ОЗУ — Оперативные запоминающие устройства

ОПЕРАТИВНЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (ОЗУ) предназначены для временного хранения множества двоичных кодов. Следует иметь в виду, что ОЗУ обеспечивает хранение записываемой информации только во включенном состоянии. Отключение питания приведет к полной потере всей хранимой в ОЗУ информации.

Также как и в ПЗУ коды, здесь хранятся в отдельных ячейках памяти к каждой из которых можно обратиться по адресу. Однако в отличие от ПЗУ, в ОЗУ обеспечивается не только чтение хранящейся информации, но и ее оперативное изменение в темпе вычислительного процесса.

Существует два класса ОЗУ — статические и динамические. Остановимся сначала на статических ОЗУ, которые обычно используют в микроконтроллерах.

Ячейки памяти статической ОЗУ можно рассматривать как регистр памяти с тремя состояниями выхода, дополненный простейшей логикой управления. Функциональная схема такой ячейки может иметь вид:

Ячейка имеет двунаправленные выводы D3…D0, по которым она либо принимает записываемый код в режиме записи, либо выдает этот код на выход в режиме чтения. Ячейка запоминает выходной код в регистре, если сигналы , а Если же , то ячейка выдает на выходы D3…D0 код, хранящийся в регистре. Как при записи, так и при чтении ячейка должна быть выбрана сигналами иначе процессы записи и чтения будут блокированы.

Обозначим рассмотренную ячейку памяти следующим образом:

Объединив множество таких ячеек и дешифратор адреса, легко построить статическое ОЗУ произвольной емкости. Его функциональная схема будет иметь вид:

Все ячейки данного ОЗУ одновременно получают сигналы сигнал выбора кристалла. Однако, активно, то есть обменивается информацией с двунаправленной шиной D3…D0 только та ячейка, адрес которой распознал дешифратор.

Направление обмена (запись/чтение) определяется сигналами . На функциональных схемах многоразрядные ОЗУ обозначают следующим образом:

Статическое ОЗУ емкостью 256×4 бит.

Динамическое ОЗУ может быть построено по тем же принципам, что и статическое, отличаясь лишь построением самого нижнего уровня памяти D-триггера.

D-триггер динамической ОЗУ представляет собой конденсатор небольшой емкости C₀, управляемый электронным ключом на МОП-транзисторе с индуцированным каналом. Релейно-контактная модель такого триггера имеет вид:

Если тактовый сигнал истинен (С=1), то контакт К1 – замкнут и конденсатор С₀ либо заряжается либо разряжается до потенциала входа D. При ложном значении тактового сигнала (С=0) — конденсатор отключен от входа D и нагружен лишь на высокое входное сопротивление МОП-повторителя. Элементы схемы выбираются таким образом, чтобы постоянная времени разряда конденсатора была достаточно велика. Обычно удается надежно запоминать логический сигнал в таком D-триггере на время порядка нескольких миллисекунд (типовое время 2мс). При большем времени хранения требуется периодически восстанавливать первоначальное напряжение на конденсаторах. Этот процесс называют регенерацией.

В простейшем случае для регенерации достаточно просто считать информацию из ячейки и вновь записать ее на прежнее место.

Динамические ОЗУ более просты и технологичны по сравнению со статическими. При одинаковых размерах кристалла динамические ОЗУ имеют большую информационную емкость. Однако их применение требует введения в блоки памяти специальные блоки регенерации. Поэтому преимущества динамической ОЗУ проявляются лишь при информационной емкости блока оперативной памяти более 32 КБ. Существуют динамические ОЗУ в которые встроены блоки регенерации. Такие ОЗУ называют квазистатическими.