בנית שערים לוגיים באמצעות מתגים המימוש הטכנולוגי של שערים לוגיים נעשה באמצעות טרנזיסטורים המשמשים כמתגים. לכל מתג שלושה קצוות: כניסת בקרה (C) ושני קצוות (A,B) שהמתג יכול לחבר ביניהם. נגדיר שני סוגי מתגים, P ו-N , באמצעות טבלות אמת: מתג N מתג P מצב המתג כניסת הבקרה C מנותק מחובר 1

בנית מהפך באמצעות מתגים זוג מתגים המחוברים בטור בין הקבועים '1' ו-'0' (VPLUS, VMINUS) כאשר A=0, מתג N מנותק ומתג P מחובר, וכך עובר הקבוע '1' ליציאה B. כאשר A=1, מתג N מחובר ומתג P מנותק, וכך עובר הקבוע '0' ליציאה B. .

בנית שער NAND באמצעות מתגים

Three (Tri)-State Inverter Three-State Inverter נגדיר שער חדש באמצעות מתגים: כאשר =1Enable פועל השער כמו NOT רגיל כאשר =0Enable מנותקת יציאתו B, והשער איננו מסוגל לכתוב ערך לוגי על היציאה. זהו "המצב השלישי": היציאה איננה '0' ואיננה '1' השער קרוי: מהפך עם יציאה מסוג three-state”" או גם: מהפך עם יציאת HIGH-Z. נסמן את השער החדש בסימון: באותו אופן ניתן לבנות כל שער לוגי שיש לו יציאת three-state”"

Three-State Bus ניתן לחבר יחד יציאות של מספר שערי 3-state כאלו שער אחד לכל היותר רשאי לכתוב בו זמנית על היציאה המשותפת מפענח יבטיח שלכל היותר אחד מן השערים יכתוב על ה-BUS בו זמנית אם יש למפענח כניסת Enable אזי אם Enable=0 כל יציאות המפענח הן '0' ואף שער אינו כותב על ה-BUS

Three-State Bus המערכת כולה (אוסף השערים, ה-BUS, והמפענח) שקולה לבורר. בורר מצריך פרישת חוטים רבים BUS מכיל חוט יחיד. המפענח בדרך כלל ממומש באופן מבוזר, ולכל היותר דרושים log(K) חוטים להעברת אותות הבקרה.

Three-State Bus מימוש BUS עם מפענח מבוזר: BUS של N חיבורים רק 2log(N)+1 קווי בקרה מועברים לכל השערים

2-bit three-state bus קווי הבקרה משותפים 16

Wired-AND Bus קיים סוג נוסף של BUS , הנבדל מקודמו רק בדרך המימוש. נגדיר שני שערים חדשים: שער pull-down הוא החצי התחתון של שער NOT שער pull-up הינו החצי העליון:

Wired-AND (pull-down) Bus הכניסה של שערי pullup/pulldown יכולה לבוא מימין או משמאל היציאה מחוברת ל-Bus בכיוון מעלה-מטה. Bus המורכב כולו משערי pull-down פועל כלהלן: אם יש '1' בכניסה של שער אחד או יותר, ערכו של ה- Bus הוא '0'. אחרת, ערכו של ה-Bus הוא '1' (התקן מיוחד, המסומן כקופסה מרובעת בציור, מחובר אל ה-Bus ומבטיח את קיום ברירת המחדל). pull-down Bus מממש פונקציה של שער NOR (או לפי דה-מורגן פונקצית AND)

Wired-AND Bus

Wired-OR (pull-up) Bus באופן דומה, Bus המורכב כולו משערי pull-up פועל כלהלן: אם יש '0' בכניסה של שער אחד או יותר, ערכו של ה- Bus הוא '1'. אחרת, ערכו של ה-Bus הוא '0' (התקן מיוחד, המסומן כקופסה מרובעת בציור, מחובר אל ה-Bus ומבטיח את קיום ברירת המחדל). לכן pull-up Bus מממש פונקציה NAND, (או לפי דה-מורגן OR)

