Czy jest możliwość dodania nowych informacji do ROMu? Ogólna charakterystyka pamięci trwałej

Bardzo często w różnych zastosowaniach konieczne jest przechowywanie informacji, które nie zmieniają się w trakcie pracy urządzenia. Są to informacje takie jak programy w mikrokontrolerach, programy ładujące (BIOS) w komputerach, tablice współczynników filtrów cyfrowych w procesorach sygnałowych, DDC i DUC, tablice sinusów i cosinusów w NCO i DDS. Prawie zawsze ta informacja nie jest jednocześnie wymagana, dlatego najprostsze urządzenia do przechowywania trwałej informacji (ROM) można budować na multiplekserach. Czasami w tłumaczonej literaturze trwałe urządzenia pamięci masowej nazywane są ROM (pamięć tylko do odczytu - pamięć tylko do odczytu). Schemat takiego urządzenia pamięci tylko do odczytu (ROM) pokazano na rysunku 3.1.

Rysunek 3.1. Obwód pamięci tylko do odczytu (ROM) oparty na multiplekserze.

W tym obwodzie zbudowane jest urządzenie pamięci tylko do odczytu z ośmioma jednobitowymi komórkami. Zapisanie określonego bitu w komórce jednocyfrowej odbywa się poprzez przylutowanie przewodu do źródła zasilania (zapisanie jedynki) lub uszczelnienie przewodu do obudowy (zapisanie zera). Na schematach obwodów takie urządzenie jest oznaczone jak pokazano na rysunku 3.2.

Rysunek 3.2. Oznaczenie urządzenia pamięci trwałej na schematach połączeń.

Aby zwiększyć pojemność komórki pamięci ROM, mikroukłady te można połączyć równolegle (wyjścia i zapisane informacje pozostają oczywiście niezależne). Schemat połączeń równoległych jednobitowych pamięci ROM pokazano na rysunku 3.3.

Rysunek 3.3 Schemat wielobitowej pamięci tylko do odczytu (ROM).

W prawdziwych ROMach informacja jest zapisywana przy użyciu ostatniej operacji produkcji chipa - metalizacji. Metalizację przeprowadza się za pomocą maski, dlatego takie ROMy nazywane są ROM-ami z maską. Kolejną różnicą między prawdziwymi mikroukładami a uproszczonym modelem podanym powyżej jest zastosowanie demultipleksera oprócz multipleksera. To rozwiązanie umożliwia przekształcenie jednowymiarowej struktury pamięci w dwuwymiarową, a tym samym znaczne zmniejszenie objętości obwodu dekodera wymaganego do działania obwodu ROM. Sytuację tę ilustruje poniższy rysunek:

Rysunek 3.4. Obwód zamaskowanej pamięci tylko do odczytu (ROM).

Maski ROM są przedstawione na schematach obwodów, jak pokazano na rysunku 3.5. Adresy komórek pamięci w tym układzie podawane są na piny A0...A9. Chip jest wybierany sygnałem CS. Za pomocą tego sygnału można zwiększyć głośność pamięci ROM (przykład wykorzystania sygnału CS podano w omówieniu pamięci RAM). Odczyt mikroukładu odbywa się za pomocą sygnału RD.

Rysunek 3.5. Symboliczne oznaczenie graficzne maski ROM (ROM) na schematach obwodów.

Programowanie ROM maski odbywa się w fabryce producenta, co jest bardzo uciążliwe przy małych i średnich seriach produkcyjnych, nie mówiąc już o etapie rozwoju urządzenia. Oczywiście w przypadku produkcji na dużą skalę pamięci ROM z maską są najtańszym typem pamięci ROM i dlatego są obecnie szeroko stosowane. Dla małych i średnich serii produkcyjnych sprzętu radiowego opracowano mikroukłady, które można programować w specjalnych urządzeniach - programatorach. W tych ROM-ach stałe połączenie przewodów w matrycy pamięci zostało zastąpione topliwymi ogniwami wykonanymi z polikrystalicznego krzemu. Podczas produkcji pamięci ROM zakładane są wszystkie zworki, co jest równoznaczne z zapisaniem jednostek logicznych do wszystkich komórek pamięci ROM. Podczas procesu programowania ROM zwiększona moc jest dostarczana do styków zasilania i wyjść mikroukładu. W takim przypadku, jeśli na wyjście pamięci ROM zostanie podane napięcie zasilania (logiczne), wówczas przez zworkę nie przepłynie prąd, a zworka pozostanie nienaruszona. Jeśli na wyjście pamięci ROM (podłączonej do obudowy) zostanie przyłożone niskie napięcie, wówczas przez zworkę matrycy pamięci przepłynie prąd, który go odparuje, a następnie, gdy informacja zostanie odczytana z tej komórki ROM, pojawi się zostanie odczytane zero logiczne.

Takie mikroukłady nazywane są programowalny ROM (PROM) lub PROM i są przedstawione na schematach obwodów, jak pokazano na rysunku 3.6. Jako przykład PROM możemy wymienić mikroukłady 155PE3, 556RT4, 556RT8 i inne.

Rysunek 3.6. Oznaczenie graficzne programowalnej pamięci tylko do odczytu (PROM) na schematach obwodów.

Programowalne pamięci ROM okazały się bardzo wygodne w produkcji na małą i średnią skalę. Jednak w trakcie rozwoju urządzenia radioelektroniczne Często trzeba zmienić program zapisany w pamięci ROM. W takim przypadku pamięci EPROM nie można ponownie wykorzystać, więc po zapisaniu pamięci ROM, jeśli wystąpi błąd lub program pośredni, należy ją wyrzucić, co w naturalny sposób zwiększa koszty rozwoju sprzętu. Aby wyeliminować tę wadę, opracowano inny typ pamięci ROM, którą można wymazać i przeprogramować.

Kasowalna pamięć ROM UV zbudowana jest w oparciu o matrycę pamięci zbudowaną na komórkach pamięci, której wewnętrzną strukturę pokazano na poniższym rysunku:

Rysunek 3.7. Komórka pamięci ROM kasowalna promieniami UV i elektrycznie.

Ogniwo to tranzystor MOS, w którym bramka wykonana jest z krzemu polikrystalicznego. Następnie, podczas procesu produkcyjnego mikroukładu, bramka ta ulega utlenieniu i w efekcie zostanie otoczona tlenkiem krzemu – dielektrykiem o doskonałych właściwościach izolacyjnych. W opisywanym ogniwie, przy całkowicie wymazanej pamięci ROM, w bramce pływającej nie ma ładunku, dlatego tranzystor nie przewodzi prądu. Podczas programowania pamięci ROM zasilana jest druga bramka, umieszczona nad bramką pływającą Wysokie napięcie a ładunki są indukowane w bramie pływającej w wyniku efektu tunelowania. Po odłączeniu napięcia programującego indukowany ładunek pozostaje na bramce pływającej, a zatem tranzystor pozostaje w stanie przewodzenia. Ładunek pływającej bramki takiego ogniwa może być przechowywany przez dziesięciolecia.

Schemat blokowy opisywanej pamięci tylko do odczytu nie różni się od opisanej wcześniej maski ROM. Jedyną różnicą jest to, że zamiast zworki topliwej zastosowano opisane powyżej ogniwo. Ten typ pamięci ROM nazywany jest reprogramowalną pamięcią tylko do odczytu (EPROM) lub EPROM. W pamięci ROM wcześniej zapisane informacje są usuwane za pomocą promieniowania ultrafioletowego. Aby światło mogło swobodnie przechodzić do kryształu półprzewodnika, w obudowę chipa ROM wbudowane jest okno ze szkła kwarcowego.

Kiedy układ EPROM zostanie napromieniowany, właściwości izolacyjne tlenku krzemu zostaną utracone, nagromadzony ładunek z bramki pływającej przepływa do objętości półprzewodnika, a tranzystor komórki pamięci przechodzi w stan wyłączony. Czas kasowania chipa RPOM wynosi od 10 do 30 minut.

Liczba cykli zapisu i kasowania chipów EPROM waha się od 10 do 100 razy, po czym chip EPROM ulega awarii. Wynika to z destrukcyjnego wpływu promieniowania ultrafioletowego na tlenek krzemu. Jako przykład mikroukładów EPROM możemy wymienić mikroukłady serii 573 produkcji rosyjskiej i mikroukłady serii 27cXXX produkcji zagranicznej. RPOM najczęściej przechowuje programy BIOS komputerów uniwersalnych. RPOMy przedstawiono na schematach obwodów, jak pokazano na rysunku 3.8.

Rysunek 3.8. Symboliczne oznaczenie graficzne pamięci EPROM na schematach połączeń.

Ponieważ obudowy z okienkiem kwarcowym są bardzo drogie, a także niewielka liczba cykli zapisu i kasowania, doprowadziły one do poszukiwania sposobów elektrycznego usuwania informacji z pamięci ROM. Na tej drodze napotkano wiele trudności, które zostały już praktycznie rozwiązane. Obecnie mikroukłady z elektrycznym usuwaniem informacji są dość powszechne. Jako komórka pamięci wykorzystują te same komórki, co w pamięci ROM, ale są usuwane przez potencjał elektryczny, więc liczba cykli zapisu i kasowania dla tych mikroukładów sięga 1 000 000 razy. Czas kasowania komórki pamięci w takich ROMach jest skrócony do 10 ms. Obwód sterujący elektrycznie kasowalnych programowalnych pamięci ROM okazał się złożony, dlatego pojawiły się dwa kierunki rozwoju tych mikroukładów:

1. EEPROM – elektrycznie kasowalna, programowalna pamięć tylko do odczytu

Elektrycznie kasowalne pamięci EEPROM są droższe i mają mniejszą objętość, ale umożliwiają osobne przepisanie każdej komórki pamięci. W rezultacie te mikroukłady mają maksymalną liczbę cykli zapisu i kasowania. Obszar zastosowania elektrycznie kasowalnej pamięci ROM to przechowywanie danych, których nie należy usuwać po wyłączeniu zasilania. Takie mikroukłady obejmują mikroukłady krajowe 573РР3, 558РР3 i zagraniczne mikroukłady EEPROM serii 28cXX. Elektrycznie kasowalne pamięci ROM są oznaczone na schematach obwodów, jak pokazano na rysunku 3.9.

Rysunek 9. Oznaczenie graficzne elektrycznie kasowanej pamięci tylko do odczytu (EEPROM) na schematach obwodów.

W Ostatnio Istnieje tendencja do zmniejszania rozmiaru EEPROM poprzez zmniejszanie liczby zewnętrznych pinów mikroukładów. W tym celu adres i dane są przesyłane do i z chipa za pośrednictwem portu szeregowego. W tym przypadku stosowane są dwa typy portów szeregowych - port SPI i port I2C (odpowiednio mikroukłady serii 93cXX i 24cXX). Zagraniczna seria 24cXX odpowiada krajowej serii mikroukładów 558PPX.

FLASH - ROMy różnią się od EEPROM-ów tym, że kasowanie nie odbywa się na każdej komórce osobno, ale na całym mikroukładzie jako całości lub bloku matrycy pamięci tego mikroukładu, tak jak miało to miejsce w EEPROM.

Rysunek 3.10. Symboliczne oznaczenie graficzne pamięci FLASH na schematach połączeń.

Aby uzyskać dostęp do urządzenia pamięci trwałej, należy najpierw ustawić adres komórki pamięci na szynie adresowej, a następnie wykonać operację odczytu z chipa. Ten diagram czasowy pokazano na rysunku 3.11.

Rysunek 3.11. Diagramy czasowe sygnałów do odczytu informacji z ROM.

Na rysunku 3.11 strzałki pokazują kolejność, w jakiej powinny być generowane sygnały sterujące. Na tym rysunku RD to sygnał odczytu, A to sygnały wyboru adresu komórki (ponieważ poszczególne bity szyny adresowej mogą przyjmować różne wartości, pokazane są ścieżki przejścia zarówno do stanu jedynkowego, jak i zerowego), D to odczytana informacja wyjściowa z wybranej komórki ROM.

