Аппаратные и программные средства встраиваемых систем

 
55 
Важнейшие  характеристики  памяти – емкость,  быстродействие  и 
стоимость.  Емкость  ЗУ  определяется  предельным  количеством  информации, 
размещаемым в ЗУ, и исчисляется в кило-, мега- и гигабайтах. Быстродействие 
ЗУ  характеризуется  затратами  времени  на  чтение  запись  информации  при 
обращении к ЗУ.  Стоимость ЗУ – это затраты средств в денежном выражении 
на  хранение  всего  объема  информации,  определяемого  емкостью  ЗУ.  Для 
сравнения  качества  ЗУ  различных  типов  используется  характеристика, 
называемая удельной стоимостью и равная стоимости ЗУ, деленной на емкость 
ЗУ. Удельная стоимость имеет размерность, например, доллар/Мбайт. 
В  зависимости  от  назначения  и  особенностей  реализации  устройств 
памяти, по-разному подходят и к вопросам их классификации. 
Критерии классификации: 
1.  По назначению; 
2.  По виду физического носителя (технология производства); 
3.  По 
организации 
доступа 
(адресный: 
произвольный, 
прямой 
(циклический), последовательный; ассоциативный доступ); 
4.  По возможности записи и перезаписи; 
5.  По энергозависимости/энергонезависимости; 
6.  По типу интерфейса; 
7.  По типу организации адресного пространства; 
8.  По  удалённости  и  доступности  для  центрального  процессора 
(первичная, вторичная, третичная память). 
Термин  «модуль  памяти»  подразумевает  объединение  собственно 
массивов  ячеек  памяти  со  специальными  аналоговым  и  цифровыми  схемами 
управления  режимами  записи–стирания,  со  схемами  (и  иногда  источниками) 
электропитания, с регистрами управления режимами. 
В  качестве  примера  приведем  классификацию  модулей  памяти  по 
критерию энергозависимости. В этом случае модули памяти делятся на ПЗУ и 
ОЗУ.  
Модули ПЗУ бывают: 
•  ПЗУ  масочного  типа (MaskROM) – записывается  на  заводе-
изготовителе  и  не  может  быть  изменено  пользователем.  Обладают 
высоким качеством хранения. Самый дешевый тип ПЗУ. Используются 
для  изделий,  выпускаемых  большими  партиями  в  несколько  десятков 
тысяч штук. 
•  ПЗУ,  однократно  программируемые  пользователем (One-Time 
Programmable ROM (OTPROM)). Программируется пользователем. При 
выпуске на заводе все ячейки имеют значения FFh. Подачей импульсов 
напряжения  в  биты  могут  быть  записаны «0», но  обратная  запись – в 
«1»  уже  не  возможна.  Имеют  высокое  качество  хранения  при  строгом 
соблюдении  режимов  программирования  (уровни  напряжения, 
временная  диаграмма,  режимы  проверки),  в  противном  случае  через 

 
56 
некоторое  время  (месяцы-годы)  биты  могут  самопроизвольно 
«распрограммироваться» - перейти  в  состояние «1». Дешевое  ПЗУ. 
Используется для небольших партий изделий. 
•  ПЗУ 
программируемое 
пользователем, 
со 
стиранием 
ультрафиолетовыми 
или 
рентгеновскими 
лучами (EPROM). 
Допускается многократное перепрограммирование (несколько десятков 
раз). Технология программирования схожа с OTPROM, но может быть 
осуществлено  стирание  всех  запрограммированных  в «0» ячеек  в 
состояние «1» под  УФ  лучами.  Для  того  на  корпусе  есть  специальное 
окно  из  кварцевого  стекла.  Нарушение  режимов  стирания 
программирования  приводит  к  резкому  сокращению  числа  циклов 
перепрограммирования  и  времени  хранения.  Очень  дорогая  память 
(примерно  на  порядок  дороже  чем OTPROM). Используется  в 
отладочных образцах. 
•  ПЗУ  программируемое  пользователем  с  электрическим  стиранием 
(Electrically Erasable Programmable ROM – EEPROM или  E
2
PROM). 
Допускается  перезапись  произвольной  ячейки.  При  этом  стирание 
выполняется автоматически, прозрачно для пользователя. Число циклов 
перезаписи до 10000..100000 шт. Значительное время хранения (годы .. 
10  лет).  Однако,  блоки EEPROM имеют  ограниченный  объем 
(байты…десятки  кБ),  в  связи  с  чем  их  почти  всегда  используют  как 
память данных. Пример организации и принципа работы EEPROM [18] 
будет рассмотрен подробнее в подразделе 2.2.4.1. 
•  ПЗУ  с  электрическим  стиранием  типа FLASH является  модификацией 
EEPROM  со  значительно  увеличенным  объемом.  Для  увеличения 
объема  удалены  схемы  стирания  каждого  бита  по  отдельности  и 
стирание  выполняется  страницами  размером  от  десятков  байт  до 
десятков  кБ.  Также  доступно  стирание  блоками  по  несколько  страниц 
или  всей  памяти  разом.  Такой  режим  работы  (страничное  стирание) 
неудобен  для  хранения  данных,  но  приемлем  для  записи  программ. 
Поэтому  память FLASH используется  в  качестве  памяти  программ. 
Объем встраиваемой FLASH-памяти – десятки-сотни кБ. Число циклов 
перепрограммирования – до 100000. Время хранения – до 10 лет. Время 
стирания –десятки ms на килобайт, время программирования – десятки 
мкс  на  байт.  Напряжение  питания  от 1.8 В.  ПЗУ  типа FLASH в 
настоящее время выходит на ведущие позиции в секторе встраиваемых 
и внешних модулей (микросхем) памяти ПЗУ. 
В качестве встроенного ОЗУ в большинстве случаев используются модули 
статической памяти (Static Random Access Memory, SRAM ). Ядро микросхемы 
статической оперативной памяти представляет собой совокупность триггеров – 
логических  устройств,  имеющих  два  устойчивых  состояния,  одно  из  которых 
условно  соответствует  логическому  нулю,  а  другое – логической  единице. 
Другими словами, каждый триггер хранит один бит информации. 

