Memorija samo za čitanje (ROM)
ROM je memorija u kojoj se informacija, jednom zapisana, ne može promijeniti. Na primjer, program za učitavanje informacija iz vanjske memorije u RAM mikroprocesorskog sustava. Sve vrste ROM-a koriste isti princip dizajna sklopa. Informacija u ROM-u predstavlja se kao prisutnost ili odsutnost veze između adresne i podatkovne sabirnice.
Konvencionalna grafička oznaka ROM-a prikazana je na slici 26.10.
Sl.26.10. Konvencionalna grafička oznaka ROM-a
Riža. 26.11. ROM krug
Na sl. 26.11 prikazuje dijagram najjednostavnijeg ROM-a. Za implementaciju ROM-a dovoljno je koristiti dekoder, diode, set otpornika i upravljačke programe sabirnice. Dotični ROM sadrži bit-riječi, tj. njegova ukupna veličina je 32 bita. Broj stupaca određuje širinu riječi, a broj redaka broj 8-bitnih riječi. Diode su ugrađene na ona mjesta gdje bi trebali biti pohranjeni bitovi koji imaju logičku vrijednost “0” (dekoder isporučuje 0 odabranoj liniji). Trenutno se umjesto dioda koriste MOS tranzistori.
U tablici Slika 26.1 prikazuje stanje ROM-a, čiji je dijagram prikazan na sl. 26.11.
Tablica 26.1
Jednostavno ROM stanje
| Riječ | Binarno predstavljanje | ||||||||
| A0 | A1 | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 | D7 | D8 |
U pravilu, ROM-ovi imaju višebitnu organizaciju sa strukturom 2 DM. Tehnologije izrade su vrlo raznolike - CMOS, n-MOS, TTL(Sh) i diodne matrice.
Svi ROM-ovi se mogu podijeliti u sljedeće skupine: tvornički programibilni (maska), jednokratno programabilni i reprogramabilni.
U tvornički programabilnim memorijama(ROM ili ROM), informacije se bilježe izravno tijekom procesa njihove proizvodnje pomoću fotomaske, zvane maska, u završnoj fazi tehnološkog procesa. Takvi ROM-ovi, koji se nazivaju maskirani ROM-ovi, izgrađeni su na diodama, bipolarnim ili MOS tranzistorima.
Područje upotrebe ROM-ova maski je pohrana standardnih informacija, na primjer, generatori znakova (kodovi slova latinične i ruske abecede), tablice standardnih funkcija (sinusne, kvadratne funkcije), standardni softver.
Programabilni memorijski uređaji samo za čitanje(MATURALNA, odn MATURALNA VEČER) – ROM s mogućnošću jednokratnog električnog programiranja. Ova vrsta memorije omogućuje korisniku jednokratno programiranje memorijskog čipa pomoću programatora.
PROM čipovi izgrađeni su na memorijskim ćelijama s topljivim kratkospojnicima. Proces programiranja sastoji se od selektivnog spaljivanja topljivih spojnica pomoću strujnih impulsa dovoljne amplitude i trajanja. Topljivi umeci uključeni su u elektrode dioda ili tranzistora.
Na sl. Slika 26.12 prikazuje dijagram PROM-a s topljivim kratkospojnicima. Proizvodi se sa svim diodama i kratkospojnicima, tj. u matrici je sve “0”, a tijekom programiranja pregore oni skakači čije ćelije trebaju sadržavati logičku “1”.
Riža. 26.12. Fragment sklopa PROM
Programabilne memorije samo za čitanje(RPZU i RPZU UV) – ROM s mogućnošću višestrukog električnog programiranja. IN IS RPZU UV ( EPROM) stare informacije se brišu pomoću ultraljubičastih zraka, za koje postoji prozirni prozor u kućištu mikro kruga; u RPZU ( EEPROM) – pomoću električnih signala.
Izgrađene su ROM memorijske ćelije n-MOS ili CMOS tranzistori. Za konstrukciju zelene ćelije koriste se različiti fizikalni fenomeni skladištenja naboja na granici između dva dielektrična medija ili vodljivog i dielektričnog medija.
U prvoj verziji, dielektrik ispod vrata MOS tranzistora sastoji se od dva sloja: silicijevog nitrida i silicijevog dioksida. Taj se tranzistor naziva MNOS: metal - silicijev nitrid - oksid - poluvodič. Na granicama dielektričnih slojeva pojavljuju se centri za hvatanje naboja. Zahvaljujući efektu tuneliranja, nositelji naboja mogu proći kroz tanki oksidni film i akumulirati se na sučelju između slojeva. Taj naboj, koji je nositelj informacija koje pohranjuje MNOS tranzistor, dovodi do promjene napona praga tranzistora. U tom se slučaju napon praga toliko povećava da ga radni napon na vratima tranzistora ne može otvoriti. Tranzistor u kojem nema naboja lako se otvara. Jedno od stanja je definirano kao logička jedinica, drugo - nula.
U drugoj opciji, vrata MOS tranzistora su plutajuća, tj. nije povezan s drugim elementima strujnog kruga. Takva vrata se pune strujom lavinskog ubrizgavanja kada se visoki napon primijeni na odvod tranzistora. Kao rezultat toga, naboj na plutajućim vratima utječe na struju odvoda, koja se koristi pri čitanju informacija, kao u prethodnoj verziji s MNOS tranzistorom. Takvi se tranzistori nazivaju LISMOP (MOS tranzistor s ubrizgavanjem lavinskog naboja). Budući da su vrata tranzistora okružena izolatorom, struja curenja je vrlo mala i informacije se mogu pohraniti dosta dugo (desetke godina).
