Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Опубликован: 16.10.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 7436 / 2111 | Оценка: 4.50 / 4.16 | Длительность: 23:55:00
ISBN: 978-5-9556-0054-3
Специальности: Разработчик аппаратуры
Лекция 12:

Оперативная память

Аннотация: В лекции рассказывается о микросхемах оперативной памяти, алгоритмах их работы, параметрах, типовых схемах включения, а также о способах реализации на их основе некоторых часто встречающихся функций.
Ключевые слова: RAM, ROM, управляющий сигнал, ячейка, регистр, информация, динамическая, память, refresh, постоянная память, оперативная память, управляющие, входной, выход, таблица, мощность, байт, мегабайт, метод управления, таблица истинности, временные диаграммы, адрес, запись, шина данных, объединение, ПЗУ, дешифратор, перестановка, цифровая информация, последовательным доступом, режим доступа, FIFO, LIFO, сдвиговый регистр, стек, функциональная схема, мультиплексор, задний фронт сигнала, положительный фронт сигнала, передний фронт сигнала, контроль переполнения, буфер данных, нетактируемая память, буферная память, инверсный выход, выходная информация, регистр сдвига, режимы передачи, сеть данных, инверсный счет, тактовый генератор, инвертор, тактовый сигнал, микропрограммный автомат, шина адреса, быстродействие памяти, увеличение быстродействия памяти, фронт сигнала, параллельный регистр, входная информация, JK-триггер, энергонезависимая оперативная память, Z-резистор, диод, микропроцессорная система

Основное отличие оперативной памяти (RAM) от постоянной ( ROM ) состоит в возможности оперативного изменения содержимого всех ячеек памяти с помощью дополнительного управляющего сигнала записи WR. Каждая ячейка оперативной (статической) памяти представляет собой, по сути, регистр из триггерных ячеек, в который может быть записана информация и из которого можно информацию читать. Выбор того или иного регистра (той или иной ячейки памяти) производится с помощью кода адреса памяти. Поэтому при выключении питания вся информация из оперативной памяти пропадает (стирается), а при включении питания информация в оперативной памяти может быть произвольной.

Отметим, что существует также еще одна разновидность оперативной памяти, так называемая динамическая (в отличие от статической), в которой информация хранится не в регистрах (не в триггерных ячейках), а в виде заряда на конденсаторах. Эта память отличается более низкой стоимостью, меньшим быстродействием и необходимостью регулярной регенерации ("Refresh" - "освежение") информации в ней (так как конденсаторы со временем разряжаются). Область применения динамической памяти гораздо уже, чем статической, в основном она используется в качестве системной оперативной памяти компьютеров, где соображения стоимости выходят на первый план. Поэтому здесь мы о ней говорить не будем, хотя многие особенности использования статической памяти относятся и к динамической памяти.

Во всех рассмотренных в предыдущем разделе схемах постоянная память в принципе может быть заменена оперативной, только карту прошивки в данном случае придется записывать в память каждый раз заново после включения питания. Аналогично, многое из сказанного в данном разделе про оперативную память справедливо и для постоянной памяти, но только информацию в постоянной памяти менять невозможно. Однако существуют также и специфические области применения оперативной памяти, которым и будет уделено здесь особое внимание.

Примеры микросхем статических ОЗУ

Рис. 12.1. Примеры микросхем статических ОЗУ

Как уже отмечалось, оперативная память бывает двух основных видов: с раздельными шинами входных и выходных данных (в основном это одноразрядная память) и с двунаправленной (совмещенной) шиной входных и выходных данных (многоразрядная память). Некоторые простейшие примеры микросхем памяти обоих этих видов приведены на рис. 12.1. Выходы данных микросхем памяти имеют тип ОК (довольно редко) или 3С. Управляющие сигналы - это сигнал выбора микросхемы CS (иногда их несколько), сигнал записи WR (обычно отрицательный) и иногда сигнал разрешения выхода OE.

Микросхема оперативной памяти К155РУ7 (аналог - F9342APC) имеет организацию 1Кх1 и раздельные входной и выходной сигналы данных. Выход микросхемы - типа 3С. Управление работой микросхемы производится двумя управляющими сигналами CS и WR. Режимы работы микросхемы приведены в табл. 12.1.

