9. Ухд, работающие по принципу «память»
9.1. Структура и классификация
Блок доступа в таких устройствах состоит из блока адресации и блока формирования электрических сигналов. Так как не требуется никаких физических перемещений, задача блока адресации состоит в активизации той ячейки, в которой содержится необходимая информация. Наиболее очевидное решение – двумерная матрица, по одной координате которой откладываются ячейки, по другой биты, из которых состоит ячейка (см. Рис. 7). Когда говорят о памяти, биты одной ячейки называютразрядами.
Рис. 7
Другими словами, на «горизонтальной» линии находятся разные разряды, имеющие один адрес. На «вертикальной» линии находятся одинаковые разряды всех возможных адресов. Слова «горизонтальный» и «вертикальный» взяты в кавычки, т.к. это условные понятия, имеющие отношение только к схеме. Такое решение называется 2D(D– означаетdimension, размерность). Достоинство этого метода – простота реализации, недостаток – сложность изготовления дешифратора. Количество выходов дешифратора (главная характеристика, определяющая его сложность) здесь равно количеству адресуемых ячеек.
Дешифратор можно упростить, если использовать систему 3D. В ней линии выбора ячейки располагаются как по горизонтали, так и по вертикали, на одной матрице располагаются одинаковые разряды, а ячейки образуются объединением необходимого количества матриц по третьей координате (см. Рис. 8).
Рис. 8
Здесь количество выходов каждого дешифратора равно квадратному корню из количества адресуемых ячеек. Например, 10 000 адресуемых ячеек соответствуют всего 200 выходов на обоих дешифраторах. Недостаток такого способа прежде всего в том, что на плоском кристалле невозможно создать трехмерную структуру. Кроме того, каждый элемент требует подведения трех линий – для выбора столбца, для выбора строки и для чтения полученного бита. Такая система применялась для памяти на ферритовых кольцах, где она была оптимальной. Линии выборки в ней, кроме своего прямого назначения, механически поддерживают кольца. Каждая матрица сшивается на манер коврика. Каждый «коврик» содержит один разряд данных. Далее «коврики» собираются в параллелепипед, в котором сторона, по которой располагаются разряды, много меньше остальных.
В случае, когда память требуется изготовить на кристалле, используют систему 2,5 D, которая заключается в следующем. Матрицы, которые в системе 3Dрасполагались по третьей координате, разворачиваются на плоскости. К строкам подается половина адреса, которая инициирует выборку информации со всех столбцов в данной строке. Следующим шагом по второй половине адреса делается выбор нужного столбца при помощи другого дешифратора (см. рис. 9).
Рис. 9
Такой способ имеет два основных недостатка. Первый – это замедление скорости работы, т.к. выборка происходит в два этапа – сначала выбирается нужный столбец, потом выбирается нужная строка. Второй недостаток заключается в том, что, как это можно видеть из рисунка, таким способом выгодно делать только кристаллы с разрядностью, равной квадрату целого числа. Например: 1, 4, 9, 16, 25. Это не всегда удобно, т.к. требуемая для устройства памяти разрядность может быть другой, например, 8. Это означает, что придется при разрядности кристалла 4 использовать 2, а при разрядности 1 – 8 микросхем.
В принципе, возможно появление микросхем с нестандартной разрядностью. Здесь есть два способа. В первом используются бракованные кристаллы разрядностью 4 или 16, в которых испорченные элементы присутствуют только в одной половине. В этом случае не используют половину кристалла или половину разрядов кристалла. Таким образом, кристаллы с разрядностью 4 получают разрядность 2, а кристаллы с разрядностью 16 разрядность 8. Микросхемы, выполненные на таких кристаллах, иногда называют «половинчатыми». Второй способ заключается в размещении двух кристаллов внутри одной микросхемы. Таким способом из кристаллов с разрядностью 1 можно получить микросхему с разрядностью 2, из кристаллов 4 микросхему 8, из кристаллов 16 микросхему 32. Микросхемы, выполненные таким способом, называют «двухбанковыми». И «половинчатые» и «двухбанковые» микросхемы имеют общее название «нечетные». Проблемы в использовании таких микросхем – некорректная работа с «нечетными» микросхемами в некоторых системах.
Система 2,5Dимеет важные достоинства – технологичность и более простая схема дешифратора, как в системе 3D. Впрочем, это преимущество проявляется только при достаточно больших объемах памяти, при меньших объемах преимущество теряется из-за наличия двух дешифраторов и более сложной системы подачи адреса, состоящего из двух частей. Главное достоинство системы 2,5D связано с регенерацией и объясняется ниже. По этой причине для динамической памяти всегда выбирается система 2,5D.
Для статической памяти всегда выбирается система 2Dпо следующей причине. Основное достоинство и основная причина использования статической памяти вместо динамической – большая скорость работы. Выбор по системе 2,5D уменьшает скорость работы, а значит уменьшает это преимущество.
Для постоянной памяти выбирается система 2D по следующим причинам:
для постоянной памяти не требуется регенерация;
емкость постоянной памяти практически всегда не большая, поэтому уменьшение сложности дешифратора не играет такой роли;
система 2D позволять выбирать любую разрядность кристалла памяти, а это очень важно, так как небольшая постоянная память практически всегда выполняется на одном кристалле.