Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/Mostek/D19790927Elc038.shtml

Статические ЗУПВ с поликремниевыми нагрузками

УДК 681.327.2.025

Дэвид Хафмен (D.Huffman)
Фирма Mostek Corp. (Карролтон, шт.Техас)

D.Huffman. Polysilicon-load RAMs plug into mainframes or microprocessors, pp.131—139.

Описаны первые в отрасли серийные статические ЗУ с произвольной выборкой емкостью 1024*8 бит, которые можно применять как в микропроцессорных системах, так и в системах памяти больших ЭВМ. Высокая плотность упаковки в этих приборах достигнута благодаря применению статических запоминающих элементов с поликремниевыми нагрузочными резисторами и ряду других оригинальных схемных и конструкторских решений. Первое ЗУ, 4118, изготовлено по технологии Roly R и имеет время выборки от 120 до 250 нс, поэтому главная область его применения — это микропроцессорные системы. Для изготовления второго ЗУ, 4801, использована более совершенная технология Scaled Poly 5, благодаря которой этот прибор имееу время выборки в диапазоне 55—90 нс и может успешно конкурировать с современными биполярными ЗУПВ.

За последнее десятилетие было разработано исключительно большое количество различных типов МОП ЗУ с произвольной выборкой. Соответственно возросли и такие показатели этих приборов, как быстродействие и плотность упаковки. Однако основное внимание при этом уделялось созданию приборов памяти для основной оперативной памяти больших ЭВМ. Кристаллы памяти для таких систем предпочтительно должны иметь организацию с одноразрядными словами (как в приборах емкостью 4К*1 бит) и к тому же должны иметь невысокую удельную стоимость в пересчете на биты. Однако к приборам памяти для микропроцессоров предъявляются иные требования, и для них наиболее эффективной оказывается организация кристалла с 8-бит словами (байтовая организация). Нынешнее поколение МОП-микропроцессоров характеризуется высокими рабочими характеристиками, многофункциональностью, простотой применения и достаточно низкой стоимостью, поэтому и приборы памяти, разработанные для них, должны обладать всеми перечисленными выше свойствами.

Вместе с тем уровень рабочих характеристик МОП БИС стал настолько высоким, что МОП ЗУПВ уже можно успешно применять в таких быстродействующих системах памяти, в которых раньше использовались исключительно биполярные ЗУ. Примерами таких систем являются буферные ЗУ, ЗУ типа «кэш» и устройства перезаписываемой управляющей памяти. Поэтому возникает следующий вопрос: может ли одно и то же ЗУ быть пригодным для использования как с микропроцессорами, так и с быстродействующими основными ОЗУ?

Весь этот диапазон применений — от микропроцессорных систем до основных ОЗУ — перекрывают статические ЗУПВ МК4118 и МК4801 емкостью 1024*8 бит каждое. Оба эти прибора одинаковы по своим функциональным возможностям и выполнены в одинаковых 24-контактных корпусах, однако отличаются друг от друга некоторыми особенностями технологии изготовления и быстродействием (см. врезку «Принципы построения новых плотноупакованных ЗУПВ»). ЗУПВ 4118 изготавливается по технологии Poly R фирмы Mostek и его быстродействие (времена выборки от 120 до 250 нс) соответствует требованиям к приборам памяти для микропроцессорных систем; с другой стороны, для изготовления ЗУПВ 4801 используется новая технология Scaled Poly 5, обеспечивающая времена выборки от 55 до 90 нс. Благодаря этому последний прибор представляет собой альтернативу таким современным биполярным ЗУПВ, как прибор 93471 емкостью 4К*1 бит фирмы Fairchild Camera and Instrument Corp., с преимуществом как по величине потребляемой мощности, так и по плотности упаковки.

При проектировании высокоуниверсального ЗУПВ необходимо учитывать моменты, связанные с управлением и синхронизацией прибора и организацией снижения потребляемой мощности в режиме хранения. Сначала фирма Mostek применила в своем статическом ЗУПВ МК4104 емкостью 1К*4 бит подход, предусматривающий использование тактируемых, или динамических, управляющих периферийных схем, подобных тем, которые используются в динамических ЗУПВ. И хотя такой подход обеспечил снижение потребляемой мощности, для работы такого ЗУПВ требовался внешний импульс включения кристалла, запускающий генераторы внутренних тактовых импульсов. Фирмой Intel Corp. был предложен и использован другой подход, на основе которого было разработано полностью статическое ЗУПВ 2148 емкостью 1К*4 бит: в этом ЗУ сигнал выбора кристалла используется для выключения ряда внутренних схемных блоков, обеспечивая тем самым частичное отключение питания прибора.

Методы снижения потребляемой мощности

Однако оба этих подхода накладывают определенные ограничения на временные диаграммы управляющих сигналов, например на минимальную длительность предварительного заряда или на время выдержки сигналов на входе включения кристалла или входе выбора кристалла. Действительно, в ЗУПВ 4104 ни запись, ни считывание просто невозможны до тех пор, пока на вход включения кристалла (C̅E̅) не поступит отрицательный фронт управляющего сигнала. Однако вместе с тем прибор 4104 обладал таким исключительным свойством, как возможность детектирования этих фронтов при помощи специальных схем (так называемый запуск фронтами сигналов) и запуска внутренней последовательности управляющих импульсов. Достоинство этого очевидно: уменьшение потребляемой мощности как в режиме обращения, так и в режиме хранения — совсем как в динамическом ЗУПВ.

В приборах 4118 и 4801 использован модифицированный принцип запуска фронтами сигналов — для их работы уже не требуется внешний тактовый импульс. Это достигнуто благодаря использованию схемы, которая способна воспринять и отработать любой фронт сигнала — как положительный, так и отрицательный. Такие. схемы включены на каждом из 10 адресных входов кристалла, благодаря чему в обоих ЗУ — 4118 и 4801 — генерация тактового импульса, запускающего формирователи внутренних тактовых сигналов, происходит при любом изменении логического уровня сигнала на любой из адресных шин.

Эта схема, распределенная по всем адресным буферам и генерирующая пусковой тактовый импульс, названа схемой детектирования изменения адреса (SAT-схема1{SAT — sense-adress-transition}). Она показана на рис.1. Каждый такой адресный буфер по существу подключен к управляющим периферийным схемам ЗУ; отрицательный фронт импульса SAT, формируемый при любом изменении любого из адресов, запускает внутренний цикл работы ЗУ.

Главной специфической особенностью статических ЗУПВ МК4118 и МК4801 емкостью 1К*8 бит фирмы Mostek является запуск адресными сигналами. Схема детектир
Рис.1. Главной специфической особенностью статических ЗУПВ МК4118 и МК4801 емкостью 1К*8 бит фирмы Mostek является запуск адресными сигналами. Схема детектирования изменения адреса, подключенная к каждому из адресных входов, воспринимает положительные и отрицательные фронты адресных сигналов и запускает по каждому из них внутренние периферийные схемы.

Следовательно, приборы 4118 и 4801 обладают преимуществом, которое дает применение тактируемых периферийных схем, — малым потреблением мощности — без каких-либо ограничений на внешние тактовые сигналы. Данное свойство называется свойством запуска адресными сигналами, причем оно не влечет за собой никаких сложностей с точки зрения применения ЗУ.

Кроме схемы детектирования изменения адреса (SAT-схемы) в ЗУ 4118 и 4801 имеются и другие схемы, обеспечивающие уменьшение рассеиваемой мощности. Примером тому служат древовидные дешифраторы и тактируемые усилители считывания. Такие дешифраторы в любом из стационарных режимов работы кристалла памяти потребляют ток, равный току утечки; заметное потребление мощности происходит в них только в переходных режимах.

