Skrivskyddat minne (ROM). Vad är ROM? Schema, avsnitt och volym av ROM Vad betyder ROM-typ av minne?

Skrivskyddat minne (ROM) - icke-flyktigt minne, används för att lagra en rad oföränderlig data.

Permanenta minnen är utformade för att lagra information som förblir oförändrad under hela enhetens drift. Denna information försvinner inte när matningsspänningen tas bort.

Därför är endast lässättet för information möjlig i ROM, och läsningen åtföljs inte av dess förstörelse.

ROM-klassen är inte homogen och kan, som tidigare noterats, delas in i flera oberoende underklasser. Men alla dessa underklasser använder samma princip för att presentera information. Information i ROM representeras i form av närvaron eller frånvaron av en förbindelse mellan adressen (A) och databussen. I denna mening liknar EZE för ROM EZE för dynamiskt RAM, i vilket minneskondensatorn Cn antingen är kortsluten eller utesluten från kretsen.

2. Historisk kronologi över utvecklingen av ROM. ROM-teknologier baserade på principen att spela in/skriva om dess innehåll: ROM, PROM, EPROM, EEPROM, flashROM. Ge egenskaper för dessa teknologier och ritningar som visar strukturen av celler.

Mycket ofta, i olika applikationer, är det nödvändigt att lagra information som inte ändras under driften av enheten. Detta är information som program i mikrokontroller, bootloaders och BIOS i datorer, tabeller över digitala filterkoefficienter i signalprocessorer. Nästan alltid krävs inte denna information samtidigt, så de enklaste enheterna för att lagra permanent information kan byggas på multiplexorer. Diagrammet för en sådan permanent lagringsenhet visas i figur 1.

Figur 1. En skrivskyddad minneskrets baserad på en multiplexer.

I denna krets byggs en skrivskyddad minnesenhet med åtta enbitsceller. Att lagra en specifik bit i en ensiffrig cell görs genom att löda tråden till strömkällan (skriva en etta) eller täta tråden till höljet (skriva en nolla). På kretsscheman är en sådan anordning betecknad som visas i figur 2.

Figur 2. Beteckning på en permanent lagringsenhet på kretsscheman.

För att öka kapaciteten hos ROM-minnescellen kan dessa mikrokretsar kopplas parallellt (utgångarna och inspelad information förblir naturligtvis oberoende). Det parallella anslutningsschemat för enbitars ROM visas i figur 3.

Figur 3. Flerbitars ROM-kretsschema.

I riktiga ROM-skivor registreras information med den senaste operationen av chipproduktion - metallisering. Metallisering utförs med hjälp av en mask, varför sådana ROM kallas mask ROM. En annan skillnad mellan riktiga mikrokretsar och den förenklade modellen som ges ovan är användningen av en demultiplexer utöver en multiplexer. Denna lösning gör det möjligt att omvandla en endimensionell lagringsstruktur till en flerdimensionell och därigenom avsevärt minska volymen av avkodarkretsen som krävs för driften av ROM-kretsen. Denna situation illustreras av följande figur:

Figur 4. Schematisk bild av en maskerad skrivskyddad minnesenhet.

Mask-ROM visas i kretsdiagram som visas i figur 5. Adresserna till minnescellerna i detta chip matas till stiften A0 ... A9. Chipet väljs av CS-signalen. Med hjälp av denna signal kan du öka volymen på ROM (ett exempel på användning av CS-signalen ges i diskussionen om RAM). Mikrokretsen läses med hjälp av RD-signalen.

Figur 5. Beteckning för en maskerad skrivskyddad minnesenhet på kretsscheman.

Programmering av maskens ROM utförs på tillverkarens fabrik, vilket är mycket obekvämt för små och medelstora produktionsbatcher, för att inte tala om utvecklingsstadiet för enheten. Naturligtvis, för storskalig produktion, är mask-ROM den billigaste typen av ROM och används därför i stor utsträckning för närvarande. För små och medelstora produktionsserier av radioutrustning har mikrokretsar utvecklats som kan programmeras i speciella enheter - programmerare. I dessa chips ersätts den permanenta anslutningen av ledare i minnesmatrisen av smältbara länkar gjorda av polykristallint kisel. Under tillverkningen av en mikrokrets görs alla byglar, vilket motsvarar att skriva logiska enheter till alla minnesceller. Under programmeringsprocessen tillförs ökad effekt till strömstiften och utgångarna på mikrokretsen. I det här fallet, om matningsspänningen (logisk enhet) appliceras på mikrokretsens utgång, kommer ingen ström att flyta genom bygeln och bygeln kommer att förbli intakt. Om en låg spänningsnivå appliceras på mikrokretsens utgång (ansluten till höljet), kommer en ström att flyta genom bygeln, vilket kommer att förånga denna bygel och när informationen därefter läses från denna cell, kommer en logisk nolla att vara läsa.

Sådana mikrokretsar kallas programmerbar ROM (PROM) och avbildas på kretsscheman som visas i figur 6. Som ett exempel kan vi namnge mikrokretsarna 155PE3, 556RT4, 556RT8 och andra.

