Реклама:

Преимущество памяти, изображенной на рис. 3.28, состоит в том, что подобная структура применима при разработке памяти большого объема. На рисунке показана схема 4x3 (для четырех слов по 3 бита каждое). Чтобы расширить ее до размеров 4x8, нужно добавить еще 5 колонок триггеров по 4 триггера в каждой, а также 5 входных и 5 выходных линий. Чтобы перейти от схемы 4 х 3 к схеме 8x3, требуется добавить еще четыре ряда триггеров по три триггера в каждом, а также адресную линию А2. При такой структуре число слов в памяти должно быть степенью двойки для максимальной эффективности, а число битов в слове может быть любым.

Технология изготовления интегральных схем идеально соответствует регулярной структуре микросхем памяти. С развитием технологии число битов, которое можно вместить в одной микросхеме, постоянно растет, обычно в два раза каждые 18 месяцев (закон Мура). С появлением больших микросхем маленькие микросхемы не всегда сразу устаревают, поскольку всегда существует компромисс между емкостью, быстродействием, мощностью, ценой и удобством сопряжения. Обычно самые большие современные микросхемы пользуются огромным спросом и, следовательно, стоят гораздо дороже в расчете за 1 бит, чем микросхемы небольшого размера.

При любом объеме памяти существуют несколько вариантов организации микросхемы. На рис. 3.30 показаны две возможные структуры микросхемы емкостью 4 Мбит: 512 К х 8 и 4096 К х 1 (размеры микросхем памяти обычно даются в битах, а не в байтах, поэтому здесь мы будем придерживаться этого соглашения). На рис. 3.30, а можно видеть 19 адресных линий для обращения к одному из 219 байт и 8 линий данных для загрузки или хранения выбранного байта.

Микросхемы памяти

Рис. 3.30. Два способа организации памяти объемом 4 Мбит

Сделаем небольшое замечание по поводу терминологии. На одних выводах высокое напряжение вызывает какое-либо действие, на других остается низкое напряжение. Чтобы избежать путаницы, мы будем употреблять термин установить сигнал, когда вызывается какое-то действие, вместо того, чтобы говорить, что напряжение повышается или понижается. Таким образом, для одних выводов установка сигнала означает установку единицы, для других - установку нуля. Названия выводов, которые устанавливаются в 0, содержат сверху черту. То есть сигнал CS - это единица, сигнал CS - ноль. Противоположный термин - сбросить.

А теперь вернемся к нашей микросхеме. Поскольку обычно компьютер содержит много микросхем памяти, нужен сигнал для выбора необходимой микросхемы, такой, чтобы нужная нам микросхема реагировала на вызов, а остальные нет. Сигнал CS (Chip Select - выбор элемента памяти) используется именно для этой цели. Он устанавливается, чтобы запустить микросхему. Кроме того, нужен способ, чтобы отличать считывания от записи. Сигнал WE (Write Enable - разрешение записи) указывает на то, что данные должны записываться, а не считы-ваться. Наконец, сигнал ОЕ (Output Enable - разрешение вывода) устанавливается для выдачи выходных сигналов. Когда этого сигнала нет, выход отсоединяется от остальной части схемы.

На рис. 3.30, б используется другая схема адресации. Микросхема представляет собой матрицу размером 2048 х 2048 однобитовых ячеек, что составляет 4 Мбит. Чтобы обратиться к микросхеме, сначала нужно выбрать строку. Для этого 11-разрядный номер этой строки подается на адресные выводы. Затем устанавливается сигнал RAS (Row Address Strobe - строб адреса строки). После этого на адресные выводы подается номер столбца и устанавливается сигнал CAS (Column Address Strobe - строб адреса столбца). Микросхема реагирует на сигнал, принимая или выдавая 1 бит данных.

Большие микросхемы памяти часто производятся в виде матриц размером m х п, обращение к которым происходит по строкам и столбцам. Такая организация памяти сокращает число необходимых выводов, но, с другой стороны, замедляет обращение к микросхеме, поскольку требуется два цикла адресации: один для строки, другой для столбца. Чтобы ускорить этот процесс, в некоторых микросхемах можно вызывать адрес строки, а затем несколько адресов столбцов для доступа к последовательным битам строки.

Много лет назад самые большие микросхемы памяти обычно были устроены так, как показано на рис. 3.30, б. Поскольку размер слов увеличился от 8 до 32 бит и выше, использовать подобные микросхемы стало неудобно. Чтобы из микросхем 4096 К х 1 построить память с 32-разрядными словами, требуется 32 микросхемы, работающие параллельно. Эти 32 микросхемы имеют общий объем по крайней мере 16 Мбайт. Если использовать микросхемы 512 К х 8, то потребуется всего 4 микросхемы, но при этом объем памяти составит 2 Мбайт. Чтобы не возиться с 32 микросхемами, большинство производителей выпускают семейства микросхем с длиной слов 1, 4, 8 и 16 бит. Ситуация с 64-разрядными словами, естественно, еще хуже.

Примеры современных микросхем объемом 512 Мбит показаны на рис. 3.31. В каждой такой микросхеме содержится четыре внутренних банка памяти по 128 Мбит; соответственно, для определения банка требуются две линии выбора банка. На микросхеме 32 M х 16, показанной на рис. 3.31, я, 13 линий выделено для сигналов RAS, 10 - для сигналов CAS и 2 линии - для выбора банка. Взятые в целом, 25 сигналов обеспечивают возможность адресации 225 внутренних 16-разрядных ячеек. На микросхеме 128 M х 4, изображенной на рис. 3.31, б, для сигналов RAS выделено 13 линий, для CAS - 12 линий, для выбора банка - 2 линии. Таким образом, 27 сигналов делают возможной адресацию любой из 227 внутренних 4-разрядных ячеек. Количество строк и столбцов в микросхемах определяется на основании инженерных факторов. Матрица не обязательно должна быть квадратной.

Эти примеры наглядно демонстрируют значимость двух не связанных друг с другом проблем в процессе конструирования микросхем памяти. Первая из них касается ширины выхода (в битах) - иначе говоря, количества битов (1, 4, 8, 16 и пр.) в выходном сигнале. Вторая проблема заключается в способе представления битов адреса; здесь есть два варианта: во-первых, биты адресов могут быть представлены одновременно на разных выводах, во-вторых, может быть последовательное представление строк и столбцов - так, как показано на рис. 3.31. Прежде чем приступать к проектированию микросхемы, специалист должен определиться с решением обеих этих проблем.

Микросхемы памяти

Рис. 3.31. Два способа организации микросхемы памяти объемом 512 Мбит

Организация памяти || Оглавление || ОЗУ и ПЗУ