Часть 2. Постоянное запоминающее устройство

Теоретические сведения

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) делятся на четыре типа:

масочные, программируемые на заводе-изготовителе с применением специальных масок;

однократно программируемые потребителем путем пережиганием нихромовых или поликремневых перемычек;

многократно программируемые потребителем со стиранием записанной информации ультрафиолетовым излучением;

многократно программируемые потребителем с электрическим стиранием информации.

Рисунок 8.4 – Схема двухразрядного ПЗУ.

Рассмотрим ПЗУ второго типа, которое состоит из дешифратора nx2ⁿи подключенных к его выходам схем ИЛИ с плавкими перемычками (рисунок 8.4). ПЗУ содержит дешифратор pzu_dcd (А, В, – кодовые входы, Е – вход разрешения, активный сигнал высокого уровня), к выходам которых можно подключить четыре элемента 4ИЛИ с дополнительными устройствами. На рисунке 8.4 показаны два таких элемента, выполненных в виде отдельных подсхем pzu_unl и pzu_unl2. Хотя эти элементы одинаковы, наращивание их на схеме путем копирования исключено из-за наличия пережигаемых перемычек – при наличии одноименных подсхем пережигание перемычки в одной подсхеме автоматически приведет к пережиганию такой же перемычки в другой. На схеме D0, D1 – выходы младшего и первого разрядов.

Рисунок 8.5 – Внутрення структура подсхемы дешифратора.

Схема дешифратора pzu_dcd показана на рисунке 8.5. Дешифратор выполнен на трех элементах НЕ и четырех элементах 3ИЛИ-НЕ на транзисторах (рисунок 8.6).

Рисунок 8.6 – Схемы элементов НЕ (а) и ИЛИ-НЕ (б).

Ячейка ПЗУ работает следующим образом. В исходном состоянии транзисторы Т1…Т4 и Т6 закрыты, и при подключенной к Т6 нагрузке на его выходе D0 формируется сигнал логической единицы (около +5В). При подаче на входы А, В дешифратора заданной кодовой комбинации, а на вход разрешения Е – сигнала логической единицы, один из транзисторов Т1…Т4 откроется и на выходе D0 сформируется сигнал логического нуля. Так, например, при А=В=1 откроется транзистор Т4 и сигнал логической единицы с его эмиттера через перемычку S4 поступит на делитель на резисторах R2, R3, транзистор Т6 откроется, и на его выходе сформируется сигнал логического нуля.

Рисунок 8.7 – Внутренняя структура ячейки памяти двухразрядного ПЗУ.

Пережигание перемычек составляет суть программирования и осуществляется отдельно для каждого разряда (каждой ячейки) следующим образом:

на входы А, В (рисунок 8.4) подается двоичная комбинация, соответствующая адресу пережигаемой перемычки в программируемом разряде (в ячейке pzu_unх, где х – номер ячейки);

к выходу ячейки Dx через резистор нагрузки (его сопротивление для конкретных ИМС указывается в документации, для К155РЕ3 составляет около 300 Ом) подключается источник напряжения 12, 5 В, в результате чего стабилитрон D пробивается и транзистор Т5 открывается;

на вход разрешения Е на короткое время подается сигнал логической единицы, при этом через один из открытых транзисторов Т1…Т2 и Т5 протекает ток, достаточный для пережигания соответствующей перемычки (длительность разрешающего сигнала на входе Е в промышленных программаторах может увеличиваться после нескольких неудачных попыток программирования одной и той же ячейки);

источник 12, 5 В отключается, и после раскрытия соответствующей подсхемы можно убедиться, что перемычка действительно разрушена.

Заключительным этапом программирования серийных микросхем ПЗУ в промышленных условиях является электротермотренировка, которая проводится чаще всего в течении 168 часов при повышенной температуре, после чего производится дополнительный контроль записанной информации. Если при этом обнаруживается ошибка, допускается повторное программирование. Если ошибка снова повторяется, микросхема бракуется.

Рисунок 8.8 – Модель ПЗУ с дополнительными элементами.

Для моделирования процесса программирования к программируемой схеме необходимо подключить дополнительные элементы. Моделирование целесообразно начинать с одноразрядного ПЗУ (рисунок 8.8).

Следует отметить, что рассматриваемая модель ПЗУ (как на рисунке 8.4, так и на рисунке 8.8) достаточно капризна и при некоторых комбинациях входных сигналов моделирования не выполняется. Признаком невозможности моделирования является отсутствие слева от выключателя питания (в верхнем правом углу экрана) окошка с индикацией временных интервалов отсчета. По истечении некоторого времени может быть выдана рекомендация изменить установку погрешности моделирования (по умолчанию она равно 1%). Целесообразно ее установить максимально возможной (10%) в меню Circuit (команда Analysis Options, параметр Tolerance). Целесообразно также поварьировать сопротивлениями входных резисторов и резисторов нагрузки элементов НЕ и ИЛИ-НЕ (рисунок 8.7), а также попробовать изменить параметры транзисторов. В крайнем случае можно ограничиться простейшим случаем – обойтись без дешифратора и использовать только одну ячейку памяти на рисунке 8.8, подключив к выходу и к одному из ее входов дополнительные элементы, как показано на рисунке 8.9.

ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием используется в микропроцессорных системах для хранения управляющих программ, в частности, для размещения BIOS (Basic Input/Output System – основная система ввода/вывода, записанная в ПЗУ, отсюда ее полное название ROM BIOS). BIOS представляет собой набор программ проверки и обслуживания аппаратуры компьютера и выполняет роль посредника между операционной системой (ОС) и аппаратурой. BIOS получает управление при включении системной платы, тестирует саму плату и основные блоки компьютера – видеоадаптер, клавиатуру, контроллеры дисков и портов ввода/вывода, настраивает чипсет платы и загружает внешнюю ОС.

Раньше BIOS помещался в однократно программируемые ПЗУ либо ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием; сейчас же выпускаются платы с электрически программируемыми ПЗУ (Flash ROM), которые допускают перепрограммирование BIOS средствами самой платы. Это позволяет исправлять заводские ошибки в BIOS, изменять заводские установки по умолчанию, программировать собственные экранные заставки и т.д.

Задания

Используя схему на рисунке 8.8, проведите моделирование процесса программирования ПЗУ с пережигаемыми перемычками.

Составьте схему ПЗУ на базе двух разрядного ПЗУ на рисунке 8.4 и проведите моделирование процесса программирования одной из его ячеек памяти.

Контрольные вопросы

1. Какие типы памяти существуют?

2. Где в современных компьютерах используется память статического типа?

3. Чем отличается динамическая память от статической?

4. Какие типы памяти используются в современных компьютерах?

5. Что такое видеопамять и как она связана с характеристиками отображаемой на дисплее информации?

6. Какие типы памяти используются в качестве видеопамяти?

7. Какое конструктивное оформление имеют микросхемы памяти?

8. Какие существуют типы ПЗУ и где они используются?

9. Что такое BIOS для компьютера, видео контроллера, накопителя на жестком магнитном диске (винчестера) и других периферийных устройств?

10. Какие типы ПЗУ используются для хранения программ BIOS?

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78