Figur 6. Beteckning för programmerbart läsminne på kretsscheman.

Programmerbara ROM-skivor har visat sig vara mycket bekväma för små och medelstora produktioner. Men när man utvecklar radio-elektroniska enheter är det ofta nödvändigt att ändra programmet som är inspelat i ROM. I det här fallet kan EPROM inte återanvändas, så när ROM är nedskrivet, om det finns ett fel eller ett mellanprogram, måste det slängas, vilket naturligtvis ökar kostnaden för hårdvaruutveckling. För att eliminera denna nackdel utvecklades en annan typ av ROM som kunde raderas och omprogrammeras.

UV-raderbar ROMär byggd på basis av en lagringsmatris byggd på minnesceller, vars interna struktur visas i följande figur:

Figur 7. UV- och elektriskt raderbar ROM-minnescell.

Cellen är en MOS-transistor där grinden är gjord av polykristallint kisel. Sedan, under tillverkningsprocessen av mikrokretsen, oxideras denna grind och som ett resultat kommer den att omges av kiseloxid - ett dielektrikum med utmärkta isoleringsegenskaper. I den beskrivna cellen, med ROM helt raderad, finns det ingen laddning i den flytande grinden, och därför leder inte transistorn ström. Vid programmering av mikrokretsen läggs en hög spänning på den andra grinden som är placerad ovanför den flytande grinden och laddningar induceras i den flytande grinden på grund av tunneleffekten. Efter att programmeringsspänningen på den flytande grinden har tagits bort, kvarstår den inducerade laddningen och därför förblir transistorn i ett ledande tillstånd. Laddningen på en flytande grind kan lagras i årtionden.

Strukturdiagrammet för en skrivskyddad minnesenhet skiljer sig inte från det mask-ROM som beskrivits tidigare. Det enda som används istället för en bygel är cellen som beskrivs ovan. I omprogrammerbara ROM-skivor raderas tidigare inspelad information med hjälp av ultraviolett strålning. För att detta ljus ska kunna passera fritt till halvledarkristallen är ett kvartsglasfönster inbyggt i chipkroppen.

När mikrokretsen bestrålas går kiseloxidens isolerande egenskaper förlorade och den ackumulerade laddningen från den flytande grinden strömmar in i halvledarens volym och minnescellens transistor går i avstängt tillstånd. Raderingstiden för mikrokretsen sträcker sig från 10 till 30 minuter.

Antalet skriv-raderingscykler för mikrokretsar sträcker sig från 10 till 100 gånger, varefter mikrokretsen misslyckas. Detta beror på de skadliga effekterna av ultraviolett strålning. Som ett exempel på sådana mikrokretsar kan vi nämna mikrokretsar av 573-serien av rysk produktion, mikrokretsar av 27cXXX-serien av utländsk produktion. Dessa chips lagrar oftast BIOS-program för datorer för allmänna ändamål. Flashbara ROM-skivor avbildas i kretsscheman som visas i figur 8.

Figur 8. Beteckning på en omprogrammerbar läsminnesenhet på kretsscheman.

Så fall med ett kvartsfönster är mycket dyra, liksom det lilla antalet skriv-raderingscykler, vilket ledde till sökandet efter sätt att radera information från EPROM elektriskt. Det uppstod många svårigheter längs denna väg, som nu praktiskt taget har lösts. Nuförtiden är mikrokretsar med elektrisk radering av information ganska utbredda. Som lagringscell använder de samma celler som i ROM, men de raderas av elektrisk potential, så antalet skriv-raderingscykler för dessa mikrokretsar når 1 000 000 gånger. Tiden för att radera en minnescell i sådana mikrokretsar reduceras till 10 ms. Styrkretsen för sådana mikrokretsar visade sig vara komplex, så två riktningar för utvecklingen av dessa mikrokretsar har dykt upp:

2. FLASH ROM

Elektriskt raderbara PROMs är dyrare och mindre i volym, men de låter dig skriva om varje minnescell separat. Som ett resultat har dessa mikrokretsar ett maximalt antal skriv-raderingscykler. Användningsområdet för elektriskt raderbart ROM är lagring av data som inte bör raderas när strömmen stängs av. Sådana mikrokretsar inkluderar inhemska mikrokretsar 573РР3, 558РР och främmande mikrokretsar i 28cXX-serien. Elektriskt raderbara ROM är betecknade på diagrammen som visas i figur 9.

Figur 9. Beteckning på en elektriskt raderbar skrivskyddad minnesenhet på kretsscheman.

På senare tid har det funnits en tendens att minska storleken på EEPROM genom att minska antalet externa ben på mikrokretsarna. För att göra detta överförs adressen och data till och från chipet via en seriell port. I det här fallet används två typer av serieportar - SPI-port och I2C-port (mikrokretsar 93cXX respektive 24cXX-serien). Den utländska serien 24cXX motsvarar den inhemska serien av mikrokretsar 558PPX.

FLASH - ROM skiljer sig från EEPROM genom att radering inte utförs på varje cell separat, utan på hela mikrokretsen som helhet eller ett block av minnesmatrisen i denna mikrokrets, som gjordes i EEPROM.

