Запоминающие устройства для хранения постоянной информации

Запоминающие устройства типа ROM хранят информацию, которая либо вообще не изменяется (в ЗУ типа ROM (М) и PROM), либо изменяется редко и не во время работы вычислительного устройства (в ЗУ типа EPROM и EEPROM).

В масочные ЗУ типа ROM (М) информацию записывают при изготовлении на промышленных предприятиях с помощью шаблона (маски) на завершающем этапе технологического процесса.

ЗУ типа PROM программируют после изготовления их предприятием электронной промышленности в лабораториях потребителей без использования сложных технологических процессов. Для этого используют несложные устройства – программаторы.

ЗУ типа ROM имеют многоразрядную организацию (чаще всего 8- или 4-разрядную, для некоторых ИС 16-разрядную) и обычно выполняются по структуре 2DM.

Масочные ЗУ

В качестве запоминающих элементов в масочных ЗУ могут выступать диоды, биполярные транзисторы, МОП-транзисторы и т.д.

В матрице диодного ROM (М) (рис. 4.4, а) горизонтальные линии (строки) являются линиями выборки слов, а вертикальные – линиями считывания. Считываемое слово определяется расположением диодов в узлах координатной сетки. Для считывания нужного слова в соответствующую строку подается импульс напряжения. При наличии диода высокий потенциал передается на соответствующую вертикальную линию, и в данном разряде слова появляется сигнал логической единицы. При отсутствии диода потенциал близок к нулевому, так как вертикальная линия через резистор связана с корпусом. В изображенной матрице при подаче импульса в линию выборки Л1 считывается слово 11010001 (это слово хранится в ячейке номер 1). При подаче импульса в линию Л2 считывается слово 10101011 (оно хранится в ячейке номер 2). Линии выборки являются выходами дешифратора адреса, каждая адресная комбинация формирует единицу только на своем выходе дешифратора, что приводит к считыванию слова только из адресуемой ячейки.

Обычно при производстве масочных ЗУ выпускается целая номенклатура однотипных микросхем, отличающихся различной "зашитой" в них информацией. Для удешевления производства стремятся сделать так, чтобы процесс изготовления различных микросхем отличался минимумом технологических операций. Например, если в качестве ЗЭ используются МОП-транзисторы (на рис. 4.4, б показана одна из строк матрицы), то на этапе изготовления затворов в транзисторах, соответствующих хранению логического нуля, увеличивают толщину подзатворного окисла. Это ведет к увеличению порогового напряжения этих транзисторов, и при подаче обычного рабочего уровня они остаются закрытыми. Таким образом, при производстве всей номенклатуры микросхем все технологические операции, кроме одной – напыление подзатворного окисла, будут одинаковыми. Для этого требуются только различные шаблоны – маски, через которые осуществляется процесс напыления.

Рис. 4.4. Матрицы запоминающих элементов масочного ЗУ:

а – диодная; б – МОП-транзисторная

ЗУ с масочным программированием отличаются компактностью ЗЭ и, следовательно, высоким уровнем интеграции. Область применения масочных ЗУ – хранение стандартной информации, имеющей широкий круг потребителей. В частности, масочные ЗУ используются для хранения кодов букв русского и латинского алфавитов, таблиц типовых функций (синуса, квадратичной функции и др.), стандартного программного обеспечения и т.п.

ЗУ типа PROM

В ЗУ типа PROM микросхемы программируют устранением или созданием специальных перемычек. Поэтому этот вид ЗУ позволяет занести информацию только один раз. В исходной заготовке имеются (или отсутствуют) все перемычки. После программирования остаются (или возникают) только необходимые.

Часть перемычек устраняют при программировании ЗУ с плавкими перемычками. При этом в исходном состоянии ЗУ имеет все перемычки, а при программировании часть их ликвидируют путем расплавления импульсами тока достаточно большой амплитуды и длительности. В исходном состоянии ЗЭ хранит логическую единицу, для записи логического нуля перемычку необходимо расплавить.

Создание части перемычек соответствует схемам ЗУ, которые в исходном состоянии имеют непроводящие перемычки в виде пары встречно включенных диодов или тонких диэлектрических слоев, пробиваемых при программировании. В исходном состоянии цепи всех запоминающих элементов хранят логический нуль. При программировании на запоминающий элемент подается напряжение, пробивающее встречный диод или диэлектрическую перемычку. В результате создается проводящая перемычка и записывается логическая единица.

Запоминающие элементы с плавкими перемычками и парами диодов показаны на рис. 4.5, а, в в исходном состоянии и после программирования на рис. 4.5, б, г.

Рис. 4.5. Запоминающие элементы с плавкими перемычками и диодными парами:

а, в – до программирования; б, г – после программирования