Pamięci półprzewodnikowe Pamięci 2/26 Klasyfikacja pamięci półprzewodnikowych Przegląd wybranych typów pamięci Pamięci Pamięć – zbiór układów logicznych służących przechowywaniu informacji w postaci binarnej. Bity informacji mogą być zorganizowane w kilku- lub kilkunastobitowe słowa (typowo: tetrady, bajty, słowa 16-bitowe). 3/26 Pamięci - klasyfikacje pamięci tracące informację przy zaniku zasilania sekwencyjne rejestry przesuwające CCD - ze sprzężeniem ładunkowym 4/26 Pamięci półprzewodnikowe nieulotne ulotne zwykłe statyczne (SRAM) dynamiczne (DRAM) równoległe (bipol.,unipol.) klasyczne (unipol.) szeregowe (unipol.) pseudostatyczne (unipol.) pamięci nie tracące informacji przy zaniku zasilania Pamięci - SRAM 5/26 Budowa pojedynczego bitu SRAM: techn. bipolarna techn. unipolarna +U Udd linia wyboru słowa linia wyboru słowa Uss=0 Udd +U wzm. odczytu wzm. odczytu Pamięci - SRAM 8/26 Odczyt i zapis pamięci statycznej – typowe przebiegi czasowe odczyt zapis ADR ADR CE CE R/W R/W D0..D7 D0..D7 Pamięci - DRAM 7/26 Budowa pojedynczego bitu DRAM: linia wyboru słowa Uss=0 upływność nieidealnego kondensatora wzm. odczytu Pamięci - DRAM 8/26 Cechy DRAM: zalety wady •mały pobór mocy; •konieczność odświeżania informacji •znaczne szybkości; (ładunek w komórce DRAM musi być •duże pojemności; •małe obudowy. regenerowany z okresem 2..16ms); •multipleksowane linie adresowe; •kłopotliwe sterowanie Pamięci - technologie 9/26 Cechy wynikające z technologii Cechy pamięci bipolarnych: Cechy pamięci unipolarnych: •szybsze; •wolniejsze; •większy pobór mocy; •mniejszy pobór mocy; •mniejsza gęstość upakowania; •większa gęstość upakowania; •“droższy” 1 bit. •“tańszy” 1 bit Pamięci - klasyfikacje 10/26 Pamięci półprzewodnikowe ulotne nieulotne ROM sekwencyjne rejestry przesuwające CCD - ze sprzężeniem ładunkowym zwykłe statyczne (SRAM) PROM dynamiczne (DRAM) równoległe (bipol.,unipol.) klasyczne (unipol.) szeregowe (unipol.) pseudostatyczne (unipol.) bipolarne unipolarne EPROM u (szereg. i równol.) n EEPROM (E2PROM) i (szereg. i równol.) p o NVRAM l (SRAM+EEPROM) a FLASH r (3 rodzaje) n FRAM e Pamięci - ROM 11/26 Cechy: • programowane maską na etapie produkcji; • długotrwały i kosztowny cykl wytworzenia; • błąd programu skutkuje bezużytecznością całej serii; • kosztowny proces uruchomieniowy systemu z pamięcią programu typu ROM; • niski koszt jednostkowy pamięci z dopracowanym programem przy seryjnej produkcji. Pamięci - PROM 12/26 Budowa pojedynczego bitu PROM: programowanie bitu: Vcc=12,5V Up=8V Vcc 12,5V linia wyboru słowa Ube 7V 12,5V Vcc Q0 „1” - 8V „0” - 0V Pamięci - EPROM 13/26 Budowa pojedynczego bitu EPROM: BUF. DANYCH WE/CS PROG B U F O R A D R E S U WZM. ODCZ/ZAP DEK. KOLUMN D E K. W I E R S Z Y Pamięci – EEPROM (E2PROM) 14/26 Właściwości pamięci EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): • budowa bazuje na budowie EPROM; • dodatkowy tranzystor dla każdego z bitów umożliwia indywidualne kasowanie i reprogramowanie komórek; • większa żywotność struktury (liczona w cyklach przeprogramowania); • skasowanie i zaprogramowanie jednego bajtu może zajmować do 10ms; • dostępne w wersji równoległej – odpowiedniki EPROMów, albo szeregowej (np. z I2C, SPI)- jako pamięć konfiguracji; • EEPROMy równoległe mogą mieć funkcję programowania bloków liczących 64B, 128B, 256B: nowa informacja jest najpierw buforowana w dodatkowej wewn. SRAM, a następnie uruchamiane jest jednoczesne programowanie całego bloku komórek EEPROM – przyśpiesza to znacznie programowanie całości; Pamięci - NVRAM Przykład struktury blokowej NVRAM: 15/26 Pamięci - FLASH struktura tranzystora pamiętającego: 16/26 Pamięci - FLASH 17/26 Rodzaje pamięci FLASH: 1. Standardowe - równoważne EEPROMom; o czasach dostępu 70..200ns; Ucc = 5V; Icc 30mA; reprezentanci: 28F256A, 28F512, 28F010, 28F020. 