Запоминающие устройства. Статические оперативные запоминающие устройства (ОЗУ)

Устройства памяти

Запоминающие устройства (ЗУ) служат для запоминания данных, хранения и предоставления их по запросу. Они используются в вычислительных машинах и других цифровых устройствах. Обычно ЗУ способно выполнять только две машинных операции: запись и чтение данных.

Необходимость хранения больших объемов данных в сочетании с требованием высокого быстродействия и умеренной стоимости привели к тому, что ЗУ имеют иерархическую структуру. Обычная цифровая память состоит из элементов способных хранить один бит данных (0,1). Все элементы памяти объемом в один бит объединяются в ячейки. Каждая ячейка получает свой индивидуальный адрес. В ячейку можно записать, а затем и прочитать из нее, двоичное число или код. Для этого надо на адресной шине установить код адреса, задать код команды и на вход синхронизации подать синхроимпульс. При записи данных на шине данных должен присутствовать код, подлежащий записи. Шины данных и адреса представляют наборы проводников, по которым в параллельном коде передаются соответствующие данные.

Статические оперативные запоминающие устройства (ОЗУ)

Статическими ОЗУ называют устройства для хранения данных, которые состоят из регистров на транзисторных триггерах. Кроме статических ОЗУ существуют динамические, применяемые в современных микросхемах с большим объемом памяти. В отличие от статического ОЗУ в динамическом требуется периодически регенерировать их содержимое, иначе информация будет утеряна. Информация в ОЗУ сохраняется все время, пока к микросхеме подключено питание.

Для записи и чтения информации обычно используют одну шина данных. Это позволяет экономить выводы микросхем, подключаемых к этой шине и легко осуществлять коммутацию сигналов между различными устройствами.

Схема статического ОЗУ приведена на рис. 1. Вход и выход микросхемы в этой схеме объединены при помощи шинного формирователя, который может, как принимать данные, так и выводить их во внешнее устройство. Изображение ОЗУ на принципиальных схемах приведено на рис. 2.

Рис. 1. Структурная схема ОЗУ.

Рис. 2. Изображение ОЗУ на функциональных схемах.

Сигнал записи WR позволяет записать логические уровни, присутствующие на информационных входах во внутреннюю ячейку ОЗУ. Сигнал чтения RD позволяет выдать содержимое внутренней ячейки памяти на информационные выходы микросхемы. В приведенной на рис. 1 схеме невозможно одновременно производить операцию записи и чтения.

Конкретная ячейка микросхемы выбирается при помощи двоичного кода – адреса ячейки.

При большом объеме памяти она реализуется на нескольких кристаллах.  Вывод выбора кристалла CS позволяет объединять несколько микросхем для увеличения объема памяти ОЗУ. Такая схема приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема ОЗУ, построенного на нескольких микросхемах памяти.

Статические ОЗУ требуют для своего построения большой площади кристалла, поэтому их ёмкость достаточно ограничена. Статические ОЗУ применяются в микропроцессорах из-за их высокого быстродействия и хорошо отработанной технологии интегрального исполнения.

Применяются две временные последовательности управления ОЗУ, предложенные в свое время фирмами INTEL и MOTOROLA, первыми выпустившими в продажу микросхемы статических ОЗУ. Временные диаграммы записи в статическое ОЗУ и чтения из него по INTEL приведены на рис.4.

Рис. 4. Временная диаграмма обращения к ОЗУ по стандарту INTEL.

На рис. 4 стрелками показана последовательность, в которой должны формироваться управляющие сигналы. На этом рисунке RD - это сигнал чтения; WR - сигнал записи; A - сигналы задания адреса ячейки; DI - входной код, предназначенный для записи в ячейку ОЗУ с адресом А1; DO - выходная информация, считанная из ячейки ОЗУ с адресом A2. Так как отдельные биты в шинах адреса А и данных D могут принимать разные значения, то рисунках показаны, сразу оба состояния.

Рис. 5. Временная диаграмма обращения к ОЗУ по стандарту MOTOROLA