Pamięci półprzewodnikowe
Pamięć półprzewodnikowa to rodzaj pamięci będącej cyfrowym układem scalonym i przechowującej informacje w postaci binarnej. Zaliczamy do niej m.in. pamięć RAM i ROM. Pamięci te są jednymi z podstawowych stosowanych w komputerach PC.
Punktem pamięci półprzewodnikowej statycznej jest przerzutnik SR, zbudowany w oparciu o technologię bipolarną lub unipolarną. Zasada działania takiej pamięci polega na podaniu sygnału jedynki logicznej na odpowiednią linię słowa zapisu (lub odczytu) oraz sygnału "1" lub "0" na linię bitu zapisywanego (odczytywanego). W odróżnieniu od pamięci statycznej, pamięć dynamiczna wymaga dodatkowego działania, jakim jest odświeżanie.
Pamięć ROM
Pamięć ROM jest produkowana w formie specjalizowanych układów scalonych. Zawartość komórek jest ustalana już w czasie produkcji przez zastosowanie odpowiedniej struktury logicznej. Raz wyprodukowana, pamięć ROM nie może już zmienić swojej zawartości - w przypadku błędów w zapisanych danych nie ma możliwości ich poprawienia, całą pamięć trzeba wyprodukować od nowa, co jest dosyć kosztownym przedsięwzięciem. Wynika z tego również fakt, iż pamięć ROM nie może być, z uwagi na koszt produkcji, stosowana w urządzeniach jednostkowych czy eksperymentalnych. Jednakże, gdy zawartość pamięci jest bez błędów, to układy raz zaprojektowane można produkować w dużych ilościach po bardzo niskich kosztach - przykładami pamięci ROM są generatory znaków (w ROM zapamiętane są kształty liter wyświetlanych na wyświetlaczu) dla urządzeń cyfrowych, pozytywki odtwarzające melodie czy piosenki, gry elektroniczne (np. popularne Game Boy, Nintendo, Sega) itp. Pamięci ROM są bardzo pewne w działaniu i rzadko ulegają awariom.
Budową pamięć ROM przypomina budowę pamięci statycznej. Adres komórki jest przekazywany do dekodera wierszy i kolumn. Dekoder wierszy uaktywnia jedną z linii WL (ang. word line - linia słowa). W komórkach przechowujących stan logiczny 1 linia WL połączona jest diodą lub tranzystorem z linią BL (ang. bit line). W komórkach przechowujących stan 0 jest brak takiego połączenia. Dioda lub tranzystor zaczyna przewodzić prąd, co powoduje odpowiednią zmianę napięcia na linii BL. Linie BL biegną do wzmacniaczy bitów, które z kolei sterowane są przez dekoder kolumn. Stan wybranej linii BL jest przekazywany na magistralę danych pamięci ROM.
Schemat obok przedstawia jeden ze sposobów realizacji cyfrowego układu sekwencyjnego, poprzez odpowiednie zaprogramowanie komórek pamięci. Rozwiązanie to jest alternatywą dla realizacji bramkowej.
Komórki pamięci ROM adresowane są ciągiem czterech bitów (A3 A2 A1 A0). Wybór odpowiedniego adresu następuje dwiema drogami: przez pętlę sprzężenia zwrotnego, realizowaną na przerzutnikach typu D, oraz wyjście multipleksera, którego stan jest jednym z sygnałów sterujących (W1, W2 lub 0) multiplekser.
To, który sygnał sterujący zostanie przekazany do adresu A0 pamięci, zależy z kolei od zaadresowania multipleksera tą samą pętlą sprzężenia.
Pozostałe bity wyjściowe (X, Y, W, Z) służą do sterowania działaniem zewnętrznych układów.
Rodzaje pamięci ROM:
-MROM(ang.mascable ROM) - pamięci, których zawartość jest ustalana w procesie produkcji (przez wykonanie odpowiednich masek - stąd nazwa) i nie może być zmieniana. Przy założeniu realizacji długich serii produkcyjnych jest to najtańszy rodzaj pamięci ROM.
-PROM(ang.programmable ROM) - pamięć jednokrotnie programowalna. Oznacza to, że użytkownik może sam wprowadzić zawartość tej pamięci, jednakże potem nie można jej już zmieniać. Cecha ta wynika z faktu, że programowanie tej pamięci polega na nieodwracalnym niszczeniu niektórych połączeń wewnątrz niej. Obecnie ten typ pamięci nie jest już używany.
