Классификация запоминающих устройств

По устойчивости записи и возможности перезаписи ЗУ делятся на:

· постоянные ЗУ (ПЗУ), содержание которых не может быть изменено конечным пользователем (например, DVD-ROM). ПЗУ в рабочем режиме допускает только считывание информации.

· записываемые ЗУ, в которые конечный пользователь может записать информацию только один раз (например, DVD-R).

· многократно перезаписываемые ЗУ (например, DVD-RW).

· оперативные ЗУ (ОЗУ) обеспечивает режим записи, хранения и считывания информации в процессе её обработки.

По типу доступа ЗУ делятся на:

· устройства с последовательным доступом (например, магнитные ленты).

· устройства с произвольным доступом (RAM) (например, оперативная память).

· устройства с прямым доступом (например, жесткие магнитные диски).

· устройства с ассоциативным доступом (специальные устройства, для повышения производительности БД)

По геометрическому исполнению:

· дисковые (магнитные диски, оптические, магнитооптические);

· ленточные (магнитные ленты, перфоленты);

· барабанные (магнитные барабаны);

· карточные (магнитные карты, перфокарты, флэш-карты, и др.)

· печатные платы (карты DRAM).

По физическому принципу:

· перфорационные (перфокарта; перфолента);

· с магнитной записью (ферритовые сердечники, магнитные диски, магнитные ленты, магнитные карты);

· оптические (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray Disc);

· использующие эффекты в полупроводниках (флэш-память) и другие.

По форме записанной информации выделяют аналоговые и цифровые запоминающие устройства.

Основные структуры запоминающих устройств

Многочисленные варианты ЗУ имеют много общего с точки зрения структурных схем, что делает рациональным изучение некоторых обобщенных структур с последующим описанием особенностей и запоминающих элементов для конкретных ЗУ.

Общность структур адресных ЗУ особенно проявляется для статических ОЗУ и памяти типа ROM. Для статических ОЗУ и памяти типа ROM характерны структуры 2D, 3D, 2DM и блочные структуры на их основе.

Структура 2D

В структуре 2D (см. рисунок на следующей странице) запоминающие элементы ЗЭ организованы в прямоугольную матрицу размерностью М = k x m, где М – информационная емкость памяти в битах; k – число хранимых слов; m – их разрядность.

Дешифратор адресного кода DC при наличии разрешающего сигнала CS (Chip Select) активизирует одну из выходных линий, разрешая одновременный доступ ко всем элементам выбранной строки, хранящей слово, адрес которого соответствует номеру строки. Элементы столбца соединены вертикальной линией – внутренней линией данных (разрядной линией, линией записи/считывания). Элементы столбца хранят одноименные биты всех слов. Направление обмена определяется усилителями чтения/записи под воздействием сигнала R/W (Read – чтение, Write – запись).

Структура типа 2D применяется лишь в ЗУ малой информационной емкости, т.к. при росте емкости проявляется несколько ее недостатков, наиболее очевидным из которых является чрезмерное усложнение дешифратора адреса (число выходов дешифратора равно числу хранимых слов).

Структура 3D

Структура 3D позволяет резко упростить дешифраторы адреса с помощью двухкоординатной выборки запоминающих элементов. Принцип двухкоординатной выборки поясняется на примере ЗУ типа ROM (см. рисунок на следующей странице), реализующего только операции чтения данных.

Здесь код адреса разрядностью n делится на две половины, каждая из которых декодируется отдельно. Выбирается запоминающий элемент, находящийся на пересечении активных линий выходов обоих дешифраторов. Таких пересечений будет как раз

2N/2 X 2n/2 = 2n

Суммарное число выходов обоих дешифраторов составляет

2^n/2 + 2^n/2 = 2^n/2+1,

что гораздо меньше, чем 2ⁿ при реальных значениях n.

Уже для ЗУ небольшой емкости видна эта существенная разница: для структуры 2D при хранении 1К слов потребовался бы дешифратор с 1024 выходами, тогда как для структуры типа 3D нужны два дешифратора с 32 выходами каждый. Недостатком структуры 3D в первую очередь является усложнение элементов памяти, имеющих двухкоординатную выборку.

Структуры типа 3D имеют также довольно ограниченное применение, поскольку в структурах типа 2DM сочетаются достоинства обеих рассмотренных структур – упрощается дешифрация адреса и не требуются запоминающие элементы с двухкоординатной выборкой.

