Rewolucje wśród ROM-ów to trwałe wspomnienia. Co to jest ROM? Schemat, sekcje i objętość pamięci ROM. Używanie dysków twardych jako pamięci ROM
ROM- szybka, nieulotna pamięć, która jest tylko do odczytu. Informacje wprowadzane są do niego jednorazowo (najczęściej w fabryce) i przechowywane na stałe (podczas włączania i wyłączania komputera). ROM przechowuje informacje, których obecność jest stale potrzebna w komputerze. Zestaw programów znajdujących się w pamięci ROM tworzy podstawowy system wejścia/wyjścia BIOS (Basic Input Output System). BIOS (podstawowy system wejścia i wyjścia) system podstawowy I/O) – zestaw programów przeznaczonych do automatycznego testowania urządzeń po włączeniu zasilania komputera i załadowaniu system operacyjny do pamięci roboczej.
ROM zawiera:
Programy testowe, które sprawdzają poprawność działania jego bloków przy każdym włączeniu komputera;
Programy do zarządzania głównym urządzenia peryferyjne- napęd, monitor, klawiatura;
Informacje o lokalizacji systemu operacyjnego na dysku.
Typy ROM-ów:
ROM przy programowaniu masek jest to pamięć, w której informacje są zapisywane raz na zawsze podczas procesu produkcji półprzewodnika obwody scalone. Urządzenia pamięci tylko do odczytu są używane tylko wtedy, gdy chodzi o masową produkcję, ponieważ produkcja masek do układów scalonych na użytek prywatny jest bardzo kosztowna.
BAL STUDENCKI(programowalna pamięć tylko do odczytu).
Programowanie ROM jest operacją jednorazową, tj. informacje raz zapisane w pamięci EPROM nie mogą być później zmienione.
EPROM(kasowalna programowalna pamięć tylko do odczytu). Podczas pracy z nim użytkownik może go zaprogramować, a następnie skasować zapisane informacje.
EEPROM(elektrycznie zmienna pamięć tylko do odczytu). Jest programowany i modyfikowany za pomocą środków elektrycznych. W przeciwieństwie do pamięci EPROM, do kasowania informacji przechowywanych w pamięci EEPROM nie są wymagane żadne specjalne urządzenia zewnętrzne.
Wizualnie pamięć RAM i ROM można sobie wyobrazić jako tablicę komórek, w których zapisywane są poszczególne bajty informacji. Każda komórka ma swój własny numer, a numeracja zaczyna się od zera. Numer komórki to adres bajtowy.
procesor podczas pracy z pamięcią RAM musi podać adres bajtu, który chce odczytać z pamięci lub zapisać do pamięci. Oczywiście dane można odczytywać tylko z pamięci ROM. Procesor zapisuje dane odczytane z pamięci RAM lub ROM do swojej pamięci wewnętrznej, która jest podobna do pamięci RAM, ale działa znacznie szybciej i ma pojemność nie większą niż kilkadziesiąt bajtów.
Procesor może przetwarzać tylko dane znajdujące się w jego pamięci wewnętrznej, RAM lub ROM. Wszystkie tego typu urządzenia pamięci nazywane są urządzeniami pamięci wewnętrznej, zwykle znajdują się bezpośrednio na płyta główna komputer ( pamięć wewnętrzna procesor znajduje się w samym procesorze).
pamięć podręczna. Wymiana danych w procesorze jest znacznie szybsza niż wymiana danych między procesorem a pamięcią RAM. Dlatego też, aby ograniczyć liczbę wezwań do pamięć o swobodnym dostępie, wewnątrz procesora tworzą tak zwaną pamięć podręczną lub pamięć podręczną. Kiedy procesor potrzebuje danych, najpierw uzyskuje dostęp do pamięci podręcznej, a dopiero gdy brakuje niezbędnych danych, uzyskuje dostęp do pamięci głównej. Im większa pamięć podręczna, tym większe prawdopodobieństwo, że potrzebne dane się tam znajdują. Dlatego wysokowydajne procesory mają zwiększoną pamięć podręczną.
Rozróżnij pamięć podręczną pierwszego poziomu(działa na tym samym chipie z procesorem i ma objętość rzędu kilkudziesięciu KB), drugi poziom (wykonywane na oddzielnym układzie, ale w granicach procesora, o objętości stu lub więcej KB) i trzeci poziom (wykonywane na oddzielnych szybkich mikroukładach umieszczonych na płycie głównej i ma objętość jednego lub więcej MB ).
Podczas pracy procesor przetwarza dane w swoich rejestrach, pamięci RAM i zewnętrznych portach procesora. Część danych jest interpretowana jako dane rzeczywiste, część jako dane adresowe, a część jako polecenia. Zestaw różnych instrukcji, które procesor może wykonać na danych, tworzy system instrukcji procesora. Im większy zestaw instrukcji procesora, tym bardziej złożona jest jego architektura, tym dłuższy jest zapis instrukcji w bajtach i tym dłuższy jest średni czas wykonywania instrukcji.
data Najnowsza aktualizacja plik 23.10.2009
Pamięć tylko do odczytu (ROM)
Bardzo często różne aplikacje wymagają przechowywania informacji, które nie zmieniają się podczas pracy urządzenia. Są to takie informacje jak programy w mikrokontrolerach, programy ładujące (BIOS) w komputerach, tablice współczynników filtrów cyfrowych w , i , tablice sinusów i cosinusów w NCO i DDS. Prawie zawsze ta informacja nie jest wymagana jednocześnie, więc najprostsze urządzenia pamięci stała informacja(ROM) można zbudować na multiplekserach. Czasami urządzenia pamięci tylko do odczytu są określane w literaturze tłumaczeniowej jako ROM (pamięć tylko do odczytu). Schemat takiej pamięci tylko do odczytu (ROM) przedstawiono na rysunku 1.
Rysunek 1. Obwód pamięci tylko do odczytu (ROM) zbudowany na multiplekserze
W tym schemacie trwałe urządzenie pamięci masowej jest zbudowane dla ośmiu jednobitowych komórek. Przechowywanie określonego bitu w komórce jednobitowej odbywa się poprzez przylutowanie przewodu do źródła zasilania (zapisanie jedynki) lub przylutowanie przewodu do korpusu (zapisanie zera). NA schematy obwodów takie urządzenie jest oznaczone tak, jak pokazano na rysunku 2.
