Podstawy Technologii Komputerowych
Podstawy Technologii Komputerowych
dr inż. Krzysztof MURAWSKI
dr inż. Krzysztof MURAWSKI
mgr inż. Józef TURCZYN
mgr inż. Józef TURCZYN
Tel.: [phone], E-mail: [e-mail]
Tel.: [phone], E-mail: [e-mail]
1
Układy pamięciowe
Układy pamięciowe
statyczne i dynamiczne
statyczne i dynamiczne
2
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Rodzaje pamięci
Rodzaje pamięci
Pamięci
Pamięci
półprzewodnikowe
półprzewodnikowe
magnetyczne
magnetyczne
magnetooptyczne i optyczne
magnetooptyczne i optyczne
3
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Podział pamięci półprzewodnikowych
Podział pamięci półprzewodnikowych
>> dokonany pod względem metody kodowania informacji <<
>> dokonany pod względem metody kodowania informacji <<
Pamięci półprzewodnikowe
Pamięci półprzewodnikowe
cyfrowe analogowe
cyfrowe analogowe
informacja kodowana informacja kodowana
informacja kodowana informacja kodowana
w postaci słów binarnych w postaci poziomów napięcia
w postaci słów binarnych w postaci poziomów napięcia
4
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Cechy pamięci półprzewodnikowych
Cechy pamięci półprzewodnikowych
Wybrane cechy pamięci półprzewodnikowych:
Wybrane cechy pamięci półprzewodnikowych:
pojemność pamięci, wyraż. w bitach lub bajtach;
pojemność pamięci, wyraż. w bitach lub bajtach;
trwałość przechowywania informacji;
trwałość przechowywania informacji;
reakcja na odłączenie z
ródła zasilania;
reakcja na odłączenie z
ródła zasilania;
sposób adresowania komórek pamięci;
sposób adresowania komórek pamięci;
rodzaj dostępu do przechowywanej informacji;
rodzaj dostępu do przechowywanej informacji;
czas dostępu  czas potrzebny do wpisania lub
czas dostępu  czas potrzebny do wpisania lub
odczytania jednego słowa informacji;
odczytania jednego słowa informacji;
czas cyklu  min. przedział czasu pomiędzy
czas cyklu  min. przedział czasu pomiędzy
dwoma kolejnymi odwołaniami do pamięci.
dwoma kolejnymi odwołaniami do pamięci.
5
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Pamięci półprzewodnikowe cyfrowe
Pamięci półprzewodnikowe cyfrowe
SRAM:
SRAM:
SRAM - Static RAM,
SRAM - Static RAM,
- Synchronous SRAM,
- Synchronous SRAM,
- Asynchronous SRAM;
- Asynchronous SRAM;
CAM - Contact Addressable Memory;
CAM - Contact Addressable Memory;
RADHard - Radianion Hardened  accept a higher dose
RADHard - Radianion Hardened  accept a higher dose
of radiation without failure.
of radiation without failure.
UtRAM - Uni-Transistor Random Access Memory;
UtRAM - Uni-Transistor Random Access Memory;
MCP Mem. - Multi Chip Package Memory;
MCP Mem. - Multi Chip Package Memory;
6
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Pamięci półprzewodnikowe cyfrowe
Pamięci półprzewodnikowe cyfrowe
DRAM:
DRAM:
FPM - Fast Page Mode;
FPM - Fast Page Mode;
EDO - Extended Data Out;
EDO - Extended Data Out;
BEDO - Burst EDO;
BEDO - Burst EDO;
SDRAM - Synchronouse DRAM;
SDRAM - Synchronouse DRAM;
ESDRAM - Enhanced Synchronous DRAM;
ESDRAM - Enhanced Synchronous DRAM;
RDRAM - Rambus DRAM;
RDRAM - Rambus DRAM;
SLDRAM - Synchronous  Link DRAM;
SLDRAM - Synchronous  Link DRAM;
DDR SDRAM - Double Data Rate SDRAM
DDR SDRAM - Double Data Rate SDRAM
(Dual Edge Rate).
(Dual Edge Rate).
