Pamięci

Pamięci są układami logicznymi wykorzystywanymi

do przechowywania, wydawania i przyjmowania
zakodowanych danych informacyjnych.

Podstawowym typem pamięci, powszechnie dzisiaj

Podstawowym typem pamięci, powszechnie dzisiaj

wykorzystywanym jest pamięć
półprzewodnikowa.

Przekazywana informacja jest zapisywana w postaci

binarnej, ciąg zer i jedynek.

Pamięci półprzewodnikowe

Pamięć RAM realizowana jest sprzętowo, w postaci

układów scalonych, które występują w różnych
technologiach, także jako fragmenty znacznie
bardziej złożonych układów scalonych, na

bardziej złożonych układów scalonych, na
przykład pamięć podręczna procesora.

Pamięci RAM z jakimi mamy najczęściej do

czynienia znajdują największe zastosowanie w
komputerach osobistych.

Podstawowe parametry pamięci

półprzewodnikowych

• Szybkość

• Szybkość

• Pojemność

• Pobór mocy

• Koszt

Parametry określające szybkość

działania pamięci półprzewodnikowych:

• Czas dostępu (access time) – czas upływający od

momentu w którym wysyłane jest żądanie dostępu
do pamięci do czasu w którym informacja zwrotna
ukaże się na jej wyjściu (20 – 200 ns).

• Czas cyklu (cycle time) – najkrótszy czas, który

• Czas cyklu (cycle time) – najkrótszy czas, który

upływa między dwoma kolejnymi żądaniami
dostępu do pamięci.

• Szybkość transmisji (transfer speed) – mierzymy

liczbą bitów, bądź bajtów, którą jesteśmy w stanie
przesłać pomiędzy urządzeniem, a pamięcią w
jednostce czasu (na ogół 1s).

Podział pamięci RAM

• Pamięci statyczne - SRAM.

Elementem pamiętającym jest bistabilny przerzutnik
asynchroniczny typu RS.
Informacja jest utrzymywana dopóki nie zostanie
zastąpiona inną lub napięcie zasilające nie zostanie
odłączone.

zastąpiona inną lub napięcie zasilające nie zostanie
odłączone.

• Pamięci dynamiczne - DRAM.

Elementem pamiętającym są pojemności wejściowe
tranzystorów MOS, które gromadzą ładunek, lub go
odprowadzają.
Istnieje konieczność odświeżania w celu uzupełniania
ładunku, który dosyć szybko zanika.

Pamięci statyczne - SRAM

Elementem pamiętającym jest bistabilny przerzutnik asynchroniczny typu RS.

Pamięci dynamiczne - DRAM

Elementem pamiętającym są pojemności wejściowe tranzystorów MOS

Porównanie

DRAM

• Element pamiętający –

pojemność

• 1 – tranzystor

SRAM

• Element pamiętający –

przerzutnik R-S

• 4 – tranzystory

• 1 – tranzystor

• Konieczność odświeżania

• Duże upakowanie

• Niski koszt

• Niższy pobór mocy

• 4 – tranzystory

• Trwała informacja

• Mniejsze upakowanie

• Wyższy koszt

• Wyższy pobór mocy

Struktura pamięci RAM

Układ pamięci RAM zawiera:

•

dekoder adresów

•

matrycę komórek pamięci

Błędy w pamięciach

półprzewodnikowych a modele pamięci

• Model ogólny

• Model funkcjonalny

10

• Model funkcjonalny

• Model logiczny

• Model elektryczny

• Model geometryczny

Błędy w pamięciach RAM

Model funkcjonalny

• Błędy w mechanizmach dostępu (dekodery

11

adresu)

• Błędy w matrycy i układach

towarzyszących

Błędy adresowania AF (address fault)

• dla zadanego adresu nie może być wybrana

komórka pamięci

• określona komórka pamięci nie może być wybrana

12

• wiele komórek pamięci jest wybieranych

jednocześnie (wynikiem odczytu jest np. suma lub
iloczyn logiczny komórek)

• komórka pamięci jest wybierana przez więcej niż

jeden adres

Błędy w matrycy pamięci

• Błędy związane z jedną komórką pamięci

(np. SAF, TF)

• Błędy związane z dwoma komórkami

13

• Błędy związane z dwoma komórkami

pamięci (np. CF)

• Błędy związane z większą niż dwa liczbą

komórek pamięci (np. PSF)

Podstawowa klasyfikacja błędów

w matrycy pamięci

• Błędy sklejania – SAF (stuck at fault)

• Błędy rozwarcia – SOF (stuck open fault)

• Błędy ulotności – DRF (data retention fault)

14

• Błędy ulotności – DRF (data retention fault)

• Błędy przejścia – TF (transition fault)

• Błędy sprzężenia – CF (coupling fault)

• Błędy uwarunkowane zawartością – PFS (pattern

sensitive fault)

