Pamięci półprzewodnikowe
Pamięci 2/38 Klasyfikacja pamięci półprzewodnikowych Parametry układów pamięci Przegląd wybranych typów pamięci Mapa pamięci operacyjnej Zależności czasowe
pamięci buforujące informację Wykorzystanie pamięci półprzewodnikowych: pamięci konfiguracji dyski półprzewodnikowe timery RTC dekodery adresów ukł.obsługiPAO kontrolery przerwań pamięci zewn. procesor pamięć programu (ROM) pamięć danych (RAM) urz. opera- torskie urz. komuni-kacyjne urz. obiek- towe pamięć operacyjna pamięć obrazu pamięci buforujące informację
Pamięci - klasyfikacje 4/38 pamięci nie tracące informacji przy zaniku zasilania Pamięci półprzewodnikowe 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
Pamięci - technologie 5/38 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 - ROM 6/38 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 7/38 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 8/38 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 - EPROM 9/38 Przykładowe pamięci EPROM:
Pamięci - NVRAM 10/38 Przykład struktury blokowej NVRAM:
Pamięci - NVRAM 11/38 Zasada pracy NVRAM: praca wewnętrznego kondensatora
Pamięci - FLASH 12/38 struktura tranzystora pamiętającego:
Pamięci - FLASH 13/38 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 14/38 Rodzaje pamięci FLASH: 3. Boot-block flash - charakterystyczny pin RP - Reset-Powerdown, wył. układ pamięci ISB 0,05A; 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;
Rodzaje pamięci boot-block FLASH: Pamięci - FLASH 15/38 Rodzaje pamięci boot-block FLASH: Układ bloków zależny od docelowego procesora: 8kB Boot Block 4kB Param. Block 112kB Main Block 1FFFF 00000 układ dedykowany dla systemów z 8xx86 112kB Main Block 4kB Param. Block 4kB param. Block 8kB Boot Block 1FFFF 00000 układ dedykowany np. dla systemów MCS51, MCS96, MC68xx, Z80, Z8000
struktura zmodyfikowana Pamięci - FRAM 16/38 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 17/38 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 18/38 Pamięci półprzewodnikowe 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 19/38 Struktura pamięci:
Pamięci - zero-power RAM 20/38 MRAM - pamięci magnetorezystywne, dwie mikroskopijnej grubości wartstwy magnetyczne oddzielone dielektrykiem
Pamięci - zero-power RAM 21/38 OUM (Ovonic Unified Memory) - zastosowanie materiałów jak do produkcji dysków CD-RW, ale zapis i odczyt na drodze elektrycznej
Pamięci - zero-power RAM 22/38 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 - klasyfikacje 23/38 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 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
Budowa pojedynczego bitu SRAM: Pamięci - SRAM 24/38 Budowa pojedynczego bitu SRAM: wzm. odczytu linia wyboru słowa +U techn. bipolarna linia wyboru słowa wzm. odczytu Udd Uss=0 techn. unipolarna
Pamięci - SRAM 25/38 Przykłady pamięci SRAM:
upływność nieidealnego kondensatora Pamięci - DRAM 26/38 Budowa pojedynczego bitu DRAM: Uss=0 linia wyboru słowa wzm. odczytu upływność nieidealnego kondensatora
Pamięci - DRAM 27/38 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
Najważniejsze cykle pracy: Pamięci - DRAM 28/38 Najważniejsze cykle pracy: A8..A15 A0..A7 odczyt ADR RAS CAS DATA tACAS tARAS Dout WE = 1 A8..A15 A0..A7 zapis ADR RAS CAS WE DATA Din
Pamięci - DRAM 29/38 modyfikacja odczyt strony A8..A15 A0..A7 ADR RAS CAS WE Dout Din odczyt strony Dout A8..A15 A0..A7 ADR RAS CAS DATA WE = 1
podst. cykl odświeżania Pamięci - DRAM 30/38 podst. cykl odświeżania adres wiersza ADR RAS WE = 1 CAS = 1 ADR RAS CAS DATA ukryty cykl odświeżania A8..A15REF A8..A15 A0..A7 Dout WE = 1
Pamięci - DRAM 31/38 Najważniejsze metody odświeżania DRAM 1. Odświeżanie grupowe (burst refresh) - np. co 2ms zawiesza się pracę mikroprocesora i generuje komplet adresów wierszy potrzebnych do pełnego odświeżenia bloku pamięci. 2. Odświeżanie przez wykradanie cykli (cycle steal) - generacja kolejnych adresów odświeżania odbywa się w “wolnych” chwilach cyklu maszynowego mikroprocesora (np. cykl M1 w Z80), ale w stanach, w których mikroprocesor nie pobiera kodów rozkazów (aktywne BUSRQ, WAIT, RESET) odświeżanie to zanika i trzeba je realizować inaczej. UWAGA: Nowocześniejsze pamięci DRAM mają wbudowany mechanizm odświeżania.
Pamięci - DRAM 32/38 Struktura blokowa pamięci 4Mx1b Siemensa z wbudowanym odświeżaniem:
Przykład prostego układu sterowania pamięcią DRAM: A7..A13 A0..A6 MPX DRAM A0 A6 CAS RAS ADR0 . ADR6 MREQ RFSH 50ns specjalizowane kości obsługujące DRAM: 3242, 8202 (IBM PC)
Pamięci - DRAM 34/38 Przykłady klasycznych pamięci DRAM:
Pamięci - DRAM 35/38 FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM) - zorientowane na potrzeby 486, częstotliwość magistrali do 66MHz, typowe cykle oczekiwania 5-3-3-3. EDO DRAM (Extended Data Out DRAM) - zwiększona szybkość dzięki możliwości podawania następnego adresu dostępu jeszcze podczas poprzedniego odczytu, częstotliwość magistrali do 50MHz, typowe cykle oczekiwania 5-2-2-2. BEDO DRAM (Burst EDO DRAM) - szybka, częstotliwość magistrali do 100MHz, wymaga specjalnego chipsetu, rzadko spotykana, typowe cykle oczekiwania 5-1-1-1. SDRAM (Synchronous DRAM) - czas dostępu rzędu 10ns, częstotliwość magistrali 100MHz i więcej (6ns przy 143MHz), typowe cykle oczekiwania 5-1-1- 1, umożliwiają dostęp do dwóch jednocześnie otwartych stron, wbudowane samoodświeżanie.
Pamięci - DRAM 36/38 DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) - przesyłanie danych na obu zboczach sygnału taktującego - zdwojenie szybkości odczytu bloków danych. ESDRAM (Enhanced SDRAM) - wewnętrzne bufory SRAM podwajające wydajność pamięci, wzrost szybkości komputera o 10-25%. DRDRAM (Direct Rambus DRAM) - specjalne szybkie magistrale z modułami DRDRAM o częstotliwościach do 400MHz i transmisją na obu zboczach sygnału taktującego, transmisja 1,6-2,4GB/s, nietypowe rozwiązania el-mech. SLDRAM (Synchronous Link DRAM) - rozwinięcie SDRAM, transmisja do 3,2GB/s, przy zachowaniu dotychczasowych rozwiązań el-mech. SGRAM (Synchronous Graphic RAM) - szybka (100MHz), jednoportowa pamięć do kart graficznych. VRAM (Video RAM) - szybka, dwuportowa (we/wy) pamięć do kart graficznych.
Pamięci - parametry charakterystyczne 37/38 Parametry charakterystyczne układów pamięci półprzewodnikowej: organizacja (bitowa, k-bitowa, bajtowa); pojemność (ilość bitów informacji pamiętanych w układzie); parametry zasilania (napięcie pracy / podtrzymania, prąd pracy / spoczynkowy / prąd podtrzymania); ulotność informacji; obciążalność wyjść danych; parametry czasowe (czas dostępu, czas cyklu, szybkość transmisji).
Pamięci - parametry charakterystyczne 38/38 Porównanie wybranych technologii pamięci półprzewodnikowych