Cel i cechy pamięci ROM. Ogólna charakterystyka pamięci trwałej
Każda elektronika to złożone urządzenia, których zasada działania nie jest jasna dla każdego przeciętnego człowieka. Co to jest ROM i dlaczego jest konieczny? to urządzenie? Większość użytkowników nie jest dziś w stanie odpowiedzieć na to pytanie. Spróbujmy naprawić tę sytuację.
Co to jest ROM?
Co to są ROMy i gdzie można ich używać? Urządzenia pamięci masowej tylko do odczytu to tak zwana pamięć nieulotna. Czysto technicznie urządzenia te są realizowane w postaci mikroukładów. Jednocześnie dowiedzieliśmy się, co oznacza skrót ROM. Takie chipy służą do przechowywania informacji wprowadzanych przez użytkownika, a także zainstalowane programy. W pamięci ROM możesz znaleźć wszystko, od dokumentów po zdjęcia. Informacje na tym chipie są przechowywane przez kilka miesięcy, a nawet lat.
W zależności od używanego urządzenia rozmiary pamięci mogą wahać się od kilku kilobajtów w najprostszych urządzeniach, które mają tylko jeden chip krzemowy, do terabajtów. Im większa pojemność stała, tym więcej obiektów można w niej przechowywać. Objętość chipa jest wprost proporcjonalna do ilości danych. Jeśli spróbujemy odpowiedzieć bardziej zwięźle na pytanie, czym jest ROM, możemy powiedzieć, co następuje: jest to przechowywanie informacji niezależne od stałego napięcia.
Stosowanie dyski twarde jako ROM
Odpowiedzieliśmy już więc na pytanie, czym jest ROM. Porozmawiajmy teraz o tym, czym mogą być ROMy. Głównym urządzeniem pamięci masowej w każdym komputerze jest dysk twardy. Dziś są w każdym komputerze. Element ten wykorzystywany jest ze względu na szerokie możliwości przechowywania danych. Jednocześnie istnieje również wiele ROM-ów, które wykorzystują multipleksery w swoim urządzeniu. Są to specjalne mikrokontrolery, programy ładujące i inne mechanizmy elektroniczne. Po bliższym zbadaniu musisz nie tylko zrozumieć znaczenie skrótu ROM. Aby zrozumieć temat, musisz rozszyfrować inne terminy.
Dodawanie i rozszerzanie możliwości pamięci ROM poprzez wykorzystanie technologii flash
Jeśli użytkownik nie ma wystarczającej standardowej pojemności pamięci, możesz spróbować skorzystać z rozszerzonych możliwości przechowywania informacji zapewnianych przez ROM. Odbywa się to za pomocą nowoczesne technologie, które są zaimplementowane w dyskach USB i kartach pamięci. Technologie te opierają się na zasadzie ponownego użycia. Mówiąc najprościej, informacje na takich nośnikach można usunąć i ponownie nagrać. Podobną operację można wykonać dziesiątki i setki tysięcy razy.
Z czego składa się ROM?
Pamięć ROM składa się z dwóch części, które są oznaczone jako ROM-A i ROM-E. ROM-A służy do przechowywania programów, a ROM-E służy do wydawania programów. Typ A ROM to matryca diodowo-transformatorowa, która jest flashowana za pomocą przewodów adresowych. Ta sekcja pamięci ROM pełni główną funkcję. Wypełnienie będzie zależeć od materiału użytego do produkcji pamięci ROM. W tym celu można zastosować taśmy magnetyczne, dyski magnetyczne, karty perforowane, bębny, końcówki ferrytowe, dielektryki posiadające właściwość gromadzenia ładunków elektrostatycznych.
