background image

1

Podstawy techniki

mikroprocesorowej

ETEW006

Pamięci

ROM i RAM

Andrzej Stępień

Katedra Metrologii Elektronicznej i Fotonicznej

Pamięć 

komputera/mikroprocesora/mikrokontrolera

[1#3]

zawarto

ść

(memory contents)

:

kod programu 

(np. kod aplikacji, systemu operacyjnego)

dane

(do oblicze

ń

 lub wyniki oblicze

ń

)

trwało

ść

 danych 

(data volatility)

ulotne

(zasilanie  podtrzymuje zawarto

ść

RAM, 

NVRAM

FRAM

..

)

nieulotne

(zawarto

ść

 niezale

ż

na  od zasilania; 

ROM, PROM, EPROM, 

EEPROM, 

NVRAM

FRAM

..

)

typ no

ś

nika 

(storage technologies)

:

półprzewodnikowy

(układ scalony)

magnetyczny

(układ scalony, struktury ferrytowe, ta

ś

my, dyski, karty  

magnetyczne)

optyczny

(dyski optyczne)

inny: polimerowy, papierowy 

(ta

ś

ma perforowana)

, ..

http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_data_storage

http://pl.wikipedia.org/wiki/Pami

ęć

_komputerowa

Pamięć 

komputera/mikroprocesora/mikrokontrolera

[2#3]

forma dost

ę

pu 

(mutability, read/write storage)

:

tylko odczyt 

(bez ogranicze

ń

; zapis tylko w fazie produkcji; 

read only

)

jedno/wielokrotny zapis 

(ograniczony technologi

ą

 produkcji)

odczyt

(bez 

ogranicze

ń

read only

)

wielokrotny  odczyt i zapis (

bez ogranicze

ń

read/write

)

organizacja

(data organization and representation, capacity)

:

pojemno

ść

, wielko

ść

 

(liczba bitów/bajtów/słów przechowywanych danych)

g

ę

sto

ść

 zapisu 

(

storage density

; w pami

ę

ciach optycznych, magnetycznych)

zasady dost

ę

pu 

(accessibility)

:

dost

ę

p swobodny 

(random access)

dost

ę

p do dowolnej lokalizacji w 

dowolnym  czasie

sekwencyjny

(sequential access

), dane uszeregowane  szeregowo

http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_data_storage

http://pl.wikipedia.org/wiki/Pami

ęć

_komputerowa

Pamięć 

komputera/mikroprocesora/mikrokontrolera

[3#3]

szybko

ś

ć

 

(performance)

szybko

ść

 transferu danych

(bit rate)

czas cyklu 

(cycle time)

czas dost

ę

pu 

(access time)

czas oczekiwania 

(CAS latency)

zasady od

ś

wie

ż

ania 

(refresh cycle)

;

pami

ę

ci statyczne i dynamiczne

zasilanie, pobór mocy

(energy use)

inne, np. hierarchiczno

ść

 pami

ę

ci: rejestry procesora, pami

ęć

 

podr

ę

czna 

(cache)

operacyjna, masowa, wewn

ę

trzna/zewn

ę

trzna 

..

http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_data_storage

http://pl.wikipedia.org/wiki/Pami

ęć

_komputerowa

Cortex-M0/M0+
Inicjalizacja  mikrokontrolera  

[1#2]

brak inicjalizacji automatycznej

po wł

ą

czeniu  zasilania / sprz

ę

towym 

zerowaniu 

(Reset)

MCU; inicjalizacja wykonywana  przed wywołaniem 

programu SystemInit

typowe procedury:

przyporz

ą

dkowanie wektorów 

(adresów)

wyj

ą

tków

przerwa

ń

(exception / interrupts vectors)

od adresu 0x0000 0000 

(Flash) 

lub 0x1000 0000

(RAM)

inicjalizacja warto

ś

ci pocz

ą

tkowej stosu, wska

ź

nika stosu

(MSP, Main Stack 

Pointer) dla trybów pracy (Thread Mode [MSP/PSP] / Handler Mode [MSP])

okre

ś

lenie zasad dost

ę

pu do pami

ę

ci

(memory system)

akcelerator dost

ę

pu do pami

ę

ci 

(MAM – Memory Accelerator Module),

zarz

ą

dzanie  pami

ę

ci

ą

(MMU – Memory Management Unit ),

zewn

ę

trzny  kontroler pami

ę

ci

(EMC – External Memory Controller)

ARM Software Development Toolkit. User Guide

ARM DUI 0040D, Version 2.50

UM10398. LPC111x/LPC11Cxx User manual. 

