Постоянные запоминающие устройства

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) предназначены для хранения информации, например, таблиц, программ, каких-либо констант. Информация в ПЗУ хранится при отключенном источнике питания, т. е. ПЗУ являются энергонезависимыми микросхемами памяти и работают только в режиме многократного считывания информации.

По способу занесения информации в ПЗУ (программирования) их делят на 3 группы:

1. Однократно программируемые изготовителем, называемые масочными (заказными) или сокращенно ПЗУМ, а по буржуйски ROM.
2. Однократно программируемые пользователем (обычно способом пережигания плавких перемычек на кристалле) или ППЗУ, а по буржуйски PROM.
3. Многократно программируемые пользователем (репрограммируемые) или РПЗУ. По буржуйски EPROM.

В однократно программируемых ПЗУ вместо элемента памяти, как в ОЗУ, ставится перемычка между шинами в виде пленочных проводников, диодов, транзисторов. Наличие перемычки соответствует лог. 1, ее отсутствие - лог. 0 или наоборот. Процесс программирования таких ПЗУ заключается в пережигании ненужных перемычек и поэтому в дальнейшем ПЗУ такого рода программировать нельзя.

Масочное ПЗУ

Посмотрим на структуру масочного ПЗУ с матрицей 32х32 на биполярных транзисторах:

Рис. 1 - Структура масочного ПЗУ (32х32)

Матрица состоит из 32-х транзисторов по числу строк (0-i-32), каждый из которых имеет 32 эмиттера по числу столбцов. Коллекторы всех транзисторов соединены с шиной питания (U_cc). Базы транзисторов образуют строки матрицы. Эмиттеры либо имеют соединение с разрядной шиной (цифиря 1 и черный кружочек), либо не имеют (0 и пустой кружок). Разрядные шины разделены на 4 группы по 8 (4х8=32). Каждая из 4-х групп замыкается на селектор MS1-MS4, который под управлением сигналов с выхордов дешифраторов столбцов (DCY) выбирает из 8-ми одну и коммутирует ее на выходы. Выходные усилители считывания стробируются сигналами CS1, CS2. Выборку 4-х разрядного слова осуществляется 8-ми разрядным кодом адреса. Выбранное слово поступает на выход при CS1=CS2=0. Поскольку схема соединений и пороговые напряжения транзисторов не зависят от режима работы микросхемы, она обладает свойством энергонезависимости. Информация, находящаяся в ПЗУ называется прошивкой.

Программируемое ПЗУ

Программируемые пользователем ПЗУ (ППЗУ) похожи на масочные и отличаются от них тем, что пережигание перемычек (программирование) осуществляет пользователь. Для этого в структуре микросхемы предусмотрены специальные устройства, стоящие на выходах и обеспечивающие формирование тока программирования. Микросхемы ППЗУ выпускаются с целыми металлопленочными перемычками из легкоплавкого материала (например, нихрома) с низким сопротивлением. Процесс программирования состоит в пережигании этих перемычек.

Для программирования ППЗУ, у которых в исходном состоянии записаны лог. 0, необходимо подвести код адреса программируемого элемента и подать на выход, к которому этот элемент памяти относится, одиночный импульс напряжения. При этом через перемычку протекает ток, достаточный для ее пережигания. Пережигать одновременно можно только одну перемычку. На остальные выводы микросхемы ППЗУ должны быть поданы уровни лог. 0. Далее задается следующий адрес и процесс повторяется. Это обобщенный вид процесса программирования.

Для программирования микросхем ППЗУ, у которых в исходном состоянии записаны лог. 1, необходимо на выводы подать лог. 1, а на выход, к которому относится элемент памяти, подать лог. 0.

Программируемая логическая матрица

Программируемые логические матрицы (ПЛМ) являются разновидностью ППЗУ. Микросхема ПЛМ включает в себя операционную часть из матрицы И, матрицы ИЛИ, входных и выходных усилителей, программирующую часть из адресных формирователей и программируемого дешифратора. Матрица И выполняет операции логического умножения над входными переменными и их инверсными значениями. Требуемые логические произведени формируются путем пережигания ненужных перемычек между строками и столбцами. Аналогично формируется матрица ИЛИ.

Репрограммируемое ПЗУ

Репрограммируемые ПЗУ разделяются на два класса:

1. С режимом записи и стирания электрическим сигналом.
2. С режимом записи электрическим сигналом и стиранием ультрафиолетовым излучением.

Микросхемы РПЗУ допускают возможность многократного программирования (от сотен до тысяч циклов), способны сохранять информацию при отсутствии питания несколько тысяч часов, требуют значительного времени на перепрограммирование (что исключает возможность использовать в качестве ОЗУ), имеют сравнительно большое время считывания.

Элементом памяти в РПЗУ является полевой транзистор со структурой МНОП или МОП с плавающим затвором или ЛИЗМОП - МОП транзистор с лавинной инжекцией заряда. Эти транзисторы под воздействием программирующего напряжения способны записать электрический заряд под затвором и сохранять его много тысяч часов без напряжения питания. Для того, чтобы перепрограммировать такое ПЗУ необходимо сначала стереть записанную ранее информацию. В РПЗУ на МНОП транзисторах стирание производится электрическим сигналом, который вытесняет накопленный под затвором заряд. В РПЗУ на ЛИЗМОП транзисторах стирание записанной информации происходит под воздействием ультрафиолетового (УФ) излучения, которое облучает кристалл через специальное окно в корпусе микросхемы.

РПЗУ со стиранием УФ излучением имеют ряд недостатков, по сравнению с РПЗУ со стиранием электрическим сигналом. Так, например, для стирания информации УФ необходимо вынимать микросхему из контактных устройств (панелек), что не совсем удобно. К тому же, наличие окна в корпусе обуславливает чувствительность микросхемы РПЗУ к свету, что увеличивает вероятность случайного стирания информации. Да и число циклов перепрограммирования всего лишь нескольких десятков, когда у РПЗУ со стиранием электрическим сигналом это же число достигает 10000.