Автоматическое снижение потребляемой мощности

Другим примером применения схемных решений с малым потреблением мощности является предусмотренное в новых кристаллах памяти автоматическое снижение мощности в режиме хранения. В отличие от прибора 2148, в котором снижение потребляемой мощности происходит только при подаче на вход выбора кристалла (C̅S̅) уровня логической 1, в приборах 4118 и 4801 снижение мощности при переходе в режим хранения происходит автоматически сразу же после того, как данные фиксируются в выходном регистре (по внутреннему тактовому сигналу, который отключает питание дешифраторов и тактируемых усилителей считывания). Уменьшение рассеиваемой мощности при этом составляет около 30%; и хотя в других ЗУПВ с маломощным режимом хранения оно может быть более значительным, в приборах 4118 и 4801 переход в маломощный режим пассивного хранения не накладывает никаких ограничений на временные диаграммы внешних управляющих сигналов.

В новых ЗУПВ емкостью 1К*8 бит предусмотрена также функция фиксации. Соответствующий ей вход (L̅), запускаемый уровнем логического 0, обеспечивает ввод и фиксацию адресной информации в регистрах кристалла, позволяя отказаться от применения внешних отдельных регистров хранения адреса, которые требуются в системах с шиной адресов и данных. Подача на вход L уровня логического 0 обеспечивает начало выполнения двух основных операций: сначала происходит отключение адресной линии от SAT-схемы, затем передача адресов во встроенные регистры, представляющие собой часть SAT-схемы. Те же самые операции происходят и при переводе кристаллов ЗУ в режим записи (управление при этом осуществляется по входу разрешения записи W̅E̅ подачей на него уровня логического 0): при этом, как видно из рис.1, состояние триггера разрешения записи кристалла (CEW — chip-enable-write) изменяется, что в свою очередь приводит к изменению состояния триггера Q1. Последний также обеспечивает отключение SAT-схемы от адресных линий.

В момент прихода отрицательного перепада сигнала на вход фиксации или вход разрешения записи информация на адресных входах ЗУ должна быть уже установлена и зафиксирована. При выполнении записи соответствующий цикл заканчивается не раньше, чем тактовый сигнал пройдет через поликремниевую линию задержки; после прохождения через эту линию данный сигнал изменяет состояние триггера CEW и тем самым вновь подключает адресную линию к SAT-схеме. Однако в цикле считывания с фиксацией адресная линия не будет подключена к SAT-схеме до тех пор, пока на входе фиксации L̅ не появится опять уровень логической 1.

Генератор подкачки

Как в ЗУ 4118, так и в ЗУ 4801 применен генератор смещения подложки (генератор подкачки заряда), который подает на подложку отрицательное смещение, уменьшающее емкости переходов и снижающее влияние подложки в МОП-приборах. Этот генератор подкачки заряда выдает напряжение смещения —9 В1{Видимо, опечатка. Более правдоподобна величина —3 В. — Прим. перев.}, а его нагрузочная способность более чем достаточна для компенсации токов утечки в кристаллах памяти. Отличительной особенностью генератора смещения в приборах 4118 и 4801 является то, что он осуществляет подкачку заряда как при отрицательных, так и при положительных отклонениях напряжения смещения от заданного уровня. Большинство других генераторов смещения подложки осуществляют подкачку только отрицательного заряда; подгонка напряжения смещения в положительную сторону в них возможна только за счет тока подложки. Такие генераторы значительно медленнее реагируют на любые случайные отклонения напряжения смещения подложки.

Применение новых ЗУПВ

Как и в нетактируемых (полностью статических) ЗУПВ, любое изменение состояния адресных входов в приборах 4118 и 4801 вызывает выборку новых данных. В цикле считывания без фиксации (на входе W̅E̅ логическая 1), когда на входе выбора кристалла (C̅S̅) и включения выхода (O̅Е̅) подан логический 0, последнее изменение адреса вызывает генерацию импульса SAT, который запускает формирователи внутренних тактовых сигналов; это последнее изменение адреса прерывает любой ранее начатый цикл работы ЗУ. Из рис.1 видно, что импульс SAT выключает функцию уравновешивания и включает функцию выборки, в результате чего происходит выдача питания на дешифраторы строк и запуск сигнала в поликремниевую линию задержки.

