Цифровое оборудование

Память

Статическая память.

При проектировании процессоров и других цифровых устройств широко применяются регистровые файлы или статическая память. Такая память представляет собой матрицу ячеек, каждая из которых состоит из триггера и необходимых схем управления. Пример такой матрицы показан на следующем рисунке.

Такая матрица состоит из множества ячеек, в каждой из которых имеется запоминающий элемент. В матрицах статической памяти запоминающие элементы представляют собой триггеры. На выходе триггера имеется схема с тремя состояниями, позволяющая подключить все ячейки к одному проводнику, проходящему через все ячейки, и служащего для считывания данных. Вход данных триггера всех ячеек подключен к общему проводнику, через который передаются данные при записи. Для управления ячейками к каждой из них при помощи таких же общих проводов подведены сигналы управления, один из которых разрешает считывание из ячейки, а другой разрешает запись в нее. Кроме того, имеются вертикальные и горизонтальные проводники, необходимые для выбора ячейки. Ячейка принимает или передает данные только тогда, когда на вертикальном и горизонтальном проводниках присутствует логическая единица, т.е. выбирается только та ячейка, которая находится в точке пересечения активных проводников. Для выбора ячеек, матрица имеет два дешифратора – соответственно дешифратор строк и дешифратор столбцов, которые управляются адресными сигналами. Показанная на рисунке матрица может хранить 16 бит информации. Если объединить, к примеру, 32 таких матрицы, в них можно хранить 16 32-разрядных слов. В реальности матрицы статической памяти имеют гораздо больший объем, но аналогичную структуру.

Динамическая память.

Статическая память может хранить информацию сколь угодно долго, пока в схему подается напряжение питания. При выключении питания вся информация в статической памяти стирается. Альтернативой статической памяти является динамическая память. В ячейках динамической памяти запоминание информации происходит не в триггере, а в конденсаторе. За счет этого, ячейка динамической памяти становится существенно проще, и занимает гораздо меньше места на кристалле, что позволяет получить кристаллы с гораздо более высокой информационной емкостью. Беда в том, что из-за физических процессов в полупроводниках (токов утечки и т.п.) конденсаторы в динамической памяти постепенно разряжаются. Поэтому их необходимо перезаряжать заново через определенные промежутки времени. Процесс перезарядки конденсаторов в динамической памяти называется регенерацией памяти. Также, как и статическая память, динамическая память теряет всю записанную в ней информацию при выключении питания. Из-за того, что динамическая память обычно имеет больший объем, а также требует регенерации, скорость ее работы обычно несколько ниже, чем скорость работы статической памяти.

Постоянные запоминающие устройства 

Представим себе, что в матрице статической памяти мы выбросим все триггеры, а вместо некоторых из них установим перемычки, задающие логическую единицу. Тогда в такой памяти будет находиться раз и навсегда записанная информация. В тех ячейках, в которых перемычка есть, будет храниться единица, а где ее нет - будет храниться ноль. И тогда эта матрица будет называться Постоянное Запоминающее Устройство или ПЗУ. Если по-английски, то ROM. Это очень полезный узел, который имеет массу замечательных применений. На практике существует множество разновидностей ПЗУ, которые различаются по способу записи и стирания информации. Соответственно и запоминающие ячейки в них устроены по-разному. Существуют ПЗУ, программируемые при изготовлении. Другие программируются при помощи специальных электрических сигналов. Некоторые ПЗУ позволяют стирать записанную в них информацию. Стирание информации из ПЗУ тоже может осуществляться разными способами, например ультрафиолетовым излучением или специальным электрическим сигналом.