Figur 10. Beteckning för FLASH-minne på kretsscheman.

När du kommer åt en permanent lagringsenhet måste du först ställa in adressen för minnescellen på adressbussen och sedan utföra en läsoperation från chipet. Detta tidsdiagram visas i figur 11.

Figur 11. Tidsdiagram för att läsa information från ROM.

I figur 11 visar pilarna sekvensen i vilken styrsignaler ska genereras. I denna figur är RD lässignalen, A är celladressvalssignalerna (eftersom enskilda bitar i adressbussen kan anta olika värden, visas övergångsvägar till både ett- och nolltillståndet), D är utgångsinformationen som läses från vald ROM-cell.

· ROM- (Engelsk) skrivskyddat minne, skrivskyddat minne), mask ROM, tillverkas enligt fabriksmetoden. Det finns ingen möjlighet att ändra de registrerade uppgifterna i framtiden.

· STUDENTBAL- (Engelsk) programmerbart skrivskyddat minne, programmerbar ROM (STUDENTBAL)) - ROM, en gång "blinkat" av användaren.

· EPROM- (Engelsk) raderbart programmerbart skrivskyddat minne, omprogrammerbar/omprogrammerbar ROM (EPROM/RPZU)). Till exempel raderades innehållet i K537RF1-chippet med en ultraviolett lampa. För att tillåta ultravioletta strålar att passera till kristallen anordnades ett fönster med kvartsglas i mikrokretshuset.

· EEPROM- (Engelsk) elektriskt raderbart programmerbart läsminne, elektriskt raderbar, omprogrammerbar ROM). Den här typen av minne kan raderas och fyllas på med data flera tiotusentals gånger. Används i solid state-enheter. En typ av EEPROM är flashminne(Engelsk) flashminne).

· flashROM - (engelska) flash skrivskyddat minne) är en typ av halvledarteknik för elektriskt omprogrammerbart minne (EEPROM). Samma ord används i elektroniska kretsar för att beteckna tekniskt kompletta lösningar för permanenta lagringsenheter i form av mikrokretsar baserade på denna halvledarteknologi. I vardagen tilldelas denna fras en bred klass av solid-state informationslagringsenheter.

Skrivskyddade minnen (ROM) är indelade i fyra typer:

О maskbaserad, programmerad hos tillverkaren med hjälp av speciella masker;

О en gång programmerad av konsumenten genom att bränna nichrom- eller polykiselbyglar;

О upprepade gånger programmerad av konsumenten med radering av den registrerade informationen genom ultraviolett strålning;

O upprepade gånger programmerbar av konsumenten med elektrisk radering av information.

Låt oss överväga ett ROM av den andra typen, som består av en nx2n-avkodare och OR-kretsar med smältbara byglar anslutna till dess utgångar (Fig. 9.48). ROM-minnet innehåller en 2x4-avkodare i form av en pzti_dcd-underkrets (A, B - kodingångar, E - upplösningsingång, aktiv högnivåsignal), till vars utgångar fyra 4OR-element med ytterligare enheter kan anslutas. I fig. Figur 9.48 visar två sådana element, implementerade som separata underkretsar pzu_unl och pzu_un2. Även om dessa element är desamma, är det uteslutet att bygga upp dem på kretsen genom kopiering på grund av närvaron av sammansmälta byglar - om det finns underkretsar med samma namn, kommer bränning av en bygel i en underkrets automatiskt att leda till att samma bygel bränns i en annan . Eftersom programmet inte tillåter dig att kopiera underkretsar och byta namn på dem, måste alla exekveras i sin helhet. I diagrammet är DO, D1 utgångarna för de låga och första siffrorna.

Pzu_dcd-avkodarkretsen visas i fig. 9,49. Avkodaren är gjord på tre NOT-element och fyra ZIL-NOT-element på transistorer (Fig. 9.50).

Behovet av att implementera avkodarelement på transistorer förklaras av det faktum att de matematiska modellerna av digitala IC:er som används i EWB-programmet inte alltid tillåter anslutning av konventionella transistorkretsar till dem och i synnerhet minnescellerna som används i ROM i fråga i formen av en pzu_uni-underkrets. Dess interna struktur liknar strukturen för minnescellen som används i K155REZ ROM (Fig. 9.51). Till skillnad från K155REZ IC, som använder en multi-emittertransistor som ett ELLER-element, i fig. Figur 9.51 visar individuella transistorer T1...T4, vars sändare, genom smältbyglar S1...S4 (simulerad av 10 mA säkringar), är anslutna till drivenheten på transistorerna T5, T6 och zenerdiod D. Transistor T5 och zenerdiod D används endast i programmeringsläge och i driftläge, de påverkar inte driften av utgångssteget på transistorn T6 (öppet kollektorsteg), eftersom transistorn T5 är stängd av en låg potential vid sin bas (genomslagsspänningen för zenerdioden D väljs något högre än matningsspänningen för transistorn T6 som matas i den andra underkretsen till punkten DO eller Dl via belastningsmotstånd).

