На главную страницу | Новости | FAQ | Ссылки | Для детей | Контакты

ARDUINO ROBOTS
Arduino для начинающих электронщиков. Модули и проекты на базе Arduino. Разработка роботов


Запоминающие устройства


КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ


В современных электронных системах около 70% объема и стоимости приходится на долю запоминающих устройств (ЗУ), которые представляют собой комплекс технических средств предназначенных для записи, хранения и выдачи информации. В ЗУ в двоичном коде хранятся программы вычислений, исходные данные, промежуточные результаты и команды.

Характеристики ЗУ определяют качество и целесообразность его применения в той или иной вычислительной машине или системе. Основными характеристиками ЗУ являются информационная емкость, быстродействие и надежность.

Информационная емкость ЗУ определяется количеством двоичных единиц информации (бит), которое может храниться в нем.

Быстродействие ЗУ характеризуется его временными характеристиками, к которым относятся: время обращения к ЗУ при записи и считывании информации, время считывания или выборки информации. Время обращения (время цикла) характеризует максимальную частоту обращения к данному ЗУ при считывании или записи информации. Время считывания или выборки информации – это интервал времени обращения к ЗУ до получения выходного от подачи сигнала считывания. Время записи информации – это интервал времени от момента подачи сигнала обращения к ЗУ до момента готовности информации к считыванию.

Надежность ЗУ определяется числовыми значениями параметров конструктивной и информационной надежности. Под конструктивной или элементной надежностью понимают вероятность безотказной работы всех элементов или устройства в заданном интервале времени и в заданных условиях эксплуатации.

Информационная надежность ЗУ определяет способность устройства сохранять, принимать и выдавать требуемую информацию без ее искажения. Численно информационная надежность может быть оценена соотношением амплитуд информационных сигналов и помех в моменты записи и считывания информации. Большое отношение амплитуд сигналов и помех гарантирует высокую информационную надежность.

Важными характеристиками ЗУ, как и любого и другого устройства машины, являются также габариты, масса, потребляемая мощность и стоимость. Кроме того, к специальным ЗУ предъявляют особые требования по параметрам механических и климатических воздействий[10].

Запоминающие устройства можно классифицировать в зависимости от особенностей их построения и функционирования по назначению, адресации информации, характеру хранения информации, по кратности считывания, физическим принципам работы запоминающих элементов (ЗЭ), технологии изготовления ЗЭ. Классификация ЗУ представлена на рисунке 2.1.1.

По назначению ЗУ делятся на кратковременные и долговременные. В свою очередь ЗУ с долговременным хранением информации делятся постоянные ЗУ (ПЗУ) и полупостоянные ЗУ (ППЗУ). Характерной чертой ПЗУ и ППЗУ является сохранение информации при отключении источника питания (ИП). При этом в ПЗУ возможно лишь однократная запись информации, производимая либо в процессе производства, либо в результате программирования, В ППЗУ возможно многократное изменение хранимой информации при эксплуатации.

ЗУ с кратковременным хранением информации используется для хранения оперативной часто меняющейся информации. В этих ЗУ отключение ИП приводит, как правило, к потере хранимой информации. Следует отметить, что ППЗУ при сокращении длительности цикла записи могут быть использованы и для хранения оперативной информации. Разумеется, ППЗУ могут быть в большинстве случаев использованы и в качестве ПЗУ.

По адресации ЗУ могут быть с произвольной, последовательной и ассоциативной выборкой. В ЗУ с произвольной выборкой (или доступом) время обращения не зависит от адреса числа в устройстве. В ЗУ с последовательной выборкой для нахождения числа по определенному адресу необходимо последовательно просмотреть все ячейки, предшествующие заданной. Очевидно, что в этих устройствах время обращения зависит от адреса. Для поиска определенной информационной единицы в таком ЗУ необходимо сначала отыскать соответствующий массив, а затем информационную единицу в этом массиве.