U električno brisivom ROM-u, druga vrata su postavljena iznad pokretnih vrata tranzistora - kontrolna vrata. Primjena napona na njega uzrokuje rasipanje naboja na plutajućim vratima zbog efekta tuneliranja. RPOM-ovi imaju značajne prednosti u odnosu na UV RPOM-ove, budući da ne zahtijevaju posebne izvore ultraljubičastog svjetla za reprogramiranje. Memorija s električnim brisanjem praktički je zamijenila memoriju s ultraljubičastim brisanjem.
Fragment ROM sklopa koji koristi tranzistore s dva vrata tipa LISMOP prikazan je na slici. 26.13. Zapisivanje logičke nule provodi se u načinu programiranja pomoću naboja pomičnih vrata. Brisanje informacija, tj. floating gate pražnjenje znači pisanje logičnog. U ovom slučaju, kada se signal primijeni uzduž linije uzorkovanja, tranzistori s prozivkom se otvaraju i prenose napon U PIT na liniji za čitanje.
Moderni ROM-ovi imaju informacijski kapacitet do 4 Mbita na radnom taktu do 80 MHz.
26.5. Bljesak-memorija
Osnovni principi rada i vrste skladišnih elemenata Bljesak-memorije su slične PROM-ovima s električnim snimanjem i brisanjem informacija, izgrađene na tranzistorima s pokretnim vratima. U pravilu, zbog svojih karakteristika, Bljesak-memorija je dodijeljena posebnoj klasi. Briše ili sve snimljene informacije odjednom ili velike blokove informacija, umjesto brisanja pojedinačnih riječi. To omogućuje eliminaciju kontrolnih krugova za pisanje i brisanje pojedinačnih bajtova, što omogućuje značajno pojednostavljenje memorijskog kruga i postizanje visoke razine integracije i performansi uz smanjenje troškova.
Sl.26.13. Fragment RPOM kruga
Suvremeni trendovi u razvoju elektroničkih uređaja zahtijevaju stalno povećanje količine korištene memorije. Danas inženjeri imaju pristup mikrosklopovima kao što je hlapljiva memorija GUTLJAJ, kojeg karakterizira izuzetno niska cijena po bitu i visoka razina integracije, te je nepromjenjiv Bljesak-memorije, čiji se trošak stalno smanjuje i teži razini GUTLJAJ.
Potreba za nehlapljivim Bljesak- memorija raste proporcionalno stupnju napredovanja računalnih sustava u području mobilnih aplikacija. Pouzdanost, niska potrošnja energije, mala veličina i mala težina očite su prednosti medija koji se temelje na Bljesak-memorija u usporedbi s diskovnim pogonima. Uzimajući u obzir stalno smanjenje troškova pohranjivanja jedinice informacija u Bljesak-memorija, mediji temeljeni na njoj pružaju sve više prednosti i funkcionalnosti mobilnim platformama i prijenosnoj opremi koja koristi takvu memoriju. Među raznim vrstama memorije, Bljesak- stanična memorija NAND je najprikladnija osnova za izgradnju trajnih uređaja za pohranu velikih količina informacija.
Trenutno postoje dvije glavne strukture za izradu flash memorije: memorija bazirana na ćeliji NI(ILI-NE) i NAND(I-NE). Struktura NI(Sl. 26.14, a) sastoji se od paralelno povezanih elementarnih ćelija za pohranu informacija. Ovakva organizacija ćelija pruža mogućnost slučajnog pristupa podacima i bajt-po-bajt snimanja informacija. Na temelju strukture NAND(Sl. 26.14, b) je princip sekvencijalnog povezivanja elementarnih ćelija koje tvore skupine (jedna grupa ima 16 ćelija), koje se kombiniraju u stranice, a stranice u blokove. S ovakvom konstrukcijom memorijskog niza pristup pojedinačnim ćelijama je nemoguć. Programiranje se vrši istovremeno samo unutar jedne stranice, a prilikom brisanja pristupa se blokovima ili grupama blokova.
Sl.26.14. Strukture temeljene NI(a) i NAND(b)
Kao rezultat razlika u organizaciji strukture između sjećanja NI I NAND ogledaju se u njihovim karakteristikama. Kada radite s relativno velikom količinom podataka, procesi su pisanja/brisanja memorije NAND radi mnogo brže od memorije NI. Od 16 susjednih memorijskih ćelija NAND spojeni u seriju jedan s drugim bez ikakvih kontaktnih razmaka, postiže se velika površina postavljanja ćelija na čipu, što omogućuje postizanje velikog kapaciteta pri istim tehnološkim standardima. Osnova programiranja flash memorije NAND leži proces tuneliranja elektrona. A budući da se koristi i za programiranje i za brisanje, postiže se niska potrošnja energije memorijskog čipa. Dosljedna struktura stanične organizacije omogućuje visok stupanj skalabilnosti, što čini NAND flash lider u utrci za povećanje kapaciteta memorije. Zbog činjenice da se tuneliranje elektrona događa kroz cijelo područje staničnog kanala, intenzitet hvatanja naboja po jedinici površine je NAND flash niža od ostalih tehnologija Bljesak-memorije, što rezultira većim brojem ciklusa programiranja/brisanja. Programiranje i čitanje izvode se sektor po sektor ili stranicu po stranicu, u blokovima od 512 bajta, kako bi se oponašala uobičajena veličina sektora diskovnih pogona.
Detaljnije značajke mikro krugova Bljesak-memorija se može razmotriti na primjeru kristala serije HY 27xx(08/16)1 G 1M tvrtke Hynