Pamięć stała ROM



Rozróżniamy pięć podstawowych rodzajów pamięci ROM:



ROM - (ang. Read Only Memory) pamięć tylko do odczytu



PROM - (ang. Programmable ROM), programowalna pamięć ROM



EPROM - (ang. Erasable Programmable ROM) wymazywalna,
programowalna pamięć ROM



EEPROM - (ang. Electrically Erasable and Programmable ROM)
wymazywalna elektrycznie, programowalna pamięć ROM



FLASH Rodzaj nieulotnej pamięci elektrycznie programowalnej i
kasowalnej. Podczas jednej operacji programowania można zapisać
lub kasować wiele komórek pamięci.

Rodzaje pamięci ROM



jest stosowana w systemach
procesorowych do przechowywania danych,
które się nie zmieniają - np. różnego
rodzaju tabele funkcji, parametry urządzeń,
a także procedury startowe komputera i
obsługa różnych urządzeń wejścia/wyjścia.
Cechą charakterystyczną pamięci ROM jest
przechowywanie zapisanych danych nawet
po wyłączeniu zasilania. Dzięki temu są one
od razu gotowe do użycia tuż po ponownym
uruchomieniu systemu komputerowego.
Drugą charakterystyczną cechą jest stałość
zapisanych danych, których zwykle nie
można zmieniać w trakcie normalnej pracy
pamięci - gwarantuje to, iż przechowywana
informacja przetrwa nienaruszona podczas
różnego rodzaju błędów zapisu pamięci.
Stąd bierze swój początek angielska nazwa
ROM - Read Only Memory, czyli pamięć
tylko do odczytu.

Pamięć stała 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, w których
zapamiętane są kształty liter wyświetlanych na wyświetlaczu dla
urządzeń cyfrowych, pozytywki odtwarzające melodie, piosenki, gry
elektroniczne, takie jak np. popularne Game Boy, Nintendo, Sega itp.
Pamięci ROM są bardzo pewne w działaniu i rzadko ulegają awariom.

Sposób produkcji



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.



Ponieważ pamięć ROM zezwala jedynie na operację
odczytu danych, układy scalone posiadają następujące
wejścia sterujące:



n-1

... A

- n linii magistrali adresowej.



m-1

... D

- m linii magistrali danych.



CS (ang. Chip Select) - linia uaktywnia układ pamięci.
Jeśli jest w stanie wysokim, pamięć nie reaguje na
pozostałe sygnały, a jej magistrala danych przechodzi w
stan wysokiej impedancji. W stanie niskim CS układ
pamięci zostaje uaktywniony i reaguje na sygnały
sterujące wg swojej specyfikacji.



OE (ang. Output Enable) - podłącza w stanie niskim
wewnętrzną magistralę danych do linii D

... D

. Sygnał

OE wykorzystuje się przy odczycie zawartości pamięci.

Budową pamięći



Tworzenie od podstaw
zawartości pamięci ROM jest
bardzo kosztowne w małych
ilościach i zajmuje mnóstwo
czasu. Z tego powodu
producenci opracowali nowy
rodzaj pamięci ROM - tzw.
programowalną pamięć ROM



Pamięć PROM sprzedawana jest
jako pusta - wszystkie komórki
pamiętają stan logiczny 1 -
zawartość można zdefiniować
przy pomocy specjalnego
urządzenia, zwanego
programatorem pamięci PROM.



ang. PROM programmer lub



PROM burner.

Pamięć PROM



Wewnętrznie PROM przypomina
budową zwykłą pamięć ROM. Różnica
polega na tym, iż połączenia linii WL
lub BL z diodami komórek wykonane
są w formie cienkich drucików, które
można przepalać za pomocą
odpowiednio dobranego prądu
elektrycznego. Przepalenie drucika
powoduje przerwanie połączenia
diody z linią bitu BL - komórka będzie
teraz pamiętała bit 0. Jeśli połączenie
istnieje, komórka pamięta bit 1. Do
przepalenia drucika w wybranej
komórce pamięci PROM używamy
specjalnego programatora a proces
ten nazywa się programowaniem lub
wypalaniem pamięci PROM.

Budowa Pamięći PROM



polega na przygotowaniu pliku z zawartością dla
poszczególnych komórek pamięci PROM. Następnie
uruchamia się oprogramowanie programatora. Programator
łączy się odpowiednim kablem z komputerem PC. Do
programu programatora wczytuje się plik z zawartością dla
PROM. Układ pamięci wkładany jest do niebieskiej
podstawki - Na koniec uaktywnia się w programie opcję
wypalania pamięci - program odczytuje z pliku zawartość
kolejnych komórek PROM i steruje programatorem, który
wypala w komórkach pamięci druciki tam, gdzie zawartość
ma wynosić 0 - komórki z zawartością 1 pozostają
nienaruszone. Wypalanie polega na wysterowaniu układu
odpowiednio wyższym napięciem niż w czasie normalnej
pracy od 15do 25V.

