Постійні запам'ятовуючі пристрої пзу та їх призначення. Класифікація. ПЗП. Принципи побудови в. За типом виконання

Постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗП)призначені для постійного енергонезалежного зберігання інформації.

За способом запису ПЗУкласифікують наступним чином:

1. одноразово програмовані маскою на підприємстві-виробнику;
2. одноразово програмовані користувачем за допомогою спеціальних пристроїв, які називаються програматорами - ППЗУ ;
3. перепрограмовані, або репрограмовані ПЗУ - РПЗУ.

Масочні ПЗУ

Програмування масочних ПЗУвідбувається у процесі виготовлення ВІС. Зазвичай на кристалі напівпровідника спочатку створюються всі запам'ятовуючі елементи (ЗЕ), а потім на заключних технологічних операціях за допомогою фотошаблону шару комутації реалізуються зв'язки між лініями адреси, даних та власне запам'ятовуючим елементом. Цей шаблон (маска) виконується відповідно до побажань замовника щодо карток замовлення. Перелік можливих варіантів карток замовлень наводиться в технічних умовах на ІМС ПЗУ. Такі ПЗУвиготовляються на основі матриць діодів, біполярних або МОП-транзисторів.

Масочні ПЗП на основі діодної матриці

Схема такого ПЗУпредставлена ​​на рис. 12.1. Тут горизонтальні лінії – адресні, а вертикальні – це лінії даних, з них у разі знімаються 8-разрядные двійкові числа. У цій схемі ЗЕ – це умовне перетин лінії адреси та лінії даних. Вибір всього рядка ЗЕ проводиться при подачі логічного нуля на адресу адреси ЛА i c відповідного виходу дешифратора. У вибраний ЗЕ записується логічний 0 за наявності діода на перетині лінії D i та ЛА i, т.к. у цьому випадку замикається ланцюг: + 5, діод, земля на адресній лінії. Так, у цьому ПЗУпри подачі адреси 11 2 активний нульовий сигнал з'являється на адресній лінії ЛА 3 , на ній буде рівень логічного 0, на шині даних D 7 D 0 з'явиться інформація 01100011 2 .

Масочні ПЗП на основі матриці МОП-транзисторів

Приклад схеми даного ПЗП представлено на рис. 12.2. Запис інформації здійснюється підключенням або непідключенням МОП-транзистора у відповідних точках ВІС. При виборі певної адреси на відповідній адресній лінії ЛА i з'являється активний логічний сигнал 1, тобто. потенціал, близький до потенціалу джерела живлення + 5 В. Дана логічна 1 подається на затвори всіх транзисторів рядка та відкриває їх. Якщо стік транзистора металізований, на відповідній лінії даних D i з'являється потенціал порядку 02 03 В, тобто. рівень логічного 0. Якщо ж стік транзистора не металізований, вказана ланцюг не реалізована, на опорі R i не буде падіння напруги, тобто. у точці D i буде потенціал +5, тобто. рівень логічної 1. Наприклад, якщо у показаному на рис. 12.2 ПЗУ на адресу подати код 01 2 на лінії адреси ЛА 1 буде активний рівень 1, а на шині даних D 3 D 0 буде код 0010 2 .

Масочні ПЗП на основі матриці біполярних транзисторів

Приклад схеми даного ПЗУпредставлений на рис. 12.3. Запис інформації здійснюється також металізацією чи неметалізацією ділянки між базою та адресною лінією. Для вибору рядка ЗЕ на лінію адреси ЛА i подається логічна 1. При металізації вона подається на базу транзистора, він відкривається внаслідок різниці потенціалів між емітером (земля) та базою (приблизно + 5 В). При цьому замикається ланцюг: + 5; опір R i; відкритий транзистор, земля на емітері транзистора. У точці D i при цьому буде потенціал, що відповідає падінню напруги на відкритому транзисторі – близько 0,4, тобто. логічний 0. Таким чином, у ЗЕ записано нуль. Якщо ділянка між лінією адреси та базою транзистора не металізована, зазначений електричний ланцюг не реалізований, падіння напруги на опорі R i ні, тому на відповідній лінії даних D i буде потенціал +5, тобто. логічна 1. При подачі, наприклад, адреси 00 2 у наведеному на рис. 12.3 ПЗУна ШД з'явиться код 102.

Приклади масочних ПЗУнаведено на рис. 12.4, а в табл. 12.1 - їх параметри.