Rysunek 2. Oznaczenie urządzenia pamięci tylko do odczytu na schematach połączeń
W celu zwiększenia pojemności komórki pamięci ROM układy te można łączyć równolegle (wyjścia i rejestrowana informacja naturalnie pozostają niezależne). Schemat połączenia równoległego jednobitowych pamięci ROM pokazano na rysunku 3.
Rysunek 3. Schemat wielobitowej pamięci ROM (ROM)
W prawdziwych ROMach informacje są zapisywane przy użyciu ostatniej operacji produkcji chipów - metalizacji. Metalizacja odbywa się za pomocą maski, dlatego takie ROMy nazywane są maskować ROMy. Kolejną różnicą między rzeczywistymi mikroukładami a powyższym uproszczonym modelem jest użycie, oprócz multipleksera, również. Takie rozwiązanie umożliwia zamianę jednowymiarowej struktury pamięci na dwuwymiarową, a tym samym znaczne zmniejszenie objętości układu wymaganego do działania układu ROM. Sytuację tę ilustruje poniższy rysunek:
Rysunek 4. Schemat maski pamięci tylko do odczytu (ROM)
Zamaskowane pamięci ROM są przedstawione na schematach obwodów, jak pokazano na rysunku 5. Adresy komórek pamięci w tym mikroukładzie są podawane na styki A0 ... A9. Chip jest wybierany przez sygnał CS. Za pomocą tego sygnału można zwiększyć ilość pamięci ROM (przykład wykorzystania sygnału CS podano w omówieniu). Chip jest odczytywany przez sygnał RD.
Rysunek 5. Maskuj ROM (ROM) na schematach obwodów
Maska ROM programowana jest fabrycznie, co jest bardzo uciążliwe przy małych i średnich seriach produkcyjnych, nie mówiąc już o fazie rozwoju urządzenia. Oczywiście w przypadku produkcji na dużą skalę pamięci ROM z maskami są najtańszym rodzajem pamięci ROM i dlatego są obecnie szeroko stosowane. Dla małych i średnich serii produkcyjnych sprzętu radiowego opracowano mikroukłady, które można zaprogramować w specjalnych urządzeniach - programatorach. W tych ROM-ach stałe połączenie przewodników w matrycy pamięci zastąpiono topliwymi ogniwami wykonanymi z krzemu polikrystalicznego. Podczas produkcji pamięci ROM zakładane są wszystkie zworki, co jest równoznaczne z zapisaniem jednostek logicznych do wszystkich komórek pamięci ROM. W procesie programowania pamięci ROM zwiększona moc jest dostarczana do przewodów zasilających i wyjść mikroukładu. W takim przypadku, jeśli napięcie zasilania (jednostka logiczna) zostanie przyłożone do wyjścia pamięci ROM, wówczas przez zworkę nie popłynie żaden prąd, a zworka pozostanie nienaruszona. Jeśli na wyjściu ROM zastosuj niski poziom napięcia (przymocowanego do obudowy), to przez zworkę matrycy pamięci popłynie prąd, który ją odparuje, a przy kolejnym odczytaniu informacji z tej komórki ROM odczytane zostanie logiczne zero.
Takie żetony to tzw programowalny ROM (PROM) lub PROM i są przedstawione na schematach obwodów, jak pokazano na rysunku 6. Jako przykład PROM można nazwać mikroukłady 155PE3, 556RT4, 556RT8 i inne.
Rysunek 6. Symbol programowalnej pamięci tylko do odczytu (PROM) na schematach obwodów
Programowalne pamięci ROM okazały się bardzo wygodne w produkcji na małą i średnią skalę. Jednak podczas opracowywania urządzeń elektronicznych często konieczna jest zmiana programu zapisanego w pamięci ROM. W takim przypadku ROM nie może być ponownie użyty, dlatego raz napisany ROM, w przypadku błędnego lub pośredniego programu, należy go wyrzucić, co naturalnie zwiększa koszt opracowania sprzętu. Aby wyeliminować tę wadę, opracowano inny typ pamięci ROM, który można było wymazać i przeprogramować.
ROM z kasowaniem UV zbudowana jest w oparciu o macierz pamięci zbudowaną na komórkach pamięci, której wewnętrzną strukturę przedstawia poniższy rysunek:
Rysunek 7. Komórka pamięci ROM z wymazywaniem ultrafioletowym i elektrycznym
Ogniwo to tranzystor MOS z polikrystaliczną bramką krzemową. Następnie podczas procesu wytwarzania mikroukładu bramka ta ulega utlenieniu, w wyniku czego zostanie otoczona tlenkiem krzemu - dielektrykiem o doskonałych właściwościach izolujących. W opisanym ogniwie, przy całkowicie wymazanej pamięci ROM, w bramce pływającej nie ma ładunku, a zatem tranzystor nie przewodzi prądu. Podczas programowania pamięci ROM wysokie napięcie jest przykładane do drugiej bramki, znajdującej się nad pływającą bramką, a ładunki są indukowane w pływającej bramce z powodu efektu tunelu. Po usunięciu napięcia programowania indukowany ładunek pozostaje na bramce pływającej, a zatem tranzystor pozostaje w stanie przewodzącym. Ładunek na ruchomej bramce takiego ogniwa może być przechowywany przez dziesięciolecia.
Opisana pamięć tylko do odczytu nie różni się od opisanej wcześniej maski ROM. Jedyną różnicą jest to, że ogniwo opisane powyżej jest używane zamiast topliwego ogniwa. Ten typ pamięci ROM nazywany jest reprogramowalną pamięcią tylko do odczytu (EPROM) lub EPROM. W pamięci EPROM usuwanie wcześniej zapisanych informacji odbywa się za pomocą promieniowania ultrafioletowego. Aby to światło mogło bez przeszkód przechodzić do kryształu półprzewodnikowego, w obudowie chipa ROM wbudowane jest okienko ze szkła kwarcowego.