В ассоциативных ЗУ (АЗУ) поиск и извлечение информации происходит не по месту нахождения (адресу), а по некоторым признакам самой информации, содержащейся в самой ячейке. Такая память, в сущности, состоит из адресуемых ячеек, однако, в системе предусмотрен также механизм проверки или сравнения ключевой информации со всеми записанными словами. Блок памяти АЗУ разбивается на две части: основная информация и признаки. Каждая ячейка в блоке признаков связана с соответствующей ячейкой памяти в блоке основной информации с помощью индикаторов совпадений. Структурная электрическая схема АЗУ представлена на рисунке 2.1.2.

При поиске информации происходит сравнение кода признака опроса с кодами всех ячеек блока памяти признаков. При совпадении этих кодов индикаторы совпадений разрешают выдачу информации.

При поиске информации ЗЭ блока памяти признаков кроме функции хранения информации должны выполнять функции логического сравнения и в связи с этим должны допускать считывание без разрушения информации.

По кратности считывания различают ЗУ со считыванием без разрушения информации и ЗУ со считыванием с разрушением информации. В последнем случае для сохранения информации необходимо восстанавливать (регенерировать) считанную информацию в каждом цикле обращения к ЗУ, чтобы иметь возможность ее последующего использования.

По физическим принципам работы запоминающего элемента ЗУ делят на магнитные, полупроводниковые, сверхпроводниковые, оптические и т. д. В современных ЭВМ наиболее широко используют двоичную систему исчисления. Поэтому для кодирования и хранения информации могут использоваться различные физические процессы, определяющие два различных состояния вещества, например, различные состояние намагниченности магнитных материалов, наличие или отсутствие заряда в данной области полупроводника или диэлектрика, конечное электрическое сопротивление участка цепи и нулевое сопротивление этого же участка, возникающее вследствие эффекта сверхпроводимости некоторых веществ и т.д.

Создание блоков памяти, обладающих большой емкостью и в тоже время приемлемыми по габаритам и экономичности, может быть реализовано только при условии максимальной миниатюризации как всего блока памяти в целом, так и основной его части – накопителя информации. Наибольшие успехи в микроминиатюризации в настоящее время достигнуты при использовании полупроводниковых элементов, выполняемых по интегральной технологии, что в значительной мере и определило широкое применение их в системах памяти современных ЭВМ.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ ПОСТРОЕНИЯ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ


Как известно, полупроводниковые элементы памяти используются во многих отраслях, например, в телевидении. Почему же полупроводниковые устройства памяти, а не магнитные либо оптические нашли свое применение в телевидении? Ответ на этот вопрос можно найти, рассмотрев основные достоинства и недостатки этих устройств памяти непосредственно касающихся телевидения.

Оценку магнитных, оптических и полупроводниковых ЗУ проведем исходя из основных признаков, сведения о которых сведем в таблицу:

---------------- Информационная емкость (бит) Быстродействие, с

* Магнитные устройства памяти 10^4..10^7; 10-4..10-7

* Оптические устройства памяти 10^9..10^11; 10-2..100

* Полупроводниковые устройства памяти 10^3..10^7; 10-5..10-6

Проанализировав таблицу необходимо отметить, что оптические устройства памяти обладают наибольшей информационной емкостью – 109..1011 бит, но наряду с этим они являются "очень медленными". Время считывания ограничено сотыми долями секунды, что является существенным недостатком этих устройств. К плохим качествам этих устройств можно отнести и то, что в области телевидения нет разработок, которые играли бы роль ЭСППЗУ. Также для оптических устройств записи обязательным условием является наличие оптических линз для записи и считывания информации. Это условие ухудшает надежность телевизора в целом. Что касается огромного объема памяти, который может храниться в оптических ЗУ, то для телевидения он просто не нужен.

