Статические ОЗУ позволяют обеспечивать хранение записанной информации до тех пор, пока на микросхему подается питание. Однако запоминающая ячейка статического ОЗУ занимает относительно большую площадь, поэтому для ОЗУ большого объема применяют более простую и потому компактную запоминающую ячейку — конденсатор. Естественно, что заряд на конденсаторе с течением времени уменьшается, поэтому его необходимо подзаряжать с периодом приблизительно 10 мс, называемым периодом регенерации. Подзарядка емкости производится при считывании ячейки памяти, поэтому для регенерации информации достаточно просто считать регенерируемую ячейку памяти.
Схема запоминающего элемента динамического ОЗУ и его конструкция приведены на рис. 3.32.
Рис. 3.32. Схема запоминающего элемента динамического ОЗУ и его конструкция
При считывании заряда емкости необходимо учитывать, что линия считывания имеет большую электрическую емкость, чем запоминающая ячейка. Графики, показывающие, как изменяется напряжение на линии считывания при выполнении операции чтения информации из запоминающей ячейки без использования схемы регенерации, приведены на рис. 3.33.
Рис. 3.33. Графики изменения напряжения на линии считывания при считывании информации с запоминающей ячейки
Первоначально на линии записи/считывания присутствует половина напряжения питания микросхемы. При подключении к линии записи/считывания запоминающей ячейки заряд, хранящийся в запоминающей ячейке, изменяет напряжение на линии на небольшую величину ΔU. Теперь это напряжение необходимо восстановить до первоначального логического уровня. Если приращение напряжения ΔU было положительным, то напряжение необходимо довести до напряжения питания микросхемы. Если приращение ΔU было отрицательным, то напряжение необходимо довести до потенциала общего провода.
Для регенерации первоначального заряда, хранившегося в запоминающей ячейке, в схеме применяется RS-триггер, включенный между двумя линиями записи/считывания. Схема такого регенерирующего устройства приведена на рис. 3.34.
Рис. 3.34. Схема регенерирующего каскада
Эта схема за счет положительной обратной связи восстанавливает первоначальное значение напряжения, хранившегося в запоминающей ячейке. При этом на соседней линии считывания формируется противоположный сигнал, но т. к. она в данный момент никуда не подключена, то это неважно. То есть при считывании ячейки производится регенерация хранящегося в ней заряда. Для уменьшения времени регенерации микросхема устроена так, что при считывании одной ячейки памяти в строке запоминающей матрицы регенерируется вся строка.
Особенностью использования динамических ОЗУ является мультиплексирование шины адреса. Адрес строки и адрес столбца передаются поочередно. Адрес строки синхронизируется стробирующим сигналом RAS# (Row Address Strobe), а адрес столбца — сигналом CAS# (Column Address Strobe). Мультиплексирование адресов позволяет уменьшить количество выводов микросхем ОЗУ, что очень важно для микросхем с большим объемом внутренней памяти, т. е. с большой разрядностью адресной шины. Условное графическое обозначение микросхемы динамического ОЗУ на схемах приведено на рис. 3.35, а временная диаграмма обращения к такой микросхеме — на рис. 3.36.
Рис. 3.35. Условное графическое обозначение динамического ОЗУ
Рис. 3.36. Временная диаграмма обращения к динамическому ОЗУ
Именно так долгое время велась работа с динамическими ОЗУ. Затем было замечено, что обычно обращение ведется к данным, лежащим в соседних ячейках памяти, поэтому не обязательно при считывании или записи каждый раз передавать адрес строки. Данные стали записывать или считывать блоками и адрес строки передавать только в начале блока. При этом можно сократить общее время обращения к динамическому ОЗУ и тем самым увеличить быстродействие компьютера.
Такое обращение к динамическому ОЗУ называется быстрым страничным режимом доступа (FPM, Fast Page Mode). Длина считываемого блока данных обычно равна четырем словам. Время доступа к памяти принято оценивать в тактах системной шины процессора. В обычном режиме доступа к памяти оно одинаково для всех слов. Поэтому цикл обращения к динамической памяти можно записать как 5-5-5-5. При режиме быстрого страничного доступа цикл обращения к динамической памяти можно записать как 5-3-3-3, т. е. время обращения к первой ячейке не изменяется по сравнению с предыдущим случаем, а считывание последующих ячеек сокращается до трех тактов. При этом среднее время доступа к памяти сокращается почти в полтора раза. Временная диаграмма режима FPM приведена на рис. 3.37.