10.5. Постоянные запоминающие устройства

Содержимое ПЗУ после его записи изменить невозможно, по крайней мере без специального оборудования. Плотность упаковки ПЗУ выше, чем в ЗУПВ, благодаря более простой схеме запоминающего элемента (не требуется трак­та записи). ПЗУ являются энергонезависимыми и имеют высокую надеж­ность. Но, разумеется, их можно использовать только там, где не требуется запись. Как отмечалось во введении к данной главе, в большинство систем , памяти входят ПЗУ и ЗУПВ, причем модули ПЗУ применяются для хранения, I например, настраивающего загрузчика и таблиц фиксированных данных. | Иногда в ПЗУ хранят монитор и другие компоненты операционной системы ^ (при этом устраняется необходимость иметь настраивающий загрузчик). На-? конец, в ПЗУ можно хранить даже интерпретаторы языков.

Имеются четыре основных типа ПЗУ, различающиеся способом записи их содержимого. Задание содержимого ПЗУ иногда называется программиро­ванием, но, конечно, его нельзя путать с обычным пониманием программиро­вания. В одном из типов ПЗУ содержимое определяется операцией маскиро­вания в процессе изготовления кристалла. Их содержимое пользователь из­менить не может и именно они и называются ПЗУ. Содержимое ПЗУ второго ; типа пользователь может задавать сам, имея для этого специальное оборудо­вание, - программируемые постоянные запоминающие устройства (ШТЗУ). JsKaK и в маскированных ПЗУ, их содержимое после программирования изме-Апъ нельзя. ПЗУ третьего и четвертого типов пользователь может не только = программировать, но и при наличии специального оборудования стирать и

Рис 10 16Постоянное запоминающее устройство 4К Х 8

репрограммировать много раз. Они называются стираемыми ППЗУ (СППЗУ) и электрически изменяемыми ПЗУ (ЭИПЗУ).

Так как маскированные ПЗУ требуют изготовления маски (фотошабло­на) для заданного содержимого или программы, первое ПЗУ оказывается до­рогим, но дополнительные копии гораздо дешевле. Микросхема ПЗУ имее! входы адреса, выходы данных и вход выбора кристалла. На рис. 1016 пока­зан модуль памяти 4К х 8, построенный из двух ПЗУ с организацией 2К х 8 Конечно, кроме показанных схем, в нем потребуются дешифратор выбора модуля, приемопередатчики и регистры-защелки.

Обычно ППЗУ имею! в своей основе диодную матрицу Они программиру­ются посредством выбора внешними входами диодных связей, которые "пе-режигаюгся" или "расплавляются", что приводит к фиксированному про­граммированию диодной матрицы. Единицы представлены сохранившимися диодными связями, а нули разрушенными Так как микросхемы ПЗУ для всех заказчиков одинаковы, их стоимость не зависит oi их числа, но они го­раздо сложнее и дороже именно из-за программируемое ш Следовательно, при небольшом числе микросхем ППЗУ дешевле маскируемых ПЗУ, но если требуется большое число ПЗУ, дешевле использовать маскируемые. Поэтому на этапе макетирования применяются ППЗУ (или СППЗУ), а в массовой про­дукции ~ маскируемые.

ППЗУ программируются бит за битом посредством задания адреса содер­жащей бит ячейки на входах адреса и подачи тока в выходную линию дан­ных; при этом подаются импульсы по линии питающего напряжения и соог-ветствующих управляющих входов. Значение тока, амплитуда и продолжи­тельность импульсов, а также способ подачи их зависят от типа микросхемы. Обычно циклы программирования чередуются с циклами контроля и продол­жительность чередования в два раза больше времени, необходимого для про­граммирования бита.

В отличие от ППЗУ, в которых содержимое программируется раз и навсег­да путем "пережигания" диодных связей, содержимое СППЗУ определяется распределением заряда. СППЗУ программируются путем инжекции заряда и после программирования распределение заряда сохраняется до тех пор, по­ка не будет нарушено каким-либо внешним источником энергии, например ультрафиолетовым светом. Вместо заключения кристалла в светонепроница­емый корпус, как это делается в ос1альных микросхемах, СППЗУ имеют над кристаллом кварцевое окно, через которое проходит внешняя энергия. При экспозиции памяти от внешнего источника энергии в течение нескольких ми­нут (10 ... 50 мин в зависимости от гипа микросхемы) заряды перераспре­деляются в их естественное состояние, стирая старое содержимое памяти ^; После этого СППЗУ можно программировать вновь.

: Как и ППЗУ, СППЗУ обычно применяют на этапе разработки изделия, а в | серийной продукции заменяют маскированными ПЗУ. Благодаря возможно­сти стирания ими можно пользоваться несколько раз Однако в отличие от ; ППЗУ их содержимое может исчезать, поэтому СППЗУ не рекомендуется " встраивать в изделия, рассчитанные на длительную эксплуатацию. Продолжи­тельность сохранения содержимого зависит от условий окружающей среды и варьируется от нескольких месяцев до нескольких лет.