Błędy pojedynczych komórek pamięci

• błąd sklejenia z 0 lub 1 (s-a-c) – typowy wcześniej

opisywany model błędu

• błąd rozwarcia – komórka pamięci nie może być wybrana

np. z powodu przerwy w linii wybierania słów

15

np. z powodu przerwy w linii wybierania słów

• błąd ulotności – zapamiętana w komórce informacja jest

tracona po pewnym czasie w wyniku nadmiernych prądów
upływności

• błąd ptrzejścia – komórka nie może zmienić stanu z 0 na 1

TF<

↑

/0> lub z 1 na 0 TF<

↓

/1>

Grupa błędów sprzężenia par komórek

– sprzężenie inwersyjne (CFin <

↑

/

↓↑

> lub <

↓

/

↑↓

>) – określona zmiana

stanu w jednej komórce wymusza zmianę stanu w komórce sprzężonej na
przeciwną

– sprzężenie idempotentne (CFid <

↑

/0>; <

↑

/1> ; <

↓

/0>; <

↓

/1>)

– określona zmiana stanu w jednej komórce wymusza stan (0 lub 1) w
komórce z nią sprzężonej

16

komórce z nią sprzężonej

– sprzężenie statyczne stanów (CFst <0/0>; <0/1> ; <1/0> ; <1/1>)

– określona wartość stanu w jednej komórce wymusza stan w komórce z
nią sprzężonej

– sprzężenie aktywne, dynamiczne (CFd) – zapis lub odczyt stanu jednej

komórki powoduje ustawienie określonego stanu w komórce sprzężonej

– sprzężenie bierne, pasywne (CFp) – operacja zapisu lub odczytu w i-tej

komórce powoduje błędne zapisanie jej stanu w sprzężonej j-tej komórce

Błędy związane z większą liczbą komórek pamięci

błędy złożonych sprzężeń, wśród których wyróżnia się błędy

sprzężeń k-krotnych zwane również błędami uczulenia na

wzorce (PSF – pattern sensitive faults)

↑

17

↑

n

↓

←

w

→

←

e

→

↑

s

↓

Błędy związane z większą liczbą

komórek pamięci

•

Błędy uwarunkowane zawartością (PSF –
pattern sensitive faults).

•

Wartość (lub zmiana wartości) jednej komórki

18

•

Wartość (lub zmiana wartości) jednej komórki
zależy od wartości (lub zmiany wartości)
innych komórek sprzężonych.

•

Można rozpatrywać jako uogólnione błędy
CF.

Podtypy błędów PSF

•

Aktywne APSF (active pattern sensitive faults) – zapis lub odczyt
stanu jednej komórki, przy określonych stanach w pozostałych
komórkach sprzężonych, powoduje ustawienie określonego stanu w
komórce bazowej.

•

Pasywne PPSF (passive pattern sensitive faults) – przy określonych
stanach komórek sprzężonych, nie jest możliwa zmiana stanu w

19

stanach komórek sprzężonych, nie jest możliwa zmiana stanu w
komórce bazowej.

•

Statyczne SPSF (static pattern sensitive faults) – określone stany
komórek sprzężonych wymuszają określony stan w komórce bazowej.

•

Błędy uwarunkowane zawartością sąsiadów NPFS (neighborhood
pattern sensitive fault), komórki sprzężone stanowią pewien spójny
obszar w fizycznej strukturze układu scalonego

Modele błędów specyficzne dla

technologii wykonania pamięci

• Błąd opóźnienia czasu dostępu.

• Błąd opóźnienia wzmacniacza odczytu.

Po odczycie ciągu bitów o tym samym stanie logicznym wzmacniacz
z opóźnieniem reaguje na bit o przeciwnym stanie.

z opóźnieniem reaguje na bit o przeciwnym stanie.

• Błąd opóźnienia zapisu.

Kolejna operacja zapisu występuje pod tym samym adresem z powodu
opóźnienia w dekoderze adresów.

• Błąd niezrównoważenia.

Wzmacniacz błędnie odczytuje stan komórki ponieważ większość
podłączonych do linii odczytu komórek ma przeciwny stan.

Występowanie poszczególnych typów

uszkodzeń w produkowanych układach

• Błąd sklejenia (SAF)

60%

• Błąd rozwarcia (SOF)

1,14%

• Błąd sprzężenia idempotentnego

• Błąd sprzężenia idempotentnego

(CFid)

1,5%

• Błąd sprzężenia stanu (CFst)

0,8%

• Błąd ulotności

2,2%

• Pozostałe błędy

21,5%

Symulacja błędów dla SRAM 16kB

• Błąd sklejenia (SAF)

49,8%

• Błąd rozwarcia (SOF)

11,9%

• Błąd przejścia, tranzycji (TF)

7,0%

• Błąd przejścia, tranzycji (TF)

7,0%

• Błąd sprzężenia idempotentnego

(CFid)

3,3%

• Błąd sprzężenia stanu (CFst)

13,2%

• Błąd ulotności

14,8%