ROM-cellen fungerar enligt följande. I initialtillståndet är transistorerna T1...T4 och T6 stängda, och när en last ansluts till T6 genereras en logisk etta-signal (ca +5 V) vid dess DO-utgång. När en given kodkombination appliceras på ingångarna A, B på avkodaren och en logisk etta-signal matas till behörighetsingången E, kommer en av transistorerna T1...T4 att öppnas och en logisk nollsignal kommer att genereras vid DO-utgång. Så, till exempel, när A = B = 1, kommer transistorn T4 att öppnas och den logiska ettsignalen från dess emitter genom bygeln S4 kommer att gå till delaren på motstånden R2, R3, transistorn T6 öppnas och en logisk nollsignal kommer att vara genereras vid dess utgång. Uppenbarligen kommer samma sak att hända med vilken annan binär kombination som helst tills motsvarande bygel förstörs.

Att bränna ut byglar är kärnan i programmering och utförs separat för varje siffra (varje cell) enligt följande:

O till ingångarna A, B (se fig. 9.48) tillhandahålls en binär kombination som motsvarar adressen för den sammansmälta bygeln i den programmerbara biten (i cellen pzu_unx, där x är cellnumret);

O, en spänningskälla på 12,5 V är ansluten till utgången av cellen Dx genom ett belastningsmotstånd (dess motstånd för specifika ICs anges i dokumentationen; för K155REZ är det cirka 300 ohm), vilket resulterar i zenerdioden D bryter igenom och transistor T5 öppnar;

O, en logisk etta-signal tillförs tillåtelseingången E under en kort tid, medan en ström flyter genom en av de öppna transistorerna T1...T2 och T5, tillräckligt för att bränna ut motsvarande bygel (tillståndssignalens varaktighet) vid E-ingången i industriella programmerare kan automatiskt öka efter flera misslyckade försök att programmera samma cell);

12,5 V-källan är avstängd, och efter att ha öppnat motsvarande underkrets kan du se till att bygeln verkligen förstörs (i industriella programmerare handlar denna process om att kontrollera inspelningen av den programmerbara cellen, och om resultatet är negativt, omprogrammering utförs med en längre varaktighet av aktiveringssignalen).

Det sista steget av programmering av seriella ROM-chips under industriella förhållanden är elektrisk och termisk träning, som oftast utförs i 168 timmar vid förhöjda temperaturer, varefter ytterligare övervakning av den registrerade informationen utförs. Om ett fel upptäcks är omprogrammering tillåten. Om felet uppstår igen avvisas chippet.

För att simulera programmeringsprocessen måste ytterligare element anslutas till den programmerbara kretsen. Det är tillrådligt att börja modellera med en enbits ROM (Fig. 9.52).

Det bör noteras att den aktuella ROM-modellen (både i fig. 9.48 och i fig. 9.52) är ganska nyckfull och för vissa kombinationer av insignaler utförs inte simuleringen. Ett tecken på att modellering är omöjligt är frånvaron av ett fönster till vänster om strömbrytaren (i det övre högra hörnet av skärmen) som anger tidsintervallen för nedräkningen. Efter en tid kan en rekommendation utfärdas om att ändra simuleringsfelinställningen (som standard är den 1%). Det är tillrådligt att ställa in den på maximalt möjliga (10 %) i kretsmenyn (kommando för analysalternativ, toleransparameter). Det är också tillrådligt att variera resistanserna för ingångsmotstånden och belastningsmotstånden för NOT- och NOR-elementen (Fig. 9.50), och även försöka ändra parametrarna för transistorerna. Som en sista utväg kan du begränsa dig till det enklaste fallet - gör utan avkodare och använd endast en minnescell i fig. 9.51, ansluta ytterligare element till utgången och till en av dess ingångar, som visas i fig. 9,52.

ROM med sammansmälta byglar används oftast som specialiserade avkodare, till exempel för att välja VV.

UV-raderings-ROM används i mikroprocessorsystem för att lagra kontrollprogram, i synnerhet för att hysa BIOS (Basic Input/Output System - det huvudsakliga input/output-systemet som är registrerat i ROM, därav dess fullständiga namn ROM BIOS). BIOS är en uppsättning program för att kontrollera och underhålla datorhårdvara och fungerar som en mellanhand mellan operativsystemet (OS) och hårdvaran. BIOS tar emot kontroll när moderkortet slås på, testar själva kortet och huvudkomponenterna i datorn - videoadapter, tangentbord, diskkontroller och in-/utgångsportar, konfigurerar kortets chipset och laddar ett externt OS. När du kör DOS/Windows Z.x/95/98 styr BIOS huvudenheterna när du kör under OS/2, Unix, Windows NT, BIOS används praktiskt taget inte, utan utför endast initial kontroll och konfiguration.

Vanligtvis installeras endast ROM med ett BIOS för huvudsystemet på moderkortet, som ansvarar för själva kortet och FDD (diskett), HDD (hårddisk) kontroller, portar och tangentbord; Systemets BIOS innehåller nästan alltid System Setup - ett systemkonfigurationsprogram. Videoadaptrar och hårddiskkontroller med ST-506 (MFM) och SCSI-gränssnitt har sin egen BIOS i separata ROM;

Andra kort kan också ha dem - intelligenta disk- och portkontroller, nätverkskort, etc.