Rysunek 8. Wygląd kasowalnej pamięci tylko do odczytu (EPROM)
Kiedy układ EPROM jest napromieniowany, właściwości izolacyjne tlenku krzemu są tracone, skumulowany ładunek z pływającej bramki przepływa do objętości półprzewodnika, a tranzystor ogniwa pamięci przechodzi w stan zamknięty. Czas kasowania chipa RPZU wynosi od 10…30 minut.
Komputery i wszelka elektronika to złożone urządzenia, których zasady działania nie zawsze są jasne dla większości zwykłych ludzi. Co to jest ROM i dlaczego potrzebne jest urządzenie? Większość ludzi nie będzie w stanie odpowiedzieć na to pytanie. Spróbujmy naprawić to nieporozumienie.
Co to jest ROM?
Czym są i gdzie są używane? Pamięć tylko do odczytu (ROM) jest pamięcią nieulotną. Technologicznie są one realizowane jako mikroukład. W tym samym czasie dowiedzieliśmy się, jakie są skróty ROM do odszyfrowania. Urządzenia przeznaczone są do przechowywania informacji wprowadzonych przez użytkownika oraz zainstalowane programy. W pamięci tylko do odczytu można znaleźć dokumenty, melodie, obrazki - tj. wszystko, co trzeba przechowywać przez miesiące, a nawet lata. Rozmiary pamięci, w zależności od zastosowanego urządzenia, mogą wahać się od kilku kilobajtów (w najprostszych urządzeniach posiadających pojedynczy układ krzemowy, czego przykładem są mikrokontrolery) do terabajtów. Im większa pamięć ROM, tym więcej obiektów można przechowywać. Objętość jest wprost proporcjonalna do ilości danych. Jeśli skondensujesz odpowiedź na pytanie, czym jest ROM, powinieneś odpowiedzieć: to taki, który nie zależy od napięcia stałego.
Dyski twarde jako podstawowe trwałe urządzenia pamięci masowej
Odpowiedź na pytanie, czym jest ROM, została już udzielona. Teraz powinniśmy porozmawiać o tym, czym one są. Główną pamięcią tylko do odczytu jest dyski twarde. Są w każdym nowoczesny komputer. Służą do swoich szerokie możliwości gromadzenie informacji. Ale jednocześnie istnieje wiele ROM-ów, które używają multiplekserów, programów ładujących i innych podobnych mechanizmów elektronicznych). Przy szczegółowym badaniu konieczne będzie nie tylko zrozumienie znaczenia pamięci ROM. Rozszyfrowanie innych terminów jest również konieczne, aby zagłębić się w temat.
Rozszerzenie i dodanie możliwości ROM dzięki technologiom flash
Jeśli standardowy użytkownik nie wystarczy, możesz użyć dodatkowe rozszerzenie możliwości dostarczonej pamięci ROM w zakresie przechowywania danych. Odbywa się to poprzez nowoczesne technologie zaimplementowane w kartach pamięci i pendrive'ach USB. Opierają się one na zasadzie ponownego użycia. Innymi słowy, dane na nich można wymazywać i zapisywać dziesiątki i setki tysięcy razy.
Co to jest ROM
ROM zawiera dwie części, które są oznaczone jako ROM-A (do przechowywania programów) i ROM-E (do wydawania programów). Pamięć tylko do odczytu typu A to tablica diodowo-transformatorowa, która jest przesyłana za pomocą przewodów adresowych. Ta sekcja pamięci ROM pełni główną funkcję. Wypełnienie zależy od materiału, z którego wykonany jest ROM (można wykorzystać taśmy perforowane i magnetyczne, karty perforowane, dyski magnetyczne, bębny, końcówki ferrytowe, dielektryki i ich zdolność gromadzenia ładunków elektrostatycznych).
Schematyczna struktura pamięci ROM
Ten obiekt elektroniczny jest przedstawiony jako urządzenie, które według wygląd przypomina połączenie pewnej liczby komórek jednobitowych. Układ ROM, pomimo potencjalnej złożoności i pozornie znacznych możliwości, jest niewielkich rozmiarów. Podczas zapamiętywania określonego bitu lutowanie odbywa się do obudowy (gdy zapisywane jest zero) lub do źródła zasilania (gdy zapisywane jest jedno). Aby zwiększyć pojemność komórek pamięci w urządzeniach pamięci tylko do odczytu, mikroukłady można łączyć równolegle. Tak robią producenci, aby uzyskać nowoczesny produkt, ponieważ wysokowydajny układ ROM pozwala im być konkurencyjnymi na rynku.
Woluminy pamięci, gdy są używane w różnych elementach wyposażenia
Ilość pamięci różni się w zależności od typu i przeznaczenia pamięci ROM. Tak więc w prostych urządzeniach gospodarstwa domowego, takich jak pralki lub lodówki, można mieć wystarczająco dużo zainstalowanych mikrokontrolerów (z ich rezerwą kilkudziesięciu kilobajtów), aw rzadkich przypadkach instaluje się coś bardziej złożonego. Nie ma sensu używać tutaj dużej ilości ROM-u, ponieważ ilość elektroniki jest niewielka, a od sprzętu nie wymaga się skomplikowanych obliczeń. W przypadku nowoczesnych telewizorów wymagane jest już coś doskonalszego. A szczytem złożoności jest Inżynieria komputerowa jak komputery i serwery, których pamięć ROM może pomieścić co najmniej od kilku gigabajtów (dla tych wydanych 15 lat temu) do dziesiątek i setek terabajtów informacji.
Maska ROM
W przypadkach, gdy zapis jest przeprowadzany przy użyciu procesu metalizacji i stosowana jest maska, takie urządzenie pamięci tylko do odczytu nazywane jest maską. Adresy znajdujących się w nich komórek pamięci są podawane na 10 pinów, a określony mikroukład jest wybierany za pomocą specjalnego sygnału CS. Programowanie tego typu pamięci ROM odbywa się w fabrykach, w wyniku czego produkcja w małych i średnich ilościach jest nieopłacalna i raczej niewygodna. Ale w produkcji na dużą skalę są najtańsze spośród wszystkich trwałych urządzeń pamięci masowej, co sprawiło, że stały się popularne.