Proces wypalania



Pamięć PROM jest wrażliwa na przepięcia elektryczne, które
mogą uszkodzić wewnętrzne połączenia komórek z liniami
wybierającymi WL. Dlatego z układami PROM należy
obchodzić się bardzo ostrożnie.



Pamięć PROM daje się zaprogramować tylko jeden raz. Jeśli
coś pójdzie źle lub zapisana informacja zawiera błędy,
pamięć przestaje być zdatna do użytku i należy wypalić
drugi egzemplarz. Jednakże niski koszt czyni ją doskonałym
materiałem do zastosowań prototypowych i hobbistycznych.



pamięci PROM są dzisiaj już przestarzałe i mało kto je
produkuje

podsumowanie



zawartości pamięci wymaga naświetlenia jej struktury światłem ultrafioletowym
przez około 10 - 15 minut. Dlatego w obudowie EPROM umieszczone jest małe
okienko kwarcowe przepuszczające ultrafiolet, poprzez które widoczna jest płytka
krzemowa zawierająca elementy pamięci. Produkuje się również tzw. jednorazowe
pamięci EPROM - bez okienka - tzw. (ang. One Time Programmable) -
programowalne jednorazowo. Układy takie zawierają strukturę EPROM, jednak
mogą być zaprogramowane tylko jeden raz. Ponieważ obudowa układu nie zawiera
okna kwarcowego, układ jest tańszy w produkcji. Jednorazowe EPROM'y można
programować w tych samych programatorach, co zwykłe pamięci EPROM.
Stosowane są wtedy, gdy zapisywana zawartość nie zawiera już żadnych błędów.



Każde kasowanie EPROM degeneruje materiał półprzewodnikowy, dlatego pamięci
te wytrzymują od kilkaset do kilku tysięcy cykli programowania i kasowania.
Natomiast odczytywać zawartość pamięci EPROM można dowolną liczbę razy.
Informacja przechowywana jest przez około 10 lat. Kasowanie pamięci nie jest
selektywne - usuwa informację ze wszystkich komórek i proces programowania
musi być powtórzony w całości. Pamięci EPROM należy chronić przed światłem
słonecznym, które zawiera ultrafiolet. Najczęściej nalepia się na okienko kwarcowe
etykietkę z danymi układu lub z reklamą producenta.

Kasowanie



Budowa pamięci EPROM jest standardowa - zawiera dekodery wierszy i kolumn sterowane
liniami magistrali adresowej. Różnica dotyczy konstrukcji komórek przechowujących dane.
Zbudowane są one ze specjalnych tranzystorów polowych posiadających dwie bramki –
sterującą, która podłączona jest do linii słowa WL oraz pływającą nigdzie nie jest podłączona.
Bramki rozdzielone są od siebie przez warstwę tlenku krzemu, która jest izolatorem. Dzięki
zjawisku tunelowemu Fowlera-Nordheima (przepływ elektronów przez izolator
wykorzystujący zjawiska fizyki kwantowej) bramka pływająca może więzić elektrony, jeśli
tranzystor wysterujemy na linii WL wyższym niż normalne napięciem (zwykle 12...22V).
Elektrony gromadzące się w bramce pływającej powodują powstanie ujemnego ładunku
elektrycznego, który oddziałuje później z napięciem bramki sterującej. Jeśli ładunek bramki
pływającej jest odpowiednio duży, to tranzystor polowy w normalnych warunkach pracy
może przestać przewodzić prąd elektryczny pomiędzy źródłem S a drenem D. Odpowiedni
układ porównuje wartość prądu płynącego przez linię BL po przyłożeniu napięcia sterującego
na linię WL. Jeśli jest on większy od 50% maksimum, to komórka zawiera wartość 1 (bramka
pływająca posiada za mało elektronów, aby skutecznie zablokować tranzystor). Jeśli prąd
spadnie poniżej 50% maksimum, to komórka zawiera wartość 0 (bramka pływająca posiada
wystarczający ładunek elektronów do zablokowania tranzystora).



Dzięki izolacji tlenkowej ładunek elektronów może utrzymywać się w bramce pływającej
przez wiele lat (10...20). Usunąć go można przez naświetlenie struktury krzemowej światłem
ultrafioletowym o odpowiednio dobranej długości fali (253,7 nm.). Światło UV powoduje
jonizację krzemu i uwolnienie elektronów zgromadzonych w bramkach pływających.
Wszystkie komórki przechodzą wtedy w stan logiczny 1. Wymazaną pamięć należy ponownie
zaprogramować.



