Запоминающего конденсатора

УЭВМ— управляющая ЭВМ; БФ — блок фильтров; БП — блок питания; ИНТ — интегрирующее устройство- ЗУ — запоминающее устройство; БУ — блок управления; СЧАЧ — счетчик ампер,часов; ИТ—измеритель тока; БСИН — блок синхронизации; БУУ — блок управления уровнем- БПГВ — блок питания гальванической ванны; ГВ — гальваническая ванна; АЦП— аналого-цифровой преобразователь; СЧС — счетчик; ПУИ — пульт управления и индикации

Устройство памяти, или запоминающее устройство (ЗУ),— это место хранения программ и данных, закодированных в бинарной (двоичной) форме. Само устройство памяти не может различать, что является данными, а что программой. Физически память представляет собой электронное устройство, состоящее из одинаковых по свойствам регулярно расположенных ячеек. Для различения ячеек между собой им присваиваются неповторяющиеся номера, которые принято называть адресами этих ячеек. В каждой ячейке хранится одно машинное слово фиксированной длины, например, 4, 8 или 16 двоичных разрядов. Машинное слово есть то количество информации, которое может быть записано в память или взято из нее за один цикл. Важным параметром любого устройства памяти является емкость памяти, т. е. максимальное число ячеек в этом устройстве.

Оба эти термина в настоящее время стали почти синонимами. Однако термин «запоминающее устройство» (ЗУ) обычно употребляют, когда речь идет о принципе построения некоторого устройства памяти (например, полупроводниковые ЗУ, ЗУ на магнитных дисках и т.д.), а термин «память» — когда хотят подчеркнуть выполняемую устройством памяти логическую функцию или место расположения в составе оборудования ЭВМ (например, оперативная память, внешняя память и т.д.).

Запоминающее устройство любого типа состоит из запоминающего массива, хранящего информацию, и блоков, служащих для поиска в массиве, записи и считывания (а в ряде случаев и для регенерации) информации.

Запоминающее устройство с произвольным обращением, как правило, содержит множество одинаковых запоминающих элементов, образующих запоминающий массив (ЗМ). Массив раз-

Первое УСК программы канала инициирует в ЗУД операцию поиска. Запоминающее устройство на диске выбирает из первого подошедшего под головку блока информации байты ключа и последовательно сравнивает их с л байтами эталона, которые выбираются каналом из ОП, начиная с адреса а. Если совпадения ключей нет, то следующее УСК (переход в канале) вызывает повторное выполнение УСК из ячейки /, т. е. повторение поиска для следующего на дорожке блока информации. Если блок информации с требуемым полем ключа найден, то ЗУД формирует байт состояния с 1 в разряде «Модификатора состояния». Канал пропускает в своей программе УСК из ячейки /+8 и переходит к выполнению УСК из ячейки /+16. В этом случае в ОП вводятся m байт, которые помещаются в группу последовательных ячеек, начиная с ячейки р.

В задачах 8.18 -f- 8.20 магнитное оперативное запоминающее устройство (МОЗУ) типа 2D с одним и двумя сердечниками на бит сравнивают по необходимому активному сопротивлению, которым должна обладать шина г для обеспечения нормальной работы устройства. В задачах 8.15,

Данную схему можно использовать и как запоминающее устройство «-разрядного числа, последовательно вводимого на вход первого элемента с последующим продвижением до последнего и снимаемого серией считывающих импульсов с последнего.

7.17. Запоминающее устройство с записью на магнитной ленте:

Первоначальный ввод информации в запоминающее устройство производится при «наладочном» спуске колонны в скважину, при этом точная остановка каждой свечи осуществляется с помощью ручного управления, после чего соответствующий сигнал вводится в запоминающее устройство по команде оператора. Во время последующих спусков и подъемов сигналы выдаются автоматически в необходимой последовательности. Система может действовать указанным образом при условии, что свечи спускаются всегда в одном и том же порядке. Такой порядок обычно строго соблюдается по технологическим соображениям.

Запоминающее устройство называют оперативным потому, что скорость выборки из него данных или посылка в него результата происходит в темпе работы АУ, т. е. в соответствии с режимом выполнения машиной одной операции за один рабочий такт.

Рассмотренные элементы памяти являются статическими — записанная в триггерах информация хранится в статическом состоянии без изменения, ни обновляясь, не перемещаясь, до записи новых данных. В динамических запоминающих устройствах записанная информация постоянно перемещается или обновляется. Это в некоторой степени усложняет систему в целом, но позволяет на 2—3 порядка снизить во время хранения потребляемую энергию питания. Динамический элемент памяти может быть выполнен на основе запоминающего конденсатора С ( 131, г). При записи данных происходит одновременное отпирание транзисторов VT1 и VT2 и через их малые внутренние сопротивления осуществляется зарядка (если необходимо запомнить 1) или разрядка (если запоминается 0) конденсатора С. В режиме хранения транзисторы VT1 и VT2 заперты и конденсатор медленно разряжается через входное сопротивление транзистора VT5 и весьма большое внутреннее сопротивление запертых транзисторов VT1 и VT2. Если время хранения информации (логической 1) больше (2—4) 10~3 с, то конденсатор С необходимо периодически подзаряжать, подключая его к источнику напряжения питания. Таким образом, в режиме хранения тратится очень малая энергия на подзарядку конденсатора (емкость которого мала — несколько пикофарад. При этом обычно в качестве конденсатора С используется входная емкость транзистора VT5).

