Олимпиада "Наноэлектроника"
Неофициальный сайт

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Факультет: «Автоматики и электроники»

Кафедра: «Микро- и наноэлектроники»

Конспект по дисциплине: «Компьютерный практикум ˗13»

На тему:

«Качество и надёжность»

Группа: А4-11

Подготовила: Балыкина Н.В.

Преподаватель: доц. Лапшинский В.А.

Дата: 25.06.2013

Москва 2013

Глоссарий

Алгоритм — это метод, схема решения какой-то задачи

Программа — это конкретная реализация алгоритма, которая может быть скомпилирована и выполнена на компьютере.

Микросхема – это электронная схема на полупроводниковом кристалле или пленке, заключенная в корпус. Микросхемы составляют основную часть любого компьютера или ноутбука.

Контроллер (англ. controller, буквально — управитель), электрический аппарат низкого напряжения, предназначенный для пуска, регулирования скорости, реверсирования и электрического торможения электродвигателей постоянного и переменного тока.

Сокращения

БИС – большая интегральная схема

ЗУ – запоминающие устройство

ЭВМ – электронная вычислительная машина

ПЗУ – постоянное запоминающие устройство

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ....................4
1. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЗУ С САМОКОНТРОЛЕМ...........5
2. СТУКТУРЫ ПАМЯТИ С САМОКОНТРОЛЕМ...........5
3. ВАРИАНТЫ СТРУКТУР...............6
4. ОРГАНИЗАЦИЯ МОДУЛЯ ЗУ НА ОСНОВЕ БИС ПАМЯТИ С САМОКОНТРОЛЕМ...............7
5. Оценка эффективности структур памяти с самоконтролем.................8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............10




Рассмотрено перспективное направление совершенствования полупроводниковых ЗУ путём использования БИС памяти ёмкостью 64-1024 кбит с дополнительной функциональной возможностью самоконтроля. Представлены варианты встроенных на кристалл генераторов теста и способы организации модулей ЗУ. Проведены численные оценки характеристик кристаллов и модулей. Показано, что эффективность контроля кристаллов и модулей ЗУ может быть существенно повышена.

1. Оценка эффективности полупроводниковых ЗУ с самоконтролем

Проблема контроля БИС и цифровых устройств на их основе, в частности БИС памяти ЗУ, в настоящее время - одна из самых важных. Проверку на соответствие техническим условиям и правильность функционирования необходимо проводить как на этапе производства БИС (контроль кристаллов и микросхем), так и на этапе их применения (входной контроль БИС, контроль ЗУ в процессе эксплуатации). На этапе изготовления БИС памяти применяют дорогостоящее прецизионное оборудование на базе ЭВМ для полного электрического и функционального контроля. Разработчики и потребители ЗУ используют дешевую и массовую аппаратуру функционального контроля БИС . Полупроводниковые ЗУ в составе цифровых систем проверяются программными средствами. Повышение эффективности функционального контроля с целью его упрощения и повышения быстродействия на каждом из указанных этапов возможно при проектировании и применении БИС памяти с самоконтролем. Цель работы—оценка эффективности некоторых структур БИС памяти и ЗУ c самоконтролем.

2. Стуктуры памяти с самоконтролем

Принцип работы БИС памяти с самоконтролем заключается в генерации с помощью встроенных на кристалл дополнительных блоков управления (БУ) необходимых тестовых последовательностей, сравнении результатов тестирования c эталонной информацией и выдаче результатов контроля на специальный внешний вывод БИС «Результат контроля » (РК) . Режим самоконтроля задается c помощью специального входа БИС «Самоконтроль» (СК). Если «Выборка кристалла» (ВК) и СК равны нулю, выполняется автоматическое тестирование. При ВК=О и СК= 1 реализуется обычные циклы выборки. Тест выбирается функциональными и схемотехническими особенностями БИС памяти, необходимой глубиной или полнотой контроля , a также исходя из требований минимизации избыточной площади кристалла и потребляемой мощности.
Основу структуры БИС памяти c самоконтролем составляет встроенный генератор теста (ГТ). Блок ГТ алгоритмически формирует коды адресов А Ат. элементов памяти (ЭП), управляющих сигналов (Вх.), ЗП, информационных сигналов Вх в соответствии с выбранным тестом. Идентификация считанной информации (Вых) и эталонных данных (Эт) обеспечивается с помощью блока схем сравнения. Так как большую часть кристалла занимает матрица ЭП (до 50—б0%), целесообразно тестировать только матрицу и блоки непосредственного управления (блоки схем адресных формирователей и разрядных формирователей – предусилителей ). При отказе одного из оставшихся БУ считать БИС памяти «негодной». При обнаружении хотя бы одного неисправного ЭП в одной из секций, на которые условно разделяется накопитель, на выходе БИС РК формируется лог.1. Результаты проверки секций могyт записываться в специальный регистр, a затем последовательно c заданной частотой подаваться на выход РК. Если предусмотрен запуск ГТ не только от встроенного на кристалл таймера(рисунок 1), но и по сигналам на входе БИС «Частота контроля» (ЧК), возможен контроль на различных (в том числе и предельных) частотах работы БИС.