Таблица 12.1. Режимы работы оперативной памяти К155РУ7
Входы и выходы Режим работы
-CS -WR A0 \dots A9 DI DO
1 Х Х Х Хранение
0 0 Адрес 0 Запись 0
0 0 Адрес 1 Запись 1
0 1 Адрес Х Данные Чтение

Микросхема КМ132РУ10 отличается от К155РУ7 в основном большим объемом (организация 64К х 1) и несколько меньшим быстродействием. Назначение управляющих сигналов и таблица режимов работы у этих микросхем совпадают.

Таблица 12.2. Режимы работы оперативной памяти КР541РУ2
Входы и выходы Режим работы
-CS -WR A0 \dots A9 DIO0 \dots DIO3
1 Х Х Хранение
0 0 Адрес Запись 0
0 0 Адрес Запись 1
0 1 Адрес Данные Чтение

Микросхема КР541РУ2 (аналог - IM7147L-3) относится к другой разновидности микросхем памяти. У нее четыре двунаправленных вывода данных типа 3С. Управляющие сигналы те же самые: –CS и –WR. Таблица режимов работы (табл. 12.2) также похожа на таблицу для одноразрядных микросхем. Главное отличие состоит в том, что в режиме записи на входах/выходах данных присутствует записываемая информация.

Микросхема HM62256 фирмы Hitachi отличается от КР541РУ2 прежде всего организацией (32К х 8) и управляющими сигналами (добавлен сигнал разрешения выхода –OE). Когда этот сигнал пассивен (равен единице), входы/выходы данных микросхемы находятся в состоянии 3С независимо от режима работы. Введение дополнительного сигнала позволяет более гибко управлять работой микросхемы. К тому же обычно в подобных микросхемах при пассивном сигнале –CS (равном единице) значительно уменьшается потребляемая мощность.

В настоящее время имеется огромный выбор микросхем памяти с разным объемом (от нескольких байт до нескольких мегабайт), с разным количеством разрядов (обычно 1, 4, 8, 16 разрядов), с разными методами управления, с разным потреблением и быстродействием. В каждом конкретном случае надо подбирать оптимальную память, в наибольшей степени удовлетворяющую требованиям решаемой задачи.

Таблицы режимов работы (таблицы истинности) микросхем памяти не дают достаточно информации для их практического использования. Для микросхем памяти очень важны временные параметры (задержки сигналов относительно друг друга) и порядок выставления и снятия сигналов адреса, данных и управления. Всю эту информацию дают временные диаграммы циклов записи в память и чтения (считывания) из памяти, приводимые в справочниках. Самые главные временные параметры оперативной памяти следующие:

  • время выборки адреса (задержка между изменением адреса и выдачей данных);
  • время выборки микросхемы (задержка выдачи данных по выставлению сигнала -CS);
  • минимальная длительность сигнала записи -WR;
  • минимальная длительность сигнала -CS.

Всего же количество временных параметров может достигать двух-трех десятков, но мы не будем подробно останавливаться на этом, так как вся подобная информация имеется в многочисленных справочниках. Характерные величины всех временных параметров памяти составляет от единиц и даже долей наносекунд до десятков наносекунд.

Типичные временные диаграммы циклов записи и чтения приведены на рис. 12.2. Конкретные временные диаграммы для каждого типа памяти необходимо смотреть в справочниках.

Типичные временные диаграммы записи в память (а) и чтения из памяти (б)

Рис. 12.2. Типичные временные диаграммы записи в память (а) и чтения из памяти (б)
Шахризод Хомидов
Шахризод Хомидов
Владимир Макаренко
Владимир Макаренко

Невозможно корректно ответить на неверно сформулированный вопрос. Причем эта формулировка встречается во многих тестах.

Судя по вопросам тесты относятся к логическим элементам ТТЛ или КМОП. Напряжение питания этих элементов положительное. Когда задается вопрос в котором присутствуют отрицательные входные сигналы, это наводит на мысль об отсутствии культуры терминологии. Уровни сигналов в цифровых устройствах различают как "высокий" или "низкий", но никак не отрицательный.

Отсюда верные ответы воспринимаются как неверные.

И еще масса замечаний по существу вопросов, которые часто относятся не к основам цифровой схемотехники, а к знанию устаревшей элементной базы отечественных производителей.

Жахонгир Рахманкулов
Жахонгир Рахманкулов
Казахстан, Алматы, Алматинский Университет Энергетики и Связи