ROM-Typen

ROM – steht für Nur-Lese-Speicher, der eine nichtflüchtige Speicherung von Informationen auf einem beliebigen physischen Medium ermöglicht. Entsprechend der Methode zum Speichern von Informationen kann ROM in drei Typen unterteilt werden:

1. ROM basierend auf dem magnetischen Prinzip der Informationsspeicherung.

Das Funktionsprinzip dieser Geräte basiert auf einer Richtungsänderung des Magnetisierungsvektors von Abschnitten eines Ferromagneten unter dem Einfluss eines Wechsels Magnetfeld in Übereinstimmung mit den Werten der Bits der geschriebenen Informationen.

Ein Ferromagnet ist eine Substanz, die bei einer Temperatur unterhalb einer bestimmten Schwelle (Curie-Punkt) in Abwesenheit eines äußeren Magnetfelds magnetisiert werden kann.

Das Lesen von geschriebenen Daten in solchen Geräten basiert auf dem Effekt der elektromagnetischen Induktion oder des magnetoresistiven Effekts. Dieses Prinzip wird in Geräten mit einem beweglichen Träger in Form einer Platte oder eines Bandes implementiert.

Elektromagnetische Induktion ist der Effekt des Auftretens eines elektrischen Stroms in einem geschlossenen Stromkreis, wenn sich der durch ihn fließende magnetische Fluss ändert.

Der magnetoresistive Effekt beruht auf der Änderung des elektrischen Widerstandes eines festen Leiters unter Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes.

Hauptvorteil dieser Art- eine große Menge gespeicherter Informationen und niedrige Kosten pro gespeicherter Informationseinheit. Der Hauptnachteil ist das Vorhandensein von beweglichen Teilen, großen Abmessungen, geringer Zuverlässigkeit und Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen (Vibrationen, Stöße, Bewegungen usw.)

2. ROM basierend auf dem optischen Prinzip der Informationsspeicherung.

Das Funktionsprinzip dieser Vorrichtungen beruht darauf, die optischen Eigenschaften eines Abschnitts des Trägers zu verändern, beispielsweise durch Veränderung des Transparenzgrades oder des Reflexionskoeffizienten. Ein Beispiel für ein ROM, das auf dem optischen Prinzip der Informationsspeicherung basiert, sind CDs, DVDs und BluRay-Discs.

Der Hauptvorteil dieser Art von ROM sind die niedrigen Kosten des Trägers, der einfache Transport und die Möglichkeit der Replikation. Nachteile - niedrige Lese- / Schreibgeschwindigkeit, begrenzte Anzahl von Neuschreibungen, Notwendigkeit eines Lesegeräts.

3. ROM basiert auf dem elektrischen Prinzip der Informationsspeicherung.

Das Funktionsprinzip dieser Geräte basiert auf Schwelleneffekten in Halbleiterstrukturen - der Fähigkeit, das Vorhandensein einer Ladung in einem isolierten Bereich zu speichern und zu registrieren.

Dieses Prinzip wird in Festkörperspeichern verwendet - Speicher, die keine beweglichen Teile zum Lesen / Schreiben von Daten erfordern. Ein Beispiel für ein ROM, das auf dem elektrischen Prinzip der Informationsspeicherung basiert, ist ein Flash-Speicher.

Der Hauptvorteil dieses ROM-Typs ist eine hohe Lese- / Schreibgeschwindigkeit, Kompaktheit, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz. Nachteile - begrenzte Anzahl von Umschreibungen.

An dieser Moment es gibt oder befindet sich in der Entwicklung und andere, "exotische" Arten von permanentem Gedächtnis, wie zum Beispiel:

Magnetooptischer Speicher- ein Speicher, der die Eigenschaften optischer und magnetischer Speichergeräte kombiniert. Die Aufzeichnung auf einer solchen Platte erfolgt durch Erhitzen der Zelle mit einem Laser auf eine Temperatur von etwa 200 ° C. Die erhitzte Zelle verliert ihre magnetische Ladung. Ferner kann die Zelle gekühlt werden, was bedeutet, dass eine logische Null in die Zelle geschrieben wird, oder mit einem Magnetkopf wieder aufgeladen werden, was bedeutet, dass eine logische Einheit in die Zelle geschrieben wird.

Nach dem Abkühlen kann die magnetische Ladung der Zelle nicht verändert werden. Das Lesen erfolgt durch einen Laserstrahl geringerer Intensität. Wenn die Zellen eine magnetische Ladung enthalten, ist der Laserstrahl polarisiert und das Lesegerät bestimmt, ob der Laserstrahl polarisiert ist. Aufgrund der "Fixierung" der magnetischen Ladung während des Abkühlens haben magneto-optische eine hohe Zuverlässigkeit der Informationsspeicherung und können theoretisch eine höhere Aufzeichnungsdichte haben als ein ROM, das nur auf dem magnetischen Prinzip der Informationsspeicherung basiert. Allerdings können sie „Festplatten“ aufgrund der sehr geringen Schreibgeschwindigkeit aufgrund der notwendigen hohen Erwärmung der Zellen nicht ersetzen.

Magneto-optische Speicher haben keine weite Verbreitung gefunden und werden sehr selten verwendet.

Molekulares Gedächtnis- Speicher basierend auf der Technologie der Atomtunnelmikroskopie, die es ermöglicht, einzelne Atome zu Molekülen zu entfernen oder hinzuzufügen, deren Anwesenheit dann von speziellen empfindlichen Köpfen gelesen werden kann. Diese Technologie wurde Mitte 1999 von der Firma Nanochip vorgestellt und ermöglichte theoretisch eine Packungsdichte von etwa 40 Gbit/cm2, was ein Dutzend Mal höher ist als die existierenden Serienmuster von "Hard" Disks; Speicher für absehbare Zeit Zukunft.

Holografisches Gedächtnis- unterscheidet sich von den derzeit gebräuchlichsten Arten von Permanentspeichern, die eine oder zwei Oberflächenschichten zur Aufzeichnung verwenden, durch die Fähigkeit, Daten über das „gesamte“ Speichervolumen mit unterschiedlichen Laserneigungswinkeln aufzuzeichnen. Die wahrscheinlichste Verwendung dieses Speichertyps ist in ROMs, die auf optischer Informationsspeicherung basieren, wo optische Platten mit mehreren Informationsschichten keine Neuheit mehr sind.

Es gibt andere, sehr exotische Arten des permanenten Gedächtnisses, aber selbst unter Laborbedingungen balancieren sie am Rande der Science-Fiction, also werde ich sie nicht erwähnen, abwarten und sehen.

In Mikroprozessoren und anderen digitalen automatischen Systemen wird ein Speicher benötigt, der als Informationsquelle dient, die unverändert bleibt, auch wenn der Strom abgeschaltet wird (Listen von Tabellenkonstanten, permanenten Programmen, Mikroprogrammen und Unterprogrammen). In solchen Fällen werden Speichermodule verwendet, bei denen es unmöglich ist, die aufgezeichneten Informationen durch Frauen zu ändern, die dieses Modul des Systems verwenden. Diese Module werden als Nur-Lese-Speicher (ROM) bezeichnet. Somit ist ROM eine Nur-Lese-Speichervorrichtung, deren Inhalt während der Ausführung nicht durch den Mikroprozessor ersetzt werden kann. Arbeitsprogramm und bleibt bestehen, wenn die Stromversorgung vom System getrennt wird. Bei der Informationsverarbeitung ist ROM ein Speicher, der nur im Lesemodus arbeitet.

Die Verwendung von ROM ermöglicht es, eine höhere Packungsdichte von Informationen zu erreichen, indem die Speicherelemente vereinfacht werden.

ROM als Speichervorrichtung kann als Ganzes in einem von zwei Modi arbeiten: Lesen oder Programmieren. ROM-Programmierung ist der Prozess, Informationen hineinzuschreiben (im Gegensatz zum allgemein akzeptierten Verständnis von Programmierung als Prozess des Kompilierens eines Programms).

Es sollte beachtet werden, dass normalerweise versucht wird sicherzustellen, dass keine neuen externen Leitungen während des Programmierens erforderlich sind, außer denen, die in dem ROM-Modul verwendet werden, wenn es im Lesemodus arbeitet.

Die Programmierbarkeit dieses Speichertyps impliziert das Vorhandensein einer Reihe von Schaltelementen, mit denen Sie einen "Jumper" installieren oder entfernen können, der die Abtastleitung eines Speicherelements oder einer Speicherzelle (Zeile) mit der Informationsleseleitung (Bitleitung) verbindet ). Das Umschalten wird durch die Informationen bestimmt, die das ROM speichern soll, und die spezifische Implementierung der "Jumper" und das Programmierverfahren hängen von der Art des ROM ab.

Gemäß dem Programmierverfahren werden hergestellte Halbleiter-ROMs in zwei Typen unterteilt: MROMs – maskierte ROMs, in die Informationen im Herstellungsprozess maskiert eingegeben (Programmierung ausgeführt) werden; sie werden auf der Basis von Feld- oder Bipolartransistoren erstellt;

EEPROMs sind elektrisch programmierbare ROMs, in die Informationen elektrisch eingetragen werden können, dh sie ermöglichen das Programmieren oder Umprogrammieren (Umprogrammieren, Umprogrammieren) unter Verwendung elektrischer Signale in einem speziellen Modus. Sie werden auch vom Benutzer programmierbare ROMs genannt, da sie im Gegensatz zu Masken-ROMs das Schreiben ermöglichen notwendige Informationen der Benutzer selbst; In solchen ROMs kann der Zustand der Jumper eingestellt werden, nachdem das Gerät hergestellt wurde, entweder durch Herstellen oder Zerstören der Verbindung.

Aufgrund der Vielfältigkeit der Programmierung kann EEPROM in ROM mit einmaliger Programmierung (PROM) (aufgrund irreversibler Änderungen in ihrer Struktur) und ROM mit mehrfacher Änderung (Umprogrammierung) von Informationen (RPROM) unterteilt werden.

Elektrisch programmierbare ROMs (sowohl PROMs als auch EPROMs) sind integrale Bestandteile von MPAS geworden. APCS und andere Systeme, bei denen eine häufige Änderung von Programmen erforderlich ist. Das Iwird ihnen elektrisch eingegeben und kann dort für lange Zeit gespeichert werden, unabhängig davon, ob Strom vorhanden ist oder nicht.

Nach dem Prinzip der Informationsaufzeichnung kann PROM in zwei Gruppen eingeteilt werden:

beim Abbrennen von Schmelzbrücken; mit Aufschlüsselung des Übergangs im Halbleiter und RPZU - um drei:

mit der Formation elektrische Ladung in einem zweischichtigen Dielektrikum der MNOS-Struktur;

mit Avalanche-Injektion elektrischer Ladung in den Floating-Gate-Bereich der MOS-Struktur (LIS-MOS):

mit einer Änderung der Leitfähigkeit des glasartigen Materials. Das Löschen von Informationen im EPROM wird auf zwei Arten ausgeführt; elektrisches Löschen und Bestrahlung mit ultravioletten (UV) Strahlen.

Masken-ROMs werden in einer der letzten technologischen Phasen ihrer Produktion programmiert. Schaltelemente sind einfach Lücken, von denen einige während der Metallisierungsphase der Schaltung überbrückt werden. Dies geschieht unter Verwendung von Photomaskenmasken, die die exakte Form der Metallisierungsbereiche definieren und für jede spezifische ROM-Füllung maßgefertigt werden.Die Maske ist ziemlich teuer, aber eine beliebige Anzahl von Speichermodulen kannunter Verwendung einer Maske programmiert werden. Daher sind maskenprogrammierbare ROMs für eine Massenproduktion wirtschaftlich machbar.

Das Funktionsprinzip des PROM basiert auf physikalischen Prozessen, mit denen Sie sich irreversibel ändern können elektrischer Wiederstand Abschnitt der Kette. Es gibt zwei Arten von einmal programmierbaren Speicherelementen (SE): Widerstand und Diode.

Ein Informationsbit, das in einem SE vom Widerstandstyp gespeichert ist, wird durch das Vorhandensein oder Fehlen einer schmelzbaren Verbindung bestimmt. Im Zustand nach der Herstellung speichert der GE 1 (der Widerstand des Jumpers ist niedrig), und nachdem der Schmelz-Jumper durchgebrannt ist, ist er 0. Dünne Filme aus Nichrom oder halbkristallinem Silizium werden häufig als Schmelz-Jumper (der Jumper-Widerstand beträgt etwa 10 Ohm).

