Pamięci półprzewodnikowe

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

1 Pamięci półprzewodnikowe

2 Pamięci /38 Klasyfikacja pamięci półprzewodnikowych Parametry układów pamięci Przegląd wybranych typów pamięci Mapa pamięci operacyjnej Zależności czasowe

3 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

4 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

5 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

6 Pamięci - ROM /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.

7 Budowa pojedynczego bitu PROM:
Pamięci - PROM /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

8 Budowa pojedynczego bitu EPROM:
Pamięci - EPROM /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

9 Pamięci - EPROM /38 Przykładowe pamięci EPROM:

10 Pamięci - NVRAM /38 Przykład struktury blokowej NVRAM:

11 Pamięci - NVRAM /38 Zasada pracy NVRAM: praca wewnętrznego kondensatora

12 Pamięci - FLASH /38 struktura tranzystora pamiętającego:

13 Pamięci - FLASH /38 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)

14 Pamięci - FLASH /38 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;

15 Rodzaje pamięci boot-block FLASH:
Pamięci - FLASH /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

16 struktura zmodyfikowana
Pamięci - FRAM /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

17 Pamięci - FRAM /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

18 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

19 Pamięci - zero-power RAM 19/38
Struktura pamięci:

20 Pamięci - zero-power RAM 20/38
MRAM - pamięci magnetorezystywne, dwie mikroskopijnej grubości wartstwy magnetyczne oddzielone dielektrykiem

21 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

22 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

23 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

24 Budowa pojedynczego bitu SRAM:
Pamięci - SRAM /38 Budowa pojedynczego bitu SRAM: wzm. odczytu linia wyboru słowa +U techn. bipolarna linia wyboru słowa wzm. odczytu Udd Uss=0 techn. unipolarna

25 Pamięci - SRAM /38 Przykłady pamięci SRAM:

26 upływność nieidealnego kondensatora
Pamięci - DRAM /38 Budowa pojedynczego bitu DRAM: Uss=0 linia wyboru słowa wzm. odczytu upływność nieidealnego kondensatora

27 Pamięci - DRAM /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

28 Najważniejsze cykle pracy:
Pamięci - DRAM /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

29 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

30 podst. cykl odświeżania
Pamięci - DRAM /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

31 Pamięci - DRAM /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.

32 Pamięci - DRAM /38 Struktura blokowa pamięci 4Mx1b Siemensa z wbudowanym odświeżaniem:

33 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)

34 Pamięci - DRAM /38 Przykłady klasycznych pamięci DRAM:

35 Pamięci - DRAM /38 FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM) - zorientowane na potrzeby 486, częstotliwość magistrali do 66MHz, typowe cykle oczekiwania 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 BEDO DRAM (Burst EDO DRAM) - szybka, częstotliwość magistrali do 100MHz, wymaga specjalnego chipsetu, rzadko spotykana, typowe cykle oczekiwania SDRAM (Synchronous DRAM) - czas dostępu rzędu 10ns, częstotliwość magistrali 100MHz i więcej (6ns przy 143MHz), typowe cykle oczekiwania , umożliwiają dostęp do dwóch jednocześnie otwartych stron, wbudowane samoodświeżanie.

36 Pamięci - DRAM /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.

37 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).

38 Pamięci - parametry charakterystyczne 38/38
Porównanie wybranych technologii pamięci półprzewodnikowych