4. Wykonaj operację dodawania w dodatkowy kod, przedstawiając podane terminy w postaci binarnej:

1) + 45 2) - 45

- 20 + 20

Rozwiązanie:

1) x 1 = 45 = 0,101101 pr

x 2 = - 20 = 1,010100 pr = 1,101011 arr = 1,101100 dodatkowo

+ 1,101100

Odpowiedź: 0,011001 pr = 25 10

2) x 1 = - 45 = 1,101101 pr

x 2 = 20 = 0,010100 pr

+ 0,010100

Odpowiedź: 1,100111 dodatkowe = 1,011000 arr = 1,011001 ex = - 25 10

Pytanie nr 5.

Wykonaj następujące zadania:

1) zapisz funkcję logiczną w SNDF;

2) zminimalizować funkcję logiczną za pomocą map Karnaugha;

Wszystkie urządzenia pamięci tylko do odczytu (ROM) można podzielić na następujące grupy:

● programowalny fabrycznie (oznaczony jako ROM lub ROM);

● z jednorazowym programowaniem, pozwalającym na jednorazową zmianę stanu macierzy pamięci elektrycznie według zadanego programu (oznaczonego jako PROM lub PROM);

● reprogramowalny (reprogramowalny), z możliwością wielokrotnego przeprogramowania elektrycznego, z elektrycznym lub ultrafioletowym kasowaniem informacji (tzw. RPROM lub RPROM).

Aby zapewnić możliwość łączenia wyjść podczas rozszerzania pamięci, wszystkie pamięci ROM mają wyjścia trójstanowe lub wyjścia z otwartym kolektorem.

(xtypo_quote) W pamięci EEPROM napęd jest zbudowany na komórkach pamięci z topliwymi ogniwami wykonanymi z nichromu lub innych materiałów ogniotrwałych. Proces rejestracji polega na selektywnym wypalaniu ogniw topikowych. (/xtypo_quote)
W pamięci ROM komórki pamięci zbudowane są w oparciu o technologie MOS. Wykorzystuje się różne zjawiska fizyczne gromadzenia ładunku na granicy dwóch różnych ośrodków dielektrycznych lub ośrodka przewodzącego i dielektrycznego.

W pierwszym przypadku dielektryk pod bramką tranzystora MOS wykonany jest z dwóch warstw: azotku krzemu i dwutlenku krzemu (SiN 4 - SiO 2). Stwierdzono, że w złożonej strukturze SiN 4 - SiO 2 przy zmianie napięcie elektryczne Na styku obu warstw występuje histereza ładunku, co umożliwia tworzenie komórek pamięci.

W drugim przypadku podstawą komórki pamięci jest tranzystor MOSFET z wtryskiem lawinowym z bramką pływającą (AFL MOS). Uproszczoną budowę takiego tranzystora pokazano na rys. 3,77.
W tranzystorze wtrysku lawinowego z bramką pływającą, przy wystarczająco wysokim napięciu drenu, następuje odwracalne przebicie lawinowe dielektryka, a nośniki ładunku są wstrzykiwane w obszar bramki pływającej. Ponieważ bramka pływająca jest otoczona dielektrykiem, prąd upływowy jest niewielki, a przechowywanie informacji jest zapewnione przez długi okres czasu (dziesiątki lat). Po przyłożeniu napięcia do głównej bramki ładunek ulega rozpuszczeniu w wyniku efektu tunelowego, tj. usuwanie informacji.

Oto niektóre cechy pamięci ROM (tabela 3.1).

Przemysł produkuje dużą liczbę chipów ROM. Weźmy jako przykład dwa układy ROM (ryc. 3.78).

Na schematach zastosowano następujące oznaczenia: A i - wejścia adresowe; D i — wyjścia informacyjne; CS – wybór żetonów; CE - pozwolenie na wyjazd.

Układ K573RF5 to reprogramowalna pamięć ROM (RPM) z kasowaniem w ultrafiolecie, posiadająca strukturę 2Kx8. Pod względem wejścia i wyjścia ten mikroukład jest kompatybilny ze strukturami TTL. Układ K556RT5 to jednorazowo programowalna pamięć ROM, wykonana w oparciu o struktury TTLSH, wejście i wyjście zgodne ze strukturami TTL, posiadająca 512-bitową strukturę x8.

Podstawowe postanowienia.

Pamięć w układzie mikroprocesorowym pełni funkcję przechowywania danych. Do przechowywania przeznaczone są różne rodzaje pamięci różne rodzaje dane. Zostanie to omówione bardziej szczegółowo poniżej.

Informacje w pamięci przechowywane są w komórkach, których liczba bitów jest równa liczbie bitów szyny danych procesora. Zwykle jest to wielokrotność ośmiu. Dzieje się tak, ponieważ bajt jest ośmiobitową jednostką miary. Dlatego pojemność pamięci jest najczęściej mierzona w bajtach, niezależnie od pojemności komórki pamięci.

Dopuszczalna liczba komórek pamięci jest określona przez liczbę bitów szyny adresowej jako 2N, gdzie N jest liczbą bitów szyny adresowej.

Stosowane są również następujące większe jednostki pojemności pamięci: kilobajt – 210 = 1024 bajty (oznaczane jako KB), megabajt – 220 = 1 048 576 bajtów (oznaczane w MB), gigabajt – 230 bajtów (oznaczany jako GB), terabajt – 240 (oznaczany jako TB). Na przykład, jeśli pamięć ma 65 536 komórek, z których każda jest 16-bitowa, wówczas mówi się, że pamięć ma pojemność 128 KB. Zbiór komórek pamięci nazywany jest zwykle przestrzenią pamięci systemowej.

Do podłączenia modułu pamięci do magistrali systemowej stosuje się bloki interfejsu, które obejmują dekoder adresu (selektor), układ przetwarzania sygnałów sterujących magistralą oraz bufory danych (ryc. 8.1). Do podłączenia modułu pamięci do magistrali systemowej stosuje się bloki interfejsu, które obejmują dekoder adresu (selektor), układ przetwarzania sygnałów sterujących magistralą oraz bufory danych (ryc. 2.18).

Zazwyczaj system zawiera kilka modułów pamięci, z których każdy działa w innym obszarze przestrzeni pamięci. Selektor adresu określa, który obszar adresowy przestrzeni pamięci jest przydzielony danemu modułowi pamięci. Obwód sterujący generuje w odpowiednich momentach sygnały zezwolenia na pamięć (CS – Chip Select) i sygnały zezwolenia na zapis do pamięci (WR – Write-Read). Bufory danych przesyłają dane z pamięci do szkieletu lub ze szkieletu do pamięci. Przestrzeń pamięci systemu mikroprocesorowego jest zwykle przydzielana do kilku specjalnych obszarów, które wykonują specjalne funkcje.

