II. Polovodičové pamäte ROM, RAM & pamäťové LO

04.10.2007 17:51 | Ripxter

Takže máme tu ďalší diel o pamätiach. V minulom diely sme si povedali zakladné veci o tom ako sa rozdelujú a popísali sme si bipolárne a unipolárne pamäte. Dnes si povieme niečo o pamätiach typu ROM, RAM a pamäťových logických obvodoch. Bez zbytočných obkecávačiek ideme nato :)

Pamäť ROM – Maskovo-programovateľné ROM sú pamäte iba na čítanie. Obsah tohto typu pamäte závisí od takzvanej masky určenej vo výrobnom procese, preto musí užívatel výrobcu oboznámiť s obsahom pred výrobou. Hovoríme o takzvanom programovaní pomocou masky.

Pamäť PROM – Programovateľné ROM. Základom tejto pamäte je úplná diódová alebo tranzistorová matica, ktorá sa programuje elektricky až po ukončení výroby.Používatel môže obsah zapisovať pomocou špeciálneho zariadenia,ktoré sa nazýva programátor, ale môže to naprogramovať len raz. Po zápise sa obsah nedá zmeniť. Zápis sa realizuje pomocou pretavenia tavnej poistky.

Pamäť EPROM – Mazateľné ROM. Programovanie sa zabezpečuje nabíjaním takzvaným lavínovým efektom ( relatívne vysoké napätie spôsobí nabitie). Mazanie sa realizuje pomocou UV žiarenia pôsobením na všetky bunky naraz. Trvá asi ½ hodiny. Čas pamätania je približne 10 až 20 rokov.

Pamäť EEPROM – Elektricky mazatelné ROM. Programovanie sa zabezpečuje privedením elektrického náboja do pamäte s elektrickým nábojom, ktorá sa následne izoluje od okolia, čím sa zabezpečí dlhodobé pamätanie informácie. Mazanie sa realizuje privedením opačného náboja na všetky bunky a trvá len niekolko ms. Čas pamätania je približne 10 až 20 rokov.

Pamäte RWM alebo inak povedané RAM
Pamäť RWM sú dnes bežne označované ako RAM, čo je pamäť na čítanie a zápis. Tiež sa používa na uchovávanie informácií meniacich sa v čase. Typický príklad je operačná pamäť.
Rozdelujú sa podľa:

1.Technológie výroby na bipolárne a unipolárne

2.Podla toho, či sú energeticky závislé alebo nezávislé –
a:Nezávislé – NVRAM, sú napríklad Feromagnetické FRAM, Magnetické MRAM alebo so zmenou fázy PCRAM (na prinípe fázového prechodu. Tieto pamäte nestrácajú informáciu po odpojení napájacieho napätia a sú vo vývoji. Zatial ich používa hlavne armáda).

b:Závislé – delia sa na statické SRAM a dynamické DRAM

SRAM – uchováva údaje v registroch, pozostávajúcich z klopných obvodov. Elektrické napájanie musí byť trvalé a tým, že sú statické nepotrebujú obnovovať údaje v registroch. SRAM potrebuje na vytvorenie jednej pamäťovej bunky 6 tranzistorov typu mosfet, čo znamená, že cena je vyššia a pamäťová hustota je nižšia. Sú vhodné na použitie ako pamäť zálohovaná batériou.

DRAM – dynamická ram, je pamäť, ktorá uchováva údaje na kondenzátore ako elektrický náboj. Náboj sa pomaly vybíja, preto treba pamäť pravidelne obnovovať. Majú väčšiu hustotu integrácie až 6 násobne väčšiu, lebo stačí jeden tranzistor. Tým majú aj menšiu cenu pri rovnakých kapacitách.

V praxi boli bežné pamäte DRAM vymenené pamätami SDRAM a DDRAM.
SDRAM – Synchronous dynamic ram, je druh pamäte, kde prenosu údajov predchádza zápis adresy. Samotný prenos údajov je riadený hodinovým signálom. Tým je umožnený zápis a čítanie v blokoch tzn., že sa zapisujú celé bloky naraz. Znižuje sa prístupový čas.
DDRAM- double data rate, sa odlišuje od SDRAM prenosom dát aj počas nábežnej, ale aj počas dobežnej hrany hodinového signálu. Dnes sa už bežne používaju moduly DDR2 ram a Intel má už aj DDR3 Ram.