Um im Programmiermodus zu arbeiten, müssen Mittel zum selektiven Brennen von Jumpern bereitgestellt werden. Üblicherweise wird eine zusätzliche externe Quelle mit erhöhter Versorgungsspannung verwendet. Durch den Jumper wird ein Stromimpuls (mit einer Dichte von etwa ) geleitet, wodurch dieser irreversibel zerstört wird.

Der Betrieb eines Diodentyp-GE basiert auf irreversiblen Phänomenen, die während des Durchbruchs eines in Sperrichtung vorgespannten Übergangs auftreten. Im Ausgangszustand speichert der Diodentyp GE 0 (sein Sperrwiderstand ist sehr hoch). Beim Programmieren wird an die Diode eine Sperrspannung mit erhöhtem Pegel angelegt, unter deren Einfluss der -Übergang durchbricht, d. H. Es entsteht ein Kurzschluss, was der Aufzeichnung einer logischen Einheit entspricht.

Umprogrammierbare ROMs können programmiert, gelöscht und relativ schnell (innerhalb einer begrenzten Zeit) umprogrammiert werden. Sie verwenden Schaltelemente, die gruppenweise (dh alle auf einmal) in einen Zustand und selektiv in einen anderen Zustand versetzt werden können. Die Neuprogrammierung solcher ROMs läuft zunächst auf die Gruppeneinstellung aller "Jumper" in einen Zustand hinaus, was gleichbedeutend mit dem Löschen zuvor aufgezeichneter Informationen ist, und die anschließende selektive (einer nach dem anderen) Installation der erforderlichen "Jumper" in einen anderen Zustand.

Umprogrammierbare ROMs werden normalerweise nach dem Prinzip der Ladungserhaltung in einem Dielektrikum aufgebaut: in einer MNOS-Struktur (Metall-Silizium-Nitrid-Silizium-Oxid-Halbleiter), bei der es sich um einen MOS-Transistor handelt, bei dem das Gate (Metall) durch das Siliziumsubstrat getrennt ist ein aus zwei Schichten bestehendes Dielektrikum; in einer MOS-Struktur, die den Effekt der Lawineninjektion einer elektrischen Ladung in den Bereich eines schwebenden (isolierten) Gates (LIS-MOS) nutzt.

Eine andere Richtung bei der Herstellung von EPROMs, die derzeit als vielversprechender angesehen wird, basiert auf reversiblen Änderungen in der physikalischen Struktur des Materials, insbesondere wird die Schwellenschalteigenschaft von amorphen Halbleitern genutzt.

RPZU auf MNOP-Technologie haben die folgenden Vorteile: eine große zulässige Anzahl von Neuprogrammierungszyklen; elektrische Löschung. Zu den Nachteilen gehören: begrenzte Speicherzeit von Informationen (im ausgeschalteten Zustand nicht mehr als 2-10.000 Stunden, im kontinuierlichen Lesemodus - 200-500 Stunden): hohe Amplitude und Dauer der Neuprogrammierungsimpulse (25-36 V, 5-100 ms) , begrenzte Lesezeit .

Die LIPS-MOS-Technologie zeichnet sich durch folgende Vorteile aus: erhöhte Geschwindigkeit (bis zu 0,1 µs); große Informationskapazität (bis zu 65-128 K Bit); lange Speicherung von Informationen im Aus- und Ein-Zustand (bis zu 10 Jahre). Die Nachteile sind: eine begrenzte Anzahl von Reprogrammierzyklen (10-100) und die Verwendung von UV-Strahlung beim Löschen.

Die Struktur der LIS RPZU dieses Typs, beispielsweise K573RF13 (K573RF1), enthält: eine Speichermatrix; registrieren; Adressdecoder; Leseverstärker. Speicherstruktur (Laufwerksorganisation) 1024 x 8. Zugriffszeit 900 nicht. Informationen werden durch ultraviolette Bestrahlung des Chipkristalls durch ein Fenster im Gehäusedeckel gelöscht. Die Anzahl der Umprogrammierungszyklen beträgt etwa 100. EPROMs sind in der Lage, eine Ladung im ausgeschalteten Zustand für 2-3.000 Stunden aufrechtzuerhalten.

EEPROMs mit elektrischer Löschung haben eine Reihe von Betriebsvorteilen, die besonders wichtig für experimentelle Systeme sind:

einfache Programmierung von Speicherblöcken als Teil von Systemen; die Fähigkeit, den Inhalt aus der Ferne zu ändern; praktisch unbegrenzte Anzahl von Wiederbeschreibzyklen; Informationsspeicherzeit ausreichend für die meisten experimentellen Probleme (3-10.000 Stunden).

Die Entwicklung von EPROMs beider Typen (mit elektrischer und UV-Löschung) führt schließlich zu Schaltkreisen. die Vorzüge sowohl des ersten als auch des zweiten haben

Perspektiven für die Entwicklung und Anwendung von EPROM. Eine Analyse in- und ausländischer Werke im MÜ-Bereich zeigt den Wert verschiedene Sorten Speicher während der Erstellung von MPAS nimmt immer mehr zu. Die Architektur der Informations- und Rechenbasis von MPAS kann zukünftig als Speichersubsystem dargestellt werden, das als zentrales (und Haupt-)Subsystem betrachtet wird. und eine Reihe weiterer Subsysteme.

Mit ROMs können Sie die Hauptideen, die dem MT zugrunde liegen, vollständig implementieren:

die Fähigkeit, das Iin zu speichern

kompakte und zuverlässige physikalische Umgebung - in einem Siliziumkristall;

Vielseitigkeit und Flexibilität des Systems, die Fähigkeit, dieses Programm schnell und einfach so oft wie nötig während der Entwicklung und Fehlersuche des Systems zu ändern, die Fähigkeit, das System vollständig umzubauen, um ein neues Problem zu lösen, ohne die Hardware zu ändern, nur durch Änderung die im Speicher gespeicherten Informationen;

Nichtflüchtigkeit des Programmspeichers, der allen ROMs innewohnt, die Fähigkeit, den MP als eingebautes austauschbares Modul in verschiedenen Einheiten, Mechanismen, Geräten, Systemen usw. zu verwenden.