Klasyfikacja modułów pamięci.

Klasyfikacja pamięci jest konieczna, aby lepiej zrozumieć, do czego dana pamięć będzie używana.

Przede wszystkim pamięć dzieli się na dwie główne podgrupy: pamięć tylko do odczytu (ROM) i pamięć o dostępie swobodnym (RAM).

Pamięć tylko do odczytu (ROM).

Pamięć nieulotna nazywana jest trwałym urządzeniem pamięci masowej, tj. pamięć niezależna od napięcia zasilania urządzenia. W takim urządzeniu informacje można przechowywać przez długi czas bez podłączania ich do źródła zasilania.

Ten typ Pamięć ma za zadanie przechowywać informacje, które nie powinny zostać zniszczone w przypadku utraty zasilania urządzenia. Dane takie mogą obejmować program dla mikrokontrolera, dane dotyczące konfiguracji tego programu i różne pliki. Pliki mogą zawierać grafikę, dane z czujników itp.

Istnieje wiele różnych implementacji pamięci ROM. W mikrokontrolerach największą popularność zyskały dwie technologie. Są to EEPROM (Electronically Erasable Programmable ROM - elektrycznie kasowalna programowalna pamięć nieulotna) i flash (Flash Erase EEPROM).

Pamięć EEPROM została opracowana w 1979 roku przez firmę Intel. Pamięć ta ma możliwość przeprogramowania po podłączeniu do standardowej magistrali procesora. Co więcej, kasowanie dowolnej komórki pamięci następuje automatycznie po zapisaniu do niej nowych danych. To. W tego typu pamięci możliwa jest zmiana informacji w jednej komórce bez wpływu na komórki sąsiednie.

Pamięć Flash jest dalszym rozwinięciem pamięci EEPROM. Wykorzystuje nieco inny typ ogniwa tranzystorowego niż EEPROM. I kolejna organizacja dostępu do komórek pamięci. Dzięki temu dostęp do komórek stał się szybszy. Ale kasowanie pamięci flash odbywa się tylko dla określonego bloku danych lub dla całego chipa jako całości. Nie da się w nim wymazać jednego elementu. A ponieważ zapisywanie w tego typu chipie (dla pamięci typu NAND) odbywa się element po elemencie „AND” aktualnego stanu komórki z danymi, które należy zapisać, do komórki zostaną zapisane prawidłowe dane tylko wtedy, gdy zapisana jest w nim tylko jedna jednostka. Jednostkę w komórce można ustawić wyłącznie za pomocą funkcji kasowania. Nie da się tego zrobić za pomocą żadnego zapisu danych. Dlatego, aby zapisać dane w jednej komórce pamięci, należy skopiować cały blok, który zostanie skasowany, do pamięci innej firmy i go skasować. W pamięci zmień wartość żądanej komórki i zapisz już zmieniony blok z powrotem.

Jak widać, praca z pojedynczymi komórkami danych jest powolna ze względu na konieczność kopiowania i usuwania za każdym razem całego bloku danych. Ale praca z całym blokiem na raz jest znacznie szybsza niż w EEPROM.

To. We Flashu sensowne jest przechowywanie informacji, które rzadko (lub nigdy) nie będą się zmieniać. Natomiast w EEPROM można zapisać ustawienia programu, które powinny zostać zapisane po odłączeniu urządzenia od zasilania.

Pamięci Flash występują w dwóch typach: NOR i NAND. NOR (Not OR) ma szybki losowy dostęp do komórek pamięci i możliwość zapisu bajtu. NAND (Not AND) pozwala na szybki zapis i kasowanie danych, ale ma nieco dłuższy czas losowego dostępu do danych w porównaniu do NOR.

Ze względu na charakterystykę struktur pamięci, NAND jest zwykle używany do przechowywania informacji odczytywalnych strumieniowo, takich jak wideo, muzyka itp. Do przechowywania programu służy NOR, ze względu na dużą prędkość odczytu dowolnego bajtu danych.

Pamięć ROM ma stosunkowo niską prędkość i nie można jej używać do przechowywania potrzebnych informacji szybki dostęp, takie jak zmienne.

Pamięć programu startowego jest zawsze wykonywana w pamięci ROM. To właśnie z tego obszaru procesor zaczyna pracować po włączeniu zasilania i po jego zresetowaniu za pomocą sygnału RESET. Jeśli mikrokontroler ma kilka typów pamięci ROM, często istnieje możliwość wyboru, z której z nich ma zostać uruchomiony program. Aby to zrobić, wyprowadzanych jest kilka nóg, których kombinacja sygnałów identyfikuje konkretną pamięć ROM.

Adresowanie w NAND.

Jako przykład pracy z pamięcią ROM rozważmy organizację pamięci i dostęp do niej na przykładzie układu pamięci NAND.

Strukturę pamięci NAND pokazano na rysunku 8.2.

Pamięć w chipie jest podzielona na bloki, które z kolei są podzielone na strony składające się z bajtów. To. Aby w pełni zaadresować bajt pamięci, musisz znać numer bloku, numer strony i sam adres bajtu na tej stronie.

Całkowita pojemność pamięci jest w tym przypadku równa iloczynowi pojemności strony przez liczbę stron w bloku i liczbę bloków w układzie pamięci. Jeśli tak, jak pokazano na rysunku 8.2, chip składa się z 2000 bloków zawierających 128 stron każdy. Strona zawiera 8192 bajty pamięci. W rezultacie otrzymujemy: 8192*128*2000 = 2 GB pamięci. Zwykle rozmiar pamięci jest podawany w bitach. Te. Rozmiar danego mikroukładu wynosi 16 Gbit, co zostanie wskazane w jego dokumentacji.

Odpowiednio, aby otrzymać jeden bajt informacji, na pin R/W, odpowiedzialny za odczyt i zapis, ustawiany jest sygnał, wskazujący, że nastąpi odczyt. Wysyłane jest polecenie żądania odczytania bajtu danych. Następnie formowane jest opakowanie formularza, jak pokazano na rysunku 8.3.