Budowa



Jest pamięcią stałą, którą można wymazywać
elektrycznie i programować elektrycznie. Nie
jest wymagane naświetlanie układu
promieniami UV, jak w przypadku
standardowej pamięci EPROM. Poszerza to
krąg zastosowań pamięci, która teraz może
być przeprogramowana w docelowym
urządzeniu, np. w komputerze, przy pomocy
odpowiedniego programu. Drugą zaletą w
porównaniu z EPROM jest selektywność
kasowania - można usunąć zawartość
określonych komórek pamięci bez
naruszania informacji przechowywanej w
innych komórkach. Otwiera to przed
pamięcią zupełnie nowe dziedziny
zastosowań



(np. dyski krzemowe do zapisu plików).



(ang. Electrically Erasable and
Programmable ROM)

Pamięć EEPROM



Komórka pamięci EEPROM zbudowana jest podobnie do komórki
pamięci EPROM, również występuje tranzystor polowy o dwóch
bramkach - sterującej i pływającej. Różnica leży w warstwie
tlenkowej, która w pamięci EEPROM jest cieńsza i pozwala na
wystąpienie zjawisk tunelowych przy wysterowaniu tranzystora,
za pomocą bramki sterującej. Przyłożenie odpowiednio
wysokiego napięcia do tej bramki powoduje gromadzenie się lub
rozładowywanie ładunku elektronów na bramce pływającej -
można to porównać do procesu ładowania i rozładowywania
akumulatora. Jeśli bramka pływająca zostanie naładowana
ładunkiem elektronów, to wytworzone przez nie napięcie będzie
blokowało w trakcie normalnej pracy funkcje tranzystora
polowego - komórka ze stanem logicznym 0. Jeśli ładunek bramki
pływającej zostanie rozładowany, to przestanie ona wpływać na
pracę tranzystora - komórka ze stanem logicznym 1.

Budowa



kasowanie komórki i programowanie odbywa się
na drodze czysto elektrycznej, pamięci EEPROM
można programować z nową zawartością
bezpośrednio w układzie cyfrowym, bez
konieczności ich wyjmowania i naświetlania
światłem UV jak w przypadku zwykłych pamięci
EPROM. Pamięć wytrzymuje kilkanaście tysięcy
cykli kasowania. Dodatkowo pamięci te można
produkować w zwykłych obudowach zamkniętych,
bez okna kwarcowego, co obniża znacznie koszty
produkcji Obecnie pamięć EEPROM jest coraz
częściej zastępowana pamięcią FLASH.

kasowanie komórki Pamięci

EEPROM



Jest pamięcią nieulotną, którą można
elektrycznie wymazywać oraz
programować - podobnie jak opisaną
wyżej pamięć EEPROM. Pamięci Flash
znalazły obecnie szerokie zastosowanie
w kartach pamięciowych do aparatów,
kamer cyfrowych, telefonów,
notebooków, odtwarzaczy mp3, iPodów
itp. oraz w dyskach krzemowych USB
zwanych Pen Drive. Pamięć FLASH we
współczesnych komputerach pełni rolę
dawnej pamięci ROM-BIOS. Takie
rozwiązanie pozwala użytkownikowi na
aktualizację oprogramowania
systemowego komputera. Aktualizacja
może usunąć błędy w działaniu,
zauważone już po produkcji podzespołów
komputera - jednakże nie licz zbytnio na
tę opcję, często producenci zapominają o
użytkowniku, który posiada stary sprzęt,
chociaż są wyjątki. (ang. Flash
Memory).

Pamięć Flash



Pamięć Flash jest specyficznym rodzajem pamięci EEPROM. Zapis informacji odbywa się na
identycznej zasadzie - tranzystor polowy z dwoma bramkami, sterującą i pływającą. Bramka
pływająca jest nasycana elektronami w czasie programowania, co blokuje tranzystor podczas
normalnej pracy. Różnica występuje przy kasowaniu zapamiętanej informacji. W pamięci
EEPROM można kasować pojedyncze komórki, lecz prowadzi to do komplikacji układu
cyfrowego, a zatem do wyższych kosztów produkcji. Dodatkowo kasowanie bloku komórek jest
czasochłonne - każdą komórkę musimy skasować oddzielnie. W pamięci FLASH kasowany jest
jednocześnie cały blok komórek (np. w porcjach po 1024 bajty).