До начала считывания содержимого запоминающего элемента функция сигнала уравновешивания заключается в том, чтобы удерживать на взаимно дополнительных шинах ДАННЫЕ и Д̅А̅Н̅Н̅Ы̅Е̅ этого элемента напряжение +5 В. При выключении этого сигнала обе шины переходят в «плавающее» состояние и напряжение +5 В на них сохраняется. Только после выборки конкретного элемента одна из этих шин разряжается на землю.

Если уровень логического нуля хранится в той половине элемента, с которой связана шина данных, не соединенная с нагрузочными резисторами, то со второй шины на элементы будет по-прежнему поступать напряжение питания около +5 В. Может показаться опасным (с точки зрения сохранения информации) другой вариант — когда разряжается на землю шина, с которой снимается напряжение питания элементов столбца. Однако временные диаграммы работы ЗУ 4118 и 4801 таковы, что необходимый для считывания информации дифференциальный сигнал между шинами ДАННЫЕ и Д̅А̅Н̅Н̅Ы̅Е появляется намного раньше, чем возникнет опасность потери информации в запоминающих элементах столбца, которые получают питание от разряжающейся шины. Этот разностный сигнал величиной 200—300 мВ усиливается дифференциальным усилителем, расположенным сразу после запоминающего элемента, и сразу после формирования сигнала достаточной величины импульс, прошедший через поликремниевую линию задержки, запускает тактовые сигналы управления усилителями считывания и выключает дешифраторы строки. В тот же момент включается и триггер функции уравновешивания, так что на шинах ДАННЫЕ и Д̅А̅Н̅Н̅Ы̅Е̅ вновь восстанавливается напряжение +5 В Через короткий промежуток времени после того, как тактовый импульс включит усилители считывания, на выходах ЗУ появятся считываемые данные, зафиксированные в регистрах.

Временные диаграммы

Временная диаграмма цикла считывания с фиксацией показана на рис.2. Она почти не отличается от диаграммы обычного цикла считывания, за исключением лишь того, что при появлении на шине фиксации уровня логического 0 информация на адресных входах и входе выбора кристалла автоматически фиксируется во внутренних регистрах кристалла памяти. Одновременно с этим сигнал L̅ отключает адресные контакты и контакт выбора кристалла от входных цепей ЗУ. В таком цикле считывания информация на адресных входах и входе выбора кристалла должна быть установлена до прихода отрицательного фронта на вход L̅ ЗУ и после этого выдержана без изменений в течение определенного временного интервала, показанного на временной диаграмме.

В состав приборов памяти 4118 и 4801 входят встроенные регистры, удобные при применении этих ЗУ о системах с мультиплексированными шинами. Цикл считыв
Рис.2. В состав приборов памяти 4118 и 4801 входят встроенные регистры, удобные при применении этих ЗУ о системах с мультиплексированными шинами. Цикл считывания с фиксацией (на входе разрешения записи W̅E̅ логическая 1) выполняется путем подачи на вход фиксации L̅ логического 0, в результате чего адреса и сигнал выбора кристалла заносятся во внутренние регистры ЗУ, а считываемые данные поступают на выходные буферы.

Во время цикла считывания можно использовать еще два управляющих входа ЗУ—вход выбора кристалла и вход включения выхода. Если в течение цикла на эти входы не поступают сигналы включения, то выходные буферы ЗУ не включаются. Однако считывание содержимого ЗУ будет идти своим чередом и информация из запоминающих элементов будет выбрана и передана на вход выходных буферов кристалла. Поэтому в обоих рассматриваемых ЗУ — 4118 и 4801 — времена выборки по входу выбора кристалла и по входу включения выхода составляют всего 50% обычного времени выборки по адресным входам.