Die Verwendung von programmierbaren ROMs ist besonders effektiv beim Debuggen der MPS-Software. Das Debuggen und Optimieren eines bestimmten Programms erfordert im Allgemeinen mehrere zehn seiner Läufe im System, und jeder dieser Läufe erfordert das Schreiben einer neuen Version des Programms in den ROM. Das Vorhandensein von ROM, das unter Verwendung von Standardadresssignalen schnell neu programmiert werden kann, vereinfacht das Verfahren zum Debuggen und Optimieren von Programmen erheblich. Daher enthalten die MPS-Debugging-Systeme und die sogenannten Prototyp-Kits notwendigerweise EGShZU. Nach Abschluss aller Phasen des Software-Debugging können diese ROMs beim Zusammenstellen industrieller Muster von Systemen als kompaktere und billigere Standard-ROMs angesehen werden. während der Herstellung maskenprogrammierbar. In diesen ROMs sind die Pegel von Signalen und Versorgungsspannungen identisch mit den Ausgängen des EEPROM.

Bei einem anderen Ansatz können EEPROMs in der Vorserienphase für die Produktion von Kleinserien eingesetzt werden. Dieser Ansatz kann kostengünstiger sein, da die ROM-Maskenprogrammierung zeitaufwändig und kostspielig ist, was sich nur in der Massenproduktion auszahlt.

EEPROMs sind auch in Bereichen vielversprechend, in denen eine Fernabtastung von MPS erforderlich ist, die an unzugänglichen oder für Menschen gefährlichen Orten installiert sind, beispielsweise in Kernreaktoren, in den Tiefen des Meeres, im Weltraum. Die Umprogrammierungssignale können dann mit Standard-Funkgeräten über große Entfernungen übertragen werden.

Es ist das EEPROM, das solche Qualitäten physisch verkörpert. Informationssysteme, wie Anpassungsfähigkeit, Lern-, Umschulungs- und Selbstlernfähigkeit.

Durch den Einsatz von EEPROM in Programmable Logic Arrays (PLM) eröffnen sich große Möglichkeiten zur Schaffung flexibler Automatisierungswerkzeuge. Früher wurden PLAs in der Herstellungsphase programmiert, um eine bestimmte Logikfunktion zu implementieren.

ROMs werden zunehmend zum Speichern von Betriebssystemen verwendet. Ohne rasche Fortschritte bei der Entwicklung und Anwendung verschiedener Arten von Permanentspeichern können keine wirklich zuverlässigen, kompakten und wirtschaftlichen Mittel zur Informationsverarbeitung und -steuerung geschaffen werden.

Eine Vielzahl von Anforderungen an LSI-EEPROMs und das wachsende Interesse an diesen Geräten führten zur Entwicklung sehr unterschiedlicher Elemente und Schaltungen. physikalische Prinzipien, Fertigungstechnik u Spezifikationen. Dies stellt die Entwickler von MPAS bei der Suche vor bestimmte Aufgaben optimale Lösungen- sie sollten sich mit dieser Speichervielfalt auskennen.

Die EEPROM-Programmierung umfasst die Bildung von Adressen, Schreibimpulse und die Kontrolle der geschriebenen Informationen. Das Programmierobjekt kann ein separates LSI, eine Gruppe von gleichzeitig programmierten LSIs oder ein Speicherblock sein, der aus einer bestimmten Anzahl von LSIs besteht.

Je nach Bedarf und wirtschaftlicher Machbarkeit kann die EEPROM-Programmierung in unterschiedlichem Maße automatisiert und auf mehr oder weniger komplexen Anlagen durchgeführt werden.

EEPROM-Programmierer werden klassifiziert nach:

Grad der Universalität in Bezug auf verschiedene Typen BIS-EEPROM;

Leistung - die Anzahl gleichzeitig programmierbarer LSI;

Methode zur Steuerung des Programmiervorgangs (manuelle, halbautomatische und automatische Programmierer);

funktionale Vollständigkeit (unterscheiden Sie zwischen eigenständigen Programmierern und solchen, die unter der Steuerung eines Mini- oder Mikrocomputers arbeiten, der nicht Teil des Programmierers ist);

Design (das Programmiergerät kann als separates Gerät, als im Computer enthaltenes Programmierboard oder als Programmiereinheit auf einem Memory Board ausgeführt werden).

Der einfachste manuelle Programmierer enthält Kippschalter zum Wählen der Adresse und Daten, Generatoren des Adresscodes, Steuer- und Aufzeichnungssignale. Ein solches Gerät ist sehr einfach zu bedienen, kann in jedem Labor hergestellt werden, aber seine Produktivität ist äußerst gering, so dass es für die Verarbeitung von LSIs mit geringer Informationskapazität geeignet ist, außerdem in kleinen Chargen. Der Programmiervorgang ist langsam, unzuverlässig und mühsam für den Bediener. Bei komplexeren manuellen Programmiergeräten ist es möglich, die Adresse und Daten im Binär-, Dezimal- oder Hexadezimalcode anzuzeigen sowie den Inhalt des EEPROM zu steuern.

Programmierbare Logikmatrix (PLM). Es ist eine Matrix von Gattern, die in Form verschiedener Kombinationen von Gattern programmiert werden kann, die die logischen Funktionen OR und AND implementieren.Auf deren Grundlage komplexe Kombinationen Logik. PLMs unterscheiden sich von ROMs nur in der Struktur und sind als maskenprogrammierbare Geräte und benutzerprogrammierbare Geräte verfügbar.

Auf der Grundlage einer solchen Matrix können eine konjunktive Matrix, die die UND-Funktionen implementiert, und eine disjunktive Matrix, die die OR-Funktionen implementiert, organisiert werden.

Erkenntnis mehr komplexe Funktionen durch Kombination beider Matrizen möglich. Wenn ein Decoder mit dem PLM verbunden ist, kann die resultierende Schaltung als ROM fungieren.

Diese Kombination ist vorteilhaft zu verwenden, wenn Speichergeräte mit kleiner Kapazität gebaut werden, bei denen die ROM-Kapazität nicht vollständig genutzt wird und daher die Kosten des ROM nicht gerechtfertigt sind.