W tym pakiecie A13-A0 to adres bajtu strony, A20-A14 to numer strony, A32-A21 to numer bloku.

W odpowiedzi na to żądanie chip musi wygenerować żądany bajt. Jednocześnie, jeśli chcesz przeczytać kilka bajtów z rzędu, wystarczy po prostu kontynuować czytanie danych bez aktualizacji adresu. Chip automatycznie zwiększa adres o jeden przy każdym odczycie. Te. przy korzystaniu z tego chipa korzystne jest odczytywanie danych na stronach jednocześnie (w naszym przykładzie 8192 bajty każda).

Artykuły do ​​przeczytania:

ROM – pamięć tylko do odczytu

ROM. Zasady budowy i

Układy ROM (pamięć tylko do odczytu, ROM - pamięć tylko do odczytu

Read-only memory) to jednorazowe programowalne urządzenia pamięci przeznaczone do odczytu informacji (nieulotne).
Istnieje kilka typów pamięci ROM:
ROM (pamięć tylko do odczytu, pamięć tylko do odczytu, ROM). Są zbudowane przy użyciu multiplekserów lub struktury maski (patrz poniżej). Programowany fabrycznie w trakcie produkcji. Przeprogramowanie nie jest możliwe.
PROM (programowalny ROM, programowalny ROM, PROM). Jako elementy programistyczne stosowane są specjalne zworki. Programowanie polega na zniszczeniu lub utworzeniu zworki. Jest to również czynność jednorazowa, jednak w odróżnieniu od ROM-u można ją wykonać nawet w domu.
EPROM (kasowalna PROM, kasowalna PROM, EPROM). Historycznie rzecz biorąc, był to pierwszy reprogramowalny ROM. Technologia opiera się na zastosowaniu tranzystorów z bramką pływającą. ROM-y oparte na EPROM-ie wymagają usunięcia starej konfiguracji po wystawieniu na działanie
promieniowania ultrafioletowego (UV) przy usuwaniu układów scalonych z urządzeń i mają ograniczoną liczbę cykli programowania ze względu na degradację właściwości materiału pod wpływem promieniowania UV.
EEPROM (PROM kasowalny elektrycznie, PROM kasowalny elektrycznie, ES-PROM). EPROM kasowany sygnałami elektrycznymi. Aktualizacja nie wymaga wyjmowania chipa z urządzenia i pozwala na dość dużą liczbę cykli kasowania.
FLASH (pamięć flash). Technologicznie podobny do EEPROM, jednak wykorzystuje blokowy dostęp do przechowywanych danych.
ROM. Bardzo często w różnych zastosowaniach konieczne jest przechowywanie informacji, które nie zmieniają się w trakcie pracy urządzenia. Są to informacje takie jak programy w mikrokontrolerach, bootloadery i BIOS w komputerach, tablice współczynników filtrów cyfrowych w procesorach sygnałowych. Prawie zawsze informacja ta nie jest jednocześnie wymagana, dlatego najprostsze urządzenia do przechowywania trwałej informacji można budować na multiplekserach (rys. 1).
W tym obwodzie zbudowane jest urządzenie pamięci tylko do odczytu z ośmioma jednobitowymi komórkami. Zapisanie określonego bitu w komórce jednocyfrowej odbywa się poprzez przylutowanie przewodu do źródła zasilania (zapisanie jedynki) lub uszczelnienie przewodu do obudowy (zapisanie zera).
Aby zwiększyć pojemność komórki pamięci ROM, mikroukłady te można połączyć równolegle (wyjścia i zapisane informacje oczywiście pozostają niezależne). Schemat połączeń równoległych jednobitowych pamięci ROM pokazano na ryc. 2.
W prawdziwych ROMach informacja jest zapisywana przy użyciu ostatniej operacji produkcji chipa - metalizacji. Metalizacja odbywa się za pomocą maski, dlatego takie ROMy nazywane są ROM-ami z maską. Kolejną różnicą między prawdziwymi mikroukładami a uproszczonym modelem podanym powyżej jest zastosowanie demultipleksera oprócz multipleksera. Rozwiązanie to umożliwia przekształcenie jednowymiarowej struktury pamięci w wielowymiarową, a tym samym znaczne zmniejszenie objętości obwodu dekodera wymaganego do działania obwodu ROM. Programowanie ROM odbywa się w fabryce producenta.
BAL STUDENCKI. Opracowano także programowalne pamięci ROM. W tych układach trwałe połączenie przewodów w matrycy pamięci zostało zastąpione topliwymi ogniwami wykonanymi z polikrystalicznego krzemu. Podczas produkcji mikroukładu wykonane są wszystkie zworki, co jest równoznaczne z zapisaniem jednostek logicznych do wszystkich komórek pamięci. Podczas procesu programowania zwiększona moc jest dostarczana do styków zasilania i wyjść mikroukładu. Co więcej, jeśli napięcie zasilania (jednostka logiczna) zostanie dostarczone na wyjście mikroukładu, wówczas przez zworkę nie przepłynie żaden prąd, a zworka pozostanie nienaruszona. Jeśli na wyjściu mikroukładu (podłączonego do obudowy) zostanie przyłożony niski poziom napięcia, wówczas przez zworkę przepłynie prąd, który odparuje tę zworkę, a kiedy informacje zostaną następnie odczytane z tej komórki, pojawi się logiczne zero być przeczytane. Programowanie odbywa się za pomocą specjalnego programatora.
Możliwe jest także zastosowanie innej technologii tworzenia PROM-u, gdy zworkę tworzy trójwarstwowy dielektryk z naprzemiennymi warstwami tlenkowo-azotkowo-tlenkowymi. Impuls napięcia programującego przebija zworkę i tworzy kanał przewodzący pomiędzy elektrodami. Ilość prądu generowanego przez impulsy programujące wpływa na średnicę kanału przewodzącego, co pozwala kontrolować parametry zworki przewodzącej.

21 pytań (Reprogramowalne ROMy)

W reprogramowalnych ROMach, tj. przy zmiennej zawartości bity tworzące dany kod mogą być przechowywane na bramkach matryc tranzystorów MOS przez długi czas. Wszystkie flashowalne pamięci ROM są urządzeniami MOS.