Исходя из основных показателей у магнитных устройств записи основные параметры являются нисколько не хуже полупроводниковых ЗУ. Но основным недостатком магнитных ЗУ является стоимость их изготовления, а также сопрягающее оборудование, которое увеличивает габариты и массу самого телевизора. Таким образом, полупроводниковые устройства памяти лучше всего подходят нам по своим параметрам. Наряду с этим отмечу, что полупроводниковые ЗУ являются на сегодняшний день самыми дешевыми в изготовлении, так как технология полупроводниковых устройств используют самые последние научные достижения.

Классифицируя ЭСППЗУ [11] необходимо отметить, что состоит оно в одном классе со стираемым программируемым постоянным запоминающим устройством (СППЗУ) стираемым ультрафиолетовым облучением. Вместе же они входят в состав репрограммируемых постоянных запоминающих устройств, которые наряду с многократно программируемыми постоянными ЗУ и программируемыми постоянными ЗУ входят в состав постоянных запоминающих устройств.

Для построения репрограммируемых ПЗУ используется разновидности МОП-технологии:

- для СППЗУ – с лавинной инжекцией заряда и плавающим затвором;

- для ЭСППЗУ – с лавинной инжекцией заряда и с двойным затвором, и технология металл – нитрид кремния – окисел кремния – полупроводник МНОП структура. Широко применяются комбинации этих технологий с КМОП-технологией.

Так как ЭСППЗУ является энергонезависимым, то в основе механизма запоминания и хранения информации лежат процессы накопления заряда при записи, сохранения его при считывании и при выключении электропитания в специальных МОП-транзисторах.

ЭСППЗУ строятся на МОП-транзисторах, у которых между затвором и полупроводником располагается двухслойный диэлектрик, выполненный из нитрида кремния и тонкого слоя двуокиси кремния (так называемая МНОП-структура).

Принцип записи в такой элемент основан на том, что при подаче на затвор МНОП транзистора положительного напряжения, превышающего критическое значение (около 30 В), на границе кремния – нитрид кремния формируется заряд, снижающий пороговое напряжение включения МНОП транзистора. При подаче отрицательного напряжения такого же значения происходит обратный процесс и восстанавливается высокое пороговое напряжение транзистора. Одно из состояний транзистора может быть принято за логическую единицу, а другое состояние – за логический нуль. В режиме считывания на затвор МНОП транзистора подается напряжение, больше порогового напряжения включения транзистора с "низким" порогом, но меньшее порогового напряжения транзистора с "высоким" порогом.

ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ I2C


Цифровая система (шина) управления I2C разработана фирмой Philips для применения в бытовой радиоаппаратуре и, в частности, в телевизорах[12]. Она обеспечивает пересылку цифровой информации (данных) и управление микросхемами, имеющими интерфейсы I2C. Включение последних в состав МС существенно уменьшает число их управляющих выводов и упрощает трассировку печатной платы.

Помимо I2C, существуют и другие разновидности систем (шин) управление аппаратурой, например, S-шина, разработанная фирмой SGS-Thomson, или IM-шина, предложенная фирмой ITT. Однако, система I2C пока наиболее распространена. Ее название происходит от английской аббревиатуры IIC - inter integrated circuit, обозначающей связь между интегральными МС.

I2C представляет собой последовательную двухпроводную магистраль, позволяющую передавать поток цифровой информации в обоих направлениях со скоростью до 100 кбит/с. К магистрали I2C подключают одновременно несколько интегральных МС, причем каждая имеет свой индивидуальный адрес. Ограничением при этом служит суммарная емкость, которая не должна превышать400 пФ. Максимальная длина магистрали - 4 м.

Подключаемые интегральные МС могут быть ведущими, инициирующими обмен информацией (например, микроконтроллеры управления), и ведомыми Причем к магистрали I2C одновременно можно подключить несколько ведущих устройств, так как в ней поддерживается процедура арбитража (состязания). Шина I2C образована двумя двунапрвленными последовательными линиями: данных – SDA и тактовой частоты (синхронизации) – SLC. Каждая линия должна быть подключена к плюсовому проводнику источника питания через резистор R.Схема их пдоключения изображена на рисунке 2.3.1 Выходные каскады МС, подключаемых к шине, имеют открытый сток или открытый коллектор. Резистор R обеспечивает уровень 1 при закрывании всех транзисторов.