PLA kann auch als festes Regelschema verwendet werden, was es ermöglicht, die Geschwindigkeit des gesamten Systems deutlich zu erhöhen. Dies liegt daran, dass die PLA eine kombinatorische Schaltung mit hoher Geschwindigkeit ist.

PLM wird in Form einer integrierten Single-Case-Schaltung hergestellt.

ROM, PROM, PLA können effektiv bei der Erstellung von MPS verwendet werden. Realisierung tabellarischer und tabellarisch-algorithmischer Methoden der Informationsverarbeitung. Die Verwendung von Tabellenkalkulationsprozessoren scheint sehr vielversprechend zu sein, wenn spezialisierte "Funktionserweiterungen" auf einer Basis von seriellen Elementen - LSI RAM, ROM, PROM und PLM - erstellt werden.

Alle Nur-Lese-Speichergeräte (ROM) können in die folgenden Gruppen eingeteilt werden:

● zum Zeitpunkt der Herstellung programmierbar (als ROM oder ROM bezeichnet);

● mit Einmalprogrammierung, die es dem Benutzer ermöglicht, den Zustand der Speichermatrix gemäß einem vorgegebenen Programm (als PROM oder PROM bezeichnet) einmal elektrisch zu ändern;

● umprogrammierbar (reprogrammable), mit der Möglichkeit der mehrfachen elektrischen Umprogrammierung, mit elektrischer oder UV-Löschung von Informationen (als RPZU oder RPROM bezeichnet).

Um beim Erhöhen des Speichers die Möglichkeit des Kombinierens nach Ausgang zu gewährleisten, haben alle ROMs Tri-State- oder Open-Collector-Ausgänge.

(xtypo_quote)Im PROM ist das Laufwerk auf Speicherzellen mit Schmelzbrücken aus Nichrom oder anderen feuerfesten Materialien aufgebaut. Der Aufnahmeprozess besteht im selektiven Abbrennen von Schmelzloten. (/xtypo_quote)
Beim EPROM werden Speicherzellen auf Basis von MOS-Technologien aufgebaut. Es werden verschiedene physikalische Phänomene der Ladungsspeicherung an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen dielektrischen Medien oder einem leitenden und einem dielektrischen Medium genutzt.

Im ersten Fall besteht das Dielektrikum unter dem Gate des MOSFET aus zwei Schichten: Siliziumnitrid und Siliziumdioxid (SiN 4 - SiO 2). Es wurde festgestellt, dass in der komplexen Struktur von SiN 4 - SiO 2 bei Änderung der elektrischen Spannung eine Ladungshysterese an der Grenzfläche zwischen zwei Schichten auftritt, was es ermöglicht, Speicherzellen zu erzeugen.

Im zweiten Fall ist die Basis der Speicherzelle ein Floating-Gate-Avalanche-Injection-MOS-Transistor (LIFZ-MOS). Eine vereinfachte Struktur eines solchen Transistors ist in Fig. 1 gezeigt. 3.77.
Bei einem Avalanche-Injection-Transistor mit Floating-Gate kommt es bei ausreichend hoher Drain-Spannung zu einem reversiblen Avalanche-Durchbruch des Dielektrikums und es werden Ladungsträger in den Floating-Gate-Bereich injiziert. Da das Floating-Gate von einem Dielektrikum umgeben ist, ist der Leckstrom gering und Informationen werden über einen langen Zeitraum (mehrere zehn Jahre) gespeichert. Wenn Spannung an das Hauptgate angelegt wird, wird die Ladung aufgrund des Tunneleffekts absorbiert, d.h. Löschen von Informationen.

Hier sind einige Merkmale des ROM (Tabelle 3.1).

Die Industrie stellt eine große Anzahl von ROM-Chips her. Nehmen wir als Beispiel zwei ROM-Chips (Abb. 3.78).

Die Diagramme verwenden die folgenden Bezeichnungen: A i - Adresseingänge; D i - Informationsausgänge; CS - Chipauswahl; CE - Ausgangserlaubnis.

Die Mikroschaltung K573RF5 ist ein umprogrammierbares ROM (RPZU) mit UV-Löschung und einer 2Kx8-Struktur. Per Ein- und Ausgang ist dieser Chip kompatibel zu TTL-Strukturen. Der K556RT5-Chip ist ein einmalig programmierbares ROM, das auf der Grundlage von TTLS-Strukturen hergestellt wurde und mit TTL-Strukturen ein- und ausgabekompatibel ist und eine 512-Bit-x8-Struktur aufweist.

Personalcomputer haben vier hierarchische Speicherebenen:

Mikroprozessorspeicher;

Haupterinnerung;

Cache registrieren;

Externer Speicher.

Der oben diskutierte Mikroprozessorspeicher. Der Hauptspeicher dient zum Speichern und schnellen Austausch von Informationen mit anderen Computergeräten. Speicherfunktionen:

Empfangen von Informationen von anderen Geräten;

sich an Informationen erinnern;

Ausgeben von Informationen auf Anfrage an andere Geräte der Maschine.

Der Hauptspeicher enthält zwei Arten von Speichergeräten:

ROM - Nur-Lese-Speicher;

RAM ist ein Arbeitsspeicher.

Das ROM dient zum Speichern permanenter Programm- und Referenzinformationen. Daten in das ROM werden während der Herstellung eingegeben. Im ROM gespeicherte Informationen können nur gelesen, nicht geändert werden.

ROM enthält:

Prozessorsteuerungsprogramm;

Programm zum Starten und Stoppen des Computers;

Gerätetestprogramme, die jedes Mal, wenn der Computer eingeschaltet wird, die korrekte Funktion seiner Blöcke überprüfen;

Anzeige-, Tastatur-, Drucker-, Steuerprogramme für externe Speicher;

Informationen darüber, wo sich das Betriebssystem auf der Festplatte befindet.

ROM ist ein nichtflüchtiger Speicher; wenn der Strom abgeschaltet wird, werden Informationen darin gespeichert.

RAM ist für das operative Aufzeichnen, Speichern und Lesen von Informationen (Programmen und Daten) bestimmt, die direkt an dem Informations- und Rechenprozess beteiligt sind, der vom Computer im aktuellen Zeitraum ausgeführt wird.

