Čas 4
MEMORIJE – (2.deo)
1
ROM
MEMORIJE
2
• Tokom vremena nastojalo se da se naprave
memorije koje rade brzo kao operativne, ali da
trajno čuvaju informacije koje nije potrebno menjati
• Rezultat tih nastojanja je specijalna memorija u
koju se jednom unose informacije, a zatim trajno
koriste. Kako su takve memorije u toku rada
omogućavale pristup jedino za čitanje, dobile su
naziv ROM (Read Only Memory) - ili memorija
samo za čitanje
• Za ROM nije potrebno napajanje za čuvanje
sadržaja pa su to non-volatile memorije
3
D0
A0
A1
n adresnih
ulaza
D1
m izlaznih
podataka
ROM
2n x m
An-1
Dm1
• ROM memorija se pravi kao IC, integrisano kolo koje ima
n
ulaza i m izlaza
• Kapacitet ovakvog ROM čipa je 2n x m (ili 2n reči od po m
bitova)
• ROM memorija je čip dekoderski čip
• Najpoznatija ROM memorija računara je BIOS
4
• Osnovna podela ROM memorija:
a) Mask ROM
b) PROM (Programmable ROM)
c) EPROM (Erasable Programmable ROM)
d) EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM)
e) FLEŠ (Flash memory)
• Postoji nekoliko varijanti ROM memorija čiji se sadržaj
može promeniti pod određenim uslovima
• ROM memorije se razlikuju prema načinu prethodnog
upisa sadržaja i prema načinu brisanja podataka iz njih
5
Tip memorije
Kategorija
Način brisanja
Način upisa
Mask ROM
Read-only
Nije moguće
Utiskivanje u silicijum
PROM
Read-only
Nije moguće
Elektronskim putem
EPROM
Read-mostly
UV svetlo
Elektronskim putem
EEPROM
Read-mostly
Elektronsko, na
nivou bajta
Elektronskim putem
Flash
Read-mostly
Elektronsko, na
nivou bloka
Elektronskim putem
*Read-mostly označava „memoriju koja uglavnom služi za čitanje“
6
• To je tip ROM memorija sa fiksnim sadržajem
• Logička ILI kola u integrisanim ROM memorijama su se
realizovala kao diodna ILI kola
MaskROM kao binarni pretvarač
binarnog u Grejov kod
• Ako je A2A1A0=000 tada je samo adresna linija W0=1 a sve osatale su
na vrednosti 0; tada su izlazi D2D1D0=000
• Ako je A2A1A0=111 tada je samo adresna linija W7=111 i tada su izlazi
D2D1D0=100
• Priključivanje diode između adresne linije i linije podatka ekvivalentno je
spajanju adresne linije na ulaz ILI kola
• Ova memorija, programirana da radi kao konvertor binarnog u Grejov
kod, danas se skoro ne koristi!!!
• Programiranje Mask ROM memorije se vrši tokom izrade integrisanog
kola
• Korisnik od proizvođača naruči sadržaj memorije, proizvođač na osnovu
zahtevanog sadržaja formira masku za izradu iintegrisanog kola sa
priključenim diodama (ili NMOS tranzistorima) na mestu gde sadržaj
treba da bude 1, odnosno 0
8
• Umesto diodnih ILI kola, mogu se koristiti MOSFET tranzistori
(NMOS) u NILI (NOR) logici
• Izrada posebne maske za svaki različiti sadržaj ROM memorije je
veoma skup proces tako da se Mask-ROM koristi tamo gde su
potrebe za memorijom sa istim sadržajem najmanje nekoliko
hiljada komada
SEGA 8MB
MaskROM
TC531024P-15
MaskROM
9
• Za digitalne uređaje gde nisu potrebne velike serije ROM
memorija sa jednakim sadržajem koriste se PROM memorije
• PROM se sastoje od diodne matrice; proizvode sa svim
ugrađenim matričnim diodama redno povezanim sa topljivim NiCr osiguračima
• Korisnik sam programira memoriju, time što izazove pregorevanje
osigurača na mestima gde želi da sadržaj memorije bude 0;
pregorevanje se vrši sukcesivno tako što se adresira reč po reč i
na liniju podataka gde treba isključiti diodu dovodi se negativan
napon (kroz osigurač protekne struja većeg intenziteta)
• Kada se memorija čita, prilikom adresiranja svake od adresnih
linija, na mestima gde su pregoreli osigurači izlazni podatak
imaće vrednost logičke jedinice, a na mestima gde su osigurači
ostali, izlazni napon biće logička nula
10
• PROM memorija se može realizovati i pomoću NMOS tranzistora
pri čemu su osigurači redno vezani sa drejnom svakog tranzistora
Svaki presek kolone i reda u
PROM čipu ima ugrađen
topljivi osigurač; Kada sve
ćelije imaju osigurače, početno
(blank) stanje čipa je 1 na svim
izlazima; Da bi se vrednost
promenila u 0, programer šalje
određenu struju u ćeliju;
povećan
napon
prekida
konekciju između reda i kolone
spaljivanjem osigurača; to je
stanje „Burning the PROM“
11
• PROM se jednom programira (OTR - One Time Programmable) i
najveći je nedostatak što se jednom upisani sadržaj više ne može
menjati
• Za programiranje se koristi PROM programator, u koji se pomoću
računara prvo upiše željeni sadržaj memorije; moguće upisati bilo
koji sadržaj (napon prilikom upisa 12V, čitanje 5V)
PROM
memorija
