Министерство образования Российской Федерации

Владимирский государственный университет

Кафедра УИТЭС

Лабораторная работа N9

Изучение принципов построения оперативных запоминающих устройств

Выполнил : ст. гр. УИ-198

Есин Г. Н

Проверил : Андреев И.А.

Владимир 2000

.

Цель работы: Изучение основных принципов построения оперативных запоминающих устройств статического и динамического типов.

Введение:
Одним из ведущих направлений развития современной микроэлектро- ники элементной базы являются большие интегральные микросхемы памяти, которые служат основой для построения запоминающих устро- йств в аппаратуре различного назначения. Наиболее широкое приме- нение эти микросхемы нашли в ЭВМ, в которых память представляет собой функциональную часть, предназначенную для записи, хранения, выдачи команд и обрабатываемых данных. Комплекс механических сре- дств, реализующих функцию памяти, называют запоминающим устрой- ством. В лабораторной работе представлены програмно реализованные модели двух типов оперативных запоминающих устройств - статическо- го и динамического.

Описание ЗУ:

Статическое запоминающее устройство.

Программная модель статического оперативного запоминающего устро- йства представляет традиционную структуру ЗУ с призвольной выбор- кой, состоящую из дешифраторов строк и столбцов и матрицы накопи- тельных элементов. При выполнении работы имитируются режимы запи- си и чтения данных для любой ячейки памяти. Помимо общей структу- ры представлена схема отдельной ячейки памяти, представляющей со- бой триггер на КМДП-транзисторах, имеющих каналы разного типа проводимости: VT1, VT2 -каналы n-типа, VT3, VT4 -каналы p-типа. У триггера два парафазных совмещенных входа-выхода. Ключевыми тран- зисторами VT5, VT6 триггер соединен с разрядными шинами РШ1, РШ0, по которым подводятся к триггеру при записи и отводятся от него при считывании информации в парафазной форме представления: РШ1=D,
РШ0=D(инверт.). Ключевые транзисторы затворами соединены с адрес- ной шиной(строкой). При возбуждении строки сигналом выборки X=1, снимаемым с выхода джешифратора адреса строк, ключевые транзисто- ры открываются и подключают входы-выходы триггера к разрядным ши- нам. При отсутствии сигнала выборки строки, т.е. при X=0, ключе- вые транзисторы закрыты и триггер изолирован от зарядных шин. Та- ким образом реализуют в матрице режим обращения к ЭП для записи или считывания информации и режим хранения мнформеции.
Для сохранения информации в триггере необходим источник питания, т.е. триггер рассматриваемого типа является энергозависимым. При наличии питания триггер способен сохранять свое состояние сколь угодно долго. В одно из двух состояний, в которых может находить- ся триггер, его приводят сигналы, поступающие по разрядным шинам в режиме записи: при D=1(РШ1=1,РШ0=0) VT1, VT4,-открыты, VT2, VT3
-закрыты, при D=0(РШ1=0,РШ0=1)транзисторы свои состояния изменяют на обратные. В режиме считывания РШ находятся в высокоомном сос- тоянии и принимают потенциалы плеч триггера, передавая их затем через устройство ввода-вывода на выход микросхемы DO, DO(инверт).
При этом хранящаяся в триггере информация не разрушается.
Особенность КМДП-триггеров заключается в том, что в режиме хра- нения они потребляют незначительную мощность от источника питания, поскольку в любом состоянии триггера в той или другой его полови- не один транзистор, верхний или нижний, закрыт. В режиме обраще- ния, когда переключаются элементы матрицы, дешифраторы и другие функциональные узлы микросхемы, уровень ее энергопотребления воз- растает на два-три порядка.
Вместе со структурой ОЗУ, схемы запоминающей ячейки на экране представлены четыре типовые временные диаграммы работы статиче- ского запоминающего устройства, которые описывают циклы записи
(слева) и считывания информации. В режиме записи на вход памяти вначале подаются сигналы адреса, сигнал записи W/R=1 и информаци- онный сигнал D. Затем устанавливают сигнал CS(инверт.)с задержкой во времени tус.вм.а относительно сигналов адреса.
Длительность сигнала CS(инверт) определяют параметром tвм. Кро- ме того, указывают длительность паузы tвм(инверт.) в последовате- льности сигналов CS(инверт.), которую следует выдержать для вос- становления потенциалов емкостных элементов схемы.
Сигналы адреса необходимо сохранить на время tсх.а.вм после сня- тия сигнала CS(инверт.). В течении всего цикла записи tц.зп выход микросхемы находится в высокоомном (третьем) состоянии.
В цикле считывания порядок подачи сигналов тот же, что при за- писи, но при условии W/R=0. Время появления сигнала на информаци- онном выходе DO определяют параметрами tв.вм(время выбора) и tв.а
(время выборки адреса), причем tв.а=tв.вм+tус.вм.а .

Запоминающая ячейка динамического ОЗУ.

В лабораторной работе изучается типичная ячейка динамического
ОЗУ на трех транзисторах. В дополнение к этим трем транзисторам, необходимым для компоновки основной ячейки, вводится четвертый, используемый при предварительной зарядке выходной емкости Cr.Бит информации хранится в виде заряда емкости затвор-подложка (Cg).
Для опроса ячейки подается импульс на линию предварительной за- рядки и открывается транзистор T4. При этом выходная емкость Cr заряжается до уровня Ec и возбуждается линия выборки при считы- вании. В результате открывается транзистор T3, напряжение с ко- торого подается T2. Если в ячейке хранится 0 (Cg разряжена), то
T2 закрыт и на Cr сохранится заряд. Если же в ячейке содержится
1 (Cg заряжена), то транзистор T2 открыт и Cr разрядится. На вы- ход поступает инвертируемое содержимое адресуемой ячейки.
Операция ЗАПИСЬ выполняется путем подачи соответствующего уро- вня напряжения на линию записи данных с последующей подачей им- пульса на линию выборки при записи. При этом транзистор T1 вклю- чен и Cg заряжается до потенциала линии записи данных.
Существуют различные схемные варианты реализации динамического
ОЗУ. Во всех этих вариантах используется МОП-технология, поско- льку для предотвращения быстрой зарядки емкости Cg необходимо высокое полное входное сопротивление. Однако и для случая МОП- приборов необходима периодическая регенерация ячейки (подзарядка
Cg). Период регенерации зависит от температуры и для современных приборов находится, как правило, в интервале 1-3 мс при темпера- туре от 0 до 55С. Регенерация ячейки динамического ОЗУ выполняе- тся путем считывания хранимого бита информации, передачи его на линию записи данных и последующей записи этого бита в ту же яче- йку при помощи импульса, подаваемого на линию выборки при записи.

Вывод: Данная лабораторная работа проведена в соответствии с методическим указанием, представленным в виде текстового файла в приложении к обучающей программе. На данной лабораторной работе я изучил основные запоминающие устройства и разобрался с принципом их действия.