Pamäťové Logické obvody
Sú to elektronické obvody, ktorých výstupné signály sa skokovo menia, pričom sa súčastne vkonáva logická operácia. Aby sa odstránil vplyv vstupných signálov, počas zmeny stavu preklápacieho obvodu, tak sa v praxi zapájajú dva obvody v sérii = dvojstupnový preklápací obvod. V tomto prípade prvý je Master a druhý je Slave. Stav hlavného preklápacieho obvodu sa prenesie na pomocný preklápací obvod a po skončení hodinového impulzu sa už nedá meniť stav hlavného obvodu, privedením signálu na jeho vstupy.
Takže, na začiatok si vysvetlíme skratky, ktoré budú pouzívané v schémach.
X1;X2 v našom prípade to budú písmena typu obvodu napríklad RS alebo JK. Sú to vstupné veličiny alebo informačné veličiny.
C je vstupná logická premenná, riadiaci impulz=taktovací impulz alebo synchronizačný impulz.
Q;Q negované, sú výstupné logické premenné (komplementárny výstup Q+Q negované), to znamená, že v skutočnosti je tam jeden výstup pre logickú premennú, ale je robený dvoma vedeniami.

Asynchrónny RS obvod:
Najjednoduchší klopný obvod vytvoríme pomocou dvoch invertorov ku ktorým pripojíme dva vstupy. Lenže keď chceme do pamäťovej bunky zapisovať t.j. nadstavovať výstup Q na hodnotu 0 nebo 1, musíme použiť namiesto dvoch invertorov dvojstupňové hradlá NAND a prepojiť ich dokopy s dvoma invertormi. Tak dostaneme asynchrónny RS obvod.

Synchrónny RS obvod:
V sekvenčnom logickom systéme je potreba, aby sa nadstavovanie alebo nulovanie klopných obvodov vykonávalo synchrónne s hodinovými impulzami. To spravíme tak, že namiesto dvoch invertorov použijeme hradla NAND, ktoré otvárame hodinovými impulzami. Tak nám vznikne synchrónny RS obvod.

Pravdivostná tabulka je taká istá, ale za predpokladu, že C=1. Ak C= 0 a RS menia hodnoty, tak výstup zostáva bezozmeny. Nedefinovaný stav RS obvodu je odstránený zavedením ďalšej spätnej väzby do obvodu a tým pádom dostávame ďalší typ obvodu a to JK.

JK obvod:
Ako sme sa už dozvedeli vznikol po odstránení nedefinovaného stavu v RS obvode, pridaním ďalšej spätnej väzby.

Pravdivostná tabulka platí len vtedy, ak sa C=1. Ak C=0, výstup zostáva bezozmeny.

D obvod:
Vznikne z obvodu JK tak, že medzi vstupy J a K vložíme invertor.

Pravdivostná tabulka opäť platí len ak C=1. V prípade ak zostrojíme obvod pomocou obvodu R-S (v tom prípade hovoríme o jednoduchom alebo jednočinnom klopnom obvode), tak tento obvod mení svoj stav pri nábežnej hrane hodinového impulsu a v prípade, že D obvod sestavíme z obvodu JK typu master - slave, mení sa stav s dobežnou hranou hodinového impulsu. Tieto obvody môžu slúžiť ako pamäte binárnej informácie, ktorá sa vybavuje hodinovým impulzom k ďalšiemu spracovaniu.

T obvod:

Opäť pracuje len ked C=1. Ak je na vstupe T 1, obvod sa preklopí. Ak T=0, obvod zostáva bezozmeny. Mení svoj stav pri každom hodinovom impulze.

Pri aplikáciách sú dôležité práve tieto typy klopných obvodov: klopný obvod R-S, klopný obvod J-K, D a T. Obvody typu J-K a D sú vyrábané v integrovanej forme v rôznych stupňoch integrácie, obvod typu R-S je možné zostrojiť pomocou hradiel NAND alebo použiť namiesto neho obvod J-K. Klopne obvody mávajú okrem synchrónnych vstupov dát ešte tzv. priame alebo asynchrónne vstupy, ktorými sa dajú nadstavovať výstupy klopného obvodu do stavu Q = 1 alebo Q = 0 v dobe medzi dvoma hodinovými impulzami.