Постійний запам’ятовуючий пристрій
Постійні пристрої (ПЗУ) поділяються на чотири типи [4, 5]:
Про масочні, програмовані на заводі-виробнику із застосуванням спеціальних масок;
Про одноразово програмовані споживачем шляхом перепалювання ніхромових або полікремневих перемичок;
Про багаторазово програмовані споживачем зі стиранням записаної інформації ультрафіолетовим випромінюванням;
Про багаторазово програмовані споживачем з електричним стиранням інформації.
Розглянемо ПЗУ другого типу, що складається з дешифратора nх2n та підключених до його виходів схем АБО з плавкими перемичками (рис. 9.48). ПЗУ містить дешифратор 2х4 у вигляді підсхеми pzti_dcd (А, В - кодові входи, Е - вхід роздільної здатності, активний сигнал високого рівня), до виходів яких можна підключити чотири елементи 4АБО з додатковими пристроями. На рис. 9.48 показано два таких елементи, виконаних у вигляді окремих підсхем pzu_unl та pzu_un2. Хоча ці елементи однакові, нарощування їх на схемі шляхом копіювання виключено через наявність перемичок, що перепалюються — за наявності однойменних підсхем перепалювання перемички в одній підсхемі автоматично призведе до перепалювання такої ж перемички в іншій. Оскільки програма не дозволяє копіювати підсхеми з їх перейменуванням, їх доводиться виконувати повністю. На схемі DO, D1 - виходи молодшого та першого розрядів.
Схема дешифратора pzu_dcd показано на рис. 9.49. Дешифратор виконаний на трьох елементах НЕ та чотирьох елементах ЗІЛІ-НЕ на транзисторах (рис. 9.50).
Необхідність виконання елементів дешифратора на транзисторах пояснюється тим, що математичні моделі цифрових ІМС, що використовуються в програмі EWB, не завжди дозволяють підключати до них звичайні транзисторні схеми і, зокрема, що застосовуються ваналізованому ПЗУ осередку пам'яті у вигляді підсхеми pzu_uni. Її внутрішня структура аналогічна структурі осередку пам'яті, що використовується в ПЗУ К155РЕЗ (рис. 9.51) [5]. На відміну від ІМС К155РЕЗ, в якій як елемент АБО використовується багатоемітерний транзистор, на рис. 9.51 наведено окремі транзистори Т1. Т4, емітери яких через перепалювані перемички S1. S4 (імітуються запобіжниками на 10 мА) з'єднані з формувачем на транзисторах Т5, Т6 і стабілітроні D. Транзистор Т5 і стабілітрон D використовуються тільки в режимі програмування і в робочому режимі не впливають на роботу вихідного каскаду на транзисторі Т6 (каскад з відкритим колектором) оскільки транзистор Т5 закритий низьким потенціалом на його базі (напруга пробою стабілітрона D вибирається дещо більше напруги живлення транзистора Т6, що подається в другій підсхемі в точку DO або D1 через резистор навантаження).
Осередок ПЗУ працює наступним чином. У вихідному стані транзистори Т1. Т4 і Т6 закриті, і за підключеної до Т6 навантаженні з його виході DO формується сигнал логічної одиниці (близько +5 У). При подачі на входи А, дешифратора заданої кодової комбінації, а на вхід дозволу Е - сигналу логічної одиниці, один з транзисторів Т1. Т4 відкриється та на виході DO сформується сигнал логічного нуля. Так, наприклад, при А=В=1 відкриється транзистор Т4 і сигнал логічної одиниці з його емітера через перемичку S4 надійде дільник на резисторах R2, R3, транзистор Т6 відкриється, і на його виході сформується сигнал логічного нуля. Очевидно, що і за будь-якої іншої двійкової комбінації відбуватиметься те саме, доки не буде зруйновано відповідну перемичку.
Перепалювання перемичок становить суть програмування таздійснюється окремо для кожного розряду (кожного осередку) наступним чином:
До виходу осередку Dx через резистор навантаження (його опір для конкретних ІМС вказується в документації, для К155РЕЗ становить близько 300 Ом) підключається джерело напруги 12,5, в результаті чого стабілітрон D пробивається і транзистор Т5 відкривається;
Про вхід роздільної здатності Е на короткий час подається сигнал логічної одиниці, при цьому через один з відкритих транзисторів Т1. Т2 і Т5 протікає струм, достатній для перепалювання відповідної перемички (тривалість дозвільного сигналу на вході Е в промислових програматорах може автоматично збільшуватися після кількох невдалих спроб програмування однієї і тієї ж комірки);
Про джерело 12,5 відключається, і після розкриття відповідної підсхеми можна переконатися, що перемичка дійсно зруйнована (у промислових програматорах цей процес зводиться до перевірки запису програмованого осередку, і при негативному результаті проводиться повторне програмування при більшій тривалості дозвільного сигналу).