Цикл записи ЗУ несколько сложнее цикла считывания. Подача на вход разрешения записи логического 0 оказывает на адресную информацию такое же воздействие, как и подача логического 0 на вход L̅: информация на адресных входах и входе выбора кристалла фиксируется во внутренних регистрах. Поэтому и в данном

случае соответствующие сигналы должны быть установлены за определенное время до прихода отрицательного фронта сигнала W̅E̅ и выдержаны неизменными в течение определенного времени после прихода этого фронта.

В ЗУ 4118 и 4801 операция записи фактически происходит при приходе положительного фронта сигнала W̅E̅. Когда это происходит, внутренние схемы ЗУ подключают одну из двух шин — ДАННЫЕ или Д̅А̅Н̅Н̅Ы̅Е̅ — записываемого элемента к земле. Однако запись отличается от считывания тем, что для установки триггерного запоминающего элемента в нужное состояние напряжение на соответствующей шине должно быть равным нулю. Как и в наихудшем случае при считывании — когда к земле подключается та шина, с которой снимается питание элемента, — при записи происходит снижение напряжения на шине данных для целого столбца запоминающих элементов. Такая ситуация кажется весьма опасной с точки зрения сохранения информации.

Однако ЗУ сконструировано таким образом, что постоянная времени, определяемая нагрузочными резисторами и соответствующими паразитными и активными емкостями запоминающего элемента, достаточно велика. Благодаря этому за то короткое время, в течение которого на шине данных присутствует низкий уровень напряжения, напряжения во внутренних узлах не-выбранных элементов не успеют существенно снизиться. Единственный недостаток подобного подхода состоит в том, что в обоих рассматриваемых ЗУ работа в полностью статическом режиме записи невозможна: каждый цикл записи должен обязательно начинаться и заканчиваться отрицательным и положительным фронтами сигнала W̅E̅ соответственно. Кроме того, так как запись фактически происходит только после прихода положительного фронта сигнала W̅E̅, входные данные должны быть установлены за определенное время до прихода этого фронта и выдержаны неизменными в течение определенного времени после него.

Совместимость

Для статических ЗУПВ всегда имели место проблемы совместимости, связанные с увеличением емкости. Например, стандартное ЗУПВ емкостью 1К выпускается в 16-контактном корпусе, а стандартное ЗУПВ емкостью 4К — в 18-контактном корпусе. Однако следующий стандартный размер — это 24-контактный корпус с межрядным расстоянием 15,2 мм, который пригоден для приборов емкостью до 16К: поэтому он годится не только для приборов 4118 и 4801, но и будет использован для прибора следующего поколения, МК4802, статического ЗУПВ емкостью 2К*8 бит. Последующие приборы памяти более высокой емкости придется монтировать уже в 28-контактные корпуса.

Разводка выводов ЗУ 4801 легко модернизируется с точки зрения перехода к ЗУ 4802, так как в ней достаточно лишь заменить вход фиксации L̅ дополнительным адресным входом А11. (Следовательно, при разработке системы, рассчитанной на последующую модернизацию и в первоначальном варианте использующей вход L̅ приборов памяти, это обстоятельство должно быть принято во внимание.)

При создании статических ЗУПВ емкостью свыше 16К — приборов на 32 и 64 кбит — потребуются уже 28-контактные корпуса, если, конечно, в них не будет использован какой-либо метод мультиплексирования данных и адресов. Однако по ширине 28- и 24-контактный корпуса одинаковы, а разводка выводов приборов 4118 и 4801 организована таким образом, что можно сконструировать систему памяти, пригодную для применения ЗУПВ емкостью 1К*8 и 2К*8 бит, а в будущем — и приборов емкостью 32К и 64К. В этой системе должны быть использованы 28-контактные колодки, при этом приборы емкостью 8К и 16К вставляются в нижние 24 контактных гнезда. Фактически сегодня уже можно разработать систему памяти с 28-контактными колодками, выполненную на ЗУПВ, ПЗУ или СППЗУ, для которой будет гарантирована совместимость при модернизации для трех последовательных поколений ЗУ, т.е. на предстоящие четыре-шесть лет.

