Pamięci półprzewodnikowe

Pamięci 2/26 Klasyfikacja pamięci półprzewodnikowych Przegląd wybranych typów pamięci

Pamięci 3/26 Pamięć – zbiór układów logicznych służących przechowywaniu informacji w postaci binarnej. Bity informacji mogą być zorganizowane w kilku- lub kilkunastobitowe słowa (typowo: tetrady, bajty, słowa 16-bitowe).

Pamięci - klasyfikacje 4/26 pamięci nie tracące informacji przy zaniku zasilania pamięci tracące informację przy zaniku zasilania Pamięci półprzewodnikowe ulotne nieulotne rejestry przesuwające CCD - ze sprzężeniem ładunkowym sekwencyjne statyczne dynamiczne (SRAM) (DRAM) równoległe klasyczne (bipol.,unipol.) (unipol.) szeregowe pseudostatyczne (unipol.) (unipol.) zwykłe

Budowa pojedynczego bitu SRAM: Pamięci - SRAM 5/26 Budowa pojedynczego bitu SRAM: wzm. odczytu linia wyboru słowa +U techn. bipolarna linia wyboru słowa wzm. odczytu Udd Uss=0 techn. unipolarna

Odczyt i zapis pamięci statycznej – typowe przebiegi czasowe Pamięci - SRAM 8/26 Odczyt i zapis pamięci statycznej – typowe przebiegi czasowe odczyt ADR CE R/W D0..D7 zapis ADR CE R/W D0..D7

upływność nieidealnego kondensatora Pamięci - DRAM 7/26 Budowa pojedynczego bitu DRAM: Uss=0 linia wyboru słowa wzm. odczytu upływność nieidealnego kondensatora

Pamięci - DRAM 8/26 Cechy DRAM: zalety wady mały pobór mocy; znaczne szybkości; duże pojemności; małe obudowy. konieczność odświeżania informacji (ładunek w komórce DRAM musi być regenerowany z okresem 2..16ms); multipleksowane linie adresowe; kłopotliwe sterowanie

Pamięci - technologie 9/26 Cechy wynikające z technologii Cechy pamięci bipolarnych: szybsze; większy pobór mocy; mniejsza gęstość upakowania; “droższy” 1 bit. Cechy pamięci unipolarnych: wolniejsze; mniejszy pobór mocy; większa gęstość upakowania; “tańszy” 1 bit

Pamięci - klasyfikacje 10/26 Pamięci półprzewodnikowe ulotne nieulotne rejestry przesuwające CCD - ze sprzężeniem ładunkowym sekwencyjne statyczne dynamiczne (SRAM) (DRAM) równoległe klasyczne (bipol.,unipol.) (unipol.) szeregowe pseudostatyczne (unipol.) (unipol.) zwykłe ROM PROM EPROM (szereg. i równol.) EEPROM (E2PROM) NVRAM (SRAM+EEPROM) FLASH (3 rodzaje) FRAM bi- po-lar-ne uni-po-lar-ne unipolarne

Pamięci - ROM 11/26 Cechy: programowane maską na etapie produkcji; długotrwały i kosztowny cykl wytworzenia; błąd programu skutkuje bezużytecznością całej serii; kosztowny proces uruchomieniowy systemu z pamięcią programu typu ROM; niski koszt jednostkowy pamięci z dopracowanym programem przy seryjnej produkcji.

Budowa pojedynczego bitu PROM: Pamięci - PROM 12/26 Budowa pojedynczego bitu PROM: programowanie bitu: Vcc=12,5V Up=8V linia wyboru słowa Vcc 7V Q0 12,5V „0” - 0V „1” - 8V Ube

Budowa pojedynczego bitu EPROM: Pamięci - EPROM 13/26 Budowa pojedynczego bitu EPROM: BUF. DANYCH WZM. ODCZ/ZAP DEK. KOLUMN D E K. W I E R S Z Y B U F O R A D R E S U WE/CS PROG

