Kuigi tootjad väldivad konkreetsete numbrite esitamist, võib 100 000 kirjutamis-lugemistsükli mainimist leida aadressil .

Kommenteeri. Kuigi EEPROMid on ainulaadsed selle poolest, et neid saab ümber programmeerida tööskeem, saab neid programmeerida ka kasutuskohast eraldi, EPROM-i programmeerijas. See muudab need sisseehitatud tarkvara arendamiseks väga mugavaks, kuna te ei pea ootama poolt tundi, kuni EEPROM-i vana programm praetud ultraviolettkiirguse all.

ERPZU jaoks on kaks huvitavat võimalust. National, Xicor ja teised toodavad väikeseid 8-pin EEPROM-kiipe. Nende ahelate maht võib olla kuni bitti; need töötavad jadajuurdepääsu režiimis ning on varustatud kellasisendi ja ühe andmeliiniga. Neid kiipe on ilma mikroprotsessorita raske kasutada; mikroprotsessoriga juhitavates instrumentides on need aga väga mugavad väikese arvu seadistuste jms salvestamiseks. Sama ettevõte Xicor toodab "elektriliselt kustutatavat potentsiomeetrit", mis on elektriliselt kustutatava mälu geniaalne rakendus, mis salvestab "digitaalse kontakti" asukoha. Sellesse mikrolülitusse on sisse ehitatud 99 võrdse suurusega takistist koosnev kett ja nende kraani asukoht, mis on määratud tarkvara abil, salvestatakse samasse mikrolülitusse kuuluvasse püsimällu. Pole raske ette kujutada rakendusi, kus mõne instrumendi automaatne või kaugkalibreerimine on soovitav ilma juhtnuppude mehaanilise reguleerimiseta.

Hiljuti ilmunud EEPROM-i modifikatsioon, mida nimetatakse hetkeliseks (flash), kombineerib kõrge tihedusega EPROM koos ümberprogrammeerimisega EPROM-ile omases tööskeemis. Kuid välk-EEPROM-id ei võimalda üldjuhul üksikuid baite kustutada, nagu seda saab teha tavaliste EEPROM-idega. Niisiis, Inteli instant EEPROM lubab ainult täielik kustutamine(nagu ka EPROM), samas kui Seeqi kiip võimaldab kustutada kas sektorite kaupa (512 baiti) või täielikult. Lisaks vajavad enamik praegu saadaolevaid välklampe EEPROM-e kustutamise/kirjutamise ajaks täiendavat lülitatavat +12 V toiteallikat, mis on liiga kallis, arvestades, et tavalisi EEPROM-e toidab üks +5 V toide.

Hetkelised EEPROM-id taluvad 100 kuni 10 000 programmitsüklit.

PROM-tehnoloogia areneb edasi ja me ootame uudishimulikult, mida sellel on pakkuda; oota sind ka!

Mittelenduv RAM.

EPROM-e on mugav kasutada mittelenduvate ROMidena, kuid sageli on vaja püsivat RAM-i. Selleks saab kasutada EEPROM-i, kuid neid iseloomustab väga pikk kirjutamistsükkel (ja piiratud arv lugemis-/kirjutamistsükleid). Iseloomuliku RAM-i kirjutamis-lugemisaja saavutamiseks on kaks võimalust piiramatu arvu kirjutamis-lugemistsüklitega: kasutage kas akutoega staatilist CMOS-mälu või ebatavalist Xicori kiipi, mis ühendab staatilise RAM-i ja EEPROM-i.

RAM-i aku varundamise küsimust on juba arutatud, mis tapab kaks kärbest ühe hoobiga: madal hind ja RAM-i kirjutamise suur lugemiskiirus on kombineeritud ROM-i mittevolatiilsusega. Loomulikult peaksite sel juhul kasutama teadaoleva kriitilise voolu väärtusega CMOS-mälu. Mõned ettevõtted toodavad mittelenduvat RAM-i, asetades liitiumaku tavalisse pakendisse koos CMOS ROM-kiibiga ja loogika lülitusvõimsus. Näitena võib tuua Dallas Semiconductori kiibid, mis toodab ka akut ja loogikalülitusi sisaldavat rida "intelligentseid pistikuid", mille abil muutub tavapärane RAM justkui võluväel mittelenduvaks. Pange tähele, et selliselt moodustatud püsimälu ei ole rangelt võttes surematu; aku eluiga ja seega ka andmed umbes 10 aastat. Nagu tavalise staatilise RAM-i puhul, ei ole mälu talutavate kirjutamis-lugemistsüklite arv piiratud. RAM-is.

Kui võrrelda kahte kirjeldatud mittelenduvat RAM-i valikut, tundub akutoega valik üldiselt eelistatav, kuna see võimaldab kasutada mis tahes saadaolevat RAM-i, kui sellel on nullvoolu väljalülitusrežiim. See tähendab, et saate kasutada viimaste väljaannete suurt RAM-i, aga ka näiteks valida kiireima RAM-i, kui see on teie jaoks oluline. Kuigi akude eluiga on piiratud, piisab sellest enamiku rakenduste jaoks. Lühiajaliseks (päeva või vähem) teabe salvestamiseks võite liitiumaku asendada kahekihilise kondensaatoriga suur võimsus; selliseid kondensaatoreid väga väikestes korpustes, mille mahtuvus on farad või rohkem, pakuvad Panasonic, Sohio jne.

Salvestusseadmed: üldine kokkuvõte.

Riis. 11.35 võtab kokku olulisemad omadused erinevat tüüpi mälu. Joonisel kujutatutest soovitame 1-bitist laiust dünaamilist RAM-i suurte lugemis- ja kirjutamismälu massiivide jaoks, 1-baidi laiust staatilist RAM-i väikeste mikroprotsessoripõhiste mälumassiivide jaoks, EPROM-i programmide ja parameetrite salvestamiseks, mis ei vaja ümberkirjutamist. ja kas EEPROM (kui kirjutusprotsessi kestus ei oma tähtsust) või akutoega staatiline RAM (saavutamiseks maksimaalne jõudlus lugemine / kirjutamine) muudetud andmete muutumatuks salvestamiseks.

Riis. 11.35. Salvestusseadmete tüübid.