Програмовані ПЗУ

Програмовані ПЗУ (ППЗУ) являють собою такі ж діодні або транзисторні матриці, як і маскові ПЗП, але з іншим виконанням ЗЕ. Запам'ятовуючий елемент ППЗУнаведено на рис. 12.5. Доступ до нього забезпечується поданням логічного 0 на лінію адреси ЛА i. Запис у нього проводиться в результаті осадження (розплавлення) плавких вставок ПВ, послідовно включених з діодами, емітерами біполярних транзисторів, стоками МОП-транзисторів. Плавка вставка ПВ є невеликою ділянкою металізації, яка руйнується (розплавляється) при програмуванні імпульсами струму величиною 50 100 мікроампер і тривалістю близько 2 мілісекунд. Якщо вставка збережена, то в ЗЕ записано логічний 0, оскільки реалізовано ланцюг між джерелом живлення та землею на ЛА i через діод (у транзисторних матрицях – через відкритий транзистор). Якщо вставка зруйнована, то зазначений цепінет і ЗЕ записана логічна 1.

Постійно запам'ятовуючі пристрої (ПЗП) динамічного типу

Мікросхеми ПЗУ за способом програмування, тобто занесення в них інформації, поділяють на три групи ПЗУ, одноразово програмовані виробником за способом замовного фотошаблону (маски), маскові ПЗУ (ПЗУМ, ROM), ПЗУ, що одноразово програмуються користувачем за способом перепалювання плавких перемичок кристалі (ППЗУ, PROM), ПЗУ, що багаторазово програмуються користувачем, репрограмовані ПЗУ (РПЗУ, EPROM).

Малюнок 15. Влаштування мікросхеми масочного ПЗП на біполярних структурах.

Малюнок 16. Елементи пам'яті ПЗП на МДП транзисторах із програмованою пороговою напругою

Загальною властивістю всіх мікросхем ПЗП є їх багаторозрядна (словникова) організація, режим зчитування як основний режим роботи та енергонезалежність. Разом про те вони мають і суттєві відмінності у способі програмування, режимах зчитування, у поводженні з ними при застосуванні. Тому доцільно розглянути кожну групу мікросхем ПЗП окремо.

Мікросхеми ПЗУМ виготовляють за біполярною ТТЛ, ТТЛШ-технологією, n-канальною, p-канальною та КМДП-технологіями. Принцип побудови у більшості мікросхем групи ПЗУМ однаковий і може бути представлений структурою мікросхем К155РЕ21-KI55PE24 (рис. 15) Основними елементами структурної схеми є: матриця елементів пам'яті, дешифратори рядків DCX і стовпців DCY, селектори (ключі вибору стовпців), адреса Підсилювачі зчитування Матриця складається з масиву ЕП, кожен з яких розміщений на перетині рядка та стовпця. Елемент пам'яті ПЗУМ є резистивною або напівпровідниковою (діодною, транзисторною) перемичкою між рядком і стовпцем. Інформацію в матрицю заносять у процесі виготовлення мікросхеми і здійснюють цю операцію переважно двома різними технологічними способами.

Серед мікросхем ПЗУМ різних серій (табл.1) багато хто має стандартні прошивки. Наприклад, в мікросхеми ПЗУМ К155РЕ21 - К.155РЕ24 записані відповідно коди букв російського РЕ21, латинського РЕ22 алфавітів, арифметичних знаків та цифр РЕ23, додаткових знаків РЕ24. У сукупності ці мікросхеми утворюють генератор символів на 96 символів формату 7X5.

Одна з мікросхем серії КР555РЕ4 містить прошивку 160 символів, що відповідають 8-розрядному коду обміну інформації КОІ 2-8 з форматом знаків 7X11. Прошивку кодів алфавітно-цифрових символів містить мікросхема КМШ56РЕ2.

Значний перелік модифікацій зі стандартними прошивками має мікросхема К505РЕЗ.

Дві спільно застосовувані мікросхеми К505РЕЗ-002, К.505РЕЗ-003 містять коди букв російського та латинського алфавітів, цифр, арифметичних та додаткових знаків та використовуються як генератор 96 символів формату 7X9 з горизонтальною розгорткою знаків.

Таблиця 1. Мікросхеми масочних ПЗП

Модифікації 0059, 0060 мають те ж призначення, але генерують знаки формату 5X7 Модифікації 0040-0049 містять прошивки коефіцієнтів для швидкого перетворення Фур'є. Ряд модифікацій містить прошивку функції синуса від 0 до 90° з дискретністю 10" (0051, 0052), від 0 до 45° (0068, 0069) та від 45 до 90° (0070,. 0071) з дискретністю 5". Модифікації 0080, 0081 містять прошивку функції Y = X при Х = 1 ... 128.

Модифікації мікросхеми КР568РЕ2 містять стандартні прошивки символів міжнародного телеграфного коду № 2 форматів 5X7 та 7X9 (0001), символів російського та латинського алфавітів, кодових таблиць, цифр та арифметичних знаків (0003, 0Q11), функції синуса від 0 до 0 асемблера (0303-0306), редактора текстів (0301, 0302).