NXP, Rev. 12.3 — 10 June 2014

Cortex-M0/M0+
Inicjalizacja  mikrokontrolera  

[2#2]

typowe procedury:

uruchomienie podstawowych układów we/wy

ź

ródło taktowania procesora (IRC / XTAL / WDT), 

powielacz  cz

ę

stotliwo

ś

ci (PLL – Phase Locked Loop ),

dzielnik cz

ę

stotliwo

ś

ci  taktuj

ą

cej rdze

ń

 (SYSAHBCLKDIV), 

taktowanie wybranych układów peryferyjnych, 

Watchdog  itd.

okre

ś

lenie zasad dost

ę

pu do pami

ę

ci

wymaganej przez kompilator 

j

ę

zyka 

C

(Heap - sterta)

rozpocz

ę

cie wykonywania programu w j

ę

zyku C 

(entering C 

code)

ARM Software Development Toolkit. User Guide

ARM DUI 0040D, Version 2.50

UM10398. LPC111x/LPC11Cxx User manual. 

NXP, Rev. 12.3 — 10 June 2014

background image

2

Pamięć  ROM 

(Read-Only Memory)

tylko odczyt

brak wpływu napi

ę

cia zasilania na zawarto

ść

 pami

ę

ci

ROM

- programowane przez producenta pami

ę

ci w czasie produkcji (MROM -

Mask programmable ROM)

PROM

(Programmable ROM)

- pami

ęć

 1-krotnego zapisu (programowania)

programowane przez przepalenie poł

ą

cze

ń

 struktury wewn

ę

trznej

EPROM

(Electrically Programmable ROM)

- pami

ęć

, programowalna 

elektrycznie, kasowana innymi metodami np. przez na

ś

wietlanie 

ś

wiatłem 

ultrafioletowym  o wysokiej energii

OTP EPROM

(One -Time Programmable EPROM) 

- pami

ęć

  EPROM 

1-krotnie programowalna  (brak szklanego okienka)

EEPROM

(Erasable Electrically Programmable ROM) 

- pami

ęć

 wielokrotnego 

zapisu, kasowalna i programowalna  elektrycznie

Flash EEPROM

– zapis / kasowanie wielu (bloków) komórek pami

ę

ci 

podczas jednej operacji programowania 

FRAM

(Ferroelectric RAM) 

– ferroelektryczna  pami

ęć

 RAM

http://pl.wikipedia.org/wiki/Pami

ęć

_tylko_do_odczytu

Pami

ęć

 PROM 

http://computer.howstuffworks.com/rom3.htm

chipy PROM (rys. 2) posiadaj

ą

 siatk

ę

 kolumn i wierszy (jak typowa pami

ęć

);  

ż

nica polega na tym, 

ż

e ka

ż

de skrzy

ż

owanie kolumny i wiersza ma tzw. 

bezpiecznik (fuse)

HIGH

- warto

ść

 pocz

ą

tkowa  wszystkich komórek (

nienaruszone bezpieczniki

)

uzyskanie stanu 

LOW

wymaga energii (pr

ą

du) powoduj

ą

cej przerwanie 

poł

ą

czenia pomi

ę

dzy kolumn

ą

 i wierszem (

przepalenie bezpiecznika

)

proces okre

ś

lany jako pieczenie PROM (PROM burning)

pami

ęć

 PROMs mo

ż

na programowa

ć

 tylko 1-krotnie

programowalne pami

ę

ci tylko do odczytu 

(PROM, Programmable Read-Only 
Memory) 
były stosowane na etapie 
testów oprogramowania lub produkcji 
małoseryjnej

EPROM / OTP EPROM

EPROM 

(

E

lectrically 

P

rogrammable 

R

ead 

O

nly 

M

emory) is a nonvolatile 

memory which offers the ability to both program and erase the contents 
of the memory multiple times. 

An EPROM must be 

programmed

using a 

12.5 volt

(or higher) PROM 

programmer, and then transferred into the system in which it is intended 
to function. 

EPROMs can be 

erased

by shining 

ultraviolet light

into the window in 

the top of the IC package. The process of writing data into an EPROM 
and then erasing it may be repeated almost indefinitely. EPROMs are 
usually used for product development, and  later replaced with less 
expensive one–time programmable EPROMs. 

OTP

EPROM: 

O

ne–

T

ime 

P

rogrammable EPROM. An  EPROM which 

can only be written with code/data once instead of multiple times. 
Generally, OTP EPROMs are less expensive then erasable EPROMs.