Программируется СППЗУ посредством подачи адреса на адресные входы, ; а также высоких или низких уровней напряжения на все выходы данных;

«после этого на входы питания и управления подаются необходимые импуль-

(сы. Например, при программировании СППЗУ 2764 с организацией 8К х 8 (фирмы Intel) на вход Vpp подается напряжение 21 В, а на вход СЕ низкий Уровень напряжения. Одновременно адрес программируемого байта подает-|ся -на входы А12-АО, а баЙ1 данных на контакты 07-00. Затем байт данных ' записывается в адресуемый &ат подачей импульса напряжения +5 В на вход

PGM. После записи необходимо содержимое каждого oauia проконтроли­ровать.

Микросхемы ППЗУ и СППЗУ, выпускаемые даже одной фирмой, имекл различные спецификации программирования Эти спецификации, особенно для ППЗУ, оказываются довольно сложными и их требуется неукоснитель но соблюдать. Поэтому многие фирмы предлагают специальные приборы, на зываемые программаторами ППЗУ и предназначенные для программирова ния ППЗУ и СППЗУ Чтобы удовлетворить спецификации нескольких типов микросхем, в некоторых программаторах предусмотрены схемные модули, называемые платами персонификации, которые формируют все электричес­кие сигналы для программирования микросхем определенного типа. Кроме плат персонификации, в управляющий модуль программатора обычно встраи­вается микропроцессор. Управляющий модуль позволяет одним приказом записать блок данных из системы проектирования в ППЗУ или СППЗУ В программаторе имеется также индикатор для контроля содержимого ППЗУ. Для универсального программатора ППЗУ фирмы Intel в операцион­ной системе ISIS-II имеются приказы для выполнения следующих операций

1. Загрузка программируемых данных из выбранного устройства ввода (дисковый файл, перфолента или системная консоль) в память системы про­ектирования.

2. Индикация или изменение данных в памяти системы проектирования

3. Запись в сегмент ППЗУ данных, которые хранятся в памяти системы проектирования по заданному начальному адресу (т е. собственно програм­мирование) .

4 Передача блока данных из ППЗУ в память, что позволяет просмотреть содержимое ППЗУ с системной консоли или использовать для программиро­вания дублирующей микросхемы.

5. Передача блока данных из ППЗУ в дисковый файл.

6. Сравнение блока данных из ППЗУ с содержимым области памяти (т е контроль программирования).

Электрически изменяемые ППЗУ также допускают репрограммирование и обладают удобным преимуществом возможностью отдельно стирать и ре-программировать каждый байт. К недостатку таких микросхем относится сравнительно высокая стоимость.

Упражнения 1 Заполните следующую таблицу

Рис. 10 17Условное изобра­жение запоминающего эле­мента

^ 2Имеется модуль памяти емкостью 32К байт с в контрольными битами парите га, выполненный на

(~ микросхемах с организацией 8К У 1Определите конфигурацию массива микросхем ~ число микро­схем в каждой строке, в каждом столбце и во всемtмодуле Повторите упражнение для микросхем с-организацией 16К Х 1

3Постройте таблицу, которая отражаен основные.вопросы проектирования, рассмотренные в § 10.1 [ 4.Постройте логическую схему, показывающую ^подробности реализации схемы на рис. 10.5.Услов­ное изображение запоминающего элемента приведе­но на рис. 10.17.

5.Покажите, как можно упростить схему на рис. 10.8,если общая емкость памяти

Iсоставляет 8К Х 8.Дайте возможности дальнейшего упрощения в случае одноплатной'"Тсистемы на базе микропроцессора 8088в минимальном режиме.

Г 6.Рассмотрите модуль памяти 256К Х 8,построенный на динамических ЗУПВ с орга-|йизацией 32К Х 1,внутри которых имеется 128строк запоминающих элементов. Если Г Вся память регенерируется один раз в миллисекунду, каков период циклов регенерации | строк? Постройте график потери времени на регенерацию в зависимости от времени

^Цикла памяти, если оно изменяется от 100до 800не.t

^II 7.Перестройте схему на рис. 10.11,считая, что модуль имеет емкость 64К байт и по-;строен на микросхемах 32К Х 1(матрица запоминающих элементов имеет 128строк)

8.Приведите достоинства и недостатки динамических ЗУПВ по сравнению со стати­ческими.

9.Пусть в модуле памяти с емкостью 256К байт применяются динамические ЗУПВ64КХ 1,имеющие питание +5В. Какой ток потребляет Модуль, если каждая микросхе­ма рассеивает 1Вт, а электроника обрамления 2Вт? Сколько аккумуляторов необходи-

I модля резервного питания в течение 8ч, если аккумулятор имеет емкость 2А •ч при

,разрядном токе 2А?

. 10.Повторите упр. 9,считая, что резервное питание требуется всего на 15мин, но до-^\пустимый разрядный гок равен 0,7А

| 11.Постройте интерфейсную логику для модуля ПЗУ 4К байт, приведенного на |рис. 10.16.

s

s 12.Одно из применений ПЗУ связано с заменой схем, реализующих сложные логи-

F ческиефункции. Рассмотрите следующую булеву функцию

Сколько основных логических элементов (инверторов, двухвходовых схем И, двухвхо-довых схем ИЛИ) потребуется для реализации этой функции? Определите содержимое ПЗУ 512Х 8,которое применяется для реализации этой функции, причем младший бит выходных данных служит выходом /.(Указание.Важен только младший бит каждого Ууюва.) Проанализируйте задержки распространения, возникающие в каждом варианте.

Е 13.Сколько булевых функций можно реализовать на ПЗУ 2К Х 8и каковы ограниче­ния на входные переменные этих функций?