Maskuj programowalne ROMy. Najprostszym typem pamięci ROM jest ROM diodowy (ryc. 3.41).

Rysunek 3.41 - Obwód diody ROM

Wyboru żądanego słowa dokonuje się poprzez podanie sygnału o niskim poziomie do odpowiedniej szyny adresowej Ai. W tym przypadku diody łączące linie bitowe z wybraną linią adresową mają małą rezystancję, co powoduje niski poziom napięcia na odpowiednich liniach bitowych. Jeżeli w punkcie przecięcia nie ma diody, wówczas przez rezystor R nie przepływa prąd, a na wyjściu odpowiedniej linii bitowej Ř j powstaje pojedynczy sygnał. Pamięć ROM (ryc. 3.41) zawiera osiem 3-bitowych kodów odpowiadających ośmiu liczbom binarnym od 000 do 111.

Ponadto matrycę ROM można również zbudować na tranzystorach MOS. Za pomocą maski metalizacyjnej łączone są niezbędne elementy.

W programowanych przez użytkownika pamięciach ROM, w przeciwieństwie do pamięci ROM programowanych za pomocą maski, informacje mogą być wprowadzane przez użytkownika za pomocą specjalnej konsoli programowania. Użycie ROM tego typu jest wskazane, gdy liczba ROM-ów LSI jest niewielka.

ROMy zbudowane są w oparciu o bipolarne układy diod (ryc. 3.42) lub matryce tranzystorów bipolarnych, podobne do matrycy tranzystorów MOS w ROMach programowalnych za pomocą maski. Działanie obu typów pamięci ROM opiera się na umieszczeniu wkładek topikowych (FC) połączonych szeregowo ze złączami baza-emiter tranzystorów bipolarnych lub złącza p-n diody. PV to niewielki obszar metalizacji, który ulega zniszczeniu (stopieniu) po przyłożeniu impulsu prądowego (zwykle 50-100 μA i czas trwania 2 ms). Podobnie jak w przypadku pamięci ROM programowalnej za pomocą maski, błędów popełnionych podczas programowania danego typu pamięci ROM nie można skorygować.

Rysunek 3.42 - Matryca diod bipolarnych

Reprogramowalne pamięci ROM (PROM) są urządzeniami pamięci półtrwałej, ponieważ po usunięciu informacji przechowywanych w pamięci ROM można dodać nowe dane do tego samego urządzenia pamięci masowej. Istnieją dwa typy pamięci PROM: oparte na matrycach MOS i oparte na pamięciach ROM, w których informacje są usuwane przez promieniowanie ultrafioletowe (UV) kryształu.

Pytanie 22 (Cel i rodzaje pamięci Flash)

Obecnie producenci produkują kilka typów pamięci flash: Compact Flash, SmartMedia, MultiMedia Card, SecureDigital Card, Memory Stick i

Flash ATA. Pierwszymi dyskami pamięci flash, które trafiły na rynek, były karty ATA Flash. Napędy te są produkowane w postaci standardowych kart PC. Oprócz układów pamięci flash zainstalowany jest w nich kontroler ATA, który podczas pracy emuluje zwykły dysk IDE. Interfejs tych kart jest równoległy. Karty Flash ATA nie są szeroko stosowane i obecnie są używane niezwykle rzadko.

Kompaktowa lampa. Karty Compact Flash (CF) zostały wprowadzone przez firmę SanDisk jako mniejsza, łatwiejsza w obsłudze alternatywa dla kart ATA Flash. Dlatego twórcy standardu CF umożliwili tym kartom działanie jako urządzenia PC Card lub urządzenia IDE. W pierwszym przypadku karty działają jak zwykłe urządzenia PC Card, a ich interfejs „zamienia się” w magistralę PC Card. W drugim są jak dyski twarde IDE, a ich interfejs działa jak magistrala ATA.

Karty CF pojawiły się po raz pierwszy w 1994 roku. Wszystkie karty tego typu posiadają 50-pinowy interfejs równoległy. Nawiasem mówiąc, istnieją dwa rodzaje kart CF - Tour I i Tour II. Karty typu II są o dwa milimetry grubsze i pojawiły się tylko dlatego, że wcześniej etui na karty typu I nie pozwalały na umieszczenie w środku pamięci flash o dużej pojemności w celu produkcji pojemnych nośników CF. Obecnie nie ma takiej potrzeby i karty Tour II stopniowo wychodzą z rynku. Należy pamiętać, że karty typu I można instalować w napędach kart typu II, natomiast sytuacja odwrotna nie jest możliwa.

Wśród kart flash niekwestionowanym liderem wydajności była karta Transcend Ultra Performance 25x CompactFlash 256 MB CF, którą słusznie można uznać za punkt odniesienia dla szybkości nowoczesnych dysków flash. Prędkość zapisu sekwencyjnego/losowego na tej karcie flash sięga 3,6/0,8 MB/s, prędkość odczytu wynosi 4,0/3,7 MB/s.

Szybkość kart CF maleje wraz ze wzrostem pojemności, co doskonale widać na przykładzie kart flash SanDisk CompactFlash 256 MB i SanDisk CompactFlash 512 MB. Dwukrotny wzrost wydajności prowadzi do 30% spadku wydajności. z wyjątkiem losowej prędkości zapisu, która wzrosła 2,5 razy - wygląda to dość dziwnie i nieoczekiwanie.

Charakterystyka prędkości kart CF również w dużym stopniu zależy od producenta. Kingston CompactFlash ma 256 MB - niska prędkość zapisuje (zapis sekwencyjny/losowy - 1,4/0,3 MB/s), ale pod względem prędkości odczytu był liderem (4,4/3,8 MB/s). Karta PQI Hi-Speed ​​Compact Flash 256 MB wykazała się średnią wydajnością w obu przypadkach: zapis – 2,1/0,7 MB/s, odczyt – 3,8/3,3 MB/s. Karty SanDisk CompactFlash 256 MB i SanDisk CompactFlash 512 MB pracowały bardzo wolno: zapis - 1,1/0,2 i 0,9/0,5 MB/s, odczyt - 2,3/2,1 i 1,8/1,7 MB/s. Karta Transcend Ultra Performance 25x CompactFlash 256 MB równie dobrze zapisuje i odczytuje dane.