Vanligtvis utvecklas BIOS för moderna moderkort av ett av de specialiserade företagen: Award Software, American Megatrends (AMI), mer sällan:

Phoenix Technology, Microid Research; För närvarande är de mest populära BIOS från Award. Vissa korttillverkare (till exempel IBM, Intel och Acer) utvecklar själva BIOS för dem. Ibland finns det BIOS-versioner från olika tillverkare för samma kort, i det här fallet är det möjligt att kopiera firmware eller byta ut ROM-chips; i allmänhet är varje BIOS-version knuten till en specifik kortmodell.

Tidigare fanns BIOS i engångsprogrammerbar ROM eller UV-raderbar ROM; Numera tillverkas korten huvudsakligen med elektriskt omprogrammerbara ROM (Flash ROM), som gör att BIOS kan programmeras om med hjälp av själva kortet. Detta gör att du kan fixa fabriksfel i BIOS, ändra fabriksinställningar, programmera dina egna skärmsläckare, etc.

Typen av ROM-chip kan vanligtvis bestämmas av markeringarna: 27xxxx - vanlig ROM, 28xxxx eller 29xxxx - omprogrammerbar. Om det finns ett genomskinligt fönster på kroppen av 27xxxx-chippet är detta ett ultraviolett raderings-ROM;

om det inte finns där är det ett engångsprogrammerbart ROM, som bara kan ersättas med ett annat.

Video ROM (Video ROM) är en permanent lagringsenhet i vilken video-BIOS, skärmteckensnitt, servicetabeller etc. spelas in. ROM-minnet används inte direkt av videostyrenheten, den nås endast av den centrala processorn som ett resultat av exekveringen av program som är skrivna i ROM:en, anrop till videostyrenheten och videominnet. Många moderna grafikkort är utrustade med elektriskt omprogrammerbart ROM (EEPROM, Flash ROM), som kan skrivas om av användaren under kontroll av ett speciellt program som medföljer kortet.

ROM behövs endast för den första uppstarten av videoadaptern och drift i DOS-läge, Novell Netware och andra operativsystem som huvudsakligen fungerar i textläge; Windows, OS/2 och liknande som arbetar via sina egna videodrivrutiner använder inte ROM för att styra adaptern eller använder den endast när du kör DOS-program.

När du skapar video-BIOS följer alla utvecklare VESA- och VBE-rekommendationer. VESA (Video Electronics Standards Association) är en organisation som utfärdar olika standarder inom området elektroniska videosystem och deras mjukvara. VBE (VESA BIOS Extension - BIOS-tillägg i VESA-standarden) - ytterligare video-BIOS-funktioner i förhållande till standardvideo-BIOS för VGA, så att du kan begära från adaptern en lista över videolägen som stöds och deras parametrar (upplösning, färg, adressering) metoder, skanning, etc.) och ändra dessa parametrar för att matcha adaptern med en specifik bildskärm. Faktum är att VBE är en enhetlig standard för ett mjukvarugränssnitt med VESA-kompatibla kort när du arbetar genom video-BIOS, det låter dig klara dig utan en specialiserad grafikkortsdrivrutin.

Testa frågor och uppgifter

1. Vilka typer av ROM finns det och var används de?

2. Vad är BIOS för en dator, videostyrenhet, hårddisk (hårddisk) och annan kringutrustning?

3. Vilka typer av ROM används för att lagra BIOS-program?

4. Med hjälp av diagrammet i fig. 9.52, simulera processen att programmera ett ROM med fuserade byglar.

5. Rita en ROM-krets baserad på tvåbitars ROM i fig. 9.48 och simulera processen att programmera en av dess minnesceller.

Information skrivs till ROM under tillverkningsprocessen och förstörs inte när strömmen stängs av.

ROM har två driftlägen:

· lagringsläge;

· höghastighetsläsläge.

Det finns inget on-line ROM-inspelningsläge.

Baserat på metoden för att mata in information är ROM indelade i:

· maskerade (anpassade) ROM (programmerbara vid tillverkningstillfället) betecknas ROM;

· användarprogrammerbar PROM (engångs) PROM;

· omprogrammerbar (omprogrammerbar) med möjlighet till flera elektrisk omprogrammering med ultraviolett (RPZUUF EPROM) eller elektrisk (RPZUES EEPROM eller E 2 ROM) radering av information.

Strukturen på ROM IC skiljer sig från RAM i avsaknad av en inspelningsenhet och linjerna som tjänar den, såväl som i implementeringen av den elektroniska kretsen (Figur 8.22).

· En gemensam egenskap för alla ROM-chips är: lagringsorganisation med flera bitar (ordbok);

· läsläge som huvuddriftsläge;

· energioberoende.

Figur 8.22

Det finns dock viktiga skillnader mellan dem:

· i programmeringsmetoden;

· i läslägen;

· att hantera dem under ansökan.

Låt oss titta på varje grupp separat.