-EPROM(ang.erasable programmable ROM) - pamięć wielokrotnie programowalna, przy czym
kasowanie poprzedniej zawartości tej pamięci odbywa się drogą naświetlania promieniami UV. Programowanie i kasowanie zawartości tej pamięci odbywa się poza systemem w urządzeniach
zwanych odpowiednio kasownikami i programatorami pamięci. Pamięć ta wychodzi już z użycia.
-EEPROM(ang.electrically erasable programmable ROM) - pamięć kasowana i programowana na drodze czysto elektrycznej. Istnieje możliwość wprowadzenia zawartości tego
typu pamięci bez wymontowywania jej z systemu (jeżeli oczywiście
jego projektant przewidział taką opcje) choć czas zapisu informacji
jest nieporównywalnie dłuższy niż czas zapisu do pamięci RAM. Wykonywana w różnych postaciach (np. jako FLASH), różniących się sposobem organizacji kasowania i zapisu.
Pamięć RAM
RAM (ang. Random Access Memory – pamięć o dostępie swobodnym) – podstawowy rodzaj pamięci cyfrowej. Choć nazwa sugeruje, że oznacza to każdą pamięć o bezpośrednim dostępie do dowolnej komórki pamięci (w przeciwieństwie do pamięci o dostępie sekwencyjnym, np. rejestrów przesuwnych), ze względów historycznych określa ona tylko te rodzaje pamięci o bezpośrednim dostępie, w których możliwy jest wielokrotny i łatwy zapis, a wyklucza pamięci ROM (tylko do odczytu) i EEPROM których zapis trwa znacznie dłużej niż odczyt, pomimo iż w ich przypadku również występuje swobodny dostęp do zawartości.
W pamięci RAM przechowywane są aktualnie wykonywane programy i dane dla tych programów oraz wyniki ich pracy. W temperaturze pokojowej zawartość większości pamięci RAM jest tracona w czasie mniejszym niż sekunda po zaniku napięcia zasilania, niektóre typy wymagają także odświeżania, dlatego wyniki pracy programów, wymagające trwałego przechowania, muszą być zapisane na innym nośniku danych.
Pamięci RAM dzieli się na pamięci statyczne (ang. Static RAM, w skrócie SRAM) oraz pamięci dynamiczne (ang. Dynamic RAM, w skrócie DRAM). Pamięci statyczne są szybsze od pamięci dynamicznych, które wymagają ponadto częstego odświeżania, bez którego szybko tracą swoją zawartość. Pomimo swoich zalet są one jednak dużo droższe; używane są w układach, gdzie wymagana jest duża szybkość (np. pamięć podręczna procesora lub ilość pamięci jest niewielka, że nie opłaca się konstruować układu odświeżania (np. proste mikrokontrolery). W komputerach wymagających dużej ilości pamięci jako pamięć operacyjną używa się pamięci DRAM.
Pamięć RAM jest stosowana głównie jako pamięć operacyjna komputera, jako pamięć niektórych komponentów (procesorów specjalizowanych) komputera (np. kart graficznych, dźwiękowych, itp.), jako pamięć danych sterowników mikroprocesorowych.
Informacje przechowywane są w pamięci DRAM pod postacią ładunku zgromadzonego przez kondensator.
• Kondensator naładowany – „1”
• Kondensator rozładowany – „0”
Komórka(bit) pamięci DRAM to zaledwie jeden tranzystor i dwa kondensatory.
Z warunku niepowtarzalności adresu wynika minimalna ilość linii szyny adresowej:
Przy m - bitowej szynie danych mamy do dyspozycji 2m rożnych adresów.
N=2m
M = n * 2m
gdzie:
m – szerokość magistrali
N – ilość słów
n – długość słowa
M – Pojemność pamięci
Organizacja:
Pamięci na obu rysunkach mają tą samą pojemność (32b). Różnią się natomiast organizacją.
- Pamięć z rysunku a) ma organizację bitową. Możemy o niej powiedzieć, że jest to pamięć 32 x 1b
.
- Pamięć z rysunku b) ma organizacje bajtową, czyli jest to pamięć 4 x 8b (lub inaczej 4 x 1B).
BawariaE36JakLaleczka