ROM: schematyczna struktura
Ten obiekt elektroniczny jest zwykle przedstawiany jako urządzenie przypominające połączenie wielu jednobitowych komórek. Pomimo potencjalnej złożoności, układ ROM jest bardzo mały. Podczas przechowywania określonego fragmentu informacji jest on zapieczętowany w obudowie (zapisanie zera) lub źródle zasilania (zapisanie jedynki). Aby zwiększyć pojemność komórek pamięci, obwody w urządzeniach pamięci trwałej można łączyć równolegle. Właśnie tak postępują producenci, aby uzyskać nowoczesny produkt. W końcu, gdy używasz ROM-ów z wysokim właściwości techniczne urządzenie będzie konkurencyjne na rynku.
Ilość pamięci wykorzystywanej w różnych jednostkach sprzętu
Ilość pamięci może zależeć od typu i przeznaczenia pamięci ROM. W prostych sprzętach AGD takich jak lodówki czy pralki Zainstalowane mikrokontrolery będą w zupełności wystarczające. W rzadkich przypadkach instalowane jest coś bardziej złożonego. Nie ma sensu używać tutaj większej ilości ROM-u. Ilość elektroniki jest dość mała. Ponadto technologia nie jest wymagana do wykonywania skomplikowanych obliczeń. Nowoczesne telewizory mogą wymagać czegoś bardziej złożonego. Szczyt złożoności obwodów ROM występuje w sprzęcie komputerowym, takim jak serwery i komputery osobiste. W tej technice ROMy zawierają od kilku gigabajtów do setek terabajtów informacji.
Maska ROMu
Jeżeli nagrywanie odbywa się w procesie metalizacji i przy użyciu maski, wówczas taka pamięć ROM będzie nazywana maską ROM. W nich adresy komórek pamięci podawane są na dziesięć pinów. Konkretny chip wybierany jest za pomocą specjalnego sygnału CS. ROMy tego typu są programowane w fabrykach. Dlatego ich produkcja w średnich i małych nakładach jest niewygodna i nieopłacalna. Jednak przy produkcji na dużą skalę takie urządzenia będą najtańszymi z ROM-ów.
To właśnie sprawiło, że stał się popularny tego typu urządzenia. Z punktu widzenia konstrukcji obwodu takie ROMy różnią się od ogólnej masy tym, że połączenia w matrycy pamięci zastąpiono topliwymi zworkami, które są wykonane z polikrystalicznego krzemu. Na etapie produkcji powstają wszystkie zworki. Komputer wierzy, że logiczne są zapisane wszędzie. Jednak podczas programowania wstępnego przykładane jest zwiększone napięcie.
Za jego pomocą pozostają jednostki logiczne. Zworki parują po zastosowaniu niskiego napięcia. Komputer uważa, że jest tam zapisane logiczne zero. Tę samą zasadę stosuje się w programowalnych urządzeniach pamięci tylko do odczytu. Programowalne pamięci ROM lub PROM okazały się całkiem wygodne z technologicznego punktu widzenia produkcji. Można je stosować zarówno w produkcji średniej, jak i małej skali. Jednak urządzenia te mają również swoje ograniczenia. Program można nagrać tylko raz, po czym zworki znikają na zawsze.
Ze względu na niemożność ponownego wykorzystania pamięci ROM. Jeśli popełnisz błąd, musisz go wyrzucić. W rezultacie wzrasta koszt całego produkowanego sprzętu. Z powodu niedoskonałości cyklu produkcyjnego. Problem ten zaprzątał umysły programistów już od dłuższego czasu. Jako wyjście z tej sytuacji zdecydowano się opracować pamięć ROM, którą można programować wielokrotnie.
ROM kasowalny elektrycznie lub ultrafioletem
Urządzenia takie tworzone są w oparciu o matrycę pamięci, w której komórki pamięci mają specjalną strukturę. Każde ogniwo jest tutaj tranzystorem MOS, którego bramka wykonana jest z polikrystalicznego krzemu. Przypomina nieco poprzednią opcję. Osobliwością tych ROM-ów jest to, że krzem w tym przypadku jest dodatkowo otoczony dielektrykiem, który ma właściwości izolacyjne. Jako dielektryk stosuje się dwutlenek krzemu.