Schematycznie różnią się one od masy całkowitej tym, że w matrycy pamięci połączenia przewodów zastąpiono topliwymi mostkami wykonanymi z krzemu polikrystalicznego. Na etapie produkcji tworzone są wszystkie zworki, a komputer uważa, że wszędzie są zapisane jednostki logiczne. Ale podczas programowania przygotowawczego przykładane jest podwyższone napięcie, za pomocą którego pozostają jednostki logiczne. Po przyłożeniu niskich napięć zworki odparowują, a komputer odczytuje, że jest logiczne zero. Tak działają programowalne urządzenia pamięci tylko do odczytu.
Programowalna pamięć tylko do odczytu
EPROMy okazały się na tyle wygodne w procesie produkcji technologicznej, że można je stosować w produkcji średniej i małej skali. Ale takie urządzenia mają też swoje ograniczenia – np. program można napisać tylko raz (ze względu na to, że zworki odparowują raz na zawsze). Ze względu na brak możliwości ponownego użycia urządzenia pamięci masowej tylko do odczytu, należy je wyrzucić, jeśli zostało zapisane przez pomyłkę. W rezultacie wzrasta koszt całego produkowanego sprzętu. Ze względu na niedoskonałość cyklu produkcyjnego problem ten dość mocno zaprzątał umysły twórców urządzeń pamięci. Wyjściem z tej sytuacji było opracowanie pamięci ROM, którą można wielokrotnie przeprogramowywać.
ROM z wymazywaniem UV lub elektrycznym
I takie urządzenia otrzymały nazwę „urządzenie pamięci trwałej z kasowaniem ultrafioletowym lub elektrycznym”. Tworzone są na podstawie macierzy pamięci, w której komórki pamięci mają specjalną strukturę. Każde ogniwo to więc MOSFET, w którym bramka wykonana jest z krzemu polikrystalicznego. Wygląda jak poprzednia wersja, prawda? Ale osobliwością tych ROM-ów jest to, że krzem jest dodatkowo otoczony dielektrykiem o wspaniałych właściwościach izolacyjnych - dwutlenkiem krzemu. Zasada działania opiera się tutaj na zawartości ładunku indukcyjnego, który może być przechowywany przez dziesięciolecia. Istnieją funkcje do wymazywania. Tak więc w przypadku ultrafioletowego urządzenia ROM konieczne jest uzyskanie promieni ultrafioletowych pochodzących z zewnątrz ( lampa ultrafioletowa itp.). Oczywiste jest, że z punktu widzenia prostoty działanie pamięci stałych z kasowaniem elektrycznym jest optymalne, gdyż do ich aktywacji wystarczy podanie napięcia. Zasada wymazywania elektrycznego została z powodzeniem zaimplementowana w pamięciach ROM, takich jak dyski flash, które można zobaczyć na wielu.
Ale taki obwód ROM, z wyjątkiem budowy komórki, strukturalnie nie różni się od zwykłej zamaskowanej pamięci tylko do odczytu. Czasami takie urządzenia są również nazywane reprogramowalnymi. Ale przy wszystkich zaletach istnieją również pewne ograniczenia szybkości usuwania informacji: czynność ta trwa zwykle około 10-30 minut.
Chociaż urządzenia nadające się do ponownego zapisu, przeprogramowalne mają ograniczenia w użyciu. Na przykład elektronika wymazana promieniowaniem UV może przetrwać od 10 do 100 cykli nadpisywania. Wtedy niszczące działanie promieniowania staje się tak namacalne, że przestają one funkcjonować. Możesz zobaczyć zastosowanie takich elementów jak przechowywanie programy BIOS-u, w wideo i karty dźwiękowe, dla dodatkowych portów. Ale zasada wymazywania elektrycznego jest optymalna pod względem nadpisywania. Tym samym liczba nadpisań w zwykłych urządzeniach waha się od 100 000 do 500 000! Istnieją oddzielne urządzenia ROM, które mogą zrobić więcej, ale większość użytkowników nie będzie ich potrzebować.
Mikroprocesorowe urządzenie sterujące strukturą Urządzenie sterujące jest funkcjonalnie najbardziej złożone urządzenie komputer. Generuje sygnały sterujące, które przechodzą przez szyny kodu instrukcji do wszystkich bloków maszyny. Uproszczony schemat funkcjonalny UU pokazano na ryc. 4.5. Oto: Ryc. 4.5 Powiększony schemat funkcjonalny urządzenia sterującego Rejestr poleceń– rejestr pamięci przechowujący kod polecenia: kod wykonywanej operacji oraz adresy operandów biorących udział w operacji. Rejestr poleceń znajduje się w części interfejsowej MP, w bloku rejestrów poleceń. Operacja Dekoder- blok logiczny, który wybiera jedno z wielu dostępnych mu wyjść zgodnie z kodem operacji (COP) pochodzącym z rejestru rozkazów. ROM oprogramowania układowego- przechowuje w swoich komórkach sygnały sterujące (impulsy) niezbędne do wykonywania operacji przetwarzania informacji w blokach PC. Impuls, zgodnie z kodem operacji wybranym przez dekoder, odczytuje wymaganą sekwencję sygnałów sterujących z pamięci ROM oprogramowania układowego zgodnie z kodem operacji. Węzeł generowania adresu(umieszczony w części interfejsowej MPP) to urządzenie obliczające pełny adres komórki pamięci (rejestru) na podstawie danych pochodzących z rejestru rozkazów i rejestrów MPP. Linie kodu dla danych, adresów i instrukcji- część wewnętrznej magistrali interfejsu mikroprocesora. W ogólnym przypadku CU generuje sygnały sterujące w celu wykonania następujących podstawowych procedur:- wybory z licznika rejestru adresu instrukcji MPP adresu komórki RAM, w której przechowywana jest następna instrukcja programu;
- pobieranie kodu następnego polecenia z komórek RAM i odbieranie polecenia odczytu do rejestru poleceń;
- odszyfrowanie kodu operacji i znaków wybranego polecenia;
- odczytywanie z komórek pamięci ROM odpowiadających odszyfrowanemu kodowi operacji oprogramowania układowego sygnałów sterujących (impulsów), które określają procedury wykonywania danej operacji we wszystkich blokach maszyny i wysyłanie sygnałów sterujących do tych bloków;
- odczytanie z rejestru rozkazów i rejestrów MPP poszczególnych składowych adresów operandów (liczb) biorących udział w obliczeniach oraz utworzenie pełne adresy operandy;
- pobranie operandów (po wygenerowanych adresach) i wykonanie określonej operacji przetwarzania tych operandów;
- zapisywanie wyników operacji w pamięci;
- utworzenie adresu następnej instrukcji programu.
