Динамические запоминающие устройства.

 

В динамических ЗУ данные хранятся в виде зарядов емкостей МОП-структур, и основой ЗЭ является просто конденсатор небольшой емкости. Такой ЗЭ значительно проще триггерного, содержащего 6 транзисторов, что позволяет разместить на кристалле намного больше ЗЭ. В то же время конденсатор со временем неизбежно теряет свой заряд, и хранение данных требует их периодической регенерации (несколько миллисекунд).

Электрическая схема однотранзисторного ЗЭ показана на рис.5.6,а. Запоминающий конденсатор СЗ образуется между стоком транзистора, не имеющего внешнего вывода, и подложкой, т.е. корпусом. Лог.1 соответствует заряженной емкости, а лог.0 — разряженной.

Рис.5.6. Динамическое ЗУ: запоминающий элемент (а); фрагмент схемы (б); график, поясняющий процесс считывания (в)

 

Транзистор отключает запоминающий конденсатор от линии записи/считывания (ЛЗС) или подключает его к ней.

ЗЭ образуют матрицу, один столбец которой показан на рис.5.6,б. Ключевые транзисторы своими затворами подключены к линиям выборки (ЛВ), которые образуют строки матрицы ЗЭ. Истоки транзисторов, которые образуют столбцы матрицы, подключены к ЛЗС. Таким образом, ЗЭ включаются на пересечении строк и столбцов.

В режиме хранения ключевой транзистор заперт. При записи на затвор транзистора выбранного ЗЭ подается отпирающее напряжение, транзистор открывается, и через один из записывающих ключей емкость С_З либо заряжается до напряжения U_сс (лог.1), либо разряжается на корпус (лог. 0). При чтении транзистор открывается, и емкость подключается к ЛЗС. При этом в зависимости от того, заряжена или разряжена емкость, потенциал ЛЗС изменяется по-разному. ЛЗС сама имеет некоторую емкость С_л, которая перед подключением к ней ЗЭ заряжается до потенциала, равного половине уровня питающего напряжения (рис.5.6,в). Если емкость ЗЭ была заряжена (лог.1), то часть заряда перетекает в ЛЗС и ее потенциал повышается. Если же ЗЭ был разряжен (лог.0), то часть заряда с ЛЗС перетекает в емкость ЗЭ и потенциал ЛЗС понижается. Усилитель считывания (УС) воспринимает потенциал ЛЗС и формирует выходной сигнал.

Как видно из описанных процессов, заряд ЗЭ при чтении изменяется, поэтому после чтения его необходимо восстановить. Для этого в микросхеме имеются специальные усилители-регенераторы, которые автоматически по остаточному заряду С_З определяют, каков был заряд ЗЭ до чтения. Если ЗЭ хранил лог.1, то на ЛЗС устанавливается высокий уровень, и С_З дозаряжается до единичного потенциала, если же ЗЭ хранил лог. О, на ЛЗС устанавливается нулевой уровень и С_З полностью разряжается.

Усилители-регенераторы обеспечивают восстановление данных не только после операции чтения, но и в режиме периодической регенерации данных всех ЗЭ. В каждом столбце матрицы ЗЭ есть свой усилитель-регенератор, поэтому регенерация осуществляется построчно и одновременно для всех ЗЭ одной строки. Режим строчной регенерации осуществляется с помощью циклов чтения по всем строкам матрицы ЗЭ. При этом процесс не сопровождается выдачей данных на выходные буферы, а целиком проходит внутри ЗУ. Используются только адреса строк, а адреса столбцов не требуются.

Модуль памяти на основе динамических ЗУ составлен из одноразрядных микросхем, число которых равно разрядности хранимых слов. Относительно входных сигналов все микросхемы включены параллельно. В рабочем режиме модулем управляет процессор, а в режиме регенерации — специальный контроллер. В некоторых ЗУ схемы регенерации данных реализованы на самом кристалле памяти и контроллер регенерации не нужен. Такие ЗУ называют квазистатическими.

Современные микропроцессоры характеризуются высоким быстродействием. Это требует увеличения скорости работы ОЗУ, обменивающихся информацией с процессорами. Особенно остро эта задача стоит перед разработчиками динамических ОЗУ, которые благодаря максимальной информационной емкости и низкой стоимости занимают ведущее место в составе памяти компьютеров. В последнее время предложен ряд вариантов динамических ОЗУ повышенного быстродействия. Методы, использованные в этих ОЗУ, основаны на предположении о кучности адресов при обращениях к ОЗУ. Действительно, команды программы обычно располагаются в ОЗУ компактно, команда за командой. Точно так же располагаются и массивы данных.

Архитектуры, технология и схемотехника полупроводниковых ЗУ постоянно развиваются. Поколения динамических ЗУ сменяются приблизительно через пять лет. В 1990 г. доминировали ЗУ емкостью 1 Мбит, а в ближайшие годы будут доминировать ЗУ на 512 Мбит.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Приведите определение ЗУ.

2. Расскажите о важнейших параметрах запоминающих устройств.

3. Приведите классификацию полупроводниковых запоминающих устройств.

4. Дайте классификацию ПЗУ.

5. Расскажите о принципах построения и работе масочных ЗУ.

6. Расскажите о принципах построения и работе однократно программируемых ПЗУ.

7. Расскажите о принципах построения и работе репрограммируемых ПЗУ.

8. Расскажите о принципах построения и работе флэш-памяти.

9. Расскажите о принципах построения и работе статических ЗУ.

10. Расскажите о принципах построения и работе динамических ЗУ.