EPROM
Erasure Operation

erasure begins when the cells are exposed to 

light with

wavelengths  shorter 

than approximately 

4000 Å

; it should be noted that sunlight and some type of 

fluorescent lamps

have wavelengths  in the 

3000-4000 Å

range

research shows that constant exposure to 

room

level 

fluorescent

lighting 

could 

erase

a typical M27C64A in about 

3 years

, while it would  take 

approximately 

1 week

to cause erasure when exposed to direct 

sunlight

recommended

erasure procedure for the M27C64A is exposure to short 

wave ultraviolet light which has a 

wavelength

of 

2537 Å

integrated dose (i.e. UV 

intensity

x exposure time) for erasure should be a 

minimum of 

15 W-sec/cm

2

; erasure time with this  dosage is approximately 

15 to 20 minutes

using an ultraviolet lamp with 

12000 

µ

W/cm

2

power rating -

M27C64A should be placed within 

2.5 cm

(1 inch) of the lamp tubes during 

the erasure 

EEPROM  vs  Flash  Memory

EEPROM

(Erasable Electrically Programmable ROM)

:

kasowanie całej pami

ę

ci

programowanie lub zapis 

pojedynczego bajtu

lub 

strony 

(bloku)

Flash

traktowana jako szybka pami

ęć

 EEPROM:

programowanie i kasowanie 

tylko bloków danych

EEPROM

(Electronically Erasable Programmable Read Only Memory)

pami

ęć

 EPROM

posiada 

siatk

ę

 kolumn i wierszy; 

ka

ż

da z komórek ma dwa 

tranzystory

tranzystory s

ą

 oddzielone 

od siebie za pomoc

ą

 

cienkiej warstwy tlenku 
(oxide layer)

tranzystory okre

ś

lane s

ą

 jako z pływaj

ą

c

ą

 bramk

ą

 (

Floating Gate

steruj

ą

c

ą

 bramk

ą

 (

Control Gate

)

przy braku zmian komórka jest w stanie HIGH

stan LOW wymaga procesu 

tunelowania Fowler-Nordheim

(i kasowania)

Thin Oxide

Layer

Thin Oxide

Layer

Word Line

B

it

 L

in

e

http://electronics.howstuffworks.com/flash-memory.htm

Control

Gate

Floating

Gate

Source

Drain

Current flow

Negatively charged 

electrons

background image

3

http://computer.howstuffworks.com/rom.htm

http://electronics.howstuffworks.com/flash-memory.htm

EEPROM

Tunneling

wzbudzone  elektrony s

ą

 

przesuwane  (popychane) 
uwi

ę

zione po drugiej 

stronie cienkiej warstwy 
tlenku – tworzy si

ę

 ujemny 

ładunek

stan 

HIGH

komórki zakłada, 

ż

liczba elektronów

jest 

poni

ż

ej progu 50% 

stan 

LOW 

komórki zakłada, 

ż

liczba elektronów

jest 

powy

ż

ej progu 50% 

pusta pami

ęć

 EEPROM ma wszystkie bramki w pełni otwarte, daj

ą

c ka

ż

dej 

komórce warto

ść

 HIGH

Thin Oxide

Layer

Word Line

B

it

 L

in

e

Control

Gate

Floating

Gate

Source

Drain

Current flow

Negatively charged 

electrons

HOW STUFF WORKS

Pamięci Flash: NAND / NOR

Jim Cooke: ESC-225 NAND 101. An Introduction to NAND 

Flash and How to Design it into Your Next Product. 

Micron Technology, Inc. April 4 2006, fig. 4

Zalety

:

– szybki zapis (fast writes)
– szybkie kasowanie 

(fast erases)

Wady

:

– wolny  losowy dost

ę

(slow random access)

– trudny zapis bajtów

(byte writes difficult)

Zastosowanie

:

– dyski
– rejestratory audio-video
– sekwencyjny  zapis danych

Zalety

:

– szybki losowy  odczyt 

(random access)

– mo

ż

liwo

ść

  zapisu bajtowego 

(Byte writes possible)

Wady

:

– wolny  zapis (slow writes)
– wolne kasowanie (slow 

erase)

Zastosowanie

:

– odpowiednik EPROM
– pami

ę

ci mikrokontrolerów

NOR

NAND

NOR

vs

NAND

Programming
unit: 

µµµµ

s/Byte

Erasing
unit: 

µµµµ

s/Byte

Read
unit: 

µµµµ

s/Byte

NAND NOR

NAND NOR

NAND

x8

NOR

NAND

x16

6,0

0,4

0,12

15,2

69

44

45

NAND 

(Dane)

NOR 

(Kod)

Pojemno

ść

 

1 Gbit x chip

128 Mbit per chip

Napi

ę

cie zasilania

2,7 – 3,6 V

2,3 – 3,6 V

Czas dost

ę

pu

50 ns (serial access cycle)

70 ns (30pF; 2,3V)

25 

µµµµ

(random access)

65 ns (30pF, 2,7V)

Szybko

ść

 program.(typ)

200 

µµµµ

s / 512 Byte

8

µµµµ

s / Byte

Szybko

ść

 kasow. (typ)