7
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Pamięci półprzewodnikowe cyfrowe
Pamięci półprzewodnikowe cyfrowe
EPROM:
EPROM:
MROM - Mask ROM;
MROM - Mask ROM;
OTPROM - One Time Programable PROM.
OTPROM - One Time Programable PROM.
PROM - Programable ROM;
PROM - Programable ROM;
EPROM - Erasable PROM;
EPROM - Erasable PROM;
EEPROM - Electrically Erasable PROM;
EEPROM - Electrically Erasable PROM;
(E2PROM)
(E2PROM)
8
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Pamięci półprzewodnikowe cyfrowe
Pamięci półprzewodnikowe cyfrowe
Inne:
Inne:
SGRAM - Synchronous Graphic RAM;
SGRAM - Synchronous Graphic RAM;
VRAM - Video RAM (Dual Ported);
VRAM - Video RAM (Dual Ported);
PBRAM - Pipelined Burst RAM;
PBRAM - Pipelined Burst RAM;
FCRAM - Fast Cycle RAM;
FCRAM - Fast Cycle RAM;
FLASH -  pamięć błyskowa ;
FLASH -  pamięć błyskowa ;
FRAM - Feroelectric RAM (non-volatile RAM);
FRAM - Feroelectric RAM (non-volatile RAM);
NVRAM - Non-volatile RAM;
NVRAM - Non-volatile RAM;
NOR RWW FLASH (Intel 1988 rok);
NOR RWW FLASH (Intel 1988 rok);
NAND RWW FLASH (Samsung 1989 rok).
NAND RWW FLASH (Samsung 1989 rok).
9
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Dostęp do informacji
Dostęp do informacji
Wprowadzanie Wyprowadzanie
informacji informacji
równoległe równoległe
szeregowe równoległe
szeregowe szeregowe
równoległe szeregowe
10
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Pamięci półprzewodnikowe
Pamięci półprzewodnikowe
Przedmiotem dalszego zainteresowania będą
Przedmiotem dalszego zainteresowania będą
pamięci półprzewodnikowe cyfrowe, a więc
pamięci półprzewodnikowe cyfrowe, a więc
takie, które zapamiętują informację w postaci
takie, które zapamiętują informację w postaci
słów binarnych.
słów binarnych.
11
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Podział pamięci półprzewodnikowych
Podział pamięci półprzewodnikowych
>> dokonany pod względem ulotności informacji <<
>> dokonany pod względem ulotności informacji <<
Pamięci półprzewodnikowe
Pamięci półprzewodnikowe
Pamięci o dostępie swobodnym.
Pamięci o dostępie swobodnym.
RAM ROM
RAM ROM
(ang. Random Access Memory) (ang. Read Only Memory)
(ang. Random Access Memory) (ang. Read Only Memory)
Możliwe operacje zapisu Tylko odczyt pamięci.
Możliwe operacje zapisu Tylko odczyt pamięci.
i odczytu do/z pamięci.
i odczytu do/z pamięci.
12
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Podział pamięci RAM
Podział pamięci RAM
Pamięć RAM
Pamięć RAM
Statyczna (SRAM) Dynamiczna (DRAM)
Statyczna (SRAM) Dynamiczna (DRAM)
ang. Static RAM ang. Dynamic RAM
ang. Static RAM ang. Dynamic RAM
NVRAM
NVRAM
ang. NonVolatile RAM
ang. NonVolatile RAM
13
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Pamięć SRAM a DRAM
Pamięć SRAM a DRAM
Zakładając, że do układu dołączone jest napięcie
Zakładając, że do układu dołączone jest napięcie
zasilania:
zasilania:
pamięć SRAM  pamięć statyczna RAM  nie traci
pamięć SRAM  pamięć statyczna RAM  nie traci
informacji w funkcji czasu;
informacji w funkcji czasu;
pamięć DRAM  pamięć dynamiczna RAM  traci
pamięć DRAM  pamięć dynamiczna RAM  traci
informację w funkcji czasu, wymaga odświeżania.
informację w funkcji czasu, wymaga odświeżania.
