Оперативні запам’ятовуючі пристрої

За принципом зберігання інформації напівпровідникові ОЗП поділяються на динамічні і статичні.

Динамічні ЗП побудовані на основі запам’ятовуючого елемента, що зберігає свій стан тільки певний проміжок часу і тому потребує періодичного відновлення. Таким елементом може бути конденсатор, в якому інформація зберігається у формі наявності або відсутності заряду. Через витік постійно зменшується заряд запам’ятовуючого конденсатора і для відновлення заряду (а відповідно і зберігаємої інформації) конденсатор періодично треба підключати до джерела живлення. Регенерація (відновлення даних) запам’ятовуючого елемента динамічної пам’яті здійснюється при звертанні до нього, а також періодично для всіх вічок пам’яті спеціальною логічною схемою регенерації. Робота логічної схеми регенерації повинна координуватись з діями мікропроцесора. Якщо, наприклад, мікропроцесор намагається звернутись до пам’яті в момент регенерації, то схема регенерації повинна віддати пріоритет саме мікропроцесору.

Переваги динамічного принципу зберігання інформації полягають в можливості забезпечення високого рівня інтеграції і швидкодії, низькій вартості, простоті побудови ОЗП різної інформаційної ємкості. Схеми керування динамічним ЗП (мультиплексор, керування регенерацією та інш.) можуть бути виконані на стандартних або спеціалізованих ІС.

Недолік динамічних ЗП – необхідність регенерації – компенсується більшою, ніж у статичних ЗП, інформаційною ємністю в одиниці об’єму.

Статичні ЗП є найбільш розповсюдженим видом пам’яті МП-систем.

Більшість статичних ЗП реалізується на основі МОП–технології і вигляді ВІС. Запам’ятовуючий елемент такого статичного ЗП уявляє собою звичайний тригер (D–тригер), який може бути встановлений або в стан 1, або в стан 0. Якщо тригер встановлений в стан 1, то цей стан зберігається до скидання тригера або до відключення живлення.

В попередніх поколіннях ЕОМ як статичні запам’ятовуючі елементи ОЗП використовувались феромагнітні кільцеві осердя з прямокутною петлею гістерезису, стани 1 та 0 яких визначались полярністю залишкового магнетизму в осердях. Високі швидкодія, ємкість, надійність роботи; можливість зберігання інформації необмежено довгий час без витрат енергії і зберігання інформації при відключенні живлення (безумовно без впливу факторів, що порушують магнітну структуру осердь – тепло, радіація, ВЧ-випромінювання та інш.) обумовлюють використання магнітних оперативних запам’ятовуючих пристроїв (МОЗП) і в сучасних МП-системах.

Подібнізапам’ятовуючі елементи (ЗЕ) – динамічні або статичні, – об’єднуються в матричну структуру, тобто розміщуються за рядками і стовпчиками, утворюючи накопичувач інформації (НІ), реалізований, як правило, на ВІС. До кожного елемента матриці з виходів дешифратора адреси надходить сигнал обрання елемента, що дозволяє обирати один, відповідний коду адреси, запам’ятовуючий елемент. Всі елементи матриці мають вхід з однієї спільної лінії даних, по якій інформаційний сигнал при записі надходить до всіх ЗЕ, але сприймається тільки одним обраним, і по цій же лінії при читанні здійснюється передача інформаційного сигналу від обраного ЗЕ на вихід НІ.

При побудові ЗП найбільше розповсюдження отримали ВІС ЗП з конфігурацією (n  1) біт, де n – кількість запам’ятовуючих елементів, n = 256, 512, 1024, 2048, …, 2^k.

Пам’ять звичайно має розрядність, рівну або кратну розрядності мікропроцесора.

Необхідна розрядність пам’яті досягається паралельним включенням m ВІС пам’яті, де m – довжина слова в бітах – розрядність. Наприклад, у 8-розрядному мікропроцесорі для побудови пам’яті з організацією n  8 необхідно включити паралельно вісім ВІС ОЗП з організацією n  1. Сукупність восьми однорозрядних ліній даних всіх восьми ВІС утворюють 8-розрядну шину даних запам’ятовуючого пристрою. Лінії адреси і керуючих сигналів читання/запису всіх ВІС включаються паралельно для одночасного звертання до всіх ВІС ЗП.

Загальна схема ОЗП показана на рис. 1. При звертанні до ОЗП по шині керування (ШК) в блок керування ОЗП (БК) надходять сигнали, що визначають режими роботи ОЗП (ЧИТАННЯ, ЗАПИС, НЕЙТРАЛЬНИЙ СТАН). При цьому по шині адреси (ША) в регістр адреси (РгА) надходить адреса запам’ятовуючого елемента і, при записі, по шині даних (ШД) в регістр даних (РгД) слово даних для запису в НІ. Блок керування БК видає певну послідовність імпульсів, що визначають роботу всіх вузлів ЗП. Код адреси заноситься в регістр РгА і дешифрується в блоці комутації (БКом). Останній обирає відповідно адресі запам’ятовуючі елементи – по одному на всіх паралельно включених НІ, і формує керуючі імпульси відповідної потужності для читання або запису інформації. При читанні стан обраних запам’ятовуючих елементів, тобто записана в них інформація – код слова, під дією імпульсів читання копіюється через блок читання (БЧ) в регістр даних РгД, а з нього надходить в шину даних. При записі блок запису (БЗ) перетворює інформаційне слово, що надійшло з регістра РгД, в сигнали, які діють на обрані запам’ятовуючі елементи, змінюючи їх стан відповідно коду слова, що записується.

Часто розрядність шини адреси більше розрядності шини даних. Так, наприклад, у 8-розрядній мікролабораторії КР580ИК80 застосування 16-розрядної (двобайтної) адреси забезпечує адресацію до 2¹⁶ = 65 536 байт = 64 кілобайт пам’яті. Прийнято молодші розряди адреси А₀А₁…А₇ (молодший байт) називати адресою слова, а старші розряди А₈А₉…А₁₅ (старший байт) називати адресою сторінки. Отже, можна адресувати 256 сторінок по 256 слів (байт) в кожній.

В мікролабораторії КР580ИК80 використані вісім ВІС динамічного ОЗП КР565РУ2 із структурою 1024  1 біт.