Смешанные системы памяти, содержащие ЗУПВ

Особую важность вопрос совместимости приобретает, когда речь заходит о микропроцессорных системах, в которых применяются и ПЗУ, и ЗУПВ. Конкретное соотношение объемов оперативной и постоянной памяти в системе редко бывает известно на стадии разработки ее аппаратной части, причем довольно часто это соотношение меняется уже в период производства и эксплуатации изделия. Поэтому разработчик памяти должен предусмотреть возможность ее расширения, оставив в матрице памяти свободные контактные колодки, а если ЗУПВ по разводке выводов не совместимо с ПЗУ, то таких матриц придется иметь в системе две. В результате появляется избыток неиспользуемой площади печатных плат, которого можно было бы избежать, применив ЗУПВ, совместимое по разводке выводов с ПЗУ. Это позволяет иметь в системе одну матрицу памяти с произвольным чередованием в ней ЗУПВ и ПЗУ.

На стадии разработки аппаратной части большинства микропроцессорных систем точное соотношение объемов оперативной и постоянной памяти обычно еще неизв
Рис.3. На стадии разработки аппаратной части большинства микропроцессорных систем точное соотношение объемов оперативной и постоянной памяти обычно еще неизвестно. Однако при помощи всего одной контактной перемычки одну и ту же контактную колодку можно использовать как для ЗУПВ 4118, так и для СППЗУ 2716. Дешифрирование адресов выполняет простая логическая схема.

На рис.3 показана типовая микропроцессорная система, в которой сочетаются ЗУПВ и ПЗУ. Шесть контактных колодок этой системы обеспечивают получение суммарной емкости памяти 8 кбайт при произвольном чередовании стираемых ППЗУ (СППЗУ) и ЗУПВ. Различие в разрядности адресов 16-кбит СППЗУ типа 2716 и прибора 4118 устраняется благодаря использованию проволочной перемычки на 19-м контакте корпуса ЗУ 4118.

На рис.4 показана система памяти, которая в восьми 28-контактных колодках содержит в общей сложности 33 кбайт памяти (ПЗУ емкостью 8 кбайт, СППЗУ емкостью 8 кбайт и несколько ЗУПВ общей емкостью 9 кбайт) и благодаря совместимости разводки допускает модернизацию на основе приборов более высокой емкости. Входящий в ее состав прибор МК37000 представляет собой 28-контактный вариант ПЗУ МК36000 емкостью 8К*8 бит, а прибор МК2764 —СППЗУ емкостью 8К*8 бит. Оба указанных прибора должны быть выпущены в начале следующего, 1980г. Ориентация матрицы памяти этой системы на применение приборов в 28-контактных корпусах позволяет получить для нее предельную информационную емкость 64 кбайт.

В восьми 28-контактных колодках этой системы памяти можно разместить набор ЗУПВ, ПЗУ и СППЗУ суммарной емкостью до 64 кбайт. Разрабатываемые сейчас ПЗ
Рис.4. В восьми 28-контактных колодках этой системы памяти можно разместить набор ЗУПВ, ПЗУ и СППЗУ суммарной емкостью до 64 кбайт. Разрабатываемые сейчас ПЗУ МК37000, СППЗУ МК2764 и ЗУПВ МК4802 по разводке выводов совместимы с прибором 4118, что позволит выполнять модернизацию систем памяти без существенной переработки их конструкции в течение предстоящих четырех-шести лет.

ППЗУ, программируемые расплавлением перемычек, представляют собой гибкое и универсальное средство дешифрирования адресного пространства каждой контактной колодки, при этом роль адресных перемычек в системе выполняют миниатюрные переключатели в двухрядных корпусах. Дальнейший выбор отдельных блоков памяти может осуществляться с помощью незадействованных адресов этих ППЗУ.