2 ms / Block (16 KB)

4,1 ms / 512 Byte

Prog + Kasow. (typ)

33,6 ms / 64 KB

700 ms / Block

Pamięć FRAM

kryształ ferroelektryczny  posiada wewn

ą

trz  ruchomy atom, który mo

ż

porusza

ć

 si

ę

 w kierunku przyło

ż

onego (w poprzek powierzchni  kryształu) pola 

elektrycznego

odwrócenie pola elektrycznego  powoduje ruch atomu w przeciwnym kierunku 

pozycje atomów w górnej i dolnej cz

ęś

ci kryształu s

ą

 trwałe; 

usuni

ę

cie pola 

elektrycznego pozostawia 
atom w stabilnym poło

ż

eniu, 

tak

ż

e przy braku zasilania

idealna pami

ęć

 cyfrowa:

– dwa stabilne stany danych

– krótki czas i niewielka 

energia do zmiany stanu

– bardzo stabilna struktura 

w ró

ż

nych warunkach 

ś

rodowiskowych

Pb (ołów)

O

ZrTi (tytanian cyrkonu)

www.RAMTRON.com

Parametry  pamięci

rozmiar pami

ę

ci

(Memory Size) 

pojemno

ść

 pami

ę

ci 

(Storage Capacity)

wielko

ść

 pami

ę

ci mierzona w bajtach, słowach lub innych znormalizowanych 

jednostkach danych 

(IEEE Std. 610.10-1994)

napi

ę

cie zasilania 

V

CC

(Supply Voltage) 

(min-typ-max) zgodnie z norm

ą

 IC. 

IEC61360-AAE690

organizacja pami

ę

ci  

(Memory Organization) 

traktowana jako umowny zapis 

struktury pami

ę

ci, np. 512 x 8, 1024 x 16

czas dost

ę

pu 

t

ACC

(Access Time) 

– czas pomi

ę

dzy momentem podania adresu, a 

uzyskaniem stabilnych danych

aktywowanie układu 

(Chip Enable)

aktywowanie buforów wyj

ś

ciowych 

(Output Enable) 

przy odczycie

napi

ę

cie programowania

V

PP

(Programming Voltage) 

pr

ą

d programowania 

I

PP 

(Programming Current) 

napi

ę

cie zasilania pami

ę

ci w trybie u

ś

pienia 

(Standby Supply Voltage) 

(tryb 

redukcji mocy)

zakres temperatur pracy 

(Operating Temperature) 

pami

ę

ci (min-typ-max)

Nazwy  sygnałów  pami

ę

ci

V

CC

– napi

ę

cie zasilania 

(Supply Voltage)

V

SS

– potencjał odniesienia, masa 

(Ground) 

V

PP

– napi

ę

cie programowania 

(Program Supply) 

A

0

.. A

XX

(Addr) – wej

ś

cia adresowe 

(Address Inputs) 

D

0

.. D

XX

or 

Q

0

.. Q

XX

(Data) – wej

ś

cia/wyj

ś

cia  danych 

(Data Inputs / Outputs)

RD 

(or RD# or RD\) – sygnał aktywacji odczytu danych 

(Data Read)

WR 

(or WR# or WR\) – sygnał aktywacji zapisu danych 

(Data Write)

CS

(or CS# or CS\),

(or E# or E\) – aktywacja układu 

(Chip Select / Enable)

OE

(or OE# or OE\),

G

(or G# or G\) – aktywacja wy

ść

 

(Output Enable) 

P

(or P# or P\) – sygnał aktywacji programowania 

(Program)

NC

– brak wewn

ę

trznego poł

ą

czenia 

(Not Connected Internally)

DU

– nie stosowa

ć

 

(Don’t Use)

background image

4

Wybór
pamięci

Pami

ęć

ROM

Pami

ęć

RAM

Addr

Data

OE

CS

Addr (A

15..0

)

Data (IO

7..0

)

OE

CS

WE

Address Bus

Microprocessor
Microcontroller

Addr

Data

Data Bus

RD

WR

Single CS#

MODE

CE OE WE  Ai 

I/O

Standby/Write Inhibit H

X

X

X

High Z

Output disable

X

H

X

High Z

Read

L

L

H

Ai

D

OUT

Write/Program

L

H

L

Ai

D

IN

I

SB1

V

CC

Standby Current  < 50 

µ

A

I

CC

V

CC

Active Current 

< 15 mA

AT29LV512 . 
512K (64Kx8) 3-volt Only Flash Memory. 
Atmel, 0177O–FLASH–9/08

Dekoder
adresów

Address

Decoder

Odczyt 
z pamięci

Pami

ęć

ROM

Pami

ęć

RAM

Addr

Data

OE

CS

Addr (A

15..0

)

