Постійні запам’ятовувальні пристрої (ПЗП)

Робочим режимом ПЗП, які призначені для зберігання постійної, або рідкозмінюваної інформації, є лише зчитування. У ПЗП запис інформації здійснюється попередньо, до включення його в роботу. Цей процес називається програмуванням.

За способом програмування ПЗП розрізняють:

1. МПЗП – маскові ПЗП, які програмують до або під час їх виготовлення з допомогою спеціальних фотошаблонів – масок.

2. ППЗП – програмовані ПЗП, які користувач може програмувати лише одноразово з допомогою спеціального пристрою – програматора, а після того, вміст його залишається постійним, як у МПЗП.

3. РПЗП – репрограмовані або перепрограмовані ПЗП, які можна програмувати повторно з можливістю багаторазового стирання і записування нової інформації програматором різними способами – електричними імпульсами, ультрафіолетовими чи оптичним променями.

За способом зчитування:

- Асинхронні;

- Синхронні (тактові).

За технологією виготовлення:

- Діодні;

- Біполярні – ТТЛ, ЕЗП, МОН, КМОН.

Основні параметри: інформаційна місткість, швидкодія, споживана потужність.

Принцип побудови і структура ВІС ПЗП

Порівняно з ОЗП ПЗП мають простіші організацію пам'яті та схему керування процесом зчитування інформації.

На схемі:

- DCA – дешифратор адрес;

- ШР – розрядна шина (інформ.).

Паралельний код адреси А подається на формувач адрес, парафазні сигнали якого надходять в DCA і блок MUX, які збуджують одну з горизонтальних (адресних) шин ША. Зчитування інформації відбувається по всіх вертикальних (розрядних) шинах ШР через блок мультиплексорів і буфер вводу/виводу. Схема керування синхронізує роботу DCA і блок MUX, а також служить для забезпечення можливості нарощування об’єму пам’яті об’єднанням виходів (як монтажне АБО) для схем з відкритим колектором кількох ВІС ПЗП, або для забезпечення їх роботи на спільну шину – для випадку тристанових виходів.

У ВІС РПЗП схема керування, крім того, керує режимом запису, зчитування та стирання інформації.

Для реалізації простого МПЗП досить використати дешифратор і потрібну для цього певну кількість діодів для побудови матриці накопичувача.

ША

Такий МПЗП має місткість 2⁵=32 біт, які розбиті на 2²=4 слова по 2³=8 розряди у кожному.

У координатному полі накопичувача діоди, що відіграють роль запам’ятовувачів, розміщують у тих «точках», де повинні зберігатися «одиниці». Таким чином, для вибору потрібного слова треба за допомогою дешифратора 2-4 (DCA) задати адресу (А₀А₁), тобто активізувати один з виходів Р дешифратора («1»). Тоді на тих ШР, на перетинах яких з обраною шиною ША присутній діод, формується одиниця, а на решті ШР – нуль.

Таблиця програмування такого МПЗП:

На основі таблиці логічні функції даного МПЗП:

D0=P0˅P1;D1=P0˅P2˅P3; D3=P0˅P1˅P3;

D4=P2˅P3; D5=P1; D6=P0; D7=P0˅P1˅P2˅P3.

- біполярний на транзисторах (час звертання 20 нс)

- На МОН-200…600 нс, але потужність розсіювання значно нижча.

Для програмування ППЗП складають карту програмування (таблицю істинності), де кожній комбінації повного набору n-адрес А₀…А_n-1 відповідає код даних D₀…D_m-1, який потрібно зашити. Режими програмування у різних ППЗП різні. Для перепалювання перемичок використовується програматор, який забезпечує потрібний режим програмування ППЗП (тривалість імпульсу, його амплітуду і струм перепалювання з допомогою одного імпульсу, чи пачки імпульсів.

Можливість програмувати робить ППЗП і особливо РПЗП універсальними пристроями ЦТ. У РПЗП можна багаторазово стирати записану інформацію і записувати нову. Тому при відладці апаратури РПЗП на відміну від ППЗП є більш ефективними. У накопичувачах РПЗП використовують спеціальні типи транзисторних структур, що побудовані на МОН-транзисторах з плаваючим (ізольованим) заслоном, які змінюють під час програмування свої характеристики.

Програмування накопичувачів РПЗП з ультрафіолетовим стиранням виконується у два етапи – спочатку під дією інтенсивного ультрафіолетового випромінювання всі транзистори закриваються (лог.1) – попереднє стирання, а потім за допомогою ША і ШР вибираються ті транзистори запам’ятовувачів, в які потрібно занести лог.«0» (запис). Для цього на адресний вхід РПЗП подається код адреси слова, а на спеціальний вхід ( ) – імпульсдостатньої для перепалювання перемички напруги і потужності.

Приклади мікросхем ПЗП показані на рис.7.3.

рис.7.3.

-

Універсальні можливості ПЗП

ППЗП і особливо РПЗП дозволяють реалізувати широкий клас функціональних вузлів ЦТ і нагадують «блокнот з чистими сторінками», в які можна записати інформацію і по мірі потреби її зчитувати.

ППЗП можуть використовуватися для реалізації булевих функцій (синтез КП), побудови скінченних автоматів (синтез ПП), перетворювачів кодів, арифметичних пристроїв, та пристроїв обробки інформації.

Дуже часто застосування ВІС ПЗП дозволяють отримати значний виграш у швидкодії, габаритних розмірах і вартості проектованих пристроїв.

