RAM и ROM чипове памет
производство на чипове с вътрешна структура на повторяема плоска повърхност, чиповете с памет са идеално приложение за това. С напредването на технологиите броят на битовете, които могат да се поберат на един чип, непрекъснато нараства, като обикновено се удвоява на всеки 18 месеца (законът на Мур). С появата на големи интегрални схеми, малките интегрални схеми не винаги са остарели поради компромиси между капацитет, скорост, мощност, цена и предимства на интерфейса. Обикновено най-големите съвременни чипове са в огромно търсене и следователно струват много повече за 1 бит от малките чипове.
С каквото и да е количество памет има няколко различни начина за организиране
Нека направим малка забележка относно терминологията. По едно заключение
високо напрежение предизвиква някои действия, на други - ниско напрежение. За да избегнем объркване, ще използваме термина "задаване на сигнал", когато се извиква действие, вместо да казваме, че напрежението се повишава или намалява. По този начин, за някои щифтове, настройката на сигнала означава да го зададете на 1, а за други, да го зададете на 0. Имената на пиновете, които са настроени на 0, имат горна линия. CS сигналът е настроен на 1, а CS сигналът е настроен на 0. Противоположният термин е "нулиране".
И сега обратно към нашата микросхема. Тъй като компютърът обикновено съдържа много чипове с памет, е необходим сигнал за избор на необходимия чип, така че чипът, от който се нуждаем, да отговори на повикването, а останалите не.
Преди много години най-големите чипове с памет обикновено бяха подредени
както е показано на фиг. 3.30 б. Тъй като думите са нараснали от 8 до 32 бита и по-високи, стана неудобно да се използват такива микросхеми.За изграждане на 32-битова памет за думи от 4096 Kxl чипа са необходими 32 чипа, работещи паралелно. Тези 32 чипа имат общ капацитет от поне 16 MB. Ако използвате 512 чипа Kx8, ще ви трябват само 4 чипа, но паметта ще бъде 2 MB. За да избегнат наличието на 32 чипа, повечето производители произвеждат семейства чипове с дължина на думата от 1,4, 8 и 16 бита.
Всички видове памет, които разгледахме досега, имат едно общо нещо: те могат както да записват информация, така и да я четат. Тази памет се нарича RAM (памет с произволен достъп). Има два вида RAM: статична и динамична. Статичната RAM е конструирана с помощта на D-тригери. Информацията в RAM се съхранява толкова дълго, колкото се подава захранване към нея: секунди, минути, часове и дори дни. Статичната RAM е много бърза. Обикновено времето за достъп е няколко наносекунди. Поради тази причина статичната RAM често се използва като кеш от второ ниво.
DRAM, от друга страна, не използва джапанки. динамичен
RAM е масив от клетки, всяка от които съдържа транзистор и малък кондензатор. Кондензаторите могат да се зареждат и разреждат, което ви позволява да съхранявате нули и единици. Тъй като електрическият заряд има тенденция да изчезва, всеки бит в DRAM трябва да се актуализира (презарежда) на всеки няколко милисекунди, за да се предотврати изтичане на данни. Тъй като външната логика трябва да се грижи за актуализацията, DRAM изисква по-сложно взаимодействие от статичната RAM, въпреки че този недостатък се компенсира от големия обем.
Тъй като DRAM се нуждае само от 1 транзистор и 1 кондензатор на бит (статиченRAM изисква в най-добрия случай 6 транзистора на бит), DRAM има много висока плътност на запис (много бита на чип). Поради тази причина основната памет почти винаги е изградена около динамична RAM. DRAM обаче са много бавни (времето за достъп отнема десетки наносекунди). По този начин комбинацията от кеш, базирана на статична RAM и основна памет, базирана на динамична RAM, съчетава предимствата на двете устройства.