Pamięci – EEPROM (E2PROM) 14/26 Właściwości pamięci EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): budowa bazuje na budowie EPROM; dodatkowy tranzystor dla każdego z bitów umożliwia indywidualne kasowanie i reprogramowanie komórek; większa żywotność struktury (liczona w cyklach przeprogramowania); skasowanie i zaprogramowanie jednego bajtu może zajmować do 10ms; dostępne w wersji równoległej – odpowiedniki EPROMów, albo szeregowej (np. z I2C, SPI)- jako pamięć konfiguracji; EEPROMy równoległe mogą mieć funkcję programowania bloków liczących 64B, 128B, 256B: nowa informacja jest najpierw buforowana w dodatkowej wewn. SRAM, a następnie uruchamiane jest jednoczesne programowanie całego bloku komórek EEPROM – przyśpiesza to znacznie programowanie całości;

Pamięci - NVRAM 15/26 Przykład struktury blokowej NVRAM:

Pamięci - FLASH 16/26 struktura tranzystora pamiętającego:

Pamięci - FLASH 17/26 Rodzaje pamięci FLASH: 1. Standardowe - równoważne EEPROMom; o czasach dostępu 70..200ns; Ucc = 5V; Icc  30mA; reprezentanci: 28F256A, 28F512, 28F010, 28F020. 2. Flash file - podzielone wewnętrznie na niezależne bloki o pojemności 64kB; czasy dostępu: 70..200ns; Ucc = 5V lub 3,3V; pojemności np.: 1MB, 4MB, 2Mx16; reprezentanci: 28F008SA, 28F016SA, DD28F032SA)

Pamięci - FLASH 18/26 Rodzaje pamięci FLASH: 3. Boot-block flash - charakterystyczny pin RP - Reset-Powerdown, wył. układ pamięci ISB  0,05A; podział pamięci na 4 bloki funkcjonalne: 8kB Boot Block na program startowy; 2 x 4kB wzajemnie niezależne Parameter Block zastępujące układy NVRAM lub EEPROM jako pamięci konfiguracji; 112kB Main Block - reprogramowalny, przeznaczony dla reszty programu. czasy dostępu 60-150ns; organizacja 8- lub 16-bitowa; Ucc = 5V lub 3,5V;

struktura zmodyfikowana Pamięci - FRAM 19/26 Budowa pojedynczego bitu FRAM: linia wyboru słowa wzm. odczytu +U Uss=0 struktura pierwotna linia wyboru słowa wzm. odczytu +U Uss=0 struktura zmodyfikowana

Pamięci - FRAM 20/26 Dostępne FRAM: z interfejsem szeregowym: I2C (0,4..1MHz), SPI (2,1..5MHz); z interfejsem równoległym Przykłady: 4Mb (256kx16), 55ns, okres przechowywania danych 10lat, żywotność 1014 cykli zapisu, zasilanie 2,7..3,6V, pobór prądu 8mA/90uA

Pamięci - klasyfikacje 21/26 Pamięci półprzewodnikowe ulotne rejestry przesuwające CCD - ze sprzężeniem ładunkowym sekwencyjne statyczne dynamiczne (SRAM) (DRAM) równoległe klasyczne (bipol.,unipol.) (unipol.) szeregowe pseudostatyczne (unipol.) (unipol.) zwykłe nieulotne ROM PROM EPROM (szereg. i równol.) EEPROM (E2PROM) NVRAM (SRAM+EEPROM) FLASH (3 rodzaje) FRAM bi- po-lar-ne uni-po-lar-ne unipolarne zero-power RAM MRAM, OUM, RRAM, polimerowe, nanomechaniczne

Pamięci - zero-power RAM 22/26 Struktura pamięci:

Pamięci - zero-power RAM 23/26 MRAM - pamięci magnetorezystywne, dwie mikroskopijnej grubości wartstwy magnetyczne oddzielone dielektrykiem

Pamięci - zero-power RAM 24/26 OUM (Ovonic Unified Memory) - zastosowanie materiałów jak do produkcji dysków CD-RW, ale zapis i odczyt na drodze elektrycznej

Pamięci - zero-power RAM 25/26 RRAM - pamięć rezystywna, wykorzystuje się materiał zmieniający rezystancję pod wpływem pola elektrycznego polimerowe - wykorzystanie zmian struktury jonowej wewnątrz polimeru pod wpływem pole elektrycznego, możliwe b. duże gęstości upakowania (także warstwowo), tranzystory wymagane jedynie w układach obsługujących strukturę nanomechaniczna - np. millipede IBMa

Pamięci - parametry charakterystyczne 26/26 Porównanie wybranych technologii pamięci półprzewodnikowych