MagorzataBochniak 20,grudzie,1999
Fizyka, III rok
Poniedziaek , godz. 1515 - 1815
Pami RAM.
wiczenie 28.
1.Zagadnienia teoretyczne.
Podstawowe wiadomoci o pamici. Wród pamici póprzewodnikowych mona wyróni dwie podstawowe grupy: pamici typu tablicowego oraz pamici typu funkcyjnego. W pamiciach typu funkcyjnego zapamituje si nie tablice ( jak w przypadku pamici typu tablicowego ), lecz funkcje logiczne. Kad zmienn tablicy prawdy mona przedstawi za pomoc funkcji logicznej. Pamici typu tablicowego mona podzieli na pamici typu RAM i ROM. RAM to akronim od sów Random Access Memory, okrela si nim pami o dostpie swobodnym, czyli takie komórki pamici, których komórki mog by adresowane w dowolnej kolejnoci. Poszczególne typy ukadów róni si midzy sob pod trzema wzgldami: rodzaju pamici, sposobu dostpu oraz budowy zcza. Pod wzgldem rodzaju, pamici dzielimy na statyczne ( SRAM ) i dynamiczne ( DRAM ).Moduy pamici statycznej nie wymagaj odwieania - po wprowadzeniu informacji przechowuj j a do momentu odczenia zasilania lub zmiany informacji. S niezwykle szybkie i zuywaj niewielkie iloci energii. Niestety, ich budowa jest do zoona, w efekcie s do drogie, a na dodatek niezbyt pojemne. Ze wzgldów technologicznych komórki pamici nie s uoone liniowo, lecz stanowi kwadratow matryc. Pamici typu SRAM zbudowane s w technologiach bipolarnych (z wykorzystaniem tranzystorów polarnych npn i pnp ) i MOS ( z wykorzystaniem tranzystorów polowych z izolowan bramk ). Do budowy pamici operacyjnej uywa si najczciej ukadów o odwieaniu dynamicznym (DRAM). Wspominany termin oznacza w tym przypadku koniecznoci regularnego odwieania pamici. Czste cykle odwieania pocigaj za sob zmniejszenie szybkoci przetwarzania informacji, a take powoduj wiksze zuycie energii. Gówn zalet moduów DRAM jest stosunkowo niska cena oraz - dziki nieskomplikowanej budowie - dua, moliwa do osignicia pojemno. Informacje s przechowywane w rejestrach zbudowanych z elementów pojemnoci wejciowych inwerterów MOS. adunek wprowadzony do takiej pojemnoci przedstawia informacj jednego bita.
ROM (Read Only Memory) to pamici typu tablicowego, które s tylko odczytywane. Z tego te wzgldu nadaj si do pamitanie tablic i programów. Ich zalet jest, e zawarto pamici zostaje zachowana po odczeniu napicia zasilajcego. Wad pamici ROM stanowi to, e wpisywanie tablicy jest bardziej pracochonne ni w przypadku pamici RAM. Pamici tego typu moemy ze wzgldu na róny sposób zapisu podzieli na kilka rodzajów: MROM, PROM, EPROM, EEPROM.
W pamiciach ROM programowanych mask (MROM) zawarto pamici zostaje okrelona przez producenta w ostatnim etapie produkcji za pomoc specjalnie do tego celu przystosowanej maski metalizacji. Metoda ta jest opacalna jedynie przy dugich seriach produkcyjnych, a wykonanie ukady scalonego trwa przewanie kilka miesicy.
Skrót PROM (programmable ROM) oznacz pami, której zawarto jest programowana przez uytkownika. Elementami umoliwiajcymi programowanie takich pamici s bezpieczniki, realizowane w ukadach scalonych w postaci bardzo cienkich, metalizowanych mostków oraz diody, które po przecieniu w kierunku zaporowym przechodz w stan zwarcia.
Nazwa EPROM (erasable PROM) oznacz pami sta, któr uytkownik moe nie tylko zaprogramowa, lecz take moe skasowa jej zawarto wiatem ultrafiletowym.
Nazwa EEPROM (electrically erasable PROM) oznacz pami PROM, której zawarto mona kasowa elektrycznie. W nowszych typach takich pamici w strukturze scalona jest take przetwornica (konwerter) wytwarzajca take napici programujce i ukad czasowy do ustalania impulsu programujcego.
