Общие сведения

Память, как и следует из ее названия, предназначена для запоминания, хранения каких-то массивов информаци.

Каждый код хранится в отдельном элементе памяти, называемом ячейкой памяти.

Основная функция любой памяти состоит в выдаче этих кодов на выходы микросхемы по внешнему запросу.

Основной параметр памяти - ее объем, то есть количество кодов, которые могут в ней храниться, и разрядность этих кодов.

Для обозначения количества ячеек памяти используются следующие специальные единицы измерения:

1К - это 1024, то есть 210 (читается «кило-» или «ка-»), примерно равно одной тысяче;

1М - это 1048576, то есть 220 (читается «мега-»), примерно равно одному миллиону;

1Г - это 1073741824, то есть 230 (читается «гига-»), примерно равно одному миллиарду.

Принцип организации памяти записывается следующим образом, например, организация памяти 64Кх8 означает, что память имеет 64К (то есть 65536) ячеек и каждая ячейка - восьмиразрядная.

Общий объем памяти измеряется в байтах (килобайтах - Кбайт, мегабайтах - Мбайт, гигабайтах - Гбайт) или в битах (килобитах - Кбит, мегабитах - Мбит, гигабитах - Гбит).

Память определяют как функциональную часть ЭВМ (Рис. 12.1),, предназначенную для записи, хранения и выдачи команд и обрабатываемых данных.

Комплекс технических средств, реализующих функцию памяти, называют запоминающим устройством (ЗУ).

Основная память, как правило, состоит из ЗУ двух видов - оперативного (ОЗУ) и постоянного (ПЗУ).

Кроме этого имеется сверхоперативная память (СОЗУ) которая имеет быстродействие соизмеримое с быстродействием процессора и служит для хоанения ряда чисел, необходимой для выполнения некоторой текущей последовательности команд программы. Роль СОЗУ выполняют регистры.

Рис. 12.1. Структура ЭВМ

Буферная память предназначена для промежуточного хранения информации при обмене между устройствами, работающими с разными скопростями.

Наряду с внутренней памятью имеется внешняя память. Внешнее ЗУ (ВЗУ) предназначена для хранения больших объемов информации, характеризуется более низким быстродействием.

Основной составной частью структуры любой микросхемы памяти является матрица накопителя, представляющая собой однородный массив элементов памяти. Элемент памяти (ЭП) может хранить один бит (0 или 1) инфор­мации.

Каждый ЭП имеет свой адрес. Для обращения к ЭП необходимо его «выбрать» с помощью кода адреса, сигналы которого подводят к соответствующим выводам микросхемы.

Схемотехнический принцип построения элемента памяти в значительной степени определяет способ хранения информации в накопителе. По этому признаку микросхемы памяти можно разделить на статические и динамические.

В микросхемах статических ЗУ информация в режиме хранения неподвижна, т. е. находится в статическом состоянии. В этот класс микросхем памяти входят микросхемы ОЗУ, у которых элементом памяти является статический триггер, и микросхемы ПЗУ.

Рис. 12.2. Микросхема памяти как функциональный узел: а - ОЗУ; б - ПЗУ

В микросхемах динамических ЗУ записанная в накопитель информация в режиме хранения периодически перезаписывается с целью ее восстановления (регенерации). К этому классу микросхем памяти относят микросхемы динамических ОЗУ. Элементом памяти в таких микросхемах является МДП-конденсатор, сформированный внутри полупроводникового кристалла. Информация, имеющая форму уровня напряжения (заряда) на конденсаторе, из-за на­личия токов утечки в объеме и на поверхности полупроводникового кристалла не может сохраняться длительное время к поэтому нуждается в периодическом, восстановлении.

Микросхемы динамических ОЗУ имеют большую информационную емкость, чем микросхемы статических ОЗУ, что обусловлено меньшим числом компонентов в одном элементе памяти и, следовательно, более плотным их размещением в полупроводниковом кристалле. Однако динамические ОЗУ сложнее в применении, поскольку нуждаются в организации принудительной регенерации, а значит, в дополнительном оборудовании и в усложнении устройств управления.

Для хранения небольших объемов информации широко применяют регистровые ЗУ. В обширной номенклатуре микросхем регистров некоторая их часть содержит многорегистровые структуры, которые можно использовать для одновременного хранения нескольких слов. Возможности таких микросхем зависят от их структурного построения и способа адресации регистров. Некоторые допускают адресное обращение к каждому из регистров (регистровые файлы).

Другие работают по принципу «магазинного» ЗУ, заполняясь информацией па мере ее поступления и освобождаясь от нее в порядке ее поступления по правилу «первым вошел - первым вышел» (FIFO - First Input-First Output) или в обратном порядке «последним вошел - первым вышел» (LIFO - Last Input-First Output).

Магазинные ЗУ нередко называют стеком (Stack - штабель).

В микросхемах ПЗУ функции элементов памяти выполняют перемычки между линиями строк и столбцов в накопителе. Эти перемычки представляют собой либо тонкопленочные проводники, либо диоды и транзисторы. Наличие перемычки кодируется 1, ее отсутствие - 0. Возможна и обратная кодировка.