Передача информации по шине I2C обеспечивается по битно. Каждому передаваемому биту по линии SDA соотвеотствует генерируемый тактовый импульс на линии SLC. Передаваемая информация в виде постоянного уровня 1ил 0 на линии SDA в течении тактового импульса на линии SLC (уровень 1) должна быть неизменной. Смена информации происходит только в состоянии 0 линии SLC. Эта ситуация показана на рисунке.

В магистрали I2C передача информации начинается с режима "Старт", а заканчивается режимам "Стоп". Эти условия формируется ведущим устройством и их вид представлен диаграммой на рисунке 2.3.3. Режим "Старт" возникает при переходе уровня на линии SDA из состояния 1 в 0 при уровне 1 на линии SLC. Притом же уровне 1 на линии SLC во время перехода на линии SDA уровня из состояния 0 в1 формируется режим "Стоп".После режима "Старт" магистраль считается занятой и освобождается только после режима "Стоп".

Информация передается по шине I2C в виде последовательных байтов, состоящих из восьми битов, при этом первый передается старший бит. На рисунке 2.3.3 видно, что каждому тактовому импульсу из1-8 на линии SLC соответствует передаваемый бит (1 или 0) на линии SDA. В конце каждого байта информации следует сигнал подтверждения, формируемый на линии SLC приемником. Тактовый импульс подтверждения приема генерируется ведущим устройством (импульс 9 на рисунке 2.3.3). Кроме того, она переводит линию SDA в состояние 1 ("отпускает"). При приеме байта информации приемник во время прохождения тактового импульса подтверждения приема должен перевести линию SDA в состояние 0, причем оно действует в течении всего тактового импульса подтверждения. Если приемник, к которому происходит обращение не может принять информацию, линия SDA в момент тактового импульса подтверждения остается в состоянии 1. В этом случае ведущее устройство переходит в режим "Стоп" и прекращает передачу информации. Следовательно, приемник может прервать передачу после любого переданного байта. Кроме того, если приемник не может принять очередной байт, он на некоторое время задерживает передачу информации, переводя линию SCL на уровень 0. Это же происходит и в случае приема каждого бита.

Формат передачи информации по шине показан на рисунке 2.3.4. После формирования режима "Старт" ведущее устройство передает восьмибитную последовательность, состоящую из семибитного адреса приемника, к которому идет обращение, и восьмого бита, определяющего направление передачи информации. После того, как последовательно на шину I2C ведущее устройство подаст сигналы адреса приемника, МС сравнивают семь бит адреса. Если они совпадают для какой-нибудь микросхемы, то она анализирует восьмой бит, чтобы определить направление передачи. Когда этот бит имеет значение 0, ведущее устройство будет передавать информацию приемнику. В случае если бит имеет значение 1, ведущее устройство запросит информацию от приемника.

После того как приемник сформирует сигнал подтверждения адреса (девятый бит), ведущее устройство начинает передавать восьмибитные последовательности информации. Прием каждой последовательности также подтверждается приемником. Передача информации заканчивается формированием режима "Стоп".

Шина I2C позволяет подключать МС, изготовленные по разным технологиям. При работе с напряжениям питания 5 В уровень 0 должен быть не более 1,5 В, уровень 1 - не менее 3 В. Минимальная длительность уровня 0 тактового импульса равна 4,7 мкс, а минимальная длительность уровня 1 тактового импульса равна 4 мкс. Пример использования шины I2C в условном телевизоре цветного изображения показан на рисунке 2.3.5.




Платы ARDUINO по низкой цене

Нажми на изображение, чтобы заказать в интернет-магазине:


arduino NANO купить дешево arduino UNO купить дешево arduino UNO R3 ORIG купить дешево arduino MEGA купить дешево arduino DUE купить дешево



Now 30.06.22 3:38:49, Your IP: 3.215.79.204; arduino.zl3p.com/docs/memory