Pao

Podstawy Technologii Komputerowych dr inż. Krzysztof MURAWSKI mgr inż. Józef TURCZYN Tel.: 6837752, E-mail: [email protected] 1

Układy pamięciowe statyczne i dynamiczne

2 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Rodzaje pamięci

Pamięci półprzewodnikowe magnetyczne magnetooptyczne i optyczne 3 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Podział pamięci półprzewodnikowych >> dokonany pod względem metody kodowania informacji <<

Pamięci półprzewodnikowe

analogowe

cyfrowe

informacja kodowana w postaci słów binarnych

informacja kodowana w postaci poziomów napięcia

4 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Cechy pamięci półprzewodnikowych Wybrane cechy pamięci półprzewodnikowych: ™ pojemność pamięci, wyraż. w bitach lub bajtach; ™ trwałość przechowywania informacji; ™ reakcja na odłączenie źródła zasilania; ™ sposób adresowania komórek pamięci; ™ rodzaj dostępu do przechowywanej informacji; ™ czas dostępu – czas potrzebny do wpisania lub odczytania jednego słowa informacji; ™ czas cyklu – min. przedział czasu pomiędzy dwoma kolejnymi odwołaniami do pamięci. 5 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Pamięci półprzewodnikowe cyfrowe SRAM: ™ SRAM ™ ™ ™ ™

- Static RAM, - Synchronous SRAM, - Asynchronous SRAM; CAM - Contact Addressable Memory; RADHard - Radianion Hardened – accept a higher dose of radiation without failure. UtRAM - Uni-Transistor Random Access Memory; MCP Mem. - Multi Chip Package Memory;

6 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Pamięci półprzewodnikowe cyfrowe DRAM: ™ ™ ™ ™ ™ ™ ™ ™

FPM - Fast Page Mode; EDO - Extended Data Out; BEDO - Burst EDO; SDRAM - Synchronouse DRAM; ESDRAM - Enhanced Synchronous DRAM; RDRAM - Rambus DRAM; SLDRAM - Synchronous – Link DRAM; DDR SDRAM - Double Data Rate SDRAM (Dual Edge Rate). 7 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Pamięci półprzewodnikowe cyfrowe EPROM: ™ ™ ™ ™ ™

MROM OTPROM PROM EPROM EEPROM

- Mask ROM; - One Time Programable PROM. - Programable ROM; - Erasable PROM; - Electrically Erasable PROM; (E2PROM)

8 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Pamięci półprzewodnikowe cyfrowe Inne: ™ ™ ™ ™ ™ ™ ™ ™ ™

SGRAM - Synchronous Graphic RAM; VRAM - Video RAM (Dual Ported); PBRAM - Pipelined Burst RAM; FCRAM - Fast Cycle RAM; FLASH - „pamięć błyskowa”; FRAM - Feroelectric RAM (non-volatile RAM); NVRAM - Non-volatile RAM; NOR RWW FLASH (Intel 1988 rok); NAND RWW FLASH (Samsung 1989 rok). 9 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Dostęp do informacji

Wprowadzanie Wyprowadzanie informacji informacji równoległe równoległe szeregowe równoległe szeregowe szeregowe równoległe szeregowe 10 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Pamięci półprzewodnikowe

Przedmiotem dalszego zainteresowania będą pamięci półprzewodnikowe cyfrowe, a więc takie, które zapamiętują informację w postaci słów binarnych.

11 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Podział pamięci półprzewodnikowych >> dokonany pod względem ulotności informacji <<

Pamięci półprzewodnikowe

Pamięci o dostępie swobodnym.

RAM (ang. Random Access Memory) Możliwe operacje zapisu i odczytu do/z pamięci.

ROM (ang. Read Only Memory) Tylko odczyt pamięci. 12

© K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Podział pamięci RAM

Pamięć RAM

Statyczna (SRAM) Dynamiczna (DRAM) ang. Static RAM

ang. Dynamic RAM

NVRAM ang. NonVolatile RAM 13 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Pamięć SRAM a DRAM Zakładając, że do układu dołączone jest napięcie zasilania: ™ pamięć SRAM – pamięć statyczna RAM – nie traci informacji w funkcji czasu; ™ pamięć DRAM – pamięć dynamiczna RAM – traci informację w funkcji czasu, wymaga odświeżania. Klasyczne pamięci RAM i DRAM tracą informację po odłączeniu napięcia zasilania. 14 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Pamięci półprzewodnikowe

W pamięciach półprzewodnikowych cyfrowych jedna komórka pamiętająca zapamiętuje (na ogół) jeden bit informacji.

15 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Budowa komórki pamięci SRAM Komórka pamięci bipolarnej RAM

LB

VCC = 3.5V

R1

„1” Linia słowa

T2 VEE = 0.5V

R3

Wzmacniacz K u odczytu „1”

przerzutnik SR

R2

T1

R4

LB

LB

Para linii bitu

Linia bitu

Komórka pamięci CMOS/RAM

„0”

T5

„1”

R1

R2

T6

„0”

T1 T2

3V 0.3V

VDD

Linia bitu

Wybór

LB

Para linii bitu

Linia słowa

Wybór kolumny

Brak wyboru Ku

Wzm. zap. © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

D in

Wzm. odczytu

Ku

D out

Ku

D in 16

Budowa komórki pamięci SRAM Para linii bitu VCC = 3.5V

R1

R2

„1”

„0”

T1

T2

przerzutnik SR Wybór 3V

Linia słowa VEE = 0.5V

R3

Wzmacniacz odczytu

LB

Linia bitu

Linia bitu

LB

R4

Ku

0.3V Brak wyboru

OE

„1”

Dout © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Din WE

17

Pamięć SRAM – HM62256B Oznaczenie końcówek: A0 ÷ A14 – l. adresowe; I/O0 ÷ I/O7 – we/wy; CS – wybór układu; WE – zezw. zapisu; OE – zezw. odczytu; NC – niepodłączony; VCC – zasilanie; VSS – masa. 18 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Odczyt informacji z pamięci >> HM62256B <<

19 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Odczyt informacji z pamięci >> HM62256B <<

20 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Zapis informacji do pamięci

21 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Zapis informacji do pamięci

22 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Rozkład wyprowadzeń

23 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Budowa komórki pamięci DRAM CS – kondensator informacyjny, typowo 40•10-15F;

Linia wiersza

CL – pojemność linii bitowej;

CL CS

CL ≈ 10 CS

T

Linia kolumny 2 ( bitu)

Linia kolumny 1 ( bitu)

UDD T1 – WŁ. wzmacniacze

T1 I2

I1 T2

T2 – WŁ. przerzutnik

Fazy pracy kom. pam. DRAM: Φ1 → T1 zwiera I1; I1 pracuje w zakresie liniowym jako wzm. napięciowy Φ2 → wybór linii wiersza; Φ3 → T2 zamyka pętlę „+” sprz. zwrotnego tworząc przerzutnik z I1 i I2. 24

© K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Budowa komórki pamięci DRAM φP

D

VDD

VDD

CP A0 ⎫ M ⎪⎪ An ⎬⎪ RAS ⎪⎭

D

Wstęp. ładow. CP i wyrówn. potencjałów na liniach D i D. Komórka pamiętająca.

CP

2

Reference (Dummy) cell.

WL VDD

(Komórka referencyjna) Q

Q

CM

CR

CM ≈ 40 fF

Δu = 0.1 ÷ 0.2V

= uM

Q

CR

Q

= uR

φP VDD

VDD

CS

DIN

φY I O I O

WE

CS

odczyt

odtwarzanie

WL ładowanie linii

2

SAR

⎧ A0 ⎪ M ⎪ ⎨ ⎪ An ⎪CAS ⎩

φP RAS

φY

CAS

Sense – Amplify – Restore (wzmacniacz zintegrowany z przerzutnikiem) DOUT

φY − yield (odczyt ) φ P − precharge

1 fF = 10−15 F © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

25

Pamięć DRAM – MCM4116B (16Kx1)

26 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Schemat poglądowy

27 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Odczyt informacji z pamięci

28 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Odczyt trybie stronicowym

29 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Zapis informacji do pamięci

30 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Zapis w trybie stronicowym

31 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Jednoczesny zapis i odczyt do/z pamięci

32 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Odświeżanie pamięci typu „tylko RAS”

Adres wiersza

33 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Podział pamięci ROM

Pamięć ROM MROM

PROM

ang. Mask ROM

ang. Programable ROM

OTPROM

EPROM

ang. One Time Programable ROM

ang. Eraseable Programable ROM

EEPROM

FLASH

ang. Electrical Eraseable Programable ROM

„pamięć błyskowa”

34 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Budowa komórki pamięci PROM UCC

UCC Słowo 0

s s s

RC

bit 0

D0 RB

7V

T1 T2 RE

bit 1

T3 RZ

Otwarty kolektor

bit m-1 UCC Słowo N-1

D1

s s s Dm-1

EN

35 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Budowa komórki pamięci EPROM >> struktura FAMOS – Floating Gate Avalanche-injected MOS << Bramka pływająca Bramka sterująca (zagrzebana)

G

D

S

SiO2

G

D

S n+

n+ Obszar implantowany P

podłoże p Dane na rok 1993. Struktura opracowana w firmie Intel, D. Frofman – Bentchkowsky, Bentchkowsky, 1971rok. © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

1μ m 36

Pamięć EPROM – TMS2708 (1Kx8) Oznaczenie końcówek: A0 ÷ A9 – adres; Q1 ÷ Q8 – we/wy; CS(PE) – wybór układu → „0”, zezw. programowania = 12V; VBB – zasilanie (-5V); Program > VCC → programowanie; VCC – zasilanie (+5V); VDD – napięcie program. (+12V); VSS – masa (0V).

37 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Schemat poglądowy

Wg. Wg. HN462532 – 4096 sł słów x 8 bitó bitów, kasowany promieniami UV PROM, http://www.jrok.com http://www.jrok.com//datasheet/HN2532.pdf datasheet/HN2532.pdf © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

38

Odczyt informacji z pamięci

39 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Programowanie pamięci

40 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Obudowa pamięci EPROM

41 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Pamięci półprzewodnikowe Zainteresowanych odsyłamy na strony następujących producentów: Atmel: www.atmel.com/products/product_selector.asp Catalyst Semic., INC: www.catsemi.com/datasheets/memory.html Cypress: www.in-system.com/support/how_to_buy.cfm Dallas-Maxim Semiconductor: www.maxim-ic.com/Memory.cfm Freescale Semiconductor: www.freescale.com/webapp/sps/site/homepage.jsp?nodeId=015424 Intersil: www.intersil.com/product_tree/product_tree.asp?x=10762 PMC: www.pmcflash.com/products/standard.cfm Samsung: www.samsung.com/Products/Semiconductor/ Toshiba:www.toshiba.com/taec/cgi-bin/display.cgi?table=Family&FamilyID=7

42 © K. MURAWSKI, J. TURCZYN