Klasyczne pamięci RAM i DRAM tracą informację po
Klasyczne pamięci RAM i DRAM tracą informację po
odłączeniu napięcia zasilania.
odłączeniu napięcia zasilania.
14
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Pamięci półprzewodnikowe
Pamięci półprzewodnikowe
W pamięciach półprzewodnikowych cyfrowych
W pamięciach półprzewodnikowych cyfrowych
jedna komórka pamiętająca zapamiętuje (na ogół)
jedna komórka pamiętająca zapamiętuje (na ogół)
jeden bit informacji.
jeden bit informacji.
15
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Budowa komórki pamięci SRAM
Budowa komórki pamięci SRAM
Komórka pamięci bipolarnej RAM Komórka pamięci CMOS/RAM
Komórka pamięci bipolarnej RAM Komórka pamięci CMOS/RAM
Para linii bitu Para linii bitu
LB Para linii bitu LB Para linii bitu
L B L B
VDD
VCC = 3.5V
Linia Linia
Linia Linia
przerzutnik SR
przerzutnik SR
bitu bitu
bitu bitu
R1 R2
R1 R2
T5
T6
Wybór
Wybór
 1  0  1  0
 1  0  1  0
T1 T2
T1 T2
3V
3V
Linia
Linia Linia
Linia
słowa
słowa słowa
słowa
0.3V
0.3V
Wybór kolumny
Wybór kolumny
VEE = 0.5V
R3 R4
Brak
Brak
wyboru
wyboru
Wzm.
Wzm.
Ku
odczytu
odczytu
Ku Ku Ku
Wzmacniacz
Wzmacniacz
odczytu
odczytu
Wzm. zap.
Wzm. zap.
Din Dout Din 16
 1
 1
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Budowa komórki pamięci SRAM
Budowa komórki pamięci SRAM
Para linii bitu
LB Para linii bitu
L B
VCC = 3.5V
przerzutnik SR
przerzutnik SR
R1 R2
Wybór
Wybór
 1  0
 1  0
T1 T2
3V
3V
Linia słowa
Linia słowa
VEE = 0.5V
R3 R4
0.3V
0.3V
Brak
Brak
wyboru
wyboru
Wzmacniacz odczytu
Wzmacniacz odczytu
Ku OE
 1
 1
Dout
Din
17
WE
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Linia bitu
Linia bitu
Linia bitu
Linia bitu
Pamięć SRAM  HM62256B
Pamięć SRAM  HM62256B
Oznaczenie końcówek:
Oznaczenie końcówek:
A0 ÷ A14  l. adresowe;
A0 ÷ A14  l. adresowe;
I/O0 ÷ I/O7  we/wy;
I/O0 ÷ I/O7  we/wy;
CS  wybór układu;
CS  wybór układu;
WE  zezw. zapisu;
WE  zezw. zapisu;
OE  zezw. odczytu;
OE  zezw. odczytu;
NC  niepodłączony;
NC  niepodłączony;
VCC  zasilanie;
VCC  zasilanie;
VSS  masa.
VSS  masa.
18
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Odczyt informacji z pamięci
Odczyt informacji z pamięci
>> HM62256B <<
>> HM62256B <<
19
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Odczyt informacji z pamięci
Odczyt informacji z pamięci
>> HM62256B <<
>> HM62256B <<
20
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Zapis informacji do pamięci
Zapis informacji do pamięci
21
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Zapis informacji do pamięci
Zapis informacji do pamięci
22
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Rozkład wyprowadzeń
Rozkład wyprowadzeń
23
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Budowa komórki pamięci DRAM
Budowa komórki pamięci DRAM
CS  kondensator informacyjny,
CS  kondensator informacyjny,
typowo 40" 10-15F;
typowo 40" 10-15F;
Linia wiersza
Linia wiersza
CL  pojemność linii bitowej;
CL  pojemność linii bitowej;
CL
CL
C
L
H" 10
CS
CS
T
C
S
UDD
UDD
Fazy pracy kom. pam. DRAM:
Fazy pracy kom. pam. DRAM:
T1  WA
.
