Организация и структура полупроводниковой памяти микропроцессорных систем. Классификация. Принципы построения. Наращивание информационной емкости и разрядности памяти.

К запоминающим устройствам (ЗУ) относятся технические средства, предназначенные для записи, хранения и выдачи информации, представленной в виде цифровых кодов. ЗУ служат для хранения программ, исходных данных и промежуточных результатов.

К основным характеристикам ЗУ относятся информационная емкость и быстродействие. Под информационной емкостью понимают то наибольшее количество машинных слов или двоичных разрядов, которое одновременно может храниться в ЗУ; под быстродействием — время, необходимое для записи или считывания информации из ЗУ (это время еще называется циклом ЗУ).

По назначению ЗУ делятся на четыре основных типа: сверхоперативные ЗУ (СОЗУ), оперативные ЗУ (ОЗУ), постоянные ЗУ (ПЗУ) и внешние ЗУ (ВЗУ). В качестве СОЗУ, ОЗУ и ПЗУ в настоящее время применяются в основном полупроводниковые ЗУ.

Сверхоперативное ЗУ предназначено для хранения операндов и промежуточных результатов вычислений. СОЗУ — это память, обычно встраиваемая в вычислитель. Она выполняется в виде регистров общего назначения (РОН), информация которых используется при вычислениях в арифметических логических устройствах (АЛУ). СОЗУ изготавливается обычно по полупроводниковой технологии с быстродействием от единиц до десятков наносекунд и емкостью в 8—16 машинных слов.

Оперативное ЗУ служит для хранения программ и данных, необходимых в процессе выполнения задачи. Из оперативной памяти (ОП) в устройство управления (УУ) поступают команды программы, а в регистры АЛУ — операнды, участвующие в операции. Из АЛУ в ОП направляются для хранения промежуточные и окончательные результаты вычислений.

Постоянное ЗУ — это устройство, из которого можно считать заранее записанную информацию. Считывание — основной режим работы ПЗУ. ПЗУ является энергонезависимым устройством (поскольку информация, занесенная в ПЗУ, при отключении питания не исчезает) . ПЗУ часто называют памятью типа ROM (Read — Only memory— память только со считыванием).

Внешнее ЗУ предназначено для сбора и долговременного хранения больших массивов информации и часто используется для увеличения объема ОП, однако быстродействие ВЗУ ниже быстродействия ОП. Информация из ВЗУ может быть использована только после передачи ее в ОП. Запись информации в ВЗУ также происходит через ОП.

Существует два способа внутренней разрядной организации БИС ЗУ: матричный, когда каждый разряд ЗУ адресуется индивидуальным путем указания номера строки и столбца, на пересечении которых он находится, и словарный, при котором считывается вся строка, содержащая слова определенной разрядности. Способ разрядной организации БИС в значительной мере определяется назначением ЗУ. В ОЗУ, например, находят применение оба способа, причем матричный, как правило, используется в ЗУ малых объемов. В ПЗУ и ППЗУ используется исключительно словарный способ организации.

В микро-ЭВМ применяется два основных класса полупроводниковых ЗУ: ОЗУ и ПЗУ, классификация которых дана на рис. 1.

рис.1 Классификация микросхем памяти.

По конструктивному исполнению ЗУ для микропроцессорных систем делятся на следующие группы:

встроенные ЗУ, представляющие собой регистры памяти универсальных микропроцессорных систем, а также ОЗУ и ПЗУ объемом до 8 Кбайт, размещенные на одной подложке с решающей частью;

ЗУ, выполненные в виде отдельных больших интегральных схем (БИС), внешних по отношению к микропроцессору (МП);

платы ЗУ — набор БИС различного типа (ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ) для организации памяти микро-ЭВМ.

Микросхемы памяти изготавливаются по полупроводниковой технологии на основе кремния с высокой степенью интеграции компонентов на кристалле, что определяет их принадлежность к большим интегральным схемам (БИС). Конструктивно БИС памяти представляет собой полупроводниковый кристалл с площадью в несколько квадратных миллиметров заключенный в корпус.

Для получения требуемого объема памяти и увеличения разрядности ее можно наращивать как по “горизонтали”, так и по “вертикали”.

Рис. 2. Горизонтальное наращивание памяти с целью получить длину ячеек в 8 бит при объеме 1024 слов (1024 х 8)

Рис. 3. Вертикальное наращивание памяти

Рис. 4. Функциональная схема устройства памяти микро-ЭВМ

Каждой из ячеек соответствующей БИС. Шесть старших разрядов необходимы для выделения с помощью дешифратора одного из 64 управляющих сигналов ВК.

В схеме, изображенной на рис. 4, из 64 управляющих сигналов для управления памятью необходимо только 16(ВКО—ВК15), остальные (с BKf6 по BK63) могут быть использованы для расширения объема памяти. Увеличение объема ППЗУ в этой схеме реализовано путем наращивания по “вертикали”, увеличение разрядности ОЗУ — наращиванием по “горизонтали”, а необходимый объем памяти ОЗУ — наращиванием по “вертикали”