Има няколко типа динамична RAM памет. Най-старият вид
FPM постепенно се заменя с EDO1 (Extended Data Output - памет с разширена
възможности за умозаключение), което ви позволява да получите достъп до паметта, преди предишният достъп да е приключил. Този конвейерен режим не ускорява достъпа до паметта, но увеличава пропускателната способност чрез издаване на повече думи в секунда. И FPM, и EDO са асинхронни. За разлика от тях, така наречената синхронна динамична RAM памет се управлява от един тактов сигнал. Това устройство е хибрид на статична и динамична RAM. Синхронната DRAM често се използва при производството на голяма кеш памет. Може би тази технология ще стане най-много
предпочитан и при производството на основната памет.
RAM не е единственият тип чипове с памет. В много случаи данни
трябва да бъдат запазени, дори ако захранването е изключено (например, ако говорим за играчки, различни устройства и машини). Освен това след инсталирането не трябва да се променят нито програмата, нито данните. Тези изисквания доведоха до появата на ROM (Read Only Memory), които не позволяват да променяте и изтривате информацията, съхранена в тях (нито умишлено, нито случайно). Данните се записват в ROM по време напроизводство. За да направите това, се прави шаблон с определен набор от битове, който се наслагва върху фоточувствителен материал, след което отворените (или затворените) части на повърхността се ецват.
Единственият начин да промените програмата в ROM е да смените целия чип. ROM са много по-евтини от RAM, ако се поръчат на едро, за да платят разходите за изработване на шаблон. Те обаче не позволяват промени след освобождаване от производство и може да отнеме няколко седмици между поръчката на ROM и нейното завършване. За да улеснят компаниите да разработват нови устройства, базирани на ROM, бяха пуснати програмируеми ROM. За разлика от конвенционалните ROM, те могат да бъдат програмирани на място, за да намалят времето за изпълнение. Много програмируеми ROM съдържат набор от малки стопяеми връзки. Възможно е да изгорите определен джъмпер, като изберете желания ред и желаната колона и след това приложите високо напрежение към определен щифт на чипа.
Следващото развитие на тази линия е изтриваем програмируем ROM, който може не само да се програмира на място, но и да изтрива информация от него. Ако кварцовият прозорец в този ROM е изложен на силна ултравиолетова светлина за 15 минути, всички битове ще бъдат зададени на 1.
Ако има много промени, които трябва да бъдат направени по време на една стъпка на проектиране, EEPROM са много по-рентабилни от обикновените програмируеми ROM, тъй като могат да се използват многократно. Изтриваемите програмируеми ROM обикновено са подредени по същия начин като статичните RAM. Например, чипът 27C040 има структура, която е показана на фиг. 3.30, a, и такава структура е типична за статичната RAM.
Следващият етап е електронно препрограмируем ROM, от който можете
Ноизтрива информация чрез прилагане на импулси към нея и която не е необходимо да се поставя в специална камера за излагане на ултравиолетови лъчи. Освен това, за да флашнете това устройство, не е необходимо да се поставя в специално устройство за програмиране, за разлика от изтриваем програмируем ROM.Но от друга страна, най-големите електронно програмируеми ROM са 64 пъти по-малки от конвенционалните изтриваеми ROM и работят два пъти по-бавно. EEPROM не могат да се конкурират с DRAM и SRAM, защото са 10 пъти по-бавни, капацитетът им е 100 пъти по-малък и струват много повече. Те
се използват само в ситуации, когато е необходимо да се запази информация, когато захранването е изключено.
По-модерен тип EEPROM е флаш паметта. За разлика от Erasable ROM, който се изтрива при излагане на ултравиолетови лъчи, и EEPROM, който се изтрива байт по байт, флаш паметта се изтрива и записва на блокове. Като всяка EEPROM, флаш паметта може да бъде изтрита, без да се изважда от чипа. Много производители произвеждат малки печатни платки, съдържащи десетки мегабайта флаш памет. Те се използват за съхраняване на изображения в цифрови фотоапарати и за други цели. Може би някой ден флаш паметта ще замени дисковете, което би било огромна крачка напред, като се има предвид времето за достъп от 100 nsec. Основният технически проблем в момента е, че флаш паметта се износва след 10 000 изтривания, а дисковете могат да издържат с години, независимо колко пъти са презаписани. Кратко описание
различните видове памет са дадени в табл. 3.2.
Лекция 8.Вериги за управление испрежение.