Tutaj zasada działania opiera się na zawartości ładunku indukcyjnego. Można go przechowywać przez dziesięciolecia. Występują pewne problemy z wymazywaniem. Na przykład urządzenie ROM ultrafioletowe wymaga ekspozycji na promienie UV z zewnątrz, na przykład z lampy ultrafioletowej. Oczywiście, z punktu widzenia łatwości użytkowania, najlepszą opcją byłaby elektrycznie kasowana pamięć ROM. W takim przypadku, aby aktywować, wystarczy przyłożyć napięcie. Ta zasada kasowania elektrycznego została z powodzeniem wdrożona w urządzeniach takich jak dyski flash. Jednakże taki obwód ROM strukturalnie nie różni się od konwencjonalnej pamięci ROM z maską, z wyjątkiem struktury komórkowej.
Takie urządzenia są czasami nazywane również reprogramowalnymi. Jednak przy wszystkich zaletach urządzeń tego typu istnieją pewne ograniczenia szybkości usuwania informacji. Zwykle wykonanie tej operacji zajmuje od 10 do 30 minut. Pomimo możliwości przepisywania, urządzenia reprogramowalne mają ograniczenia w ich użyciu. Elektronika kasowalna promieniami UV może przetrwać od 10 do 100 cykli zapisu. Następnie destrukcyjny wpływ promieniowania ultrafioletowego stanie się tak zauważalny, że urządzenie przestanie działać.
Takie elementy można wykorzystać do przechowywania programów BIOS na kartach graficznych i dźwiękowych dla dodatkowych portów. Jeśli chodzi o możliwość przepisywania, optymalna będzie zasada kasowania elektrycznego. Liczba przeróbek na takich urządzeniach waha się od 100 do 500 tys. Można oczywiście znaleźć urządzenia, które potrafią więcej, jednak zwykli użytkownicy zupełnie nie potrzebują takich nadprzyrodzonych możliwości.
Urządzenia pamięci typu dynamicznego tylko do odczytu (ROM)
Chipy ROM ze względu na sposób programowania, tj. wprowadzania do nich informacji, dzielą się na trzy grupy ROM, programowane jednorazowo przez producenta metodą niestandardowej fotomaski (maski), maski ROM (ROM, ROM), ROM, jednorazowo programowalny przez użytkownika metodą wypalania zworek topikowych na chipie (PROM, PROM), ROM, programowalny wielokrotnie przez użytkownika, ROM reprogramowalny (RPM, EPROM).
Rysunek 15. Projekt układu maski ROM na strukturach bipolarnych.
Rysunek 16. Elementy pamięci ROM na tranzystorach MOS z programowalnym napięciem progowym
Wspólnymi właściwościami wszystkich układów ROM są ich wielobitowa (słownikowa) organizacja, tryb odczytu jako główny tryb działania i nielotność. Jednocześnie różnią się także znacząco sposobem programowania, trybami odczytu i obsługą podczas użytkowania. Dlatego wskazane jest rozważenie każdej grupy układów ROM osobno.
Mikroukłady PZUM produkowane są w technologii bipolarnej TTL, TTLSh, n-channel, p-channel oraz KMDP. Zasada budowy większości mikroukładów grupy PZUM jest taka sama i można ją przedstawić za pomocą struktury mikroukładów K155PE21-KI55PE24 (ryc. 15). Głównymi elementami schematu strukturalnego są: macierz elementów pamięci, dekodery wierszy DCX i kolumny DCY, selektory (klucze wyboru kolumny), sterownik adresu, wzmacniacze sensu Macierz składa się z tablicy sygnałów elektronicznych, z których każdy znajduje się na przecięciu wiersza i kolumny. Element pamięci PZUM to rezystancyjny lub półprzewodnikowy (dioda, tranzystor) mostek pomiędzy rzędem a kolumną. Informacje wprowadzane są do matrycy podczas procesu produkcyjnego mikroukładu i operacja ta odbywa się głównie dwoma różnymi metodami technologicznymi.