Ryż. 4.6 Schemat funkcjonalny ALU Sumator - obwód obliczeniowy, który wykonuje procedurę dodawania kodów binarnych docierających do jego wejścia; sumator ma pojemność podwójnego słowa maszynowego. Rejestry - szybkie komórki pamięci o różnej długości: rejestr 1 (Rg1) ma podwójną pojemność słów, a rejestr 2 (Rg2) ma pojemność słów. Podczas wykonywania operacji pierwsza liczba uczestnicząca w operacji jest umieszczana w Rg1, a po zakończeniu operacji wynik; w Rg2 - drugi numer zaangażowany w operację (po zakończeniu operacji informacje w niej zawarte nie ulegają zmianie). Rejestr 1 może zarówno odbierać informacje z szyn danych kodowych, jak i wydawać im informacje, rejestr 2 odbiera informacje tylko z tych szyn. Schematy sterowania odbierać sygnały sterujące z urządzenia sterującego za pośrednictwem magistrali kodu instrukcji i przetwarzać je na sygnały sterujące pracą rejestrów i sumatora ALU. ALU wykonuje operacje arytmetyczne (+, -, *, :) tylko na informacjach binarnych z przecinkiem ustawionym po ostatniej cyfrze, tj. tylko nad liczbami całkowitymi liczby binarne. Wykonywanie operacji na binarnych liczbach zmiennoprzecinkowych i kodowanych binarnie liczby dziesiętne odbywa się albo przy udziale koprocesora matematycznego, albo według specjalnie skompilowanych programów. pamięć mikroprocesora pamięć mikroprocesora- pamięci o małej pojemności, ale niezwykle dużej szybkości (czas dostępu do MPP, czyli czas potrzebny na wyszukanie, zapis lub odczyt informacji z tej pamięci, mierzony jest w nanosekundach - tysięcznych części mikrosekundy). Przeznaczony jest do krótkotrwałego przechowywania, rejestrowania i wydawania informacji, bezpośrednio w kolejnych cyklach maszyny biorącej udział w obliczeniach; MPP służy zapewnieniu dużej szybkości działania maszyny, ponieważ pamięć główna nie zawsze zapewnia szybkość zapisu, wyszukiwania i odczytu informacji niezbędnych do efektywna praca szybki mikroprocesor. Pamięć mikroprocesora składa się z szybkich rejestry o głębi bitowej nie mniejszej niż słowo maszynowe. Liczba i pojemność rejestrów w różnych mikroprocesorach jest różna: od 14 rejestrów dwubajtowych dla MP 8086 do kilkudziesięciu rejestrów o różnej długości dla MP Pentium. rejestry mikroprocesorowe podzielone na rejestry ogólny cel i specjalne. Rejestry specjalne służą do przechowywania różnych adresów (na przykład adresów poleceń), znaków wyników operacji i trybów pracy komputera (na przykład rejestr flag) itp. Rejestry ogólnego przeznaczenia są uniwersalne i mogą służyć do przechowywania dowolnych informacji, ale niektóre z nich muszą być również wykorzystywane podczas wykonywania szeregu procedur. Część interfejsowa mikroprocesora Część interfejsowa MP jest przeznaczona do komunikacji i koordynacji MP z magistralą systemową PC, a także do odbierania, wstępnej analizy poleceń wykonywanego programu i tworzenia pełnych adresów operandy i polecenia. Część interfejsowa obejmuje rejestry adresowe MPP, jednostkę generowania adresu, blok rejestru poleceń, który jest buforem poleceń w MP, wewnętrzną magistralę interfejsu MP oraz obwody sterujące dla magistrali i portów wejścia-wyjścia . porty we/wy- są to punkty interfejsu systemu PC, za pośrednictwem których MP wymienia informacje z innymi urządzeniami. W sumie portów MP może mieć 65536. Każdy port ma adres - numer portu odpowiadający adresowi komórki pamięci będącej częścią urządzenia I/O korzystającego z tego portu, a nie częścią pamięci głównej komputera . Port urządzenia zawiera wyposażenie interfejsu oraz dwa rejestry pamięci - do wymiany danych i wymiany informacji sterujących. Niektóre urządzenia zewnętrzne wykorzystują również pamięć główną do przechowywania dużych ilości informacji, które mają być wymieniane. Wiele standardowe urządzenia(dysk twardy, stacja dyskietek, klawiatura, drukarka, koprocesor itp.) mają przypisane na stałe porty I/O. Schemat kontroli autobusów i portów wykonuje następujące funkcje:
- tworzenie adresu portu i informacji kontrolnych dla niego (przełączanie portu na odbiór lub nadawanie itp.);
- odbieranie informacji kontrolnych z portu, informacji o gotowości portu i jego stanie;
- organizacja kanału end-to-end w interfejsie systemu do przesyłania danych pomiędzy portem urządzenia I/O a MP.
ROM to pamięć, w której raz zapisanej informacji nie można zmienić. Na przykład program do ładowania informacji z pamięci zewnętrznej do pamięci RAM systemu mikroprocesorowego. Wszystkie typy pamięci ROM wykorzystują tę samą zasadę projektowania obwodów. Informacja w pamięci ROM jest reprezentowana jako obecność lub brak połączenia między magistralami adresowymi i danymi.
Warunkowe oznaczenie graficzne pamięci ROM pokazano na ryc. 26.10.