12
• Potreba za promenom sadržaja je veoma česta pa su razvijene
ROM memorije sa mogućnošću brisanja
• U grupu programibilnih ROM memorija sa mogućnošću brisanja
spadaju EPROM, EEPROM i FLEŠ memorije; sve tri vrste
memorija kao memorijske ćelije koriste MOS tranzistore sa
izolovanim gejtom
ADRESNA LINIJA
IZILOVANI
GEJT
LINIJA
PODATAKA
D
C2 C
1
B
S
MOS sa izolovanim
gejtom
NEIZILOVANI
GEJT
• Izolovani gejt je okružen skoro idealnim izolacionim materijalom
(SiO2), i sa kontrolnim neizolovanim gejtom predstavlja kapacitivni
razdelnik napona. Kada na izolovanom gejtu nema
naelektrisanja, napon logičke "1" na neizolovanom gejtu od 3-5V
je dovoljan da se preko kapacitivnog razdelnika C2-C1 formira
kanal i tranzistor postaje provodan i sadržaj svih lokacija je "0"
• Programiranje memorije se vrši kada se na adresnu liniju i liniju
podataka dovede visok napon (~25V) koji izaziva veliku struju
drejna; ubrzani elektroni probijaju izolaciju i nagomilavaju se u
izolovanom gejtu, koji je tada na naponu -5V; tada napon logičke
"1" na adresnoj liniji od 5V nije dovoljan za formiranje kanala u
MOS tranzistoru i na tom mestu je upisana logička "1"
• Memorisanje logičke jedinice obavlja se ubacivanjem elektrona
na izolovani gejt, a brisanje sadržaja izbacivanjem elektrona iz
izlovanog gejta
14
izolacije izolovanog gejta obezbeđuje da
naelektrisanje ostaje na gejtu više od 10 godina, čak i kada
se EPROM nalazi na temperaturi od 25 0C
• Kvalitet
• Brisanje se vrši osvetljavanjem memorijske matrice UV
svetlošću (izolacioni materijal tada postaje slabo provodan i
elektroni napuštaju izolovani gejt, tj. sadržaj svih lokacija
ponovo postaje nula)
• EPROM memorije se izrađuju u kućištima sa providnim
prozorom od kvarcnog stakla, kako bi se, u cilju brisanja,
mogle izložiti dejstvu UV svetla
• U EPROM korisnik upisuje informacije pomoću specijalnog
uređaja, EPROM programatora
15
Uređaj za
brisanje sadržaja
EPROM modula
16
• Kod EEPROM električni signal na odogovarajućem pinu
•
•
•
•
•
čipa dovodi do brisanja podataka (naredbe)
Za brisanje podataka iz nje nije neophodno skidanje sa
matične ploče
Može da se više puta reprogramirati
Sadržaj može da se menja uz odgovarajući softver matične
ploče (Web ili CD/DVD)
Kod ovih memorija je izolacija između izolovanog gejta i
kanala svedena na 100nm (manja nego kod EPROM), tako
da je za proboj izolacije dovoljan napon od svega 10-12 V
Brisanje EEPROM-a obavlja se električno tako što se na
gejt priključuje napon suprotnog polariteta od napona za
upis
17
• Da bi se na gejt tranzistora u biranoj memorijskoj reči
mogao da priključi pozitivan ili negativan napon, memorijska
ćelija EEPROM-a sadrži dva tranzistora, jedan memorijski
sa izolavanim gejtom, a drugi selekcioni
• Na gejt memorijskog tranzistra priključuje se različit napon u
zavisnosti od režima rada:
o za upis podataka priključuje se napon +VE (10 do 12V)
o za čitanje se gejt priključuje na napon VDD=5V
o za brisanje sadržaja na napon –VE
• Zbog postojanja dva tranzistora po memorijskoj ćeliji i
korišćenja tri različita napajanja, gustina pakovanja
EEPROM memorija je dvostruko manja od gustine
pakovanja EPROM memorija
18
• Serijski EEPROM-i su vrlo popularni zbog veoma male
veličine i niske potrošnje struje
• E2PROM, je po bitu skuplja memorija za pravljenje od
EPROM-a ili fleš-a, zato što individualni bitovi mogu da se
brišu nasumično bez uticaja na susedne lokacije
• Serijski EEPROM uređaji pakuju se u DIP ili SOIC kućišta i
najčešće se koriste kao programska memorija malog
kapaciteta ili kao memorija za čuvanje konfiguracionih
podataka o sistemu
• Prednost EEPROM-a je što omogućava izmenu podataka
potpuno softverski
• Pored serijskog, koristi se i paralelni EEPROM
19
• Savremene EEPROM memorije imaju u istom integrisanom
kolu ugrađene pretvarače napona iz 5V u -VE, tako da se upis i
brisanje EEPROM-a može obavljati bez isključivanja uređaja u
koji je ugrađena
EEPROM BIOS
čipovi
ST 35080
EEPROM
20
• Ovaj tip memorije predstavlja poboljšana verzija EPROM-a
u tom pogledu što se može programirati i brisati električnim
putem bez izlaganja UV svetlosti
• Približno su iste cene kao i EPROM
• Dve ključne razlike su - ekstremno tanak dielektrik koji
postoji između izolovanog gejta i silicijumske podloge, i
mogućnost da se dovedu promenljivi polarizujući naponi na
sors i upravljački gejt tranzitora
• Kod današnjih fleševa broj brisanja je ograničen, i specifira
se na milion upisa/čitanja.