Wśród mikroukładów PZUM różnych serii (tabela 1) wiele ma standardowe oprogramowanie sprzętowe. Na przykład w mikroukładach PZUM K155PE21 - K.155PE24 zapisywane są odpowiednio kody liter alfabetu rosyjskiego PE21, łacińskiego PE22, znaków i cyfr arytmetycznych PE23 oraz znaków dodatkowych PE24. Razem te mikroukłady tworzą generator znaków dla 96 znaków w formacie 7X5.
Jeden z mikroukładów serii KR555PE4 zawiera oprogramowanie sprzętowe na 160 znaków odpowiadające 8-bitowemu kodowi wymiany informacji KOI 2--8 w formacie znaków 7X11. Mikroukład KMSh56RE2 zawiera oprogramowanie sprzętowe dla kodów znaków alfanumerycznych.
Znacząca lista modyfikacji z standardowe oprogramowanie sprzętowe ma układ K505RES.
Dwa wspólnie używane mikroukłady K505REZ-002, K.505REZ-003 zawierają kody liter alfabetu rosyjskiego i łacińskiego, cyfr, znaków arytmetycznych i dodatkowych i służą jako generator 96 znaków formatu 7X9 z poziomym skanowaniem znaków.
Tabela 1. Maskuj chipy ROM
Modyfikacje 0059, 0060 mają ten sam cel, ale generują znaki w formacie 5X7. Modyfikacje 0040--0049 zawierają współczynniki oprogramowania sprzętowego dla szybkiej transformaty Fouriera. Szereg modyfikacji zawiera oprogramowanie dla funkcji sinus od 0 do 90° z rozdzielczością 10" (0051, 0052), od 0 do 45° (0068, 0069) i od 45 do 90° (0070,. 0071) z uchwała 5”. Modyfikacje 0080, 0081 zawierają oprogramowanie sprzętowe dla funkcji Y = X" przy X = 1 ... 128.
Modyfikacje mikroukładu KR568PE2 zawierają standardowe oprogramowanie układowe dla symboli międzynarodowego kodu telegraficznego nr 2 w formatach 5X7 i 7X9 (0001), symboli alfabetu rosyjskiego i łacińskiego, tablic kodowych, liczb i znaków arytmetycznych (0003, 0Q11), funkcji sinusoidalnych z 0 do 90° (0309), asembler (0303--0306), edytor tekstu (0301, 0302).
Mikroukład KR568RE2--0001 ma oprogramowanie wewnętrzne międzynarodowych kodów telegraficznych nr 2 i 5, a KR568REZ-0002 ma edytor tekstu dla asemblera.
Modyfikacje mikroukładu KR1610PE1 -0100--KR1610PE1 -0107 zawierają oprogramowanie sprzętowe oprogramowanie mikrokomputer „Iskra”.
Za przykłady należy uznać wspomniane mikroukłady PZUM ze standardowym oprogramowaniem, których liczba i modyfikacje stale rosną;
Aby zaprogramować mikroukłady PZUM na życzenie użytkownika, w specyfikacji technicznej znajduje się formularz zamówienia.
Układy ROM działają w następujących trybach: przechowywania (bez próbkowania) i odczytu. Do odczytania informacji konieczne jest podanie kodu adresowego oraz udostępnienie sygnałów sterujących. Przyporządkowanie pinów mikroukładu PZUM przedstawiono na rys. 17
Sygnały sterujące mogą być dostarczane na poziomie 1, jeśli wejście CS jest bezpośrednie (ryc. 17, b) lub 0^, jeśli wejście jest odwrotne (ryc. 17, d)
Wiele mikroukładów ma kilka wejść sterujących (ryc. 17, a), zwykle połączonych przez określonego operatora logicznego. W takich mikroukładach konieczne jest zastosowanie określonej kombinacji sygnałów do wejść sterujących, na przykład 00 (ryc. 17, a) lub 110 (ryc. 17, c), aby utworzyć warunek pozwolenia na odczyt
Głównym parametrem dynamicznym układów RAM jest czas próbkowania adresu. W przypadku konieczności bramkowania sygnałów wyjściowych należy po odebraniu kodu adresowego wysłać impulsy na wejścia sterujące CS. W takim przypadku przy obliczaniu czasu odczytu należy uwzględnić czas ustalenia sygnału CS względem adresu oraz czas selekcji. Mikroukład KR1610PE1 ma dodatkowy sygnał OE do kontroli mocy.