Umożliwia to znacznie szybszy zapis nowej treści niż w przypadku EEPROM, stąd pochodzi
nazwa FLASH - błysk. Jeśli pamięć FLASH jest stosowana w charakterze dysku, to kasowanie
całych bloków jest nawet bardzo korzystne. Informacja na dyskach przechowywana jest zawsze
w postaci bloków, zwanych sektorami. Zatem zmiana nawet pojedynczego bitu w bloku
wymaga ponownego zapisu całego bloku danych, a to właśnie odbywa się w pamięci FLASH.



Do elektrycznego kasowania zawartości bloku komórek wymagane jest wyższe niż normalne
napięcie sterujące - zwykle od 12 do 22V. Jednakże pamięci Flash są zasilane pojedynczym
napięciem 5V. Potrzebne, wysokie napięcie kasowania jest wytwarzane samodzielnie przez
pamięć Flash wewnątrz układu scalonego przy pomocy odpowiednich obwodów powielaczy
napięcia. Upraszcza to znacznie zastosowanie tej pamięci w różnych urządzeniach cyfrowych.
Pamięć Flash wytrzymuje kilka milionów cykli wymazywania i zapisu. W przypadku stosowania
jej w charakterze dysku krzemowego, wystarcza to na około 5 lat pracy.

Sposób zapisywania

informacji na pamięci Flash



Nieulotna pamięć RAM  nie jest pamięcią
stałą, tylko zwykłą pamięcią RAM ze
zintegrowaną baterią, która podtrzymuje
działanie pamięci po wyłączeniu zasilania.
W komputerach PC pamięć NV-RAM jest
często stosowana do zapamiętywania
ustawień płyty głównej. Układ tej pamięci
łatwo rozpoznać - ze względu na zawartą
w nim baterię jest on dużo wyższy od
pozostałych układów scalonych na płycie.
Wewnętrzna bateria potrafi podtrzymywać
działanie pamięci przez okres około 10 lat.
Zaletą NV-RAM,  w porównaniu z
pamięciami typu EEPROM i FLASH, jest
szybkość działania oraz standardowa
obsługa - pamięć może nawet być
włączona w przestrzeń adresową
procesora i pełnić rolę obszaru pamięci,
który nie jest kasowany po wyłączeniu
zasilania.  (ang. Non Volatile RAM)

Pamięć NV-RAM



urządzenie służące do przechowywania
danych zbudowane w oparciu o
masową pamięć półprzewodnikową.
Pierwsze pamięci ferrytowe, zwanymi
pomocniczymi jednostkami pamięci,
dziś historycznie pierwszymi
urządzeniami SSD. Pojawiły się w
okresie używania komputerów
zbudowanych w oparciu o lampy
elektronowe. Po pojawieniu się
tańszych pamięci bębnowych,
zarzucono dalszy ich rozwój. W latach
70. i '80 wraz z rozwojem elektroniki
półprzewodnikowej, idea urządzenia
SSD odżyła, tym razem w formie
trwałej pamięci zbudowanej z
półprzewodników. Zastosowano je w
pierwszych wersjach superkomputerów
firmy IBM: Amdahl i Cray , jednak
bardzo wysoka cena powodowała
niewielkie zainteresowanie i niski
popyt.

Dyski SSD (Solid State) Drive



Aby gromadzić informacje technika SSD wykorzystuje ładunki
elektryczne w komórkach pamięci. W odróżnieniu od
konwencjonalnych dysków, tanie modele SSD nie są wyposażane
w bufor, co wpływa negatywnie na ich wydajność w codziennym
użyciu.

Zasadniczo dyski SSD wykorzystują pamięć Flash, której komórki

są połączone w grupach jedna za drugą. Stosuje się dwa
standardy: Dyski SLC (Single Level Cell) zapisują po jednym bicie
na komórkę pamięci, używając stałego napięcia. Tymczasem
dyski MLC (Multi Level Cell) potrafią przechowywać aż cztery bity
w jednej komórce pamięci. Dlatego są dostępne w większych
pojemnościach i po niższych cenach. Jednak odczyt danych musi
odbywać się przy użyciu różnych napięć. Dyski SLC są więc od
nich szybsze - przede wszystkim podczas zapisu danych.

Zasada Działania i budowa



Technologia SSD zapewnia
bardzo dużą szybkość działania.
Wykorzystujące ją urządzenia
charakteryzują się wyjątkowo
krótkim czasem reakcji i
gotowości do pracy. Wyposażona
w to rozwiązanie np. kamera
HMX-H105 jest gotowa do
nagrywania natychmiast po
wciśnięciu przycisku
uruchamiającego urządzenie lub
otwarciu ekranu.
To istotne udoskonalenie w
porównaniu z technologią HDD
np. twardy dysk, którego start i
przełączenie w tryb nagrywania
wymaga nawet kilku sekund.

Zalety

Document Outline