21
• Pored veće brzine upisa, fleš memorija se odlikuje
velikom gustinom pakovanja
• Veća
gustina pakovanja je dobijena smanjenjem
dimenzija i korišćenjem jednog FTG (Floating-Gate)
tranzistora sa izlovanim gejtom po memorijskoj ćeliji, za
razliku od dva tranzistora koliko se koristi kod EEPROM
• Memorijska matrica sadrži samo jedan tranzistor po ćeliji,
pa se ne može bristi samo željena memorijska lokacija,
već ceo sektor ili blok
• Sektori su veličine 4K do 64K u zavisnosti od kapaciteta
memorije
• Koriste se MOS tranzistori sa višestrukim gejtovima
22
• Fleš čipovi se svrstavaju u dve osnovne kategorije:
o Sa NOR (NILI) logikom
o Sa NAND (NI) logikom
• NOR fleševi su arhitekture sa proizvoljnim pristupom koji u
toku čitanja podataka funkcionišu kao EPROM-i; lako se
povezuju sa računarskim sistemom
• pogodne za čuvanje koda pokretačkog programa (boot
code), kao i drugih programa
• NAND fleš je arhitektura sa sekvencijalnim pristupom koja
segmentira memoriju na veći broj stranica, obično obima
256B ili 512B; izuzetno su popularne poslednjih godina
• karakterišu se većom gustinom u odnosui na NOR fleševe,
što ih čini idealnim za čuvanje velike količine podataka
23
• Proces brisanja sadržaja traje duže u odnosu na čitanje.
toku operacije brisanja, svaki fleš bit mora da se
prebaci na specijalne naponske nivoe
• U
• To je razlog zbog čega se fleš memorija ne briše
istovremeno na principu 'bit po bit' ili 'bajt po bajt', nego
se briše ceo blok.
• Zbog ograničenog broja dozvoljenih operacija brisanja,
radi ravnomerne distribucije, u pristupima se vodi računa
o tome u kom bloku se odgovarajući podaci nalaze
• Fleš-memorije nove generacije mogu da smeštaju više od
jednog bita informacija po ćeliji, koristeći više od dva
nivoa naelektrisanja u ćeliji
24
• Prema gustini zapisa fleš-memorije mogu biti:
a) SLC (Single-Level Cell) – ćelija ima 1 bit informacije
b) MLC (Multi-Level Cell) – čelija ima više bitova informacije
• Da bi se memorijska ćelija isprogramirala dovodi se
kratak naponski impuls koji stvara lavinski efekat u
memorijskom tranzistoru i puni lebdeći ulaz (floaating
gate) – 1MB čip može biti isprogramiran
za 2 sec., za razliku od EEPROM
25
• Fleš ćelija koristi više od dva naponska nivoa (naelektrisanja) i
svaka sledeća informacija se smešta na lebdeći ulaz
• Jedan ulaz ćelije je kontrolni, a drugi lebdeći, izolovan oksidnim
slojem; elektroni u lebdećem gejtu čuvaju podatak; stanje na
izlazu ćelije zavisi od broja elektrona u lebdečem gejtu
-Verase
Control Gate
Dielectric
+Verase
Floating Gate
Bit Output
Drain
Presek fleš-ćelije
Silicon
Substrate
Source
26
• NOR memorije nudi sporije čitanje i upis ali u sličan
pristup lokacijama kao kod RAM-a
• Pogodna za skladištenje podataka koje nije potrebno
često osvežavati
• Koristi se u BIOS-u ili firmware čipovima u uređajima
27
• NAND memorije su jeftinije za izradu, imaju brže čitanje/upis,
veću gustinu pakovanja i veći broj upisa/čitanja u odnosu na
NOR
• NAND koristi sekvencijalni pristup koji segmentira memoriju na
veći broj stranica veličine 256-512B
• Svakoj stranici se pristupa kao posebnoj memorijskoj jedinici
28
USB memorija
(delovi):
1) USB konektor
2) USB kontrolerski čip
3) Test-izvodi
4) NAND fleš
memorijski čip
5) Kristal-oscilator
6) LED indikatorska
dioda
7) Write-protect
prekidač
8) Prostor za još jedan
NAD čip
29
Pitanja.... ????
30
Download

MEMORIJE–(2.deo)