ПЗП (n×m)можнарозглядати як дворівневупрограмованулогічнуматрицю ПЛМ, матриця кон’юнкційМ_к якої не підлягає програмуванню, бо реалізує повний дешифратор, а програмується лише матриця диз’юнкцій М_д. На одному ПЗП (n×m) можна реалізувати будь-яку систему з М булевих функцій (для M m) N змінних (N n). ПЗП реалізує лише УДНФ функцій. Тому, якщо дана система подана іншою формою, її попередньо треба перетворити до УДНФ.

Подання логічної функції в УДНФ виключає необхідність мінімізації, проте вимагає певних апаратурних затрат, а саме великої кількості запам’ятовувачів. Але якщо б довелося реалізувати аналогічну функцію за допомогою ЛЕ, то навіть при надлишковості запам’ятовувачів вартість пристрою, що побудований на ПЗП, буде значно нижчою. Переваги ПЗП при цьому стає відчутною для великого числа змінних (n 8) і особливо при реалізації «тупикових» функцій, які не мінімізуються.

Найефективніше використання універсальних можливостей ПЗП досягається при реалізації кодоперетворювачів (ДК (8-4,2-1), ДДК (2-4-2-1), ДК (8-4-2-1)+3), код Грея, Джонсона, обернений, доповняльний і т.п.)

Кодоперетворювачі на ПЗП застосовуються у ЦТ також для зберігання табличних даних. Наприклад, одна ВІС ПЗП КР556РТ5 місткістю 8×512 біт може зберігати таблицю синусів від 0^о до 90^о з кроком 0,2^о. і вихідною похибкою 0,5%.

Особливо ефективні ПЗП для побудови арифметичних пристроїв, які використовуються у ЦТ для обчислення будь-яких операцій і функцій. Для цього досить за адресою Х запрограмувати накопичувач ПЗП зі значеннями функцій f(X). Обчислення f(X) зводиться при цьому до одноразового звертання до ПЗП, що набагато швидше за обчислення за стандартною підпрограмою. Складні математичні операції для невеликої розрядності (8-12 біт) неважко реалізувати табличним способом за допомогою ПЗП.

Синтез КП на основі ПЗП

Будь-який КП з n-входами (X={X_n-1,X_n-2,…,X₁,X₀})im-виходами (Y={Y_m-1,Y_m-2,…, Y₁, Y₀}) можна описати таблицею істинності. Якщо ПЗП має місткість 2ⁿm розрядних слів, тобто 2 адрес А, у кожній з яких зберігається m-розрядне слово даних D, то таблиця істинності функції Y(x) є таблицею програмування даного ПЗП.

Якщо функція однозначна, її можна реалізувати на однорозрядному ПЗП (n×1), а багатозначну функцію, чи систему функцій – відповідно на багаторозрядному ПЗП (n×m).

Це справедливе для випадку, коли розміри накопичувача ПЗП не менші за розміри (як по горизонталі, так і по вертикалі) таблиці програмування.

Якщо число входів N і число виходів M синтезованого КП більші за відповідні числа n i m ПЗП, необхідно застосовувати принцип декомпозиції, який полягає у тому, що система М-бульових функцій N-змінних розбивають на підсистеми, кожна з яких містить у собі не більше m функцій і може бути реалізована на одній ВІС ПЗП. У цьому випадку загальна кількість ПЗП КП визначається числами ]N/n[ або ]M/n[, тобто найближчим більшим до цілих додатних чисел.

Якщо число заданих змінних КП N n ПЗП, до решти невикористаних (N-n) вільних входів ПЗП прикладають або «0», або «1», які не впливають на роботу КП, а виходи всіх ПЗП відповідно об’єднують за допомогою ЛЕ АБО (для виходів ПЗП з відкритим колектором утворюють монтажне АБО).

Приклад 1. Якою має бути організація пам’яті (місткість) ЗП для генерування чотирьох довільних функцій з 8, 10 і 12 аргументів.

Для 8-ми арг. 2⁸×4 біт = 256×4 біт = 1к

Для 10-ти 2¹⁰×4 = 1024×4 = 4к

Для 12-ти 2¹²×4 = 4096×4 = 16к.

Приклад 2. Побудувати накопичувач ПЗП, що реалізує систему логічних функцій, що задані у числовій формі

Y₀= (0,5,7); Y₁= (1,3-5); Y₂= (0-3,6,7); Y₃= (0,2,6); Y₄= (1,2,5); Y₅= (1,4,7); Y₆= (0- -3,5-7); Y₇=(3,5,7).

Таблиця програмування.

Приклад 3. На простому ПЗП реалізувати дві функції трьох змінних

Y₁=X₁ ˅ X₃; Y₂= ˅ X₂ . (Х₃ – мол. розр.)

Розв’язання.

Насамперед перетворимо задані функції в УДНФ:

Y₁=X₁ (X₃˅ )˅ X₃(X₂˅ )=X₁ X₃˅X₁ ˅ X₂X₃˅ X₃;

Y₂= (X₁˅ )(X₃˅ )˅ X₃=X₁ X₃˅X₁ ˅ X₃˅ ˅ X₂ .

Приклад 4. На основі ПЗП (16×4) реалізувати КП, що має число входів N=4 і число виходів M=12. Тут M m=4

Потрібне нарощення , M=3m, тому 3 мікросхеми.