Organizacja pamici i stosowanie sygnau typu CS, WE, itp...Oprócz wej adresowych pami RAM ma jeszcze wyjcie danych DI (data input), wyjcie danych DO (data output), wejcie sygnau zapis/odczyt R/W (read/write) i wejcie sygnau wyboru (selekcji) ukadu CS (chip select) lub sygnau zezwolenia dla ukadu CE (chip enable). Wejcia CS i CE umoliwiaj prac w systemie multipleksowym wikszej liczbie pamici poczonych ze wspóln lin danych (praca z wykorzystaniem magistrali).
Logika 3 - stanowa i ukady z wejciami typu OC ( Open Collector ).Ukady trójstanowe nie s ukadami z trzema poziomami napiciowymi. S to zwyczajne ukady logiczne z trzecim stanem ukadu wyjciowego: rozwartym obwodem wyjciowym. Stan osobnego wejcia uaktywniajcego stopie wyjciowy okrela, czy wyjcie ukadu zachowuje si jak wyjcie zwyczajnego ukadu z aktywnym obcieniem, czy zostaje wprowadzone w trzeci stan ( rozwarcia ), niezalenie od stanu sygnaów na innych wejciach bramki. Po uaktywnieniu ukad z wyjciem trójstanowym zachowuje si dokadnie tak samo, jak zwyky ukad z obcieniem aktywnym, tzn. jego wyjcie jest albo w stanie niskim albo w stanie wysokim. Gdy ukad trójstanowy jest nieaktywny, jego wyjcie jest odczone od obwodu obciajcego i wtedy inny ukad moe przej sterowanie tym obwodem. Poprzednikiem ukadu trójstanowego by ukad z otwartym kolektorem. Wyposaenie wyj wzmacniaczy logicznych w takie ukady umoliwiao doczenie kilku wzmacniaczy do wspólnej linii. Bramka z otwartym kolektorem róni si od zwykej bramki tylko brakiem aktywnego obcienia dolnego tranzystora stopnia wyjciowego. Wad ukadów z otwartym kolektorem jest mniejsza szybko i mniejsza odporno na szumy, w porównaniu z ukadami, które w stopniu wyjciowym maj ukad z aktywnym obcieniem. Przyczyn pogorszenia parametrów ukadu z otwartym kolektorem jest rezystorowe obcienie tranzystora realizujcego jego stopie wyjciowy. Wymienione wady spowodoway, e magistrale komputerowe s prawie wycznie sterowane przez wzmacniacze z wyjciami 3 - stanowymi. Istniej jednak trzy przypadki, w których preferuje si ukad z otwartym kolektorem: sterownie zewntrznymi obcieniami, tworzenie sumy montaowej, wyjcia na magistrale zewntrzne.
Parametry pamici typu 780101. Pami typu 780101 naley do grupy pamici RAM o moliwociach zapisu i odczytu. Skada si ona z nastpujcych bloków:
· matrycy - skadajcej si w przypadku pamici 64-bitowej z 64 przerzutników typu R-S ( 64 komórek pamici, 16 sów po 4 przerzutniki w kadym sowie)
· dekodera sów
· wzmacniacza odczytu i zapisu
Ukad charakteryzuje si czterema wyjciami danych ( S1, S2, S3, S4 ) typu OC, a czterobitowa informacja wejciowa ( D1, D2, D3, D4 ) jest przyporzdkowana okrelonemu adresowi (A1,A2,A3,A4) komórki pamici w wybranym przez dekoder sowie. Linia WE steruje zapisem informacji, a linia CS umoliwia atwe czenie ukadu pamici w bloki o wikszej pojemnoci.
2.Przebieg wiczenia.