Но совместимость разводки выводов обеспечивает и другие выгоды, так как в быстродействующих устройствах памяти можно успешно использовать прибор 4801. Он совместим по разводке выводов и по рабочим характеристикам с биполярным ППЗУ 82S2708 — оба этих прибора имеют времена выборки 70 нс. Поэтому такую пару приборов можно успешно использовать, например, в управляющей памяти компьютера, возложив на биполярное ППЗУ функцию постоянной памяти, а на ЗУПВ — функцию перезаписываемой управляющей памяти.

И последним по порядку следования (но не по значению) является вопрос о совместимости рассматриваемых приборов с ЗУПВ емкостью 1К*8 бит других изготовителей. В настоящее время по крайней мере пять фирм объявили о своем намерении выпустить приборы, совместимые с ЗУ 4118 и 4801. Большинство из них будет совместимо с этими ЗУ по разводке выводов, за исключением 19-го контакта; конкуренты собираются оставить в своих ЗУ этот контакт незадействованным, однако при работе с приборами 4118 и 4801 без использования этого контакта соответствующую линию следует подключить к шине высокого напряжения системы.

Возможные применения

ЗУПВ 4118 можно успешно применять в тех системах, в которых требуется получение достаточно высоких характеристик при малой стоимости. Как видно из рис.5, это ЗУ легко сопрягается с любым микропроцессором.





Рис.5. ЗУПВ 4118 легко сопрягается с большинством существующих микропроцессоров. Для его подключения к микропроцессору Z80 требуется только дешифраторное ППЗУ (а). При стыковке ЗУ с микропроцессором 6809 требуется еще несколько дополнительных логических схем (б), тогда как в системах на основе микропроцессоров 8085 и 8088 для выполнения мультиплексирования нужен еще промежуточный регистр (в). Для 16-разрядного микропроцессора 8086 приборы 4118 надо включать парами, а для возможности выполнения байтовой адресации нужна еще и пара дешифраторных ППЗУ (г).

На рис.5,а показано использование прибора 4118 в системе памяти для микропроцессора Z80 фирмы Zilog (микропроцессора МК3880 фирмы Mostek, что то же самое). В этой системе использованы 28-контактные колодки и допускается любое сочетание ЗУПВ, ПЗУ и СППЗУ. Старшие адресные разряды с микропроцессора поступают на биполярное ППЗУ 74S287 емкостью 256*4 бит, которое обеспечивает дешифрирование адресного пространства. Это ППЗУ позволяет в любой момент переопределить структуру этого пространства. Все, что для этого требуется, — это дополнительный адресный дешифратор на ППЗУ, позволяющий расширить систему памяти до восьми колодок с увеличением ее предельной емкости до 64 кбайт.

На рис.5,б показана система, в которой ЗУПВ 4118 работает с микропроцессором 6809 фирмы Motorola. В этом случае для формирования управляющих сигналов требуются некоторые дополнительные логические схемы. Первая причина этого заключается в том, что в микропроцессоре 6809 сигнал управления считыванием/записью (R/W̅) выведен на один контакт и поэтому для его разделения на сигналы включения выхода и разрешения записи требуется дополнительная логика. Вторая причина связана с некоторыми особенностями синхронизации. Прежде всего, для ЗУ 4118 необходимо, чтобы данные на входе были выдержаны в течение некоторого времени после прихода заднего фронта сигнала W̅E̅, тогда как в микропроцессоре 6809 данные на выходе исчезают одновременно с окончанием сигнала R/W̅. Дополнительная логическая схема с помощью выходного тактового сигнала Е микропроцессора 6809 и сдвинутого на четверть такта выходного тактового сигнала Q обеспечивает опережающее формирование высокого уровня сигнала W̅E̅ для ЗУПВ относительно сигнала R/W̅. Благодаря этому логическая 1 на входе W̅E̅ ЗУПВ появляется примерно за четверть цикла до исчезновения данных. Кроме того, выходные сигналы Е и Q микропроцессора 6809 используются для включения дешифратора на ППЗУ. Благодаря этому период обращения к памяти составляет три четверти микропроцессорного цикла, а оставшаяся четверть цикла отводится на предварительный заряд при включении кристалла, необходимый для ПЗУ, запускаемых фронтами сигналов. Все остальные соединения между ЗУ и микропроцессором 6809 полностью аналогичны соединениям в предыдущем рассмотренном случае.

