Постоянные запоминающие устройства ПЗУ

ПЗУ используются для хранения постоянно выполняемых программ ЭВМ, а также для реализации произвольных булевых функций.

Классификация ПЗУ.

1. Масочные ПЗУ. Это ПЗУ, информация в которые записывается на заводе изготовителе. У таких микросхем на корпусе наносят обозначение о версии программного кода, который туда записан (в виде ревизии). На принципиальных схемах такие микросхемы обозначают как ROM (Read Only Memory), в названии имеет индекс РЕ.

2. ППЗУ - программируемые ПЗУ. Это ПЗУ с возможностью однократной записи информации пользователя. На принципиальных схемах обозначаются как PROM (Program ROM), в названии имеют индекс РТ.

3. РПЗУ - репрограммируемые ПЗУ. Эти ПЗУ допускают многократное программирование от 25 до 10,000 раз. Это микросхемы с электрическим стиранием. Использовать РПЗУ в качестве ОЗУ нельзя, поскольку скорость записи в РПЗУ, по сравнению с ОЗУ, очень низкая. На принципиальных схемах такие микросхемы обозначают как EEPROM (Electric Erase PROM), в названии имеют индекс РР. В последнее время в отдельный класс выделились микросхемы серии Flash PROM. Эта технология также подразумевает электрическое стирание информации из ПЗУ. Достоинства этих микросхем перед EEPROM - более высокая скорость записи данных. Однако память этого типа имеет меньший ресурс, количество циклов записи - до 1,000 циклов. Несмотря на этот недостаток, во всех современных компьютерных системах используется именно Flash PROM в качестве БИОС различных устройств.

4. РПЗУУФ - репрограммируемые ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием. Микросхемы этого типа также предоставляют возможность многократной перезаписи, однако, в отличие от микросхем типа EEPROM, стирание информации из РПЗУУФ происходит под воздействием ультрафиолетового излучения. В настоящее время подобные микросхемы постепенно уступают свои позиции Flash PROM.

Упрощённая принципиальная схема ППЗУ.

Для примера рассмотрим принципиальную схему ПЗУ (см. рис.), имеющей 256 ячеек по 8 бит каждая. ПЗУ с таким объёмом ранимой информации называют 256*8.

ПЗУ имеет: входные сигналы А0 - А7 которые называются входами адреса и определяют адрес ячейки памяти с которой выполняются действия чтения и программирования, а также выходные сигналы D0 - D7 на которых появляется читаемая из ячейки информация. Основными составными частями ПЗУ можно считать дешифратор (DC) и матрицу транзисторных элементов. Каждой ячейке памяти соответствует свой выход дешифратора, который активизируется при поступлении на его вход соответствующего адреса. Активный уровень выхода дешифратора - единица. При появлении на соответствующем выходе дешифратора единицы все транзисторы, подключенные к этой линии базами, пытаются открыться. Удаётся это сделать только тем, у кого есть плавкие перемычки. И на соответствующей линии выхода появляется единица. На остальных выходах остаются нули. Таким образом, говорят, что операция программирования однократно программируемой ПЗУ - это операция прожигания. Пример подобной микросхемы - К155РЕ3 - 32*8. Обозначение указанной микросхемы на принципиальных схемах имеет следующий вид:

Приведённая микросхема имеет выходы с открытым коллектором. Кроме указанных выше, микросхема имеет входы чтения RD и сигнал выбора кристалла CS. Сигнал выбора микросхемы по существу является стробирующим входом дешифратора, расположенного внутри микросхемы ПЗУ.

Чтобы прочесть информацию из микросхемы с какой-либо ячейки ПЗУ, в начале подаются сигналы адреса и сигнал выбора микросхемы, который приравнивается к сигналу адреса (по иерархии значимости сигналов, необходимых для нормальной работы микросхемы ПЗУ). Сигнал выбора микросхемы выбирает целиком всю микросхему (т.е. подключает её), а сигнал адреса выбирает конкретную ячейку. Чтобы внутри микросхемы выполнилась дешифрация адреса, требуется некоторое время τ1 = 50 - 200 нс - время выборки. По истечению этого времени, на микросхему подают сигнал чтения RD, по которому на выходе начинают формироваться читаемые данные. Нормальные данные (т.е. полностью сформированные) появляются на выходе только через τ2 = 20 - 50 нс.

Таким образом, диаграмма сигналов выглядит следующим образом:

Использование ПЗУ для реализации произвольной булевой функции.

ПЗУ - идеальный прибор для реализации булевых функций в количестве равном количеству выходов данных, а количество переменных = количеству адресных входов. Таблица истинности булевой функции, с помощью которой она задаётся, представляет собой готовую карту прошивки ПЗУ.

Булева функция задаётся таблицей, в которой перечислены все возможные комбинации входных переменных, количество таких комбинаций для n - переменных 2ⁿ. Карта прошивки ПЗУ в своей упорядоченной форме представляет собой упорядоченный набор аргументов, а выходы - её значения.

Расширение ПЗУ по выходам.

Расширение ПЗУ по выходам реализуется путём объединения нескольких микросхем, при котором адресные входы микросхем соединяются в параллель. При таком включении, каждая микросхема содержит часть карты прошивки ПЗУ, которая соответствует номерам выходов соответствующей микросхемы. Подобное включение может потребоваться, например, для расширения разрядности шины данных блока памяти, либо для реализации дискретного автомата с большим количеством выходов. Включение микросхем в этом случае будет следующее:

Расширение ПЗУ по входам (по адресу).

Очень часто, для организации блоков памяти используют не одну микросхему ПЗУ, а несколько. Такой подход обусловлен как требованиями к разрядности получаемой шины данных, так и требованиями к информационному объёму блока памяти. Другими словами, часто приходиться объединять несколько микросхем памяти определённой информационной ёмкости, для получения блока памяти с заданными параметрами. Кроме этого, необходимо отметить и тот факт, что номенклатурный ряд выпускаемых микросхем далеко не покрывает все возможные требования к информационному объёму, скорости работы и прочее.

Принимая во внимание вышесказанное, необходимо рассмотреть вопрос об объединении нескольких микросхем, с целью повышения информационной ёмкости формируемого блока. Расширение микросхем памяти по входам требует дополнительной логики, которая будет переключать микросхемы в зависимости от адреса, поступающего на блок памяти. Наличие указанной логики обусловлено тем, что микросхемы памяти, при объединении, имеют меньшее количество адресных входов, чем получаемый блок. Естественно, что остальные разряды подаваемого на блок памяти адреса необходимо также обрабатывать. Этим занимается дешифратор, который, в зависимости от старших разрядов адреса, выбирает соответствующую этому адресу микросхему памяти. Схема включения микросхем в этом случае будет иметь вид:

В приведённой схеме все выводы микросхем памяти включены параллельно (за исключением сигналов выбора кристалла). В каждый момент времени работает только одна микросхема памяти, а все остальные находятся в третьем состоянии.