Die wichtigsten Vorteile Arbeitsspeicher sind seine hohe Performance und die Möglichkeit, auf jede Speicherzelle separat zuzugreifen (Direct Address Memory Access). Alle Speicherzellen sind in Gruppen von 8 Bits (1 Byte) zusammengefasst, jede solche Gruppe hat eine Adresse, unter der auf sie zugegriffen werden kann.

RAM ist ein flüchtiger Speicher, wenn der Strom abgeschaltet wird, werden die darin enthaltenen Informationen gelöscht.

In modernen Computern beträgt die Speichergröße normalerweise 8-128 MB. Die Größe des Arbeitsspeichers ist ein wichtiges Merkmal eines Computers und beeinflusst die Geschwindigkeit und Leistung von Programmen.

Neben ROM und RAM verfügt das Systemboard auch über einen nichtflüchtigen CMOS-Speicher, der ständig von seiner Batterie mit Strom versorgt wird. Es speichert Computerkonfigurationseinstellungen, die bei jedem Einschalten des Systems überprüft werden. Dies ist ein semipermanenter Speicher. Um die Konfigurationseinstellungen Ihres Computers zu ändern, enthält das BIOS das Computerkonfigurationsprogramm - SETUP.

Um den Zugriff auf den Arbeitsspeicher zu beschleunigen, wird ein spezieller Ultrahochgeschwindigkeits-Cache-Speicher verwendet, der sich sozusagen „zwischen“ dem Mikroprozessor und dem Arbeitsspeicher befindet und Kopien der am häufigsten verwendeten Abschnitte des Arbeitsspeichers speichert. Die Cache-Register sind für den Benutzer nicht zugänglich.

Der Cache-Speicher speichert Daten, die der Mikroprozessor empfangen hat und in den nächsten Zyklen seiner Arbeit verwenden wird. Schneller Zugriff zu diesen Daten können Sie die Ausführungszeit der nächsten Befehle des Programms verkürzen.

Mikroprozessoren ab MP 80486 haben ihren eigenen eingebauten Cache-Speicher. Pentium- und Pentium Pro-Mikroprozessoren haben einen separaten Cache-Speicher für Daten und separate Anweisungen. Alle Mikroprozessoren können zusätzlichen Cache-Speicher verwenden, der sich außerhalb des Mikroprozessors auf der Hauptplatine befindet und dessen Kapazität bis zu mehreren MB betragen kann. Externer Speicher bezieht sich auf die externen Geräte eines Computers und dient zur langfristigen Speicherung aller Informationen, die möglicherweise zur Lösung von Problemen erforderlich sind. Insbesondere wird die gesamte Computersoftware in einem externen Speicher gespeichert.

Externe Speichergeräte – externe Speichergeräte – sind sehr vielfältig. Sie können nach Medientyp, nach Bauart, nach dem Prinzip des Schreibens und Lesens von Informationen, nach Zugriffsmethode usw. klassifiziert werden.

Die gängigsten externen Speichergeräte sind:

Festplattenlaufwerke (HDD);

Diskettenlaufwerke (FPHD);

optische Laufwerke (CD-ROM).

Weniger häufig werden als externe Speichergeräte eines Personalcomputers Speichergeräte auf einem Kassettenmagnetband - Streamer verwendet.

Laufwerke sind Geräte zum Lesen und Schreiben von magnetischen oder optischen Medien. Der Zweck dieser Laufwerke ist die Speicherung großer Informationsmengen, die Aufzeichnung und die Ausgabe gespeicherter Informationen auf Anfrage an einen Direktzugriffsspeicher.

HDD und NGMD unterscheiden sich nur in der Menge der gespeicherten Informationen und der Zeit, die zum Suchen, Schreiben und Lesen von Informationen benötigt wird.

Als Speichermedium für Magnetplatten werden magnetische Materialien mit besonderen Eigenschaften verwendet, die es ermöglichen, zwei magnetische Zustände – zwei Magnetisierungsrichtungen – festzulegen. Jedem dieser Zustände sind die Binärziffern 0 und 1 zugeordnet.Informationen werden von Magnetköpfen entlang konzentrischer Kreise - Spuren (Tracks) - auf Magnetplatten geschrieben und gelesen. Die Anzahl der Spuren auf einer Platte und ihre Informationskapazität hängen von der Art der Platte, der Konstruktion des Laufwerks, der Qualität der Magnetköpfe und der magnetischen Beschichtung ab. Jede Spur ist in Sektoren unterteilt. Ein Sektor enthält typischerweise 512 Datenbytes. Der Datenaustausch zwischen einem Magnetplattenlaufwerk und einem Direktzugriffsspeicher wird sequentiell durch eine ganze Zahl von Sektoren ausgeführt. Für eine Hartmagnetplatte wird auch das Konzept eines Zylinders verwendet - eine Reihe von Spuren, die den gleichen Abstand vom Mittelpunkt der Platte haben.

Disks sind Maschinenspeichermedien mit direktem Zugriff. Das bedeutet, dass der Computer direkt auf die Spur zugreifen kann, auf der der Abschnitt mit den gewünschten Informationen beginnt oder wo neue Informationen geschrieben werden müssen, wo immer sich der Schreib-Lese-Kopf des Laufwerks befindet.

Alle Datenträger – sowohl magnetische als auch optische – werden durch ihren Durchmesser (Formfaktor) charakterisiert. Von den flexiblen Magnetplatten sind Platten mit einem Durchmesser von 3,5 (89 mm) am weitesten verbreitet. Die Kapazität dieser Discs beträgt 1,2 und 1,44 MB.

Festplattenlaufwerke werden Festplatten genannt. Der Begriff entstand aus der umgangssprachlichen Bezeichnung für das erste Festplattenmodell, das 30 Spuren zu je 30 Sektoren hatte, was zufällig mit dem Kaliber eines Winchester-Jagdgewehrs zusammenfiel. Die Speicherkapazität der Festplatte wird in MB und GB gemessen.

Vor kurzem sind neue Magnetplattenlaufwerke erschienen - ZIP-Disk - tragbare Geräte mit einer Kapazität von 230-280 MB.