Мікросхема КР568РЕ2-0001 має прошивку міжнародних телеграфних кодів № 2 і 5, а КР568РЕЗ-0002 - редактора текстів для асемблера.

Модифікації мікросхеми КР1610PE1-0100--КР1610PE1-0107 містять прошивки програмного забезпечення мікро-ЕОМ «Іскра».

Названі мікросхеми ПЗУМ зі стандартними прошивками слід як приклади, число таких мікросхем та його модифікацій постійно зростає.

Для програмування мікросхем ПЗУМ на замовлення користувача у технічних умовах передбачено форму замовлення.

Мікросхеми ПЗУМ працюють у режимах: зберігання (невибірки) та зчитування. Для зчитування інформації необхідно подати код адреси та сигнали керування Призначення висновків мікросхем ПЗУМ вказано на рис. 17

Сигнали управління можна подавати рівнем 1, якщо вхід CS прямий (рис. 17, б), або якщо вхід інверсний (рис. 17, г)

Багато мікросхем мають кілька входів управління (рис. 17, а), зазвичай пов'язаних певним логічним оператором. У таких мікросхемах необхідно подавати на керуючі входи певну комбінацію сигналів, наприклад 00 (рис. 17 а) або 110 (рис 17 в), щоб сформувати умову дозволу зчитування

Основним динамічним параметром мікросхем ПЗУМ є час вибірки адреси. При необхідності стробувати вихідні сигнали на входи CS, що управляють, слід подавати імпульси після надходження коду адреси. У такому випадку для розрахунку часу зчитування треба приймати час встановлення сигналу CS щодо адреси та час вибору. У мікросхеми КР1610РЕ1 передбачено додатковий сигнал ОЕ для керування виходом.

Вихідні сигнали у всіх мікросхем ПЗУМ мають рівні ТТЛ. Виходи побудовані в основному за схемою із трьома станами.

Малюнок 17. Мікросхеми масочних ПЗП

Для зниження споживаної потужності деякі мікросхеми, наприклад, К.596РЕ1, допускають застосування режиму імпульсного живлення, при якому живлення на мікросхему подають тільки при зчитуванні інформації.

Стійка тенденція до функціонального ускладнення БІС пам'яті проявляється і в мікросхемах ПЗУМ: в їх структуру вбудовують інтерфейсні вузли для поєднання зі стандартною магістраллю і для об'єднання мікросхем модуль ПЗУ без додаткових дешифраторів К1801РЕ1. К1809РЕ1, пристрої для самоконтролю та виправлення помилок КА596РЕ2, К563РЕ2.

Мікросхеми К1801 РЕ 1 і К1809РЕ1 мають багато спільного у призначенні, пристрої та режимах роботи. Призначення висновків мікросхем показано на рис.17, в. Обидві мікросхеми призначені для роботи в складі апаратури зі стандартною системною магістраллю для мікроЕОМ: вбудований в їхню структуру пристрій управління (контролер) дозволяє підключати мікросхеми безпосередньо до магістралі. Як мікросхеми ПЗУМ вони містять матрицю ємністю 65384 ЕП, регістри та дешифратори коду адреси, селектори, мають організацію 4КХ16 біт Інформація заноситься за картками замовлення виробником.

У структуру вбудовані також 3-розрядний регістр із «зашитим» кодом адреси мікросхеми та схема порівняння для вибору мікросхеми у магістралі. Наявність вбудованого пристрою адресації дозволяє включати в магістраль до восьми мікросхем одночасно без додаткових пристроїв.

Особливістю мікросхем, обумовленої їх призначенням, є суміщення адресних входів Al-A15 і виходів даних DOo-DO15. Вихідні формувачі виконані за схемою на три стани. Три старших розряду коду адреси Ац-A13 призначені для вибору мікросхеми, інші розряди Ats-At для вибірки зчитуваного слова. Дозвіл на прийом основної адреси формує схема порівняння за результатом зіставлення прийнятого та «зашитого» адрес мікросхеми. Прийнята адреса фіксується на адресному регістрі, а входи-виходи переходять у третій стан.

Система керуючих сигналів включає: DIN - дозвіл читання даних із ОЗП (інакше RD); SYNC - синхронізація

обміну (інакше РЄ - дозвіл - звернення), CS - вибір мікросхеми, RPLY - вихідний сигнал готовності даних

супроводжує інформацію DOo - DO15, що зчитується в магістраль.

Режим зберігання забезпечується сигналами SYNC=1 або CS=1. У режимі зчитування час звернення до мікросхеми визначає сигнал SYNC=0. Крім нього надходять сигнали коду адреси на висновки ADOi-ADO15 і CS =0. При збігу адреси ADO15 - ADO13 з адресою мікросхеми у вхідний регістр "надходить адресу зчитуваного слова, а висновки ADO - ADO15 переходять у третій стан. --РО)