Ryc.26.10. Warunkowe oznaczenie graficzne pamięci ROM
Ryż. 26.11. Schemat ROMu
na ryc. 26.11 pokazuje schemat najprostszej pamięci ROM. Aby zaimplementować ROM, wystarczy użyć dekodera, diod, zestawu rezystorów i sterowników magistrali. Rozważany ROM zawiera słowa bitowe, tj. jego całkowity rozmiar to 32 bity. Liczba kolumn określa długość słowa, a liczba wierszy określa liczbę słów 8-bitowych. Diody są instalowane w miejscach, w których powinny być zapisane bity, które mają wartość logicznego „0” (dekoder podaje 0 na wybraną linię). Obecnie zamiast diod stosuje się tranzystory MOSFET.
w tabeli. 26.1 pokazuje stan pamięci ROM, której schemat pokazano na ryc. 26.11.
Tabela 26.1
Prosty status ROM
Słowo | Reprezentacja binarna | ||||||||
A0 | A1 | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 | D7 | D8 |
Z reguły pamięci ROM mają organizację wielobitową o strukturze 2 DM. Technologie produkcji są bardzo zróżnicowane - CMOS, n-MOS, TTL (W) i matryce diodowe.
Wszystkie pamięci ROM można podzielić na następujące grupy: programowalne fabrycznie (maska), programowanie jednorazowe i reprogramowalne.
W urządzeniach pamięci zaprogramowanych w czasie produkcji(ROM lub ROM), informacje są zapisywane bezpośrednio w procesie ich wytwarzania za pomocą fotomaski zwanej maską na końcowym etapie proces technologiczny. Takie ROMy, zwane ROM-ami maskowymi, zbudowane są na diodach, tranzystorach bipolarnych lub MOS.
Obszarem zastosowania masek ROM jest przechowywanie standardowych informacji, na przykład generatorów znaków (kodów liter alfabetu łacińskiego i rosyjskiego), tablic typowych funkcji (sinusy, funkcje kwadratowe), standardowego oprogramowania.
Programowalna pamięć tylko do odczytu(PROM lub BAL STUDENCKI) - ROM z możliwością jednorazowego programowania elektrycznego. Ten typ pamięci pozwala użytkownikowi na jednorazowe zaprogramowanie układu pamięci za pomocą programatorów.
Mikroukłady PROM zbudowane są na komórkach pamięci ze zworami topliwymi. Proces programowania polega na selektywnym przepalaniu zworek topikowych impulsami prądu o odpowiedniej amplitudzie i czasie trwania. Zworki topliwe są zawarte w elektrodach diod lub tranzystorów.
na ryc. 26.12 pokazuje schemat PROM z topliwymi zworkami. Produkowany jest ze wszystkimi diodami i zworkami tj. w matrycy wszystko jest „0”, a podczas programowania wypalane są te zworki, w których komórkach powinno być logiczne „1”.
Ryż. 26.12. Fragment obwodu PROM
Przeprogramowalna pamięć tylko do odczytu(RPZU i RPZU UF) - ROM z możliwością wielokrotnego programowania elektrycznego. W IP RPZU UV ( EPROM) stare informacje są usuwane za pomocą promieni ultrafioletowych, dla których w obudowie mikroukładu znajduje się przezroczyste okienko; w RPZU ( EEPROM) – za pomocą sygnałów elektrycznych.
Komórki pamięci EPROM są zbudowane na N- Tranzystory MOS lub CMOS. Do budowy SE wykorzystuje się różne fizyczne zjawiska magazynowania ładunku na styku dwóch ośrodków dielektrycznych lub ośrodka przewodzącego i dielektrycznego.
W pierwszej wersji dielektryk pod bramką tranzystora MOS składa się z dwóch warstw: azotku krzemu i dwutlenku krzemu. Ten tranzystor nazywa się MNOS: metal - azotek krzemu - tlenek - półprzewodnik. Na granicy warstw dielektryka pojawiają się centra pułapkowania ładunku. Ze względu na efekt tunelu nośniki ładunku mogą przechodzić przez cienką warstwę tlenku i gromadzić się na granicy faz. Ładunek ten, będący nośnikiem informacji przechowywanym przez tranzystor MNOS, prowadzi do zmiany napięcia progowego tranzystora. W tym przypadku napięcie progowe wzrasta tak bardzo, że napięcie robocze na bramce tranzystora nie jest w stanie go otworzyć. Tranzystor, w którym nie ma ładunku, otwiera się łatwo. Jeden ze stanów jest zdefiniowany jako jednostka logiczna, drugi to zero.
W drugim wariancie bramka tranzystora MOS jest wykonana jako pływająca, tj. niezwiązane z innymi elementami obwodu. Taka bramka jest ładowana przez prąd wtrysku lawinowego po przyłożeniu do drenu tranzystora Wysokie napięcie. W rezultacie ładunek na pływającej bramce wpływa na prąd drenu, który jest używany podczas odczytu informacji, podobnie jak w poprzedniej wersji z tranzystorem MNOS. Tranzystory takie nazywane są LISMOS (tranzystory MOS z wtryskiem ładunku lawinowego). Ponieważ bramka tranzystora jest otoczona izolatorem, prąd upływu jest bardzo mały, a informacje mogą być przechowywane przez długi czas (dziesiątki lat).
W pamięci EPROM z kasowaniem elektrycznym druga bramka kontrolna jest umieszczona nad pływającą bramką tranzystora. Przyłożenie do niego napięcia powoduje rozproszenie ładunku na pływającej bramce z powodu efektu tunelu. RPZU mają znaczną przewagę nad UV RPZU, ponieważ nie wymagają specjalnych źródeł światła ultrafioletowego do przeprogramowania. Urządzenia pamięci wymazywalne elektrycznie praktycznie wyparły urządzenia pamięci wymazywane za pomocą promieniowania ultrafioletowego.
Fragment obwodu RPZU wykorzystujący tranzystory z podwójną bramką typu LISMOP pokazano na ryc. 26.13. Logiczne zero jest zapisywane w trybie programowania przy użyciu ładunku bramki zmiennoprzecinkowej. Usuwanie informacji, tj. pływający bit bramki, oznacza zapisanie logicznego. W takim przypadku, gdy sygnał jest przykładany wzdłuż linii próbkowania, tranzystory odpytujące otwierają się i przekazują napięcie U PIT na linii czytania.
Nowoczesne pamięci EPROM mają pojemność informacyjną do 4 Mbit przy częstotliwości zegara do 80 MHz.