Data (IO

7..0

)

OE

CS

WE

Address Bus

Microprocessor
Microcontroller

Addr

Data

Data Bus

RD

WR

Single CS#

AT29LV512 . 
512K (64Kx8) 3-volt Only Flash Memory. 
Atmel, 0177O–FLASH–9/08

AC Read Characteristics AT29LV512-

12

Symbol Parameter

Units

t

ACC

Address to Output Delay

.. 120 ns

t

CE

CE to Output Delay 

.. 120 ns

t

OE

OE to Output Delay 

0 .. 50 ns

t

DF

CE or OE to Output Float

0 .. 30 ns 

t

OH

Output Hold from OE, CE 

0 .. ns 

or Address, whichever occurred first

Access Time

t

ACC

Address Valid

Output

Valid

EEPROM

AT25128/AT25256.

SPI Serial Automotive EEPROMs

128K (16,384 x 8) / 256K (32,768 x 8)

Atmel Corporation 2002, Rev. 3262A–SEEPR–02/02

Serial Peripheral Interface (

SPI

Compatible

Medium-voltage and Standard-voltage Operation

– 5.0 (V

CC

= 4.5V to 5.5V)

– 2.7 (V

CC

= 2.7V to 5.5V)

3 MHz Clock Rate

64-byte Page Mode and Byte Write Operation

Block Write Protection – Protect 1/4, 1/2, or Entire Array

Write Protect

(WP) Pin and Write Disable Instructions for both 

Hardware and Software Data Protection

Self-timed 

Write Cycle

(

5 ms Typical

)

High-reliability

Endurance

: 100,000 Write Cycles

Data Retention

: > 200 Years

Advantages of the FRAM Memory

www.RAMTRON.com

*At 25 MHz, F-RAM writes 
488 times faster than 
comparable EEPROM device. 

Ramtron

FM24C16

10

µµµµ

A

150µΑ

150µΑ

150µΑ

150µΑ

1E+10

72

µµµµ

s

47ms

Standby I

CC

Active I

CC

FRAM

FRAM – New Generation of Non-Volatile Memory.

Texas Instruments, 2009, SZZT014A

LPC1114

Flash Memory Access

Depending on the system clock frequency, access to the flash memory can be 
configured with various access times by writing to the FLASHCFG register 
(address 0x4003 C010)

Table 48. Flash configuration register (FLASHCFG) bit description

Bit

Value

Description

Reset value

1:0

Flash memory access time

. Value +1 is equal to 

10

the number of system clocks used for flash access.

00

1 system clock flash access time 
(for system clock frequencies of up to 20 MHz).

01 

2 system clocks flash access time 
(for system clock frequencies of up to 40 MHz).

10 

3 system clocks flash access time 
(for system clock frequencies of up to 50 MHz).

11 

Reserved.

31:2

Reserved. 

User software must not change the value of these bits. 
Bits 31:2 must be written back exactly as read
.

UM10398. LPC111x/LPC11Cxx User manual.

NXP, Rev. 12.3 — 10 June 2014, p. 55

background image

5

Pamięć  RAM 

(Random Access Memory)  

[1#3]

utrata zawarto

ś

ci przy zaniku napi

ę

cia zasilania

Random Access 

dost

ę

p swobodny, dowolny, losowy, 

przypadkowy (zapis / odczyt)

dowolne dane dost

ę

pne bezpo

ś

rednio w przeciwie

ń

stwie  do danych 

zapisanych na ta

ś

mie magnetycznej

bity

(informacje) zapisywane w 

przerzutnikach typu D-Latch 

ka

ż

dy, 

najcz

ęś

ciej  zło

ż

ony z 

(6T)

lub 

(4T) 

tranzystorów

pami

ęć

(6T)

1 GBit:

1024 

1024 

1024 

6 = 6 442 450.944 tranzystory

http://en.wikipedia.org/wiki/Static_random-access_memory

Pamięć  RAM 

(Random Access Memory)  

[2#3]

bity

(informacje) zapisywane w 

przerzutnikach typu D-Latch 

ka

ż

dy, 

najcz

ęś

ciej  zło

ż

ony z 

(6T)

lub 

(4T) 

tranzystorów

http://en.wikipedia.org/wiki/Static_random-access_memory

A six-transistor CMOS SRAM cell

(M1 .. M4 – D-Latch

M5, M6 – access transistors)

Pami

ęć

 4-tranzystorowa:

zaleta – wi

ę

ksza g

ę

sto

ść

 upakowania

wada – wi

ę

ksza zło

ż

ono

ść

 (du

ż

e

warto

ś

ci i małe rozmiary 

rezystorów R)

R

R

Understanding Static RAM Operation. 