Wired-OR (pull-up) Bus

Programmable Logic Array (PLA) מימוש רגולרי יעיל של מספר פונקציות של אותן כניסות שימוש חוזר במכפלות המשותפות Wired-AND Buses (המאורגנים ב"מישור AND") משמשים לחישוב המכפלות "מישור OR" המורכב מ- Wired-OR Buses משמש לסיכום המכפלות ליצירת הפונקציות. למשל, מימוש הפונקציה f=AB+CD יראה כלהלן:

Programmable Logic Array (PLA) לפשטות הסימון מסמנים רק את המקומות של השערים המשתתפים. למשל:

Programmable Logic Array (PLA) מספר משתני הכניסה (5) מספר המכפלות האפשריות (6) מספר היציאות האפשריות (3)

מימוש באמצעות PLA

Field Programmable Gate Array (FPGA) רכיב המכיל מספר גדול של: טבלאות אמת תאי זיכרון קווי חיבור ביניהם העוברים דרך מתגי ניתוב קווי קלט/פלט אל העולם החיצון פעולה: טבלאות האמת מאפשרות מימוש לוגיקה צירופית כלשהי תאי הזיכרון מאפשרים שמירת מצב. המתגים מאפשרים יצירת חיבוריות כרצוננו. בסה"כ, רכיב מתכנת המאפשר ליצור מערכות מורכבות ללא עלויות ייצור רכיב ייעודי

Read Only Memory (ROM) ROM -- רכיב (מערך רגולרי של) זיכרון הכולל: תאי זיכרון קבוע (בעצם חיבורים קבועים ל-'0' או '1') קווי כניסה ("קווי הכתובת") לבחירת תא זיכרון מסוים קו יציאה לקריאת ערכו של תא הזיכרון שנבחר. יתרון: המידע אינו נמחק עם כיבוי המתח החשמלי לכן ה-ROM משמש לאחסון מידע קבוע (כגון התוכנה שמסייעת להתחלת הפעולה של מחשב, מיד לאחר שמדליקים אותו). חסרון: לא ניתן לשנות את התוכן (לכתוב לזיכרון) לחילופין, ROM מממש טבלת אמת של פונקציה: משתני הפונקציה מוכנסים על קווי הכתובת ערך הפונקציה מופיע במוצא.

Read Only Memory (ROM) one word storage מימוש עם בורר

Read Only Memory (ROM) מימוש עם BUS יתרון: פחות קווי בקרה בתוך המערך חסרון: כל תא מכיל שער גדול כדאי להשוות את שני השיקולים ולבחור בהתאם one word storage

Read Only Memory (ROM) מערך חד-מימדי עם מפענח וPull-down bus - one word storage מערך חד-מימדי עם מפענח וPull-down bus -

Read Only Memory (ROM) one word storage מבנה עקרוני של ROM דו-ממדי בעל n+m קוי כתובת (2n+m תאי זכרון): one word storage יש רכיב pull-down בכל צומת השייך לכתובת בה אגור '0' אין רכיב pull-down בכל צומת השייך לכתובת בה אגור '1'. הכתובת מחולקת לשני חלקים: n m

מימוש דו-מימדי שלROM נניח כתובת של n+m סיביות מימוש עם BUS יחיד כולל 2m+n חיבורים ל-BUS עומס גדול מידי על שערי 3state מפצלים ל-2m buses, לכל bus מחוברים 2n תאי זיכרון כל ה-buses מחוברים ל-bus יציאה אחד מימוש דו-ממדי מאפשר קריאת כתובות זיכרון עוקבות במהירות רבה, כאשר משנים רק את m סיביות הכתובת של bus היציאה אפשרי גם מימוש עם בוררים (לעתים הוא יעיל יותר, נראה כזה בהמשך)

Read Only Memory (ROM)  רכיב הזכרון מכיל את פונקצית הראשוניות של מספרים בני 6 סיביות: בכתובת – מספר ביציאה – חיווי האם המספר ראשוני יש 26=64 כתובות בזכרון. למשל, 11 מיוצג ע"י 001011: שלוש הסיביות השמאליות (001) מצביעות על שורה 1, ושלוש הסיביות הבאות (011) בוחרות את עמודה 3. המספר 6 (000110) נמצא בשורה 0, עמודה 6.