Jeśli porównamy karty CF z innymi typami dysków, okaże się, że pamięć flash wcale nie jest tak wolna, jak się powszechnie uważa! Pod względem wydajności najszybsze próbki pamięci flash (weźmy w standardzie kartę Transcend Ultra Performance 25x CompactFlash 256 MB) są porównywalne z Iomega Zip 750 MB, a pod względem prędkości zapisu sekwencyjnego przewyższają ten dysk nawet o ponad 1,5 razy! Pod względem prędkości zapisu sekwencyjnego pamięć flash jest 2 razy szybsza niż dyski CD-RW, a pod względem prędkości odczytu sekwencyjnego - o 10%! Pamięć flash przewyższa dyski MO pod względem szybkości zapisu sekwencyjnego – 2 razy – i szybkości odczytu losowego – o 10%, ale pozostaje w tyle pod względem szybkości odczytu sekwencyjnego i szybkości zapisu losowego – o 20%. Pamięć flash pozostaje w tyle za dyskami DVD pod względem prędkości zapisu sekwencyjnego (po „wypaleniu” w trybie 4x) - 1,4 razy.

Należy pamiętać, że jeśli w aparacie cyfrowym używana jest karta CF, ważna jest dla niej przede wszystkim prędkość spójny zapis - im wyższy, tym szybciej aparat powróci do stanu roboczego po „przechwyceniu” klatki i „zresetowaniu” jej na kartę flash. Jednak prędkość odczytu karty CF w tym przypadku również jest istotna, choć nie aż tak krytyczna – im szybciej dane zostaną odczytane, tym szybciej aparat będzie pracował w trybie odtwarzania.

Inteligentne media. Konstrukcja kart SmartMedia (SM) jest niezwykle prosta. Karta SM nie ma wbudowanego kontrolera interfejsu i składa się zasadniczo z jednego lub dwóch układów pamięci flash „zapakowanych” w plastikową obudowę. Standard SM został opracowany przez firmy Toshiba i Samsung w 1995 roku. Interfejs kart SM jest równoległy, 22-pinowy, ale do transmisji danych wykorzystywanych jest tylko osiem linii.

Karta multimedialna. Karty multimedialne (MMC) mają 7-pinowy interfejs szeregowy, który może pracować z częstotliwością do 20 MHz. Wewnątrz plastikowej obudowy karty znajduje się układ pamięci flash oraz kontroler interfejsu MMC. Standard MMC został zaproponowany w 1997 roku przez firmy Hitachi, SanDisk i Siemens.

Bezpieczna karta cyfrowa. Secure Digital Card (SD) to najmłodszy standard kart flash: został opracowany w 2000 roku przez firmy Matsushita, SanDisk i Toshiba. Tak naprawdę SD jest dalszym rozwinięciem standardu MMC, zatem w napędach SD można instalować karty MMC (nie będzie odwrotnie). Interfejs SD jest 9-pinowy, szeregowo-równoległy (dane mogą być przesyłane jedną, dwiema lub czterema liniami jednocześnie), pracując z częstotliwością do 25 MHz. Karty SD wyposażone są w wyłącznik zabezpieczający ich zawartość przed zapisem (norma przewiduje również modyfikację bez takiego wyłącznika).

Pamięć flash USB. Pamięć flash USB (pamięć USB) to zupełnie nowy rodzaj nośnika pamięci flash, który pojawił się na rynku w 2001 roku. Kształt pamięci USB przypomina wydłużony breloczek do kluczy, składający się z dwóch połówek – nasadki ochronnej oraz samego napędu USB. (zawiera jeden lub dwa układy pamięci flash i kontroler USB).

Praca z pamięcią USB jest bardzo wygodna – nie wymaga żadnej pracy dodatkowe urządzenia. Wystarczy mieć pod ręką komputer Sterowanie Windowsem z wolnym portem USB, aby w ciągu kilku minut „dotrzeć” do zawartości tego dysku. W najgorszym przypadku będziesz musiał zainstalować sterowniki pamięci USB, w najlepszym przypadku będziesz musiał zainstalować nowe urządzenie USB i dysk logiczny pojawi się w systemie automatycznie. Możliwe, że w przyszłości pamięć USB stanie się głównym typem urządzenia do przechowywania i przesyłania danych duże objętości dane.

Jeśli chodzi o pamięć flash USB, jest to niewątpliwie wygodniejsze rozwiązanie do przenoszenia danych niż karty flash – nie jest wymagany dodatkowy pendrive. Jednak wydajność testowanych dysków tego typu – Transcend JetFlash 256 MB i Transcend JetFlashA 256 MB – była ograniczona przez niską przepustowość interfejsu USB 1.1. Dlatego też ich wyniki w testach prędkości były raczej skromne. Jeżeli pamięć flash USB wyposażona jest w szybki interfejs USB 2.0, to pod względem „szybkości” dyski te z pewnością nie ustąpią najlepszym kartom flash.

Warto zauważyć, że pod względem szybkości zapisu sekwencyjnego pamięć flash przewyższa Iomega Zip 750, napędy CD-RW i nośniki MO, ustępując jedynie napędom DVD. To po raz kolejny podkreśla, że ​​twórcy pamięci flash dążyli przede wszystkim do zwiększenia szybkości spójny nagrywania, ponieważ pamięć flash była pierwotnie przeznaczona do użytku w aparatach cyfrowych, gdzie ten wskaźnik jest przede wszystkim ważny.

W rezultacie możemy stwierdzić, że pamięć flash jest niekwestionowanym liderem pod względem niezawodności, mobilności i zużycia energii wśród dysków o małej i średniej pojemności, która jednocześnie charakteryzuje się dobrą wydajnością i wystarczającą pojemnością (karty flash o pojemności do 2 GB są już dostępne dostępnych obecnie na rynku). Bez wątpienia jest to typ bardzo obiecujący, jednak ich powszechne zastosowanie wciąż ograniczają wysokie ceny.

23 pytanie ( Oprogramowanie Pamięć ROM IBM PC. Programy POST, Boot Loader)

urządzenia startowe (IBM PC)

Urządzenie rozruchowe to urządzenie, z którego uruchamiany jest system operacyjny. Nowoczesny Komputer z BIOSem obsługuje uruchamianie z różne urządzenia zwykle lokalny dysk twardy(lub jedna z kilku partycji na takim dysku), dyski optyczne, Urządzenia USB(dysk flash, dysk twardy, napęd optyczny dysk itp.) lub kartę sieciową (przy użyciu PXE). Wcześniej do mniej powszechnych urządzeń rozruchowych zaliczały się stacje dyskietek, napędy SCSI, napędy Zip i dyski LS-120.

Zazwyczaj BIOS umożliwia użytkownikowi konfigurację kolejność ładowania. Jeśli kolejność rozruchu jest ustawiona na „najpierw napęd DVD, potem dysk twardy”, BIOS spróbuje uruchomić komputer z napędu DVD, a jeśli to się nie powiedzie (na przykład z powodu braku dysku DVD w napędzie), spróbuje uruchom komputer z lokalnego dysku twardego.

Na przykład na komputerze z systemem Windows XP zainstalowanym na dysku twardym użytkownik może ustawić powyższą kolejność rozruchu, a następnie włożyć płytę GNU/Linux Live CD, aby wypróbować system Linux bez konieczności instalowania systemu operacyjnego na dysku twardym. To jest przykład podwójnego rozruchu — użytkownik wybiera system operacyjny, który ma zostać uruchomiony, po przeprowadzeniu przez komputer autotestu. W tym przykładzie podwójnego rozruchu użytkownik dokonuje wyboru, wkładając lub wyjmując dysk CD z komputera, ale częściej wybiera się system operacyjny do uruchomienia, wybierając z menu za pomocą klawiatury komputera. (Zwykle F11 lub ESC

Po odpaleniu, Komputer osobisty„Procesor x86 wykonuje instrukcję zlokalizowaną w pamięci CS:IP FFFF:0000 w BIOS-ie, która znajduje się pod adresem 0xFFFF0. Ta przestrzeń pamięci zbliża się do końca 1 MB pamięci systemowej dostępnej w trybie rzeczywistym. Zwykle zawiera instrukcja, która Jump wykonuje translację na miejsce programu startowego BIOS-u. Program ten uruchamia autotest po włączeniu zasilania (POST), aby sprawdzić i zainicjować wymagane urządzenia. BIOS przegląda wstępnie skonfigurowaną listę urządzeń pamięci nieulotnej („Urządzenie rozruchowe sekwencja"), dopóki nie wykryje, że można je uruchomić. Urządzenie jest zdefiniowane jako czytelne wyjście, a ostatnie dwa bajty pierwszego sektora zawierają słowa 0xAA55 (znane również jako sygnatura rozruchowa).

Gdy BIOS znajdzie urządzenie rozruchowe, ładuje sektor rozruchowy do segmentu szesnastkowego: adres offsetowy 0000:7 C00 lub 07c0:0000 (karty o tym samym adresie Ultimate) i przesyła kod rozruchowy do wykonania. W przypadku twardy dysk, nazywa się to głównym wpis rozruchowy (MBR) i często nie jest to konkretny system operacyjny. Kod MBR do normalnego sprawdzania tabeli partycji MBR dla partycji, ustawiony jako uruchomić(jeden z flaga aktywność) Jeśli zostanie znaleziona aktywna partycja, kod MBR ładuje kod sektora rozruchowego z tej partycji i wykonuje go. Jednak w większości sektor rozruchowy jest często specyficzny dla systemu operacyjnego system operacyjny, jego główną funkcją jest ładowanie i uruchamianie jądra systemu operacyjnego, co jest kontynuowane podczas uruchamiania. Jeśli nie ma aktywnych partycji lub sektor rozruchowy aktywnej partycji jest nieprawidłowy, MBR może załadować dodatkowy program ładujący, który wybierze partycję (często za pomocą danych wejściowych użytkownika) i załaduje sektor rozruchowy, który zazwyczaj ładuje odpowiednie jądra systemu operacyjnego.

Niektóre systemy (szczególnie nowsze komputery Macintosh) korzystają z zastrzeżonego interfejsu EFI firmy Intel. Funkcja Coreboot umożliwia także uruchamianie komputera bez bardzo skomplikowanego oprogramowania układowego/BIOS. Zawsze działa w trybie zarządzania systemem. Niektóre systemy operacyjne x86 wymagają starszego 16-bitowego interfejsu BIOS, np. jak Windows XP, Vista i 7. Jednak większość programów ładujących obsługuje 16-bitową wersję tych starszych systemów BIOS.

w starym Komputery z systemem Windows, szczególnie w przypadku tych, którzy korzystają z systemu Windows 9x, jeśli są obecne chipy BIOS, wówczas może, ale nie musi, wyświetlać szczegółowy ekran BIOS producenta chipa, prawa autorskie przysługujące producentowi chipa oraz identyfikator chipa podczas uruchamiania. Jednocześnie pokazuje również głośność dostępna pamięć komputer i inne części kodu Wyświetla informacje o komputerze.

• próbkowanie z rejestru licznika adresu polecenia MPP, adresu komórki RAM, w której przechowywane jest kolejne polecenie programu;
• pobranie kolejnego kodu polecenia z komórek RAM i otrzymanie polecenia odczytu do rejestru poleceń;
• rozszyfrowanie kodu operacji i charakterystyki wybranego polecenia;
• odczytanie sygnałów sterujących (impulsów) z komórek mikroprogramu ROM odpowiadających odszyfrowanemu kodowi operacji, które określają procedury wykonawcze we wszystkich blokach maszyny danej operacji i wysyłanie sygnałów sterujących do tych bloków;
• odczytanie z rejestru poleceń i rejestrów MPP poszczególnych składowych adresów operandów (liczb) biorących udział w obliczeniach i utworzenie pełnych adresów operandów;
• pobieranie operandów (pod wygenerowanymi adresami) i wykonywanie danej operacji przetwarzania tych operandów;
• zapisywanie wyników operacji w pamięci;
• tworząc adres następnego polecenia programu.

• generowanie adresu portu i informacji sterujących dla niego (przełączanie portu na odbiór lub nadawanie itp.);
• otrzymywanie informacji kontrolnych z portu, informacji o gotowości portu i jego statusie;
• organizacja kanału end-to-end w interfejsie systemowym do przesyłania danych pomiędzy portem urządzenia I/O a MP.