Ukad poczylimy wg. Schematu znajdujcego si na nastpnej stronie. Poniewa na wyjciach pamici RAM typu 780101 otrzymujemy sygnay zanegowane wyjcia te poczylimy z ukadem 7416. Ukad ten skada si z szeciu negatorów, z których my wykorzystalimy jedynie cztery, dziki czemu moglimy odczyta rzeczywist zawarto komórki pamici. Komórki pamici wypenialimy sowami bitowymi w nastpujcy sposób: do wej ukadu podczylimy cztery diody typu LED, które suyy wizualizacji sowa bitowego wpisywanego do komórki pamici. Nastpnie ustawialimy adres komórki pamici(obserwowany na diodach LED), wpisywalimy sowo ustawione na wejciu `DANE' i zatwierdzalimy je przecznikiem `WPIS'. Wypenilimy tak wszystkie komórki pamici o adresach binarnych od 0000 do 1111 sowami bitowymi kodu BCD (8421) w rónej kolejnoci. W celu odczytania zawartoci komórek pamici podczylimy diody LED, wczeniej podczone z wejciami ukadu 780101, z wyjciami ukadu 7416. Nastpnie podajc adres komórki pamici na diodach odczytywalimy jej zawarto ( tab1). W nastpnej czci wiczenia badalimy odporno pamici na zmiany napicia w zakresie od 2 [V] do 5 [V]. Wpisywanie i odczytywanie odbywao si analogicznie jak w pierwszej czci wiczenia. Jednak w tym przypadku do zmiany adresu uylimy generatora liczb binarnych w celu przyspieszeni tej operacji. Wypenilimy w ten sposób wszystkie komórki pamici tym samym sowem bitowym - 1000 , a potem 0001. Przy pomocy przecznika obnialimy napicie na czas okoo jednej sekundy i uywajc generatora liczb binarnych odczytywalimy zawarto wszystkich komórek pamici w celu sprawdzenia iloci przekama. Obniane napici mierzylimy przy pomocy woltomierza (klasa 1,5; zakres 10 [V]; 60 dziaek)(wyniki tab2). Po kadym odczycie ponownie wypenialimy wszystkie komórki pamici tym samym sowem bitowym - 1000 (0001). Na podstawie odczytanych wartoci zosta sporzdzony wykres zalenoci iloci przekama od napicia (wykres).
Tabela pokazujca ilo przekama w zalenoci od zmian napicia zasilajcego
Napicie U [V] |
Ilo przekama |
Napicie U [V] |
Ilo przekama |
5.0 |
0 |
2.0 |
15 |
4.8 |
0 |
2.2 |
14 |
4.6 |
0 |
2.4 |
14 |
4.4 |
0 |
2.6 |
14 |
4.2 |
0 |
2.8 |
12 |
4.0 |
0 |
3.0 |
10 |
3.8 |
0 |
3.2 |
0 |
3.6 |
0 |
3.4 |
0 |
3.4 |
0 |
3.6 |
0 |
3.2 |
10 |
3.8 |
0 |
3..0 |
12 |
4.0 |
0 |
2.8 |
12 |
4.2 |
0 |
2.6 |
13 |
4.4 |
0 |
2.4 |
16 |
4.6 |
0 |
2.2 |
14 |
4.8 |
0 |
2.0 |
14 |
5.0 |
0 |
|
|
|
|
Tabela zawierajca adres i odpowiadajc mu liczb w kodzie BCD(8421) i kodzie dziesitnym.
Adres |
Dane w ukadzie dziesitnym |
Dane w kodzie 8421 |
0000 |
0 |
0000 |
0001 |
1 |
0001 |
0010 |
2 |
0010 |
0100 |
3 |
0011 |
1000 |
4 |
0100 |
0011 |
5 |
0101 |
1100 |
6 |
0110 |
1010 |
7 |
0111 |
0101 |
8 |
1000 |
0110 |
9 |
1001 |
1001 |
10 |
1010 |
1110 |
11 |
1011 |
1101 |
12 |
1100 |
1011 |
13 |
1101 |
0111 |
14 |
1110 |
1111 |
15 |
1111 |
3.Wnioski.
Kiedy utrzymywalimy stae napicie pami te okazaa si dobra gdy nie pojawiay si adne przekamania, pojawiy si one dopiero gdy zmienialimy napicie.
Na wykresach wida, e w zakresie od 5[V] do 3,4 [V] przekamania si nie pojawiaj. Dopiero przy wartoci napicia 3,2[V] przekamania nagle si pojawiaj. Ich ilo oscyluje midzy 10 a 16 (czyli pami przestaje by efektywna i nastpuje cakowity zanik zapisanych informacji). Warto obnianego i podwyszanego napicia mierzylimy na woltomierzu z dokadnoci do jednej dziaki czyli okoo 2,0 [V].