Read Only Memory (ROM) רכיבי ROM מחולקים לשלוש מחלקות, בהתאם לאופן בו המידע מתוכנת אליהם: ROM - מיוצר עם תוכן מקודד שאינו ניתן לשינוי. Programmable ROM (PROM) – ניתנים לתכנות חד-פעמי ע"י המשתמש. בטכנולוגיה הנפוצה כיום, אותות התכנות "שורפים" חיבורים ברכיב, ולכן התכנות הוא חד פעמי ובלתי הפיך. Erasable PROM (EPROM) – ניתנים להחזרה למצבם המקורי על ידי חשיפה לאור אולטרה-סגול או על ידי חיבור למתח חשמלי גבוה, ואז לתכנות מחדש. תהליכי הכתיבה והמחיקה של PROM ו- EPROM הם בסדרי גודל יותר איטיים מאשר תהליך הקריאה, ואינם מיועדים לשימוש שוטף. בדרך כלל, רכיב כזה משמש כ- ROM לכל דבר. לעיתים משתמשים ברכיבי EPROM (או רכיבים דומים, הקרויים Flash Memory) לאחסון תכנה ונתונים הניתנים לעדכון והחלפת גרסה אחת למספר חודשים.

Random Access Memory (RAM) תא זכרון בסיסי: מאפשר קריאת תוכנו בכל זמן מאפשר כתיבה כאשר WE=1 הערך על Data In נכתב לתוך התא והופך להיות תוכנו מאותו זמן

RAM חד-מימדי (דלת אחת, single port) אותה כתובת לכתיבה וקריאה אפשרי גם עם buses

RAM חד-מימדי (dual port: read, write) What happens when: Different Read and write address ? Same read and write address ?

RAM חד-מימדי: שיפורים על ידי הוספת בורר נוסף ביציאה, ניתן לבצע פעולת כתיבה ושתי פעולות קריאה בו זמנית. על ידי שימוש ב- n עותקים של הזיכרון והבוררים ביציאה ניתן לבנות זיכרון למילים בנות n סיביות (אין צורך לשכפל את המפענח בכניסה). לצורך בניית זיכרונות גדולים משתמשים בד"כ בטכנולוגיות אחרות (למשל במערכי קבלים של זיכרונות DRAM שהמטען בהם מייצג סיביות של מידע).

מימוש דו-ממדי של RAM

מימוש דו-ממדי של RAM במערך מטריצה של קווי בקרה: 2n עמודות בכל תא יש שער AND המשלב את קווי הבקרה של השורה והעמודה ויוצר select לתא שני המפענחים + הלוגיקה אותה הם מזינים מממשים בורר (MUX) ניתן לממש גם עם buses, אבל אז בכל תא יש שער AND גדול יותר. בדרך כלל שני קווי בקרה ושער AND קטן תופסים פחות מקום מאשר m או n קווים ושער גדול...

גילוי תקלות בזכרונות שיטת הסריקה איננה מתאימה לזיכרונות. שיטה אפשרית אחרת היא לכתוב לכל תא בזיכרון, לקרוא אותו, ולהשוות את מה שנכתב למה שנקרא. יש צורך לחזור על כך עם תוכן שונה בכל פעם, בכדי לבדוק תקלות שונות התלויות בתוכן הנכתב. זהו תהליך ארוך ויקר. במקום זאת משתמשים במכונות מצבים המייצרות תוכן אקראי לכאורה, כותבות לזיכרון וקוראות בחזרה. משתמשים בקודים לגילוי שגיאות, הפוטרים את מכונת המצבים מלזכור מה נרשם לתוך הזיכרון המכונה יכולה לחשב האם הייתה שגיאה (כלומר תקלה) על פי התוכן הנקרא.  

גילוי תקלות בזכרונות (המשך) גילוי תקלות בזכרונות (המשך) מכונות אלו בנויות יחד עם הזיכרון והפעלתן איננה דורשת מכשיר בדיקה חיצוני. שיטה זו קרויה Test (BIST) Built In Self ניתן להוסיף לכל זיכרון כמות קטנה של זיכרון רזרבי: המכונה לגילוי התקלות יכולה לתכנת את הזיכרון כך שאזור זיכרון שיש בו תקלה יוחלף בזיכרון רזרבי. שיטה זו קרויה Built In Self Repair (BISR) והיא נפוצה מאוד במוצרי זיכרון שונים.