Более совершенна схема ключевого амплитудного выпрямителя ( 151, б). Амплитудное значение входного напряжения измеряется подключением запоминающего конденсатора С к источнику сигнала U (t) в момент достижения максимума во время положительного полупериода сигнала. Это обеспечивается дифференциальным усилителем-формирователем А, выход которого через диод VD соединен с МОП-транзистором VT с изолированным затвором, работающим в режиме обогащения, вследствие чего транзистор отпирается только при положительных напряжениях на затворе и заряжает конденсатор С до максимального напряжения U0.

Принцип действия. Принцип действия элементов памяти динамического типа основан на хранении информации с помощью конденсаторов. Наиболее распространены однотранзисторные элементы ( 9.7). Схема состоит из запоминающего конденсатора С0 и транзистора VT, связывающего конденсатор с шиной столбца Y матричного накопителя. Емкость шины Су оказывает существенное влияние на работу элемента памяти.

Важнейшими параметрами элемента памяти являются площадь, занимаемая им на кристалле, емкость запоминающего конденсатора (или информационный заряд при хранении лог. 1 Ql = C0Ul), ток утечки, от которого зависит период регенерации, и отношение С0/Суо, определяющее амплитуду разностного сигнала при считывании.

На 9.8 показана простейшая структура, в которой области / и 2 л+-типа образуют исток и сток транзистора, а слой поликремния — его затвор (3), являющийся одновременно шиной строки X, проходящей в направлении, перпендикулярном чертежу. Область 2 образует контакт к металлической шипе Y'. Область / служит также одним из электродов запоминающего конденсатора. Другой электрод — слон сильнолегировапного поликремния Хс, образующий общую («конденсаторную») шину, проходящую через накопитель в направлении строки. Между двумя электродами расположен слой диэлектрика 3 (SiO2) той же толщины, что и слой под затвором 3.

Полная емкость запоминающего конденсатора складывается из емкости между слоями У и Хс и емкости р-п перехода между областью /

и подложкой. Отношение С„/Суо пропорционально площади запоминающего конденсатора и, следовательно, площади всего элемента. Для достижения приемлемой величины С0/Суо = 5...10 требуется весьма большая площадь — около 30 литографических квадратов.

Устойчивость к воздействию ex-частиц. Ионизирующее излучение оказывает сильное влияние на работу СБИС памяти динамического типа. Оно создает электронно-дырочные пары, которые, попадая в область запоминающего конденсатора, изменяют его заряд и приводят к потере информации. Например, в структуре на 9.8 электроны, генерируемые в подложке, диффундируя к области /, сильно увеличивают обратный ток р-п перехода, т. е. ток утечки запоминающего конденсатора. В результате напряжение U1 понижается. То же происходит и в структуре на 9.9.

Для предотвращения сбоев от а-частиц следует выбирать такую структуру микросхемы, в которой большая часть электронов, генерируемых вдали от области запоминающего конденсатора, не могла бы проникать в нее. Это достигается в структурах с сильнолегированной подложкой, на которую нанесен тонкий эпитаксиальный слой с расположенными в нем элементами. Большая часть электронов, возникших в подложке, не доходит до эпитаксиального слоя и активных областей приборов, рекомбинируя в подложке, время жизни и диффузионная длина неосновных носителей в которой малы (около 10 не и 2 мкм при УУа.п = 10а° см~3). Поэтому СБИС памяти с большой информационной емкостью (1 Мбит и более), где сбои от а-частиц особенно вероятны из-за малого заряда запоминающего конденсатора, целесообразно создавать на эпитаксиальных структурах.

Примером является структура на 9.10. Здесь высокая устойчивость к а-частицам помимо применения сильнолегированной подложки достигается также и тем, что обкладка 2 запоминающего конденсатора отделена от подложки слоем диэлектрика /. Структура на 9.9 обладает достаточно хорошей устойчивостью (хотя и меньшей, чем предыдущая) вследствие больших емоксти и заряда запоминающего конденсатора, особенно если применяется танталовый конденсатор. Структура на 9.8 имеет низкую устойчивость к а-частицам.

Временной дрейф ИОУ составляет единицы милливольт в час. Его можно исключить с помощью периодической регулировки нуля. Как известно, .можно производить коррекцию дрейфа также автоматически путем включения ИОУ по схеме Принца, в которой напряжение дрейфа «запоминается» конденсатором, периодически подключаемым к выходу и входу усилителя при помощи ключевых элементов. Усилители с коррекцией дрейфа особенно удобно реализовать на основе ИОУ по схеме, которая приведена на 5.17, а. При регистрации напряжения дрейфа в течение времени коррекции tKOp ключевые элементы Kj.— K3 находятся в положении 2. Происходит заряд запоминающего конденсатора С выходным напряжением усилителя ( 5.17,6) с постоянной времени