Структура 2DM

ЗУ структуры 2DM (2D модифицированная) (см. следующий рисунок) для матрицы запоминающих элементов с адресацией от дешифратора DCx имеет как бы характер структуры 2D: возбужденный выход дешифратора выбирает целую строку. Однако в отличие от структуры 2D, длина строки не равна разрядности хранимых слов, а многократно ее превышает. При этом число строк матрицы уменьшается и, соответственно, уменьшается число выходов дешифратора. Для выбора одной из строк служат не все разряды адресного кода, а их часть A_n-1...A_k. Остальные разряды адреса (от А_k-1 до А₀) используются, чтобы выбрать необходимое слово из того множества слов, которое содержится в строке. Это выполняется с помощью мультиплексоров, на адресные входы которых подаются коды А_k-1...А₀. Длина строки равна m2^k, где m - разрядность хранимых слов. Из каждого "отрезка" строки длиной 2^k мультиплексор выбирает один бит. На выходах мультиплексоров формируется выходное слово По разрешению сигнала CS, поступающего на входы ОЕ управляемых буферов с тремя состояниями, выходное слово передается на внешнюю шину.

На предыдущем рисунке для большей наглядности структура 2DM показана на примере ROM. На следующем рисунке структура 2DM в более общем виде показана для ЗУ типа RAM с операциями чтения и записи. Из матрицы М по-прежнему счи-тывается "длинная" строка.

Данные в нужный отрезок этой строки записываются (или считываются из нее) управляемыми буферами данных BD, воспринимающими выходные сигналы второго дешифратора DC_Y, и выполняющими не только функции мультиплексирования, но и функции изменения направления передачи данных под воздействием сигнала R/W.

10. Методика синтеза и параметры компараторов.

Синтез компаратора

Компаратор – это цифровое устройство, предназначенное для сравнения двух цифровых сигналов. Исходя из трех комбинаций (А=Б, А>Б, А<Б) на выходе получаем три сигнала.

таблица истинности для компаратора:

X1	X0	Z1	Z2	=	>	<
0 0 0 0	0 0 0 0	0 0 1 1	0 1 0 1	1		1 1 1
0 0 0 0	1 1 1 1	0 0 1 1	0 1 0 1	1	1	1 1
1 1 1 1	0 0 0 0	0 0 1 1	0 1 0 1	1	1 1	1
1 1 1 1	1 1 1 1	0 0 1 1	0 1 0 1	1	1 1 1

Карта Карно для равенства (=)

x1x0 z1z0	00	01	11	10
00	1
01		1
11			1
10				1

=

= ;

Для (X>Z)

x1x0 z1z0	00	01	11	10
00		1	1	1
01			1	1
11
10			1

=

= ;

Для (X<Z)

x1x0 z1z0	00	01	11	10
00
01	1
11	1	1		1
10	1	1

, ,

Найдя вход Q₂ мы его инвертируем, т.к. вместо 4 элементов «И-НЕ» применяем один инвертор. Соблюдается схема только тогда, когда .

 

Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные.
Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ.
Основным динамическим параметром компаратора является время переключения tп. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения Uвх, подаваемого на другой вход. Это время зависит от величины превышения Uвх над опорным напряжением. На рис. 8 приведены переходные характеристики компаратора mА710 для различных значений дифференциального входного напряжения Uд при общем скачке входного напряжения в 100мВ. Время переключения компаратора tп можно разбить на две составляющие: время задержки tз и время нарастания до порога срабатывания логической схемы tн. В справочниках обычно приводится время переключения для значения дифференциального напряжения, равного 5мВ после скачка.

Рис. 108. Переходная характеристика компаратора мА710 при различных превышениях скачка входного напряжения Uд над опорным: 1 – на 2 мВ; 2 – на 5 мВ; 3 – на 10 мВ; 4 – на 20 мВ

Рассмотренные компараторы с двухпороговым уровнем принято называть компараторами с гистерезисом или триггерами Шмитта(ТШ). Существуют многочисленные схемные модификации ТШ. В простейшем эмиттерно-связанном ТШ на n-p-n БПТ(рис.) достигается два порога срабатывания Uвкл и Uвыкл. Схема передаточная, характеристика и форма входного и выходного напряжений представлены на рис. 3.6 а, б, в.

а) б) в)

Рис. 3.6. Схема,передаточная характеристика
и графики работы ТШ

Помимо генератора прямоугольных импульсов, ТШ применяют в качестве АО и пороговых детекторов.

Триггерные спусковые схемы используются в качестве основных узлов импульсных релаксационных генераторов (одновибраторов, мультивибраторов (МВ), генераторов линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН), блокинг-генераторов (БГ) и т. д.), подробно рассмотренных в специальной литературе по импульсной технике.