 
57 
К  достоинствам  триггера  по  сравнению  с  конденсатором  в  динамических 
ОЗУ можно отнести: 
•  состояния  триггера  устойчивы  и  при  наличии  питания  могут 
сохраняться  бесконечно  долго,  в  то  время  как  конденсатор  требует 
периодической регенерации; 
•  триггер,  обладая  мизерной  инертностью,  без  проблем  работает  на 
частотах  вплоть  до  нескольких  ГГц,  тогда  как  конденсаторы 
"сваливаются" уже на 75-100 МГц. 
К недостаткам триггеров следует отнести их высокую стоимость и низкую 
плотность  хранения  информации.  Если  для  создания  ячейки  динамической 
памяти  достаточного  всего  одного  транзистора  и  одного  конденсатора,  то 
ячейка статической памяти состоит как минимум из четырех, а в среднем шести 
–  восьми  транзисторов,  поэтому  статические  ЗУ  в 4...5 раз  дороже 
динамических и приблизительно во столько же раз меньше по информационной 
емкости.  Их  достоинством  является  высокое  быстродействие,  а  типичной 
областью применения – схемы кэш-памяти. 
В  динамических  ОЗУ (DRAM) данные  хранятся  в  виде  зарядов 
конденсаторов, 
образуемых 
элементами 
МОП-структур. 
Саморазряд 
конденсаторов ведет к разрушению данных, поэтому они должны периодически 
(каждые  несколько  миллисекунд)  регенерироваться.  В  то  же  время  плотность 
упаковки  динамических  элементов  памяти  в  несколько  раз  превышает 
плотность упаковки, достижимую в статических RAM. 
Регенерация  данных  в  динамических  ЗУ  осуществляется  с  помощью 
специальных  контроллеров.  Разработаны  также  ЗУ  с  динамическими 
запоминающими  элементами,  имеющие  внутреннюю  встроенную  систему 
регенерации,  у  которых  внешнее  поведение  относительно  управляющих 
сигналов  становится  аналогичным  поведению  статических  ЗУ.  Такие  ЗУ 
называют квазистатическими. 
Динамические  ЗУ  характеризуются  наибольшей  информационной 
емкостью  и  невысокой  стоимостью,  поэтому  именно  они  используются  как 
основная память компьютеров. 
Выбор статического ОЗУ в качестве модуля встроенной основной памяти, 
а  не  динамического,  определяется  возможностью  хранения  данных  при 
снижении  частоты  вплоть  до  полной  остановки  процессора.  Такой  режим 
используется для энергосбережения, например, при питании от батарейки. 
На  современном  этапе  модули  встроенного  ОЗУ  не  обладают 
значительным объемом – единицы иногда десятки килобайт. В случае мощных 
систем требующих больших объемов ОЗУ подключаются внешние микросхемы 
памяти. Это могут быть как микросхемы статического ОЗУ, так и динамическое 
ОЗУ (DRAM, SDRAM). В  последнем  случае  процессор  (например, AMD 
Am186ED, Mitsubishi M16C и  др.)  имеет  модуль  интерфейса  динамического 

 
58 
ОЗУ,  который  поддерживает  интерфейс  классических  микросхем DRAM, или 
SDRAM, а так же регенерацию динамической памяти.  
Второй  важной  особенностью  современных  модулей  ОЗУ – низкое, 
примерно 1 В,  напряжение  хранения  информации.  Это  позволяет  сохранять 
данные при провалах питания. С этой же целью иногда в модуль статического 
ОЗУ включают батарейку электропитания, позволяющую хранить данные до 10 
лет (семейство DS5000 Dallas Semiconductor). 

жүктеу/скачать 3,23 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: