Pamięci półprzewodnikowe

Prezentacja na temat: "Pamięci półprzewodnikowe"— Zapis prezentacji:

1 Pamięci półprzewodnikowe

2 Pamięci /26 Klasyfikacja pamięci półprzewodnikowych Przegląd wybranych typów pamięci

3 Pamięci /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).

4 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

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

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

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

8 Pamięci - DRAM /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

9 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

10 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

11 Pamięci - ROM /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.

12 Budowa pojedynczego bitu PROM:
Pamięci - PROM /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

13 Budowa pojedynczego bitu EPROM:
Pamięci - EPROM /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

14 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;

15 Pamięci - NVRAM /26 Przykład struktury blokowej NVRAM:

16 Pamięci - FLASH /26 struktura tranzystora pamiętającego:

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

18 Pamięci - FLASH /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 ns; organizacja 8- lub 16-bitowa; Ucc = 5V lub 3,5V;

19 struktura zmodyfikowana
Pamięci - FRAM /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

20 Pamięci - FRAM /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

21 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

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

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

24 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

25 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

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