Sygnały wyjściowe wszystkich układów PZUM posiadają poziomy TTL. Wyjścia zbudowane są głównie w układzie trójstanowym.
Rysunek 17. Maskuj chipy ROM
Aby zmniejszyć zużycie energii, niektóre mikroukłady, na przykład K.596PE1, umożliwiają zastosowanie trybu zasilania impulsowego, w którym zasilanie jest dostarczane do mikroukładu tylko podczas odczytu informacji.
Stała tendencja do złożoności funkcjonalnej pamięci LSI jest również widoczna w chipach ROM: w ich strukturę wbudowane są jednostki interfejsu w celu połączenia ze standardową magistralą i łączenia chipów w moduł ROM bez dodatkowych dekoderów K1801PE1. K1809RE1, urządzenia do samokontroli i korekcji błędów KA596RE2, K563RE2.
Mikroukłady K1801 PE 1 i K1809 PE1 mają wiele wspólnego pod względem przeznaczenia, konstrukcji i trybów pracy. Przyporządkowanie pinów mikroukładu pokazano na rys. 17, tj. Obydwa mikroukłady przeznaczone są do pracy jako elementy wyposażenia ze standardowym szkieletem systemowym mikrokomputera: wbudowane w ich strukturę urządzenie sterujące (kontroler) umożliwia podłączenie mikroukładów bezpośrednio do szkieletu. Jako chipy ROM zawierają matrycę o pojemności 65384 EP, rejestry i dekodery kodu adresowego, selektory oraz mają organizację 4KX16-bitową. Informacje wprowadzane są za pomocą kart zamówieniowych producenta.
Struktura zawiera również 3-bitowy rejestr z przewodowym kodem adresowym mikroukładu oraz układ porównawczy do wyboru mikroukładu w magistrali. Obecność wbudowanego urządzenia adresującego umożliwia jednoczesne podłączenie do ośmiu mikroukładów do szkieletu bez dodatkowych urządzeń interfejsowych
Cechą mikroukładów, ze względu na ich przeznaczenie, jest połączenie wejść adresowych Al-A15 i wyjść danych DOo-DO15. Sterowniki wyjściowe wykonane są w układzie trójstanowym. Trzy najbardziej znaczące bity kodu adresowego Ats-A13 przeznaczone są do wyboru mikroukładu, pozostałe bity Ats-At służą do wyboru czytanego słowa. Zezwolenie na odbiór adresu głównego jest generowane przez obwód porównawczy na podstawie wyniku porównania otrzymanych i „przewodowych” adresów mikroukładu. Otrzymany adres jest ustalany w rejestrze adresowym, a wejścia i wyjścia przechodzą w trzeci stan.
Układ sygnałów sterujących obejmuje: DIN - zezwolenie na odczyt danych z pamięci RAM (inaczej RD); SYNC – synchronizacja
wymiana (inaczej CE – rozdzielczość dostępu), CS – wybór chipa, RPLY – sygnał wyjściowy gotowości danych
towarzyszy DOo-- Informacje DO15 odczytywane na autostradzie.
Tryb przechowywania zapewniany jest przez sygnały SYNC = 1 lub CS = 1. W trybie odczytu czas dostępu do chipa jest określany przez sygnał SYNC = 0. Oprócz tego na piny ADOi--ADO15 i CS=0 wysyłane są sygnały kodu adresowego. Jeżeli adres ADO15--ADO13 pokrywa się z adresem mikroukładu, adres czytanego słowa jest odbierany w rejestrze wejściowym, a kołki ADO,-ADO15 przechodzą do trzeciego stanu. Słowo odczytane z matrycy jest zapisywane do rejestru danych wyjściowych i gdy sygnał DIN = 0 pojawia się na wyjściach PO0 --RO)