In den letzten Jahren wurden optische Plattenlaufwerke (CD-ROMs) am weitesten verbreitet. Aufgrund ihrer geringen Größe, hohen Kapazität und Zuverlässigkeit werden diese Laufwerke immer beliebter. Die Kapazität von Laufwerken auf optischen Discs - ab 640 MB und mehr.

Optische Platten werden in nicht wiederbeschreibbare laseroptische Platten, wiederbeschreibbare laseroptische Platten und wiederbeschreibbare magneto-optische Platten unterteilt. Nicht wiederbeschreibbare Discs werden von Herstellern mit bereits aufgezeichneten Informationen geliefert. Die Aufzeichnung von Informationen über sie ist nur unter Laborbedingungen außerhalb des Computers möglich.

Zusätzlich zu ihrem Hauptmerkmal - der Informationskapazität - zeichnen sich Festplatten auch durch zwei Zeitindikatoren aus:

Zugriffszeit;

Geschwindigkeit beim Lesen aufeinanderfolgender Bytes.

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Staatliche Universität Nowgorod Ich. Weise

Aufsatz

Präsentation zum Thema: "Permanente Speichergeräte. Hauptmerkmale, Umfang"

Abgeschlossen: 1. Studienjahr Schüler Gr. 5261

Bronina Xenia

Geprüft von: Arkhipova Gelirya Askhatovna

Weliki Nowgorod, 2016

1. Das Konzept der dauerhaften Speicherung

1.1 Hauptmerkmale von ROM

1.2 ROM-Klassifizierung

1.2.1 Nach Art der Ausführung

1.2.2 Nach Arten von ROM-Chips

1.2.3 Durch die Methode der Programmierung von Mikroschaltungen (Firmware in sie schreiben)

2. Bewerbung

3. Historische ROM-Typen

Literatur

1. Das Konzept der dauerhaften Speicherung

Nur-Lese-Speicher (ROM oder ROM - Read Only Memory, Nur-Lese-Speicher) wird ebenfalls auf der Basis von Modulen (Kassetten) erstellt, die auf dem Motherboard installiert sind, und wird zum Speichern unveränderlicher Informationen verwendet: Boot-Programme Betriebssystem, Testprogramme für Computergeräte und einige BIOS-Treiber (Basic Input/Output System) usw.

Permanenter Speicher umfasst Nur-Lese-Speicher, ROM (in der englischen Literatur - Read Only Memory, ROM, was wörtlich übersetzt "Nur-Lese-Speicher"), umprogrammierbares ROM, PROM (in der englischen Literatur - Programmable Read Only Memory, PROM) und Flash-Speicher. Der Name des ROM spricht für sich. Die Informationen im ROM werden in der Fabrik der Speicherchips geschrieben und ihr Wert kann später nicht geändert werden. Das ROM speichert wichtige Informationen für den Computer, die nicht von der Wahl des Betriebssystems abhängen. Das programmierbare ROM unterscheidet sich vom üblichen dadurch, dass die Informationen auf diesem Chip durch spezielle Methoden (z. B. UV-Strahlen) gelöscht werden können, wonach der Benutzer die Informationen neu darauf schreiben kann. Diese Informationen werden erst beim nächsten Löschvorgang gelöscht.

Es ist üblich, ROM als nichtflüchtige permanente und "semipermanente" Speichereinheiten zu bezeichnen, von denen Informationen nur schnell gelesen werden können, Informationen werden außerhalb des PCs im Labor oder mit einem speziellen Programmiergerät in das ROM geschrieben und in das ROM geschrieben Computer. Je nach Technologie zum Aufzeichnen von Informationen können die folgenden ROM-Typen unterschieden werden:

§ nur während der Herstellung programmierte Mikrochips - klassisches oder maskiertes ROM oder ROM;

§ einmal im Labor programmierte Mikroschaltungen - programmierbares ROM (PROM) oder programmierbares ROM (PROM);

§ Umprogrammierbare Mikroschaltungen - umprogrammierbares ROM oder löschbares PROM (EPROM). Darunter sind elektrisch umprogrammierbare EEPROM-Chips (Electrical Erasable PROM), einschließlich Flash-Speicher, zu nennen.

1.1 Hauptmerkmale von ROM

Daten des Nur-Lese-Speichers (ROM) werden dauerhaft gespeichert. Dauerhaft gespeicherte Daten werden als nicht flüchtig bezeichnet, was bedeutet, dass sie im ROM verbleiben, selbst wenn der Strom abgeschaltet wird. Sobald Daten in das ROM geschrieben wurden, können sie von anderen Geräten gelesen werden, aber neue Daten können nicht in das ROM geschrieben werden.

ROM wird am häufigsten verwendet, um das sogenannte "Monitorprogramm" zu speichern. Ein Überwachungsprogramm ist ein Maschinenprogramm, das es dem Benutzer eines Mikrocomputersystems ermöglicht, alle Systemfunktionen, einschließlich des Speichers, anzuzeigen und zu modifizieren. Eine weitere weit verbreitete Verwendung von ROM besteht darin, feste Datentabellen zu speichern, z. B. mathematische Funktionen, die sich nie ändern.

Digital Computersysteme Vier Arten von ROM werden weit verbreitet verwendet: maskenprogrammierter ROM, programmierbarer ROM (PROM), löschbarer programmierbarer ROM (EPROM) und elektrisch programmierbarer ROM (EPROM).

1.2 ROM-Klassifizierung

1.2.1 Nach Art der Ausführung

Das Datenarray wird mit der Abtastvorrichtung kombiniert(Reader), in diesem Fall wird das Datenarray im Gespräch oft als „Firmware“ bezeichnet:

§ ROM-Chip;

§ Eine der internen Ressourcen eines Ein-Chip-Mikrocomputers (Mikrocontroller), normalerweise FlashROM.

Das Datenarray existiert für sich allein:

§ CD;

§ Lochkarte;

§ Lochband;

§ Strichcodes;

§ Montage „1“ und Montage „0“.

1.2.2 Nach Arten von ROM-Chips

Gemäß der Kristallherstellungstechnologie:

§ RO M Englisch Nur-Lese-Speicher - Nur-Lese-Speicher, maskiertes ROM, hergestellt nach der Fabrikmethode. Eine nachträgliche Änderung der erfassten Daten ist nicht möglich.