Занесение информации в микросхемы ПЗУ, т. е. их программирование, осуществляют в основном двумя способами. Один из них заключается в формировании перемычек в накопителе на заключительной стадии изготовления микросхемы с использованием трафарета (маски). Такие микросхемы получили название масочных ПЗУ (МПЗУ). Другой способ состоит в пережигании легкоплавких токопроводящих перемычек в тех точках накопителя, где должен быть записан 0 или 1 в зависимости от принятого кодирования состояний перемычек. Программирование микросхем ПЗУ осуществляет пользователь с помощью специального устройства - программатора.

Микросхемы масочных ПЗУ и микросхемы программируемых пользователем ПЗУ (ППЗУ) допускают однократную запись информации, поскольку при программировании происходит необратимое разрушение соединений в накопителе.

Существует разновидность ПЗУ, допускающая неоднократное программирование, т. е. перепрограммирование или, иначе, репрограммирование. Этим свойством репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ) обладают благодаря использованию в них элементов памяти на основе МДП-транзисторов специальной конструкции, способных переходить из непроводящего состояния в проводящее и обратно под воздействием внешнего программирующего напряжения.

По способу стирания информации в накопителе микросхемы РПЗУ разделяют на два вида, которые называют программируемыми ПЗУ со стиранием электрическим сигналом (ЭСППЗУ) и ультрафиолетовым излучением (СППЗУ).

Наряду с полупроводниковыми микросхемами ОЗУ и ПЗУ промышленность выпускает микросхемы памяти на тонких магнитных пленках, элемента­ми памяти в которых являются цилиндрические магнитные домены (ЦМД). Микронные размеры ЦМД позволяют разместить в тонкой пленке магнитного материала на диэлектрической подложке размерами 100X100 мм2 накопитель с информационной емкостью в десятки миллионов бит. Микросхемы памяти на ЦМД предназначены для реализации внешних запоминающих устройств, отли­чающихся от устройств на магнитных лентах и дисках более высокой надежностью функционирования и быстродействием благодаря полностью электронной системе записи и считывания информации.

Разновидности микросхем памяти приведены на Рис.12.3. Здесь же показаны международные буквенные обозначения микросхем памяти различных видов.

Информацию о принадлежности микросхемы к определенной серии содержит ее условное буквенное обозначение. В соответствии с принятой системой обозначение микросхемы представляет собой цифробуквенный код, состоящий из следующих частей:

а) трех-, четырехзначное число, обозначающее номер серии, в котором первая цифра указывает на конструктивно-технологическое исполнение микросхемы: 1,5,6,7 - полупроводниковые, 2, 4, 8 - гибридные, 3 - пленочные, керамические и прочие. Последующие две-три цифры являются порядковым номером разработки. При четырехзначном номере серии вторая цифра указывает на область применения или на функциональное предназначение микросхем се­рии: 0 - бытовая радиоэлектронная аппаратура, 1 - аналоговая техника, 4 -операционные усилители, 5 - цифровая техника, 6 - запоминающие устройства, 8 - микропроцессорная техника;

б) двухбуквенный индекс, в котором первая буква обозначает подгруппу, а вторая - вид микросхемы по функциональному назначению: РУ - оперативные ЗУ с управлением, РМ -матрицы оперативных ЗУ, РЕ - масочные ЗУ, РТ - программируемые ПЗУ, РР - репрограммируемые ПЗУ со стиранием информации электрическим сигналом (ЭСППЗУ), РФ - репрограммируемые ПЗУ со стиранием информации ультрафиолетовым излучением (СППЗУ), РЦ -запоминающие устройства на ЦМД, ИР - регистры;

Рис.12.3. Классификация микросхем памяти

в) одно-, двух- или трехзначный номер разработки микросхемы среди ей подобных в данной серии;

г) буква, указывающая типономинал микросхемы;

д) при необходимости в начале буквенного обозначения располагают двухбуквенный префикс, первая буква которого К обозначает микросхемы широ­кого (общетехнического) применения, а вторая - материал и тип корпуса: А - пластмассовый типа 4; Б - бескорпусное исполнение; Е - метало-полимерный типа 2; И - стеклокерамический типа 4; М - керамический, метало-керамический типа 2; Н - керамический типа 5; Р - пластмассовый типа 2; С - стеклокерамический типа 2; Ф - пластмассовый подтипа 43. Вторая буква
в префиксе может отсутствовать. Микросхемы, предназначенные для экспорта, имеют перед начальной буквой К в условном обозначении букву Э.

По физико-технологическому признаку микросхемы памяти можно разделить на два класса: биполярные и униполярные. Первые изготавливают по технологии биполярных транзисторов, вторые - по технологии полевых транзисторов, в основном МДП-транзисторов.

Существует смешанная БиКМДП-технология, позволяющая объединить положительные свойства биполярной и КМДП-технологий: высокое быстродействие биполярных элементов и малую потребляемую мощность элементов КМДП-структуры