26.5. Błysk-pamięć
Podstawowe zasady działania i rodzaje elementów pamięci Błysk- pamięci są podobne do PROMów z elektrycznym zapisem i kasowaniem informacji zbudowanych na tranzystorach z pływającą bramką. Z reguły, ze względu na swoje właściwości, Błysk pamięć jest podzielona na osobną klasę. Usuwa albo wszystkie zapisane informacje na raz, albo duże bloki informacji, zamiast kasować pojedyncze słowa. Eliminuje to schematy sterowania zapisem i kasowaniem poszczególnych bajtów, co pozwala znacznie uprościć obwód pamięci i osiągnąć wysoki poziom integracji i wydajności przy obniżonych kosztach.
Ryc.26.13. Fragment obwodu RPZU
Współczesne tendencje Rozwój urządzeń elektronicznych wymaga ciągłego zwiększania ilości wykorzystywanej pamięci. Obecnie mikroukłady są dostępne dla inżyniera jako rodzaj pamięci ulotnej NAPARSTEK, który charakteryzuje się maksimum niska cena na bit i duże poziomy integracji, oba nieulotne Błysk-pamięć, której koszt stale maleje i dąży do poziomu NAPARSTEK.
Potrzeba niezależności energetycznej Błysk-pamięć rośnie proporcjonalnie do stopnia zaawansowania systemów komputerowych w danej dziedzinie aplikacje mobilne. Niezawodność, niski pobór mocy, niewielkie rozmiary i niska waga to oczywiste zalety nośników opartych na Błysk-pamięć a dyski. Biorąc pod uwagę stały spadek kosztów przechowywania jednostki informacji w Błysk-pamięć, oparte na niej media dostarczają coraz więcej korzyści i funkcjonalność platformy mobilne i sprzęt przenośny wykorzystujący taką pamięć. Wśród różnych rodzajów pamięci, Błysk-pamięć oparta na komórkach NAND jest najbardziej odpowiednią podstawą do budowy nieulotnych urządzeń do przechowywania dużych ilości informacji.
Obecnie można wyróżnić dwie główne struktury budowy pamięci flash: pamięć komórkowa ANI(LUB-NIE) i NAND(I NIE). Struktura ANI(Rys. 26.14, a) składa się z elementarnych komórek przechowywania informacji połączonych równolegle. Taka organizacja komórek daje możliwość swobodnego dostępu do danych i rejestrowania informacji bajt po bajcie. W sercu struktury NAND(Ryc. 26.14, b) to zasada sekwencyjnego łączenia komórek elementarnych tworzących grupy (16 komórek w jednej grupie), które są łączone w strony, a strony w bloki. Przy takiej konstrukcji macierzy pamięci dostęp do poszczególnych komórek jest niemożliwy. Programowanie odbywa się jednocześnie tylko w obrębie jednej strony, a podczas kasowania uzyskuje się dostęp do bloków lub grup bloków.
Ryc.26.14. Oparte na strukturach ANI(a) i NAND(B)
W wyniku różnic w organizacji struktury pomiędzy pamięciami ANI I NAND znajdują odzwierciedlenie w ich charakterystyce. Podczas pracy ze stosunkowo dużymi tablicami danych procesy zapisu/kasowania w pamięci NAND działać znacznie szybciej niż pamięć ANI. Od 16 sąsiadujących komórek pamięci NAND połączonych ze sobą szeregowo bez przerw stykowych, uzyskuje się dużą powierzchnię komórek na chipie, co pozwala na uzyskanie dużej pojemności przy tych samych standardach technologicznych. Serce programowania flash NAND polega na procesie tunelowania elektronów. A ponieważ jest używany zarówno do programowania, jak i kasowania, uzyskuje się niskie zużycie energii przez układ pamięci. Sekwencyjna struktura organizacji komórek pozwala na wysoki stopień skalowalności, co sprawia, że Flash NAND liderem w wyścigu rozszerzania pamięci. Ze względu na fakt, że tunelowanie elektronów zachodzi na całej powierzchni kanału komórkowego, szybkość wychwytywania ładunku na jednostkę powierzchni y Flash NAND niższy niż inne technologie Błysk-pamięci, co skutkuje większą liczbą cykli programowania/kasowania. Programowanie i odczyt są wykonywane sektor po sektorze lub strona po bloku, w blokach po 512 bajtów, aby naśladować wspólny rozmiar sektora dysków.
Bardziej szczegółowe cechy mikroukładów Błysk-pamięć można rozpatrywać na przykładzie kryształów serii HY 27xx(08/16)1 G 1M firmy Hyniks. na ryc. 26.15 pokazuje wewnętrzną strukturę i cel wniosków tych urządzeń.
Mikroukład ma następujące wnioski:
we/wy 8-15– wejście/wyjście danych dla urządzeń x16
we/wy 0-7– wejście/wyjście danych, wejście adresu lub wejście poleceń dla urządzeń x8 i x16;
ALE– włączenie zatrzasku adresu;
CLE– włączenie zatrzasku poleceń;
– wybór kryształu;
– uprawnienia do odczytu;
– odczyt/zajęty (wyjście z otwartym drenem);
– pozwolenie na nagrywanie;
- ochrona przed zapisem
VCC- napięcie zasilania;
VSS- ogólna konkluzja.
Ryc.26.15. Schemat pinów zewnętrznych (a), przyporządkowanie pinów (b) i schemat blokowy (c) Błysk-pamięć
Linie adresowe są multipleksowane z liniami we/wy danych na 8- lub 16-bitowej szynie we/wy. Ten interfejs zmniejsza liczbę używanych pinów i umożliwia przejście na chipy o większej pojemności bez zmiany płytka drukowana. Każdy blok można zaprogramować i skasować 100 000 razy. Układy scalone mają otwarte wyjście odczytu/zajętości, które można wykorzystać do identyfikacji aktywności kontrolera. ZA (Zaprogramuj/Usuń/Odczyt). Ponieważ wyjście jest otwarte, możliwe jest połączenie kilku takich wyjść z różnych układów pamięci razem przez jeden rezystor „podciągający” do dodatniego zacisku zasilacza.