Mask ROM

I mask-ROM kan minneselementen i enheten vara dioder, bipolära transistorer eller MOS-transistorer.

I diod-ROM-matrisen (Figur 8.23) är de horisontella linjerna ordsamplings- (eller adress-) linjer, och de vertikala linjerna är lästa (bit-) linjer, från vilka åttabitars binära tal läses.

Läsordet bestäms av diodernas placering mellan adress- och läslinjerna. I närvaro av en diod sänds den höga potentialen för adresslinjen som väljs med avkodaren till motsvarande läslinje, och en logisk "1" visas i denna ordbit. I frånvaro av en diod är utgångspotentialen nära noll.

Om till exempel den binära koden 10 2 = 2 10 tas emot vid avkodarens ingång, går adresslinjen A2 in i aktivt tillstånd och en logisk enhet passerar från den genom dioderna till läslinjerna P1, P5, P6, P7 - det binära numret 11100010 2 ställs in på utgångarna .

När det binära talet 112 tillförs avkodarens ingång läses det binära numret 110111002.

Programmering av mask-ROM utförs en gång under tillverkningsprocessen. Det består av applicering av fotomasker (masker) på de kontaktställen som krävs av konsumenten (i form av dioder eller transistorer). Informationen som lagras i maskens ROM kallas "firmware" i den tekniska dokumentationen. Det är omöjligt att programmera om mask-ROM.

Figur 8.23

Maskprogrammeringsminne kännetecknas av kompakta lagringselement och därför en hög integrationsnivå.

Denna programmeringsmetod kommer endast att vara lönsam för massproduktion, eftersom kostnaderna för att designa och tillverka en mall för teknisk programmering av en lagringsenhet är höga.

Användningsområdet för masklagringsenheter är lagring av standardinformation, som har ett brett utbud av konsumenter.

Mask-ROM inkluderar mikrokretsar av serie 155,568,541,555,1801, etc. För att beteckna denna typ av ROM placeras två bokstäver PE efter serienumret.

Till exempel har mikrokretsarna K155PE21 och K155PE22 (Figur 8.24) bokstäverkoder i de ryska och latinska alfabeten som firmware, och K155PE23 är "sydda" med aritmetiska tecken och siffror.

Mycket ofta, i olika applikationer, är det nödvändigt att lagra information som inte ändras under driften av enheten. Det är information som program i mikrokontroller, boot loaders (BIOS) i datorer, tabeller över digitala filterkoefficienter i signalprocessorer, DDC och DUC, tabeller över sinus och cosinus i NCO och DDS. Nästan alltid krävs inte denna information samtidigt, så de enklaste enheterna för att lagra permanent information (ROM) kan byggas på multiplexorer. Ibland i översatt litteratur kallas permanenta lagringsenheter ROM (skrivskyddat minne - skrivskyddat minne). Diagrammet för en sådan läsminnesenhet (ROM) visas i figur 3.1.

Figur 3.1. En läsminneskrets (ROM) baserad på en multiplexor.

Figur 3.2. Beteckning av en permanent lagringsenhet på kretsscheman.

För att öka kapaciteten hos ROM-minnescellen kan dessa mikrokretsar kopplas parallellt (utgångarna och inspelad information förblir naturligtvis oberoende). Parallellkopplingsschemat för enbitars ROM visas i figur 3.3.

Figur 3.3 Schematisk beskrivning av ett läsminne med flera bitar (ROM).

I riktiga ROM-skivor registreras information med den senaste operationen av chipproduktion - metallisering. Metallisering utförs med hjälp av en mask, så sådana ROM kallas mask-ROM. En annan skillnad mellan riktiga mikrokretsar och den förenklade modellen som ges ovan är användningen av en demultiplexer utöver en multiplexer. Denna lösning gör det möjligt att omvandla en endimensionell lagringsstruktur till en tvådimensionell och därigenom avsevärt reducera volymen av avkodarkretsen som krävs för driften av ROM-kretsen. Denna situation illustreras av följande figur:

Figur 3.4. Krets för ett maskerat läsminne (ROM).

Mask-ROM visas i kretsscheman som visas i figur 3.5. Adresserna till minnescellerna i detta chip matas till stiften A0 ... A9. Chipet väljs av CS-signalen. Med hjälp av denna signal kan du öka volymen på ROM (ett exempel på användning av CS-signalen ges i diskussionen om RAM). Mikrokretsen läses med hjälp av RD-signalen.

Figur 3.5. Symbolisk grafisk beteckning för mask ROM (ROM) på kretsscheman.

