Разработка модуля оперативного запоминающего устройства на основе ИС К537РУ1

Иерархия запоминающих устройств ЭВМ. Микросхемы и системы памяти. Оперативные запоминающие устройства. Принцип работы запоминающего устройства. Предельно допустимые режимы эксплуатации. Увеличение объема памяти, разрядности и числа хранимых слов.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Оглавление

Задание на курсовой проект

Ведение

Иерархия запоминающих устройств ЭВМ

Оперативные запоминающие устройства(ОЗУ)

Схемотехника статических ЗУ

Схемотехника динамических ЗУ

Основные параметры ЗУ

Принцип работы запоминающего устройства

Краткое описание микросхемы ИС К537РУ1

Внешний вид, назначение выводов

Таблица истинности

Электрические параметры

Предельно допустимые режимы эксплуатации

Увеличение объёма памяти ЗУ

Построение блока ЗУ требуемой разрядности

Увеличение числа хранимых слов ЗУ

Увеличение разрядности и числа хранимых слов ЗУ

Задание на курсовой проект

Разработать модуль ОЗУ объемом 4К сл. на 8 разр. на основе ИС К537РУ1. Регистры MAR, MDR и другие узлы модуля реализовать на микросхемах серии К1533 .

Ведение

Иерархия запоминающих устройств ЭВМ

Запоминающие устройства (ЗУ) служат для хранения информации и обмена ею с другими устройствами. Микросхемы и системы памяти постоянно совершенствуются как в области схемотехнологии, так и в области развития новых архитектур.

Важнейшие параметры ЗУ находятся в противоречии. Так, например, большая информационная ёмкость не сочетается с высоким быстродействием, а быстродействие в свою очередь не сочетается с низкой стоимостью. Поэтому в ЗУ используется многоступенчатая иерархическая структура.

В наиболее развитой иерархии памяти ЭВМ можно выделить следующие уровни.

Регистровые ЗУ -- находятся внутри процессора. Благодаря им уменьшается число обращений к другим уровням памяти, находящимся вне процессора и требующим большего времени для операции обмена.

Кэш-память -- быстродействующая память, которая может находиться внутри или вне процессора. Она предназначена для хранения копий информации, находящейся в более медленной основной памяти.

Оперативная память (RAM -- Read Access Memory) или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) -- часть основной памяти ЭВМ, предназначенной для хранения быстро изменяемой информации. В ОЗУ хранятся программы пользователей промежуточные результаты вычислений.

Постоянная память (ROM -- Read Only Memory -- память только для чтения) или постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) -- это вторая часть основной памяти ЭВМ, предназначенной для хранения редко меняемой информации, например, кодов команд, тестовых программ.

Специализированные виды памяти, например, видеопамять, предназначенная для хранения информации, отображаемой на экране дисплея и др.

Внешняя память -- магнитные и оптические диски, FLASH-память, предназначенные для хранения больших объёмов информации.

Оперативные запоминающие устройства(ОЗУ)

ОЗУ предназначены для кратковременного хранения часто обновляемой информации. Свойство -- возможность быстрого обращения, единицы наносекунд. Обращение -- чтение или запись, чтение и запись -- цикл обращения. При выключении питания информация теряется. Оперативные ЗУ делятся на два типа:

· Статические. Используются как системные, в составе устройств компьютера. Сверхоперативные или буферные ЗУ, в них записываются промежуточные результаты вычислений, информация часто обновляется. К этой группе относится кеш-память, но она предполагает опережающее чтение. Малый объем.

· Динамические. Используются в качестве системной оперативной памяти, можно сказать что это второй уровень оперативных ЗУ. Основные требования -- большая емкость, работа через системную шину. Цикл обращения определяется протоколом шины. Цель использования динамических ЗУ -- увеличение удельной емкости. Большая емкость динамических ЗУ достигается за счет использования всего одного транзистора на один бит информации, в то время как в статических используется шесть транзисторов. Удельная емкость динамических ОЗУ на порядок больше, чем статических. Существенный недостаток динамических ЗУ -- необходимость периодической регенерации информации. Сама информация динамических ЗУ накапливается в виде зарядов на затворе МДП транзистора. Из-за токов утечки этот заряд быстро стекает (до единицы секунд), поэтому информацию нужно периодически обновлять. Обновление происходит за 2 такта, первый такт -- считывание из банка данных в промежуточную память, второй -- считывание в ЗУ. Refresh -- если сигнал выставлен на шине, то обмен по шине прекращается. Регенерация выполняется поблочно. Быстродействие уменьшилось, по сравнению со статическими ЗУ.