Ryc.26.16. Organizacja macierzy pamięci NAND-Struktury
Tablica pamięci NAND-struktury są zorganizowane w bloki, z których każdy zawiera 32 strony. Tablica jest podzielona na dwa obszary: główny i zapasowy (ryc. 26.16).
Główny obszar tablicy służy do przechowywania danych, podczas gdy obszar zapasowy jest zwykle używany do przechowywania kodów korekcji błędów ( EKK), flagi programowe i identyfikatory uszkodzonych bloków ( Zły blok) głównego obszaru. Na urządzeniach 8-bitowych strony w obszarze głównym są podzielone na dwie półstrony po 256 bajtów każda plus 16 bajtów obszaru zapasowego. Na urządzeniach 16-bitowych strony są podzielone na obszar główny o długości 256 słów i obszar zapasowy o długości 8 słów.
Pamięć oparta na komórkach ANI ma stosunkowo długi czas kasowania i zapisu, ale ma dostęp do odczytu każdego bitu. Ta okoliczność umożliwia wykorzystanie takich mikroukładów do nagrywania i przechowywania kod programu, co nie wymaga częstego nadpisywania. Takimi aplikacjami mogą być np. BIOS dla komputerów wbudowanych lub oprogramowania dekodera.
Nieruchomości Flash NAND określił zakres jej zastosowania: karty pamięci i inne nośniki danych. Teraz dany typ pamięć jest używana prawie wszędzie w urządzenia mobilne, aparaty fotograficzne i wideo itp. Flash NAND leży u podstaw prawie wszystkich typów kart pamięci: inteligentne media, MMC, SecureDigital, MemoryStick
Osiągnięta dotychczas pojemność informacyjna Błysk do 8 GB pamięci, typowa łączna prędkość programowania i kasowania do 33,6 ms/64 kB przy częstotliwości zegara do 70 MHz.
Dwa główne obszary efektywnego wykorzystania Błysk-pamięć to przechowywanie rzadko zmienianych danych i zastępowanie pamięci dyski magnetyczne. Dla pierwszego kierunku użyj Błysk-pamięć z dostępem do adresów, a po drugie - pamięć plików.
26,6. Rodzaj pamięci RAM RAMKA
RAMKA- operacyjna pamięć nieulotna, łącząca w sobie dużą szybkość i niski pobór mocy charakterystyczny dla pamięci RAM, z właściwością przechowywania danych przy braku przyłożonego napięcia.
W porównaniu do EEPROM I Błysk-memory, czas zapisu danych do pamięci tego typu oraz pobór mocy są znacznie mniejsze (mniej niż 70 ns w porównaniu z kilkoma milisekundami), a zasób na cykle zapisu jest znacznie większy (co najmniej 10 11 w porównaniu z 10 5 . .. 10 6 cykli dla EEPROM).
RAMKA powinna stać się w niedalekiej przyszłości najpopularniejszą pamięcią w urządzeniach cyfrowych. RAMKA będzie różnił się nie tylko szybkością na poziomie NAPARSTEK, ale także możliwość zapisywania danych po wyłączeniu zasilania. Jednym słowem, RAMKA może wyprzeć nie tylko powolne Błysk, ale także konwencjonalna pamięć RAM tego typu NAPARSTEK. Obecnie pamięć ferroelektryczna znajduje ograniczone zastosowanie, np RFID-znaczniki. Wiodące firmy m.in Ramtron, Samsung, NEC, Toshiba aktywnie się rozwijają RAMKA. Około 2015 r. rynek powinien otrzymać N- moduły gigabajtowe RAMKA.
Określone właściwości RAMKA zapewnia ferroelektryk (perowskit) używany jako dielektryk kondensatora pamięci w komórce pamięci. Jednocześnie pamięć ferroelektryczna przechowuje dane nie tylko w postaci ładunku kondensatora (jak w tradycyjnej pamięci RAM), ale także w postaci polaryzacji elektrycznej struktury kryształu ferroelektrycznego. Kryształ ferroelektryczny ma dwa stany, które mogą odpowiadać logicznym 0 i 1.
Termin RAMKA jeszcze nie rozstrzygnięty. Pierwszy RAMKA zwany pamięcią ferrodynamiczną. Jednak obecnie ferroelektryk jest używany jako komórki pamięci, a teraz RAMKA często określane jako ferroelektryczna pamięć RAM.
Pierwszy RAMKA miał 2 T/2Z-architektura (ryc. 26.17, a), na podstawie której wykonywana jest również większość nowoczesnych ferroelektrycznych mikroukładów pamięci. Komórka tego typu, w której każdy bit odpowiada pojedynczemu bitowi odniesienia, pozwala określić różnicę w ładunkach z wysoka precyzja. A dzięki odczytowi sygnału różnicowego wyklucza się wpływ rozrzutu parametrów kondensatorów ogniw. Później pojawił się RAMKA z architekturą 1 T/1Z(Ryc. 26.17, b). Zaletą mikroukładów o takiej architekturze jest mniejsza powierzchnia komórki niż w układach konwencjonalnych, a co za tym idzie niższy koszt mikroukładu w przeliczeniu na jednostkę pojemności informacyjnej.
Rysunek 26.18 przedstawia schemat blokowy ferroelektrycznej pamięci RAM ( RAMKA) o przepustowości 1 Mbit i interfejsem dostępu równoległego FM 20Ł 08 firm Ramtron. Tabela 26.1. pokazano piny mikroukładu.
FM 20Ł 08 to pamięć nieulotna 128K×8, która odczytuje i zapisuje jak standardowa statyczna pamięć RAM. Bezpieczeństwo danych jest zapewnione przez 10 lat, przy czym nie trzeba myśleć o niezawodności przechowywania danych (nieograniczona trwałość), uproszczona konstrukcja systemu i szereg wad alternatywnego rozwiązania pamięci nieulotnej opartej na statycznej pamięci RAM podtrzymywanej bateryjnie są eliminowane. Szybkość zapisu i nieograniczona liczba cykli przepisywania RAMKA liderem w stosunku do innych rodzajów pamięci nieulotnej.
Ryc.26.17. Komórka pamięci typu 2 T/2Z(a) i 1 T/1Z(B)
Ryc.26.18. Schemat strukturalny FRAM FM 20Ł 08