Рисунок 1.Структура БИС памяти с самоконтролем

3. Варианты структур

Варианты структур ГТ представлены на рисунке 2. В структуре, представленной на рисунке 2.а, счётчик адресов формирует адреса ЭП, а счётчик текста – эталонную информацию. Имеющийся в составе ГТ разностный преобразователь обеспечивает установку счетчиков в исходное состояние. Принцип действия структуры (рисунок 2.б) заключается в предварительной записи в ячейки памяти ПЗУ1 и ПЗУ2 последовательности адресов ЭП основного накопителя в соответствии c выбранным тестом. ПЗУ1 и ПЗУ2 управляются специальным БУ. При этом необходимо, чтобы разрядность ячеек ПЗУ соответствовала разрядности адреса основного накопителя. Если использовать данный вариант структуры ГТ и программируемые ПЗУ (ППЗУ), имеется возможность оперативной смены теста. Для структуры рисунок 2.в используется способ формирования Ат c помощью арифметико-логических преобразований. Сложность и полнота функций арифметико-логических устpойств (АЛУ) определяется используемым тестом. B простейшей случае для теста N ис (N ис —емкость БИС памяти) можно использовать стандартный сумматор-вычислитель. Специальный БУ и два регистра в структуре(рисунок 2.в) обеспечивают реализацию режима самоконтроля. Основа структуры 9рисунок 2.г) - распределитель импульсов (РИ) Структура цифровой БИС с самоконтролем, в которой на внешний вывод микро -схемы выдается непосредственно сигнатура как результат контроля.

Рисунок 2. Вариант структуры ГТ

4. Организация модуля ЗУ на основе БИС памяти с самоконтролем

Организация модуля ЗУ на основе БИС памяти c самоконтролем(рисунок 3) аналогична организации стандартного модули . Для выполнения автономного самоконтроля в модуле необходимы дополнительные шины, объединяющие входы БИС СК (рисунок 1) и соответствующие входы для задания режима самоконтроля модуля (РКМ) и вывода результатов контроля модуля (РКМ). Варианты организации модулей ЗУ отличаются числом .БИС памяти, подсоединенной к одной шине управления самоконтролем (числом одновременно проверяемых БИС). Принцип работы модуля ЗУ в режиме самоконтроля заключается в параллельной самопроверке нескольких БИС памяти и далее, при наличии отказов, последовательном либо параллельном поиске среди них неисправной .
Другой способ организации модуля ЗУ c самоконтролем — применение типовых БИС памяти и специализированной БИС контроллера самоконтроля. Предполагается, что БИС контроллера выполняет последовательную функциональную проверку БИС памяти. Контроллер формирует необходимые тестовые последовательности, которые в типовых модулях ЗУ генерируются внешними средствами.

Рисунок 3. Структура модуля ЗУ на основе БИС памяти с самоконтролем

5. Оценка эффективности структур памяти с самоконтролем

Эффективность кристаллов памяти. Результаты оценок характеристик БИС приведены в таблице 1. Сравнительный анализ вариантов ГТ и БИС памяти на их основе показывает, что простейшие из них на основе счетчиков наиболее эффективны. Они обладают минимальной избыточностью по сравнению c типовыми БИС (по площади кристалла kS= Sск/Sи, потребляемой мощности Кp=Рск/Рк, Дополнительным внешним выводам Ак и отличаются высоким быстродействием в режиме самоконтроля. Кроме того, использование структуры (рисунок 2.д) позволяет за приемлемое время самоконтроля tск перебрать почти все возможные состояния БИС и тем самым повысить достоверность самоконтроля . Поэтому структуры целесообразно встраивать в кристаллы памяти емкостью 64-1024 кбит.
Структуры(рисунок 2.б-г) позволяют реализовать более полные и сложные тесты. По мере роста информационной емкости кристаллов избыточность структур(рисунок 2.б-г) уменьшается( таблица 1), поэтому их эффективное применение следует прогнозировать на уровне БИС емкостью 1 Мбит и более. B связи с трудностями изготовления кристаллов, содержащих одновременно оперативное 3У и ПЗУ, структуру (рисунок 2.б) целесообразно использовать в составе БИС ПЗУ и ГIПЗУ.
Быстродействие БИС памяти c самоконтролем оценивалось в предположении, что используется тест МАРШ как типовой. Для других тестов оценки существенно не изменятся. Предполагалось также, что при формировании теста переход. к адресу следующего ЭП выполняется без дополнительной задержки. Следует отметить, что введение функции самоконтроля незначительно влияет на время выборки tв БИС памяти в обычных циклах записи (считывания). Незначительная задержка tз.м=2tз.о (tз.о — задержка отдельного вентиля) возникает в результате дополнительного мультиплексора в составе БИС . При оценке избыточности и быстродействия БИС памяти с самоконтролем использовалась методика и прогнозируемые характеристики элементной базы.

Таблица 1. Характеристики БИС памяти с самоконтролем с различными вариантами ГТ

Заключение