IBM, App Note, 03/97

Pamięć  RAM 

(Random Access Memory)  

[3#3]

SRAM

(Static RAM)

:

przerzutnik bistabilny 

jako element pami

ę

ciowy

brak cykli od

ś

wie

ż

ania

wi

ę

ksza

(~4 razy) powierzchnia od pami

ę

ci DRAM o tej samej 

pojemno

ś

ci

szybsza

w stosunku do pami

ę

ci dynamicznej

DRAM

(Dynamic RAM)

:

pami

ę

ci 

ferrytowe

u

ż

ywane w latach 50. i 60. XX wieku

kondensator

jako element pami

ę

ciowy

od

ś

wie

ż

anie 

(refresh)

ładunku

kondensatora (upływno

ść

)

małe

rozmiary

http://pl.wikipedia.org/wiki/RAM

Pamięć  nieulotna  NVRAM 

(Non-Volatile Random Access Memory)

Pami

ęć

 nieulotna 

NVRAM

pami

ęć

 o dost

ę

pie swobodnym, 

zachowanie

zawarto

ś

ci w momencie zaniku napi

ę

cia zasilania

pami

ęć

 z podtrzymaniem bateryjnym

NRAM

- technologia nanorurek w

ę

glowych 

MRAM 

(Magnetic Random Access Memory) 

– magnetyczny efekt

tunelowy

OUM

(Ovonic Unified Memory) 

- zmiany stanu stopów pierwiastków 

rudotwórczych, zmiana stanu z krystalicznego  na amorficzny za 
pomoc

ą

 podgrzewania  impulsami elektrycznymi  (laser); stop 

tellurku antymonu i tellurku galu (analogia do płyt CD, DVD)

faza experymentalna 

(np. Intel)

FRAM 

lub 

FeRAM 

(Ferro electric Random Access Memory) 

wła

ś

ciwo

ś

ci ferromagnetyczne

http://pl.wikipedia.org/wiki/NVRAM

Pamięć statyczna SRAM
Pamięć dynamiczna DRAM

bit = 1

bit = 0

Select = 1

On

Off

Off

On

N1

N2

P1

P2

On

On

Word Line

Bit

Line

Storage 
element
(capacitor)

switching

element

SRAM Cell 

– bit to stan 

przerzutnika typu D

DRAM Cell 

– bit to ładunek 

kondensatora C

C = 0,020 – 0,040 pF

C

Sense
Amplifier

konieczno

ść

 od

ś

wie

ż

ania ładunku

ta

ń

sza w produkcji 

DRAM  Architecture

Word Line

Bit

Line

Storage 

element

(capacitor)

switching

element

DRAM Cell

Memory

Array

.. Bit Lines ..

..

 W

o

rd

 L

in

e

..

R

o

w

 D

e

co

d

e

r

Column Decoder

Data In/Out

Buffers

Sense Amps

RAS CAS

R/W

OE

Addr

Data

RAS – Row Access Select
CAS – Column Access Select

R/W – Read / Write
OE – Output Enable
CS – Chip Select

CS

background image

6

Sterowanie pamięcią dynamiczną 
DRAM

zło

ż

one zasady sterowania pami

ę

ci

ą

 dynamiczn

ą

adresowanie wybranych  wierszy (rows) i kolumn (columns)

RAS

(Row Address Select)

CAS

(Column Address Select) 

wewn

ę

trzne liczniki od

ś

wie

ż

ania (

Refresh Counters

lub rejestry 

ś

ledz

ą

ce sekwencj

ę

 od

ś

wie

ż

ania  lub inicjuj

ą

ce cykl od

ś

wie

ż

ania

wzmacniacze sygnału (

Sense Amplifier

przy detekcji stanu (odczyt) lub 

zmianie stanu komórki pami

ę

ci (zapis/od

ś

wie

ż

anie)

WE

(Write Enable) 

odblokowanie procedury zapisu komórki pami

ę

ci

OE

(Output Enable) 

uaktywnienie stanów pami

ę

ci (linia danych)

Understanding DRAM Operation. Applications Note. 

IBM, December 1996

DRAM
Refresh

upływno

ść

/rozładowanie kondensatora (dziura w wiadrze) w czasie kilku 

milisekund powoduje zanik ładunku (stan LOW)

procesor lub kontroler pami

ę

ci ma doładowa

ć

  wszystkie kondensatory 

posiadaj

ą

ce stan HIGH przed ich rozładowaniem; kontroler pami

ę

ci 

odczytuje stany komórek pami

ęć

, doładowuje  i ponownie zapisuje 

od

ś

wie

ż

anie (refresh) odbywa si

ę

 automatycznie, tysi

ą

ce razy na sekund

ę

http://computer.howstuffworks.com/ram.htm

kondensator z elektronami mo

ż

na 

potraktowa

ć

 jak wiadro z wod

ą

stan HIGH komórki pami

ę

ci to 

napełnione wiadro

stan LOW komórki pami

ę

ci to puste 

wiadro

Refresh

DRAM
Refresh

ka

ż

da komórka pami

ę

ci składa si

ę

 z tranzystorów i małego 

kondensatora

pojemno

ś

ci około 

20-40 fF

(femtofarad, 0.020-0.040 pF) – naładowany 

kondensator to stan HIGH, rozładowany kondensator to stan LOW

DRAM

musi by

ć

 od

ś

wie

ż

ana  (

refresh

w okre

ś

lonym czasie 

t

REF

:

Micron Technology

:

okres od

ś

wie

ż

ania  (

refresh period)

t

REF

= 32 / 64 ms (2,048 / 4,096 

cycles)

Samsung Electronics 

(

Auto refresh

)

:

okres od

ś

wie

ż

ania  (

refresh period)

t

REF

= 64 ms (4K cycles) 

3

ż

ne metody od

ś

wie

ż

ania (

refresh modes

RAS only Refresh, Hidden Refresh, CAS before RAS Refresh

Robert Hoffmann: Engineer To Engineer. Note EE-126.

European DSP Applications. Analog Devices, Rev1 (20-March-02)

TN-04-30. VARIOUS METHODS OF DRAM REFRESH

Micron Technology, Rev. 2/1999

AN987. DRAM Refresh Modes. 

Motorola Semiconductors. REV 1. February 1994

MT4LC4M4E8, MT4LC4M4E9. 4 MEG x 4 EDO DRAM

Micron Technology Rev. 6/1998

K4S64xx32N Synchronous DRAM. 2M x 8Bit x 4Banks / 1M x 16Bit x 4Banks 

SDRAMSamsung Electronics, Rev. 1.12 August 2008

SRAM - READ  

K6R1008V1D-08   [1#2]

Read Cycle Time

t

RC

8 ns

MIN

Address Access Time

t

AA

8 ns

MAX

Chip Select to Output 

t

CO

8 ns

MAX

Output Enable to Valid Output

t

OE

4 ns

MAX

Output Hold from Address Change

t

OH

3 ns

MIN

Chip Selection to Power Up Time 

t

PU

0 ns

MIN

Chip Selection to Power DownTime

t

PD

8 ns

MAX

K6R1008V1D.  1Mbit Asynchronous Fast SRAM 

High-Speed CMOS Static RAM. Samsung Electronics June 2003

t

AA

SRAM - Write  

K6R1008V1D-08   [2#2]

Write Cycle Time

t

WC

8 ns

MIN

Chip Select to End of Write

t

CW

6 ns

MIN

Address Set-up Time

t

AS

0 ns

MIN

Address Valid to End of Write

t

AW

6 ns

MIN

Write Pulse Width(OE High)

t

WP

6 ns

MIN

End of Write to Output Low-Z

t

OW

3 ns

MIN

(OE= Clock)

(OE=Low Fixed)

(CS = Controlled)

K6R1008V1D.  1Mbit Asynchronous Fast SRAM 

High-Speed CMOS Static RAM. Samsung Electronics June 2003

t

AW

MT48LC4M32B2

Speed 

Clock 

Access  Setup  Hold 

Grade  Frequency 

Time 

Time  Time

-6

166 MHz

5.5 ns

1.5 ns 1 ns

-7

143 MHz

5.5 ns

2 ns

1 ns

Allowable Operating Frequency (MHz)
Speed

CL = 1

CL = 2

CL = 3

-6

 50

 100

 166

-7

 50

 100

 143

Access time

MAX

from CLK (pos. edge)

Symbol

-6

-7 Units

CL = 3 

t

AC (3)

5.5

5.5 ns 

CL = 2 

t

AC (2)

7.5 

8

ns 

CL = 1 

t

AC (1)

17 

17 ns 

CL = 3

CL = 1

CL = 2

CL = 3

CL – delay (in clock cycles) between 

the registration of a READ 
command and the availability of 
the first piece of output data. 

CL = 1 or 2 or 3 clocks

background image

7

SDRAM:

dane 

synchronizowane

narastaj

ą

cym zboczem

sygnału taktuj

ą

cego

stan HIGH i Low sygnału taktuj

ą

cego mo

ż

e si

ę

 ró

ż

ni

ć

 (

dwspółczynnik wypełnienia 

mo

ż

e by

ć

 ró

ż

ny od 50%

)

dane 

synchronizowane

narastaj

ą

cym i opadaj

ą

cym 

zboczem

syg. taktuj

ą

cego

ż

nicowy sygnał taktuj

ą

cy ogranicza wpływ szumów i zakłóce

ń

 przy wy

ż

szych 

cz

ę

stotliwo

ś

ciach

Różnice między 

SDR SDRAM  i  DDR SDRAM — taktowanie  

[1#2]

How to use DDR SDRAM. User’s Manual. 

Elpida Memory, E0234E30 (Ver.3.0) 2002, p.13

SDR SDRAM

pojedynczy  sygnał taktuj

ą

cy

DDR SDRAM

ż

nicowy sygnał taktuj

ą

cy

CK

CK

/CK

Różnice między 

SDR SDRAM  i  DDR SDRAM — taktowanie  

[2#2]

How to use DDR SDRAM. User’s Manual. 

Elpida Memory, E0234E30 (Ver.3.0) 2002, p.17

CL: /CAS latency
BL: Burst length

Figure 1-5.

SDR 
SDRAM 
Read Cycle 
Timing

Figure 1-4.

DDR 
SDRAM 
Read Cycle 
Timing

DRAM 

- timing

1. wybór wiersza:

aktywowanie 
wzmacniaczy odczytu

2. wybór kolumn:

wybór komórki

WR: zapis 

RD: odczyt

3. Doładowanie (Precharge)

:

zapis warto

ś

ci do komórki

deaktywacja wierszy i 
kolumn

t

RC

t

RAS

t

RP

t

CAS

t

RCD

t

WCS

t

WCH

t

CAC

t

ARS

t

ARH

~RAS

~CAS

~WE

~OE

Address

Data

D

Q

Col

Row

Row

t

ACS

t

ACH

Col

Idle state

Note EE-126 Contributed by Robert Hoffmann.

European DSP Applications. Analog Devices, Rev1 (20-March-02)

Co  oznacza  4-3-3  SDRAM

t

RP 

= 20 ns

t

CAS

~RAS

~CAS

~WE

~OE

Address

Data

D

Col

Row

Row

Col

Idle state

Q

t

RAS

4

3

3

t

RAC

t

CAC

= 25 ns

t

RCD 

= 20 ns

t

CLK 

= 7,5 ns (133 MHz Bus)

t

RCD

/ t

CLK

= 2,67

3

t

RP

/ t

CLK

= 2,67

3

CL = t

CAC

/ t

CLK

= 3,33

4

CL is CAS Latency

Note EE-126 Contributed by Robert Hoffmann.

European DSP Applications. Analog Devices, Rev1 (20-March-02)

Co  oznacza  2-3-3-6-1T DRAM

t

RP 

= 20 ns

t

CAS

~RAS

~CAS

~WE

~OE

Address

Data

D

Col

Row

Row

Col

Idle state

Q

t

RAS

= 40 ns

t

RAC

t

CAC

= 15 ns

t

RCD 

= 20 ns

t

CLK 

= 7,5 ns (133 MHz Bus)

t

RCD

/ t

CLK

= 2,67

3

t

RP

/ t

CLK

= 2,67

3

CL = t

CAC

/ t

CLK

= 2

2

CL is CAS Latency

2

3

6

t

RAS

/ t

CLK

= 5,33

6

Bank cycle time

Note EE-126 Contributed by Robert Hoffmann.

European DSP Applications. Analog Devices, Rev1 (20-March-02)

Problemy i pytania

1. Na czym polega inicjalizacja mikrokontrolera po sprz

ę

towym zerowaniu ?

2. Jakie cechy charakteryzuj

ą

 pami

ęć

 ROM ?

3. Jakie cechy charakteryzuj

ą

 pami

ęć

 RAM ?

4. Jakie parametry opisuj

ą

 pami

ę

ci ROM/RAM ?

5. Co oznaczaj

ą

 poj

ę

cia: CS#, OE#, RD#, WR# ?

6. Na czym polega powielanie obszarów pami

ę

ci ?

7. Czym si

ę

 ró

ż

ni pami

ęć

 EEPROM od pami

ę

ci Flash ?

8. Jakie s

ą

 zastosowania pami

ę

ci NAND Flash, a jakie NOR Flash ?

9. Wyja

ś

ni

ć

 skrót SSD i przeznaczenie tych układów.

10. Jakie jest przeznaczenie pami

ę

ci FRAM ?

11. Jaka s

ą

 ró

ż

nice mi

ę

dzy pami

ę

ciami SRAM i DRAM ?

12. Co tworzy komórk

ę

 pami

ę

ci statycznej, a co dynamicznej ?

13. Co definiuje parametr t

ACC

/ t

AA

?

14. Na czym polega od

ś

wie

ż

anie (refresh) pami

ę

ci DRAM ?

15. Jaki jest cel wprowadzenia parametru CL w pami

ę

ciach DRAM ?

16. Czemu słu

żą

 sygnały RAS/CAS w pami

ę

ciach dynamicznych ?