T1  WA
.
wzmacniacze
wzmacniacze
Åš1 T1 zwiera I1; I1 pracuje
Åš1 T1 zwiera I1; I1 pracuje
w zakresie liniowym jako wzm.
w zakresie liniowym jako wzm.
T1
T1
napięciowy
napięciowy
I1 I2
I1 I2
Ś2 wybór linii wiersza;
Ś2 wybór linii wiersza;
T2
T2
Ś3 T2 zamyka pętlę  + sprz.
Ś3 T2 zamyka pętlę  + sprz.
zwrotnego tworzÄ…c przerzutnik
zwrotnego tworzÄ…c przerzutnik
z I1 i I2.
z I1 i I2.
T2  WA
.
T2  WA
.
przerzutnik
przerzutnik
24
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Linia kolumny 1 ( bitu)
Linia kolumny 2 ( bitu)
Linia kolumny 1 ( bitu)
Linia kolumny 2 ( bitu)
Budowa komórki pamięci DRAM
Budowa komórki pamięci DRAM
ĆP
D D
Wstęp. ładow. CP i wyrówn.
Wstęp. ładow. CP i wyrówn.
VDD
potencjałów na liniach D i D.
potencjałów na liniach D i D.
VDD
CP CP
Komórka pamiętająca.
Komórka pamiętająca.
2
A0
«#
ª#
M
WL
ª#
Reference (Dummy) cell.
Reference (Dummy) cell.
An Ź#
ª#
VDD
(Komórka referencyjna)
(Komórka referencyjna)
ª#
RAS
­#
ĆP odczyt odtwarzanie
Q CR Q
ĆP
CM H" 40 fF
WL
Å‚adowanie linii
Q Q
"u = 0.1÷ 0.2V
= uM = uR VDD 2 RAS
CM CR
ĆY
SAR
A0
ż# CAS
ª#
M
ª#
VDD ĆY
¨#
An Sense  Amplify  Restore
Sense  Amplify  Restore
ª#
(wzmacniacz zintegrowany z przerzutnikiem)
(wzmacniacz zintegrowany z przerzutnikiem)
©#
CS CS ª#CAS
I O
DIN
ĆY - yield(odczyt)
DOUT
I O
ĆP - precharge
25
1fF =10-15F
WE
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Pamięć DRAM  MCM4116B (16Kx1)
Pamięć DRAM  MCM4116B (16Kx1)
26
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Schemat poglÄ…dowy
Schemat poglÄ…dowy
27
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Odczyt informacji z pamięci
Odczyt informacji z pamięci
28
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Odczyt trybie stronicowym
Odczyt trybie stronicowym
29
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Zapis informacji do pamięci
Zapis informacji do pamięci
30
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Zapis w trybie stronicowym
Zapis w trybie stronicowym
31
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Jednoczesny zapis i odczyt do/z pamięci
Jednoczesny zapis i odczyt do/z pamięci
32
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Odświeżanie pamięci typu  tylko RAS
Odświeżanie pamięci typu  tylko RAS
Adres wiersza
Adres wiersza
33
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Podział pamięci ROM
Podział pamięci ROM
Pamięć ROM
Pamięć ROM
MROM PROM
MROM PROM
ang. Mask ROM ang. Programable ROM
ang. Mask ROM ang. Programable ROM
OTPROM EPROM
OTPROM EPROM
ang. One Time Programable ROM ang. Eraseable Programable ROM
ang. One Time Programable ROM ang. Eraseable Programable ROM
EEPROM FLASH
EEPROM FLASH
ang. Electrical Eraseable  pamięć błyskowa
ang. Electrical Eraseable  pamięć błyskowa
Programable ROM
Programable ROM
34
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Budowa komórki pamięci PROM
Budowa komórki pamięci PROM
UCC
UCC
UCC
UCC
RC
RC
SÅ‚owo 0
SÅ‚owo 0
bit 0
bit 0
s
s
s
s
D0
D0
s
s
RB
RB
7V
7V
T1
T1
Otwarty
Otwarty
T2 T3
T2 T3
kolektor
kolektor
RE RZ
RE RZ
bit 1
bit 1
bit m-1
bit m-1
UCC
UCC
D1
D1
SÅ‚owo N-1
SÅ‚owo N-1
s
s
s
s
s
s
Dm-1
Dm-1
EN
EN
35
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Budowa komórki pamięci EPROM
Budowa komórki pamięci EPROM
>> struktura FAMOS  Floating Gate Avalanche-injected MOS <<
>> struktura FAMOS  Floating Gate Avalanche-injected MOS <<
Bramka pływająca
Bramka pływająca
Bramka sterujÄ…ca
Bramka sterujÄ…ca (zagrzebana)
(zagrzebana)
S G D
S G D
D
D
SiO2
SiO2
G
G
S
S
n+ n+
n+ n+
Obszar implantowany P
Obszar implantowany P
podłoże p
podłoże p
1źm
Dane na rok 1993. Struktura opracowana w firmie Intel, D. Frofman  Bentchkowsky, 1971rok.