Abbildung 1. Masken-ROM

§ PROFI M Englisch programmierbarer Nur-Lese-Speicher - programmierbares ROM, einmal vom Benutzer "geflasht".

Abbildung 2. Programmierbares ROM

§ EPROM löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher - umprogrammierbares / umprogrammierbares ROM (EPROM / EPROM)). Beispielsweise wurde der Inhalt des K573RF1-Chips mit einer UV-Lampe gelöscht. Für den Durchgang von ultravioletten Strahlen zum Kristall wurde im Gehäuse der Mikroschaltung ein Fenster mit Quarzglas vorgesehen.

Abbildung 3. Flash-ROM

§ EEPROM elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher - elektrisch löschbarer umprogrammierbarer ROM). Diese Art von Speicher kann mehrere zehntausend Mal gelöscht und mit Daten gefüllt werden. Benutzt in Solid State Drives. Eine der EEPROM-Varianten ist der Flash-Speicher (engl. Flash Memory).

Abbildung 4 Löschbares ROM

§ ROM auf magnetischen Domänen, zum Beispiel K1602RTs5, hatte ein komplexes Abtastgerät und speicherte eine ziemlich große Datenmenge in Form von magnetisierten Bereichen des Kristalls, während es keine beweglichen Teile hatte (siehe Computerspeicher). Eine unbegrenzte Anzahl von Wiederbeschreibzyklen wurde bereitgestellt.

§ NVRAM, nichtflüchtiger Speicher – „nichtflüchtiger“ Speicher ist streng genommen kein ROM. Dies ist eine kleine Menge RAM, die strukturell mit einer Batterie kombiniert ist. In der UdSSR wurden solche Geräte oft "Dallas" genannt, nach dem Namen des Unternehmens, das sie auf den Markt gebracht hat. Im NVRAM moderner Computer ist die Batterie nicht mehr strukturell mit dem RAM verbunden und kann ausgetauscht werden.

Nach Art des Zugriffs:

§ Mit parallelem Zugriff (Parallel Mode oder Random Access): Auf ein solches ROM kann im System im RAM-Adressraum zugegriffen werden. Zum Beispiel K573RF5;

§ Mit seriellem Zugriff: Solche ROMs werden häufig zum einmaligen Laden von Konstanten oder Firmware in einen Prozessor oder FPGA verwendet, zum Speichern von TV-Kanaleinstellungen usw. Zum Beispiel 93С46, AT17LV512A.

1.2.3 Durch die Methode der Programmierung von Mikroschaltungen (Firmware in sie schreiben)

§ Nicht programmierbares ROM;

§ ROM, programmierbar nur mit Hilfe eines speziellen Geräts - eines ROM-Programmierers (sowohl einmal als auch wiederholt geflasht). Der Einsatz eines Programmierers ist insbesondere für die Ablage nicht standardmäßig und relativ erforderlich Hochspannung(bis +/- 27 V) an Sonderausgänge.

§ In-Circuit (re)programmable ROMs (ISP, In-System Programming) – solche Mikroschaltungen haben einen Generator für alle notwendigen Hochspannungen im Inneren und können ohne Programmierer und sogar ohne Löten geflasht werden Leiterplatte, programmatisch.

Programmiermonoskop für Speicherchips

2. Bewerbung

Die Steuerungsfirmware wird häufig in einen Nur-Lese-Speicher geschrieben. technisches Gerät: FERNSEHER, Handy, verschiedene Controller oder einen Computer (BIOS oder OpenBoot auf SPARC-Rechnern).

BootROM – Firmware, die auf einen geeigneten installierten ROM-Chip geschrieben wird Netzwerkkarte, dann wird es möglich, das Betriebssystem von einem entfernten Host auf dem Computer zu booten lokales Netzwerk. Bei eingebauten Netzwerkkarten kann BootROM über das BIOS aktiviert werden.

ROM in IBM PC-kompatiblen Computern befindet sich im Adressraum von F600:0000 bis FD00:0FFF

3. Historische ROM-Typen

Nur-Lese-Speichergeräte fanden lange vor dem Aufkommen von Computern Anwendung in der Technologie elektronische Anwendungen. Einer der ersten ROM-Typen war insbesondere eine Nockenrolle, die in Drehleiern, Spieluhren und Schlaguhren verwendet wurde.

Mit der Entwicklung elektronischer Technologie und Computer entstand der Bedarf an Hochgeschwindigkeits-ROM. Im Zeitalter der Vakuumelektronik wurden ROMs verwendet, die auf Potentialoskopen, Monoskopen und Strahlenlampen basierten. In Computern, die auf Transistoren basieren, wurden Plug-in-Matrizen häufig als ROMs mit geringer Kapazität verwendet. Wenn große Datenmengen gespeichert werden mussten (mehrere zehn Kilobyte für Computer der ersten Generation), wurden ROMs auf Ferritringbasis verwendet (sie sollten nicht mit ähnlichen RAM-Typen verwechselt werden). Von diesen ROM-Typen stammt der Begriff "Firmware" - der logische Zustand der Zelle wurde durch die Richtung der Wicklung des Drahtes festgelegt, der den Ring umgibt. Da ein dünner Draht durch eine Kette aus Ferritringen gezogen werden musste, wurden für diesen Vorgang nähnadelähnliche Metallnadeln verwendet. Und der eigentliche Vorgang des Füllens des ROM mit Informationen ähnelte dem Vorgang des Nähens.

Literatur

Ugryumov E.P. Digital circuitry BHV-Petersburg (2005) Kapitel 5.

Gehostet auf Allbest.ru

Moderne pzu. Nur-Lese-Speichergeräte (ROM): Funktionsprinzip, Klassifizierung, Eigenschaften

ROM-Typen

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1. Das Konzept der dauerhaften Speicherung

1.1 Hauptmerkmale von ROM

1.2 ROM-Klassifizierung

1.2.1 Nach Art der Ausführung

Das Datenarray wird mit der Abtastvorrichtung kombiniert(Reader), in diesem Fall wird das Datenarray im Gespräch oft als „Firmware“ bezeichnet:

1.2.2 Nach Arten von ROM-Chips

Gemäß der Kristallherstellungstechnologie:

Nach Art des Zugriffs:

2. Bewerbung

3. Historische ROM-Typen

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