Programmering av maskens ROM utförs på tillverkarens fabrik, vilket är mycket obekvämt för små och medelstora produktionsbatcher, för att inte tala om utvecklingsstadiet för enheten. Naturligtvis, för storskalig produktion, är mask-ROM den billigaste typen av ROM och används därför i stor utsträckning för närvarande. För små och medelstora produktionsserier av radioutrustning har mikrokretsar utvecklats som kan programmeras i speciella enheter - programmerare. I dessa ROM ersätts den permanenta anslutningen av ledare i minnesmatrisen av smältbara länkar gjorda av polykristallint kisel. Under ROM-produktion görs alla byglar, vilket motsvarar att skriva logiska enheter till alla ROM-minnesceller. Under ROM-programmeringsprocessen tillförs ökad effekt till strömstiften och utgångarna på mikrokretsen. I det här fallet, om matningsspänningen (logisk en) matas till utgången på ROM, kommer ingen ström att flyta genom bygeln och bygeln kommer att förbli intakt. Om en låg spänningsnivå appliceras på utgången från ROM (ansluten till höljet), kommer en ström att flyta genom bygeln på minnesmatrisen, som kommer att förånga den och när informationen därefter läses från denna ROM-cell, kommer en logisk nolla kommer att läsas.

Sådana mikrokretsar kallas programmerbar ROM (PROM) eller PROM och avbildas på kretsscheman som visas i figur 3.6. Som ett exempel på en PROM kan vi namnge mikrokretsarna 155PE3, 556RT4, 556RT8 och andra.

Figur 3.6. Grafisk beteckning av ett programmerbart läsminne (PROM) på kretsscheman.

UV-raderbar ROM är byggd på basis av en minnesmatris byggd på minnesceller, vars interna struktur visas i följande figur:

Figur 3.7. UV och elektrisk raderbar ROM-minnescell.

Cellen är en MOS-transistor där grinden är gjord av polykristallint kisel. Sedan, under tillverkningsprocessen av mikrokretsen, oxideras denna grind och som ett resultat kommer den att omges av kiseloxid - ett dielektrikum med utmärkta isoleringsegenskaper. I den beskrivna cellen, med ROM helt raderad, finns det ingen laddning i den flytande grinden, och därför leder inte transistorn ström. Vid programmering av ROM påläggs en hög spänning till den andra grinden som är placerad ovanför den flytande grinden och laddningar induceras i den flytande grinden på grund av tunneleffekten. Efter att programmeringsspänningen har tagits bort förblir den inducerade laddningen på den flytande grinden och följaktligen förblir transistorn i ett ledande tillstånd. Laddningen på den flytande grinden till en sådan cell kan lagras i årtionden.

Blockschemat för det beskrivna läsminnet skiljer sig inte från det tidigare beskrivna mask-ROM. Den enda skillnaden är att istället för en smältbar bygel används cellen som beskrivs ovan. Denna typ av ROM kallas omprogrammerbart läsminne (EPROM) eller EPROM. I RPOM raderas tidigare inspelad information med hjälp av ultraviolett strålning. För att detta ljus ska kunna passera fritt till halvledarkristallen är ett kvartsglasfönster inbyggt i ROM-chippets hölje.

När ett EPROM-chip bestrålas förloras kiseloxidens isolerande egenskaper, den ackumulerade laddningen från den flytande grinden strömmar in i halvledarens volym och minnescellens transistor går in i avstängt tillstånd. Raderingstiden för RPOM-chippet varierar från 10 till 30 minuter.

Antalet skriv-raderingscykler för EPROM-chips varierar från 10 till 100 gånger, varefter EPROM-chippet misslyckas. Detta beror på den destruktiva effekten av ultraviolett strålning på kiseloxid. Som ett exempel på EPROM-mikrokretsar kan vi nämna rysktillverkade mikrokretsar i 573-serien och utländska mikrokretsar i 27cXXX-serien. RPOM lagrar oftast BIOS-program för universella datorer. RPOMs avbildas på kretsscheman som visas i figur 3.8.

Figur 3.8. Symbolisk grafisk beteckning av EPROM på kretsscheman.

Eftersom fodral med ett kvartsfönster är mycket dyra, liksom det lilla antalet skriv- och raderingscykler, har de lett till att man letat efter sätt att radera information från ROM elektriskt. Det uppstod många svårigheter längs denna väg, som nu praktiskt taget har lösts. Nuförtiden är mikrokretsar med elektrisk radering av information ganska utbredda. Som lagringscell använder de samma celler som i ROM, men de raderas av elektrisk potential, så antalet skriv-raderingscykler för dessa mikrokretsar når 1 000 000 gånger. Tiden för att radera en minnescell i sådana ROM-minnen reduceras till 10 ms. Styrkretsen för elektriskt raderbara programmerbara ROM visade sig vara komplex, så två riktningar för utvecklingen av dessa mikrokretsar har dykt upp:

1. EEPROM - elektriskt raderbar programmerbar läsminnesenhet

Elektriskt raderbara EEPROM är dyrare och mindre i volym, men de låter dig skriva om varje minnescell separat. Som ett resultat har dessa mikrokretsar ett maximalt antal skriv-raderingscykler. Användningsområdet för elektriskt raderbart ROM är lagring av data som inte bör raderas när strömmen stängs av. Sådana mikrokretsar inkluderar inhemska mikrokretsar 573РР3, 558РР3 och utländska EEPROM-mikrokretsar i 28cXX-serien. Elektriskt raderbara ROM är betecknade på kretsscheman som visas i figur 3.9.

Figur 9. Grafisk beteckning av elektriskt raderbart läsminne (EEPROM) på kretsscheman.