В статических ОЗУ (Static RAM -- SRAM) запоминающими элементами являются триггеры, сохраняющие своё состояние, пока схема находится под питанием и нет новой записи данных.

В динамических ОЗУ (Dynamic RAM -- DRAM) данные хранятся в виде зарядов конденсаторов, образуемых элементами МОП-структур. Саморазряд конденсаторов ведёт к разрушению данных, поэтому они должны периодически (каждые несколько миллисекунд) регенерироваться. В то же время плотность упаковки динамических элементов памяти в несколько раз превышает плотность упаковки достижимую в статических RAM.

Регенерация данных в статических ЗУ осуществляется с помощью специальных контроллеров. Разработаны также ЗУ с динамическими запоминающими элементами, имеющие внутреннюю встроенную систему регенерации, у которых внешнее поведение относительно управляющих сигналов становится аналогичным поведению статических ЗУ. Такие ЗУ называются квазистатическими.

В целом динамические ЗУ характеризуются наибольшей информационной ёмкостью и невысокой стоимостью, поэтому именно они используются как основная память ЭВМ.

Статические ОЗУ делятся на асинхронные и тактируемые.

В асинхронных ЗУ сигналы управления могут задаваться как импульсами, так и уровнями. Например, сигнал разрешения работы может оставаться неизменным и разрешающим на протяжении многих циклов обращения к памяти.

В тактируемых ЗУ некоторые сигналы обязательно должны быть импульсными. Например, сигнал разрешения работы в каждом цикле обращения должен переходить из пассивного состояния в активное, то есть должен формироваться фронт этого сигнала в каждом цикле. Асинхронные ЗУ могут использоваться в качестве тактируемых.

Статические ЗУ в 4…5 раз дороже динамических и приблизительно во столько же раз меньше по информационной ёмкости. Их достоинством является высокое быстродействие. Область применения относительно дорогостоящих статических ОЗУ в системах обработки информации определяется именно их высоким быстродействием. Типичной областью применения статических ОЗУ в ЭВМ являются схемы КЭШ-памяти.

Запоминающими элементами статических ОЗУ служат триггеры с цепями установки и сброса. Триггеры можно реализовать по любой схемотехнологии (ТТЛШ, ИІЛ, n-МОП, КМОП и др.), в соответствии с которой разработаны разнообразные схемы ЗУ с различными параметрами.

Схемотехника статических ЗУ

В настоящее время, используются статические ЗУ на КМПД транзисторах.

Ключ коммутирует шину на ноль или единицу.

Состав: Запоминающий элемент состоит из перекрестно соединенных инверторов, которые образуют триггер(транзисторы VT2,3,4,5). VT1, VT6 ключи для записи\считывания информации. S1 и S2 контроллеры для записи в ЗУ.

Запись: На РШ1 и РШ0 подаются противофазные сигналы, с помощью ключей К1 и К2. С некоторой задержкой на АШ подается импульс. При этом открывается один из транзисторов VT1\VT6, затвор которого имеет больший потенциал, в сравнение с истоком. Потенциал с РШ или подтверждает состояние триггера или переключает его. Недостаток такого элемента -- наличие двух разрядных шин, что усложняет трассировку кристалла и требует много дополнительных ключей.

Считывание: Перед считыванием разрядные шины заряжаются до высокого потенциала за счет размыкания S1 и S2, на АШ подается высокий потенциал. Открывается один из транзисторов VT1\VT6, и подключает плечо триггера, имеющее низкий потенциал на выходе, к соответствующей разрядной шине. К этому моменту S1, S2 разомкнуты. В подключенной к триггеру РШ возникает импульс тока из-за наличия емкости Сш. Он формируется усилителем считывания и подается на выход. При считывании информация в триггере не теряется.

Режим хранения; Информация на РШ 1\0 изменяется непрерывно.Однако ячейка закрыта, поскольку обращения к ней ншщ АШ не происходит. Поскольку информация хранится в с течение времени, он подпитывается.

Схемотехника динамических ЗУ

Элемент памяти

С - полезная емкость, в ее заряде хранится информация. Для увеличения емкости С на стоке выполняется металлическая аппликация. Затвор или адресная шина уходит за плоскость чертежа. Разрядная шина в плоскости чертежа. Диэлектрик наносится на поверхность за 2 цикла.

Информация сохраняется в емкости стока относительно подложки. На исток подается 1 или 0, на АШ подается положительный импульс (всегда положительный), емкость заряжается, или разряжается. При хранении информации, инфо...