Завершальним етапом програмування серійних мікросхем ПЗП у промислових умовах є електротермотренування, яке проводиться найчастіше протягом 168 годин при підвищеній температурі, після чого здійснюється додатковий контроль записаної інформації. Якщо виявляється помилка, допускається повторне програмування. Якщо помилка повторюється, мікросхема бракується.
Для моделювання процесу програмування до схеми, що програмується, необхідно підключити додаткові елементи. Моделювання доцільно розпочинати з однорозрядного ПЗП (рис. 9.52).
Слід зазначити, що модель ПЗУ (як на рис. 9.48, так і наМал. 9.52) досить примхлива і за деяких комбінацій вхідних сигналів моделювання не виконується. Ознакою неможливості моделювання є відсутність зліва від вмикача живлення (у верхньому правому куті екрана) віконця з індикацією часових інтервалів відліку. Через деякий час може бути видана рекомендація змінити установку похибки моделювання (за умовчанням вона дорівнює 1%). Доцільно встановити її максимально можливою (10%) у меню Circuit (команда Analysis Options, параметр Tolerance). Доцільно також поваріювати опорами вхідних резисторів та резисторів навантаження елементів НЕ та АБО-НЕ (рис. 9.50), а також спробувати змінити параметри транзисторів. В крайньому випадку можна обмежитися найпростішим випадком - обійтися без дешифратора і використовувати лише один осередок пам'яті на рис. 9.51, підключивши до виходу і одного з її входів додаткові елементи, як показано на рис. 9.52.
ПЗУ з перепалювальними перемичками використовуються найчастіше як спеціалізовані дешифратори, наприклад для селекції У ВР.
Зазвичай на системній платі встановлено лише ПЗУ із системним (Main System) BIOS, що відповідає за саму плату та контролери FDD (флоппі-дисків), HDD (жорстких дисків), портів та клавіатури; до системного BIOS практично завжди входить System Setup - програма налаштування системи. Відеоадаптери та контролери HDD з інтерфейсом ST-506 (MFM) та SCSI мають власні BIOS в окремих ПЗП;
їх також можуть мати інші плати — інтелектуальні контролери дисків і портів, мережні карти тощо.
Зазвичай BIOS для сучасних системних плат розробляється однією зі спеціалізованих фірм: Award Software, American Megatrends (AMI), рідше:
Phoenix Technology, Microid Research; зараз найбільшпопулярні BIOS фірми Award. Деякі виробники плат (наприклад, IBM, Intel та Acer) самі розробляють BIOS для них. Іноді однієї і тієї ж плати є версії BIOS різних виробників, у разі допускається копіювати прошивки чи замінювати мікросхеми ПЗУ; в загальному випадку кожна версія BIOS прив'язана до конкретної моделі плати.
Раніше BIOS містився в одноразово програмовані ПЗП або ПЗУ з ультрафіолетовим стиранням; Сьогодні переважно випускаються плати з електрично перепрограмованими ПЗУ (Flash ROM), які допускають перепрограмування BIOS засобами самої плати. Це дозволяє виправляти заводські помилки в BIOS, змінювати заводські установки за промовчанням, програмувати власні екранні заставки тощо.
Тип мікросхеми ПЗУ зазвичай можна визначити за маркуванням: 27хххх - звичайне ПЗУ, 28хххх або 29хххх - перепрограмовані. Якщо на корпусі мікросхеми 27хххх є прозоре вікно – це ПЗУ з ультрафіолетовим стиранням;
якщо його немає — це програмне ПЗУ, яке одноразово програмується, яке можна лише замінити на інше.
Контрольні питання та завдання
1. Які існують типи ПЗП та де вони використовуються?
3. Які типи ПЗП використовуються для зберігання програм BIOS?
4. Використовуючи схему на рис. 9.52, проведіть моделювання процесу програмування ПЗУ з перемикання перемичками.
5. Складіть схему ПЗП на базі дворозрядного ПЗП на рис. 9.48 і проведіть моделювання процесу програмування однієї з його осередків пам'яті.