På senare tid har det funnits en tendens att minska storleken på EEPROM genom att minska antalet externa stift i mikrokretsar. För att göra detta överförs adressen och data till och från chipet via en seriell port. I det här fallet används två typer av serieportar - SPI-port och I2C-port (mikrokretsar 93cXX respektive 24cXX-serien). Den utländska serien 24cXX motsvarar den inhemska serien av mikrokretsar 558PPX.

Figur 3.10. Symbolisk grafisk beteckning av FLASH-minne på kretsscheman.

Figur 3.11. Tidsdiagram över signaler för att läsa information från ROM.

I figur 3.11 visar pilarna i vilken sekvens styrsignaler ska genereras. I denna figur är RD lässignalen, A är celladressvalssignalerna (eftersom enskilda bitar i adressbussen kan anta olika värden, visas övergångsvägar till både ett- och nolltillståndet), D är utgångsinformationen som läses från vald ROM-cell.

4. Utför additionsoperationen i tvås komplementkod, som representerar de givna termerna i binär form:

1) + 45 2) - 45

- 20 + 20

Lösning:

1) x 1 = 45 = 0,101101 pr

x 2 = - 20 = 1,010100 pr = 1,101011 arr = 1,101100 ytterligare

+ 1,101100

Svar: 0,011001 pr = 25 10

2) x 1 = - 45 = 1,101101 pr

x 2 = 20 = 0,010100 pr

+ 0,010100

Svar: 1,100111 ytterligare = 1,011000 arr = 1,011001 ex = - 25 10

Fråga nr 5.

Slutför följande uppgifter:

1) skriv den logiska funktionen i SNDF;

2) minimera den logiska funktionen med hjälp av Karnaugh-kartor;

God dag.

Om du vill fylla kunskapsluckan om vad en ROM är, har du kommit till rätt ställe. I vår blogg kan du läsa omfattande information om detta på ett språk som är tillgängligt för den vanliga användaren.

Avkodning och förklaring

ROM-bokstäverna är versaler i formuleringen "skrivskyddat minne". Det kan också kallas "ROM". Den engelska förkortningen står för Read Only Memory och översätts som skrivskyddat minne.

Dessa två namn avslöjar kärnan i ämnet för vårt samtal. Detta är en icke-flyktig typ av minne som bara kan läsas. Vad betyder det?

För det första lagrar den oföränderlig data som fastställts av utvecklaren under tillverkningen av utrustningen, det vill säga de utan vilka dess funktion är omöjlig.
För det andra indikerar termen "icke-flyktig" att när systemet startas om försvinner inte data från det, till skillnad från vad som händer med RAM.

Information kan endast raderas från en sådan enhet med hjälp av speciella metoder, till exempel ultravioletta strålar.

Exempel

Skrivskyddat minne i en dator är en specifik plats på moderkortet som lagrar:

Testa verktyg som kontrollerar att hårdvaran fungerar korrekt varje gång du startar datorn.
Drivrutiner för att styra de viktigaste kringutrustningarna (tangentbord, bildskärm, diskenhet). I sin tur lagrar de kortplatser på moderkortet vars funktioner inte inkluderar att slå på datorn inte sina verktyg i ROM. Trots allt är utrymmet begränsat.
Ett startprogram (BIOS), som startar operativsystemets starthanterare när du slår på datorn. Även om nuvarande BIOS kan slå på en PC inte bara från optiska och magnetiska diskar, utan också från USB-enheter.

I mobila prylar lagrar det permanenta minnet standardapplikationer, teman, bilder och melodier. Om så önskas kan utrymmet för ytterligare multimediainformation utökas med hjälp av omskrivbara SD-kort. Men om enheten endast används för samtal finns det inget behov av att utöka minnet.

I allmänhet finns nu ROM i alla hushållsapparater, bilspelare och andra elektroniska enheter.

Fysiskt utförande

Så att du bättre kan bekanta dig med beständigt minne, kommer jag att berätta mer om dess konfiguration och egenskaper:

Rent fysiskt är det en mikrokrets med läskristall, om den till exempel ingår i datorpaketet. Men det finns också oberoende datamatriser (CD, grammofonskiva, streckkod etc.).
ROM består av två delar "A" och "E". Den första är en diod-transformatormatris, sammanfogad med hjälp av adresstrådar. Används för att lagra program. Den andra är avsedd för att utfärda dem.
Schematiskt består den av flera ensiffriga celler. När en specifik databit skrivs görs en tätning till höljet (noll) eller till strömförsörjningen (ett). I moderna enheter är kretsar anslutna parallellt för att öka kapaciteten hos celler.
Minneskapaciteten varierar från några kilobyte till terabyte, beroende på vilken enhet den är applicerad på.

Typer

Det finns flera typer av ROM, men för att inte slösa bort din tid kommer jag bara att nämna två huvudmodifieringar:

Den första bokstaven lägger till ordet "programmerbar". Detta innebär att användaren kan flasha enheten själv en gång.

Ytterligare två bokstäver framför döljer formuleringen "elektriskt raderbar". Sådana ROM-skivor kan skrivas om hur mycket du vill. Flash-minne tillhör denna typ.