Dane na rok 1993. Struktura opracowana w firmie Intel, D. Frofman  Bentchkowsky, 1971rok.
36
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Pamięć EPROM  TMS2708 (1Kx8)
Pamięć EPROM  TMS2708 (1Kx8)
Oznaczenie końcówek:
Oznaczenie końcówek:
A0 ÷ A9  adres;
A0 ÷ A9  adres;
Q1 ÷ Q8  we/wy;
Q1 ÷ Q8  we/wy;
CS(PE)  wybór układu  0 ,
CS(PE)  wybór układu  0 ,
zezw. programowania = 12V;
zezw. programowania = 12V;
VBB  zasilanie (-5V);
VBB  zasilanie (-5V);
Program > VCC programowanie;
Program > VCC programowanie;
VCC  zasilanie (+5V);
VCC  zasilanie (+5V);
VDD  napięcie program. (+12V);
VDD  napięcie program. (+12V);
VSS  masa (0V).
VSS  masa (0V).
37
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Schemat poglÄ…dowy
Schemat poglÄ…dowy
Wg. HN462532  4096 słów x 8 bitów, kasowany promieniami UV PROM, http://www.jrok.com/datasheet/HN2532.pdf
Wg. HN462532  4096 słów x 8 bitów, kasowany promieniami UV PROM, http://www.jrok.com/datasheet/HN2532.pdf
38
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Odczyt informacji z pamięci
Odczyt informacji z pamięci
39
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Programowanie pamięci
Programowanie pamięci
40
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Obudowa pamięci EPROM
Obudowa pamięci EPROM
41
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
Pamięci półprzewodnikowe
Pamięci półprzewodnikowe
Zainteresowanych odsyłamy na strony następujących producentów:
Zainteresowanych odsyłamy na strony następujących producentów:
Atmel: www.atmel.com/products/product_selector.asp
Atmel: www.atmel.com/products/product_selector.asp
Catalyst Semic., INC: www.catsemi.com/datasheets/memory.html
Catalyst Semic., INC: www.catsemi.com/datasheets/memory.html
Cypress: www.in-system.com/support/how_to_buy.cfm
Cypress: www.in-system.com/support/how_to_buy.cfm
Dallas-Maxim Semiconductor: www.maxim-ic.com/Memory.cfm
Dallas-Maxim Semiconductor: www.maxim-ic.com/Memory.cfm
Freescale Semiconductor:
Freescale Semiconductor:
www.freescale.com/webapp/sps/site/homepage.jsp?nodeId=015424
www.freescale.com/webapp/sps/site/homepage.jsp?nodeId=015424
Intersil: www.intersil.com/product_tree/product_tree.asp?x=10762
Intersil: www.intersil.com/product_tree/product_tree.asp?x=10762
PMC: www.pmcflash.com/products/standard.cfm
PMC: www.pmcflash.com/products/standard.cfm
Samsung: www.samsung.com/Products/Semiconductor/
Samsung: www.samsung.com/Products/Semiconductor/
Toshiba:www.toshiba.com/taec/cgi-bin/display.cgi?table=Family&FamilyID=7
Toshiba:www.toshiba.com/taec/cgi-bin/display.cgi?table=Family&FamilyID=7
42
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN
© K. MURAWSKI, J. TURCZYN