2. Flash file - podzielone wewnętrznie na niezależne bloki o pojemności 64kB; czasy dostępu: 70..200ns; Ucc = 5V lub 3,3V; pojemności np.: 1MB, 4MB, 2Mx16; reprezentanci: 28F008SA, 28F016SA, DD28F032SA) Pamięci - FLASH 18/26 Rodzaje pamięci FLASH: 3. Boot-block flash - charakterystyczny pin RP - Reset-Powerdown, wył. układ pamięci ISB 0,05A; podział pamięci na 4 bloki funkcjonalne: • 8kB Boot Block na program startowy; • 2 x 4kB wzajemnie niezależne Parameter Block zastępujące układy NVRAM lub EEPROM jako pamięci konfiguracji; • 112kB Main Block - reprogramowalny, przeznaczony dla reszty programu. czasy dostępu 60-150ns; organizacja 8- lub 16-bitowa; Ucc = 5V lub 3,5V; Pamięci - FRAM 19/26 Budowa pojedynczego bitu FRAM: struktura pierwotna linia wyboru słowa struktura zmodyfikowana linia wyboru słowa Uss=0 Uss=0 +U +U wzm. odczytu wzm. odczytu Pamięci - FRAM Dostępne FRAM: • z interfejsem szeregowym: I2C (0,4..1MHz), SPI (2,1..5MHz); • z interfejsem równoległym Przykłady: • 4Mb (256kx16), 55ns, okres przechowywania danych 10lat, żywotność 1014 cykli zapisu, zasilanie 2,7..3,6V, pobór prądu 8mA/90uA 20/26 Pamięci - klasyfikacje 21/26 Pamięci półprzewodnikowe ulotne nieulotne ROM sekwencyjne rejestry przesuwające CCD - ze sprzężeniem ładunkowym zwykłe statyczne (SRAM) PROM dynamiczne (DRAM) równoległe (bipol.,unipol.) klasyczne (unipol.) szeregowe (unipol.) pseudostatyczne (unipol.) zero-power RAM MRAM, OUM, RRAM, polimerowe, nanomechaniczne bipolarne unipolarne EPROM u (szereg. i równol.) n EEPROM (E2PROM) i (szereg. i równol.) p o NVRAM l (SRAM+EEPROM) a FLASH r (3 rodzaje) n FRAM e Pamięci - zero-power RAM Struktura pamięci: 22/26 Pamięci - zero-power RAM 23/26 MRAM - pamięci magnetorezystywne, dwie mikroskopijnej grubości wartstwy magnetyczne oddzielone dielektrykiem Pamięci - zero-power RAM OUM (Ovonic Unified Memory) - zastosowanie materiałów jak do produkcji dysków CD-RW, ale zapis i odczyt na drodze elektrycznej 24/26 Pamięci - zero-power RAM 25/26 RRAM - pamięć rezystywna, wykorzystuje się materiał zmieniający rezystancję pod wpływem pola elektrycznego polimerowe - wykorzystanie zmian struktury jonowej wewnątrz polimeru pod wpływem pole elektrycznego, możliwe b. duże gęstości upakowania (także warstwowo), tranzystory wymagane jedynie w układach obsługujących strukturę nanomechaniczna - np. millipede IBMa Pamięci - parametry charakterystyczne 26/26 Porównanie wybranych technologii pamięci półprzewodnikowych rodzaj rozmiar nieulotkomórki ność SRAM duży - zapis czas ilość [ns] 25-100 nieogr. odczyt pobór czas ilość mocy [ns] 25-100 nieogr. niski DRAM średni - 50-100 nieogr. 30-70 nieogr. wysoki EEPROM średni + 10ms 105 60-150 nieogr. średni NVRAM duży + 25-45 nieogr. 25-45 nieogr. średni Flash mały + 5-10s 106 70-150 nieogr. średni FRAM średni + 55-200 1010-1014 55-200 1010-1014 niski