Системы с вспомогательным регистром

Как видно из рис.5,в прибор 4118 легко можно использовать и совместно с микропроцессорами 8085 и 8088 фирмы Intel. При этом управление считыванием и записью ЗУ осуществляется непосредственно выходными сигналами микропроцессора. Выход микропроцессора 10/М, определяющий, подключена шина данных к устройству ввода-вывода или к памяти, соединяется с входом включения дешифратора памяти на ППЗУ. Выход включения адресного регистра (ALE) соединен с дешифратором на ППЗУ и с соответствующим входом 8-бит регистра типа 74LS373, который демультиплексирует адреса и данные в микропроцессорах 8085 и 8088.

Подключение ЗУ 4118 к 16-разрядному микропроцессору 8086 фирмы Intel осуществляется почти таким же образом, как и к микропроцессору 8085. Единственное отличие состоит в том, что для работы с 16-разрядными словами этого микропроцессора используются параллельно соединенные пары приборов 4118 (рис.5,г). Для выполнения требования байтовой адресации в этой системе памяти необходимы два дешифраторных ППЗУ, при помощи которых формируются сигналы включения кристалла — ведь прибор 8086 может принимать как 8-, так и 16-разрядные данные. В противном случае в системе можно обойтись одним дешифраторным ППЗУ.

Применение в быстродействующих системах

ЗУПВ 4801 ориентировано на применение в быстродействующих системах памяти, в которых в настоящее время используются биполярные ЗУПВ. Крупнейшее современное биполярное ЗУПВ — это прибор 93470 фирмы Fairchild с организацией 4К*1 бит. Прибор 4801 имеет вдвое большую информационную емкость, а реализованная на его основе система памяти емкостью 4К*8 бит рассеивает в четыре раза меньше мощности по сравнению с аналогичной системой на биполярных приборах 93470. (Если же такая система памяти будет собрана на ЗУПВ типа 93415 емкостью 1К, то для нее рассеиваемая мощность будет уже в шесть раз больше по сравнению с системой на приборах 4801.) Кроме того, байтовая организация прибора 4801 позволяет успешно применять его во многих системах памяти, в которых до сих пор использовались только биполярные ЗУ.

Конкуренция с биполярными ЗУ

Одной из областей, в которой применялись исключительно биполярные приборы памяти, являются компьютерные системы памяти типа «кэш» и перезаписываемые устройства управляющей памяти. Прибор 4801 может быть использован в качестве ЗУ типа «кэш» между секционным процессором и основной оперативной памятью, выполненной на динамических ЗУПВ, и одновременно с этим может выполнять различные функции перезаписываемой управляющей памяти процессора.

Другая область применения, в которой требуется свойственное прибору 4801 высокое быстродействие,— это многопортовая память. Во многих распределенных вычислительных системах имеется несколько относительно медленных микропроцессоров, работающих с одной общей для них памятью.

Если эта память имеет достаточно высокое быстродействие (а ЗУ 4801 его имеет), то такую систему можно организовать так, что совместное пользование общей памятью не будет вызывать сколько-нибудь заметного снижения как быстродействия системы в целом, так и быстродействия каждого отдельного процессора. В этой области применения прибор 4801 может обеспечить значительное снижение стоимости систем, так как он позволит отказаться от избыточной памяти.

Дочерние статьи:

Принципы построения новых плотноупакованных ЗУПВ

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 52, No.20 (572), 1979г - пер. с англ. М.: Мир, 1979, стр.41

Electronics Vol.52 No.20 September 27, 1979 A McGraw-Hill Publication

D.Huffman. Polysilicon-load RAMs plug into mainframes or microprocessors, pp.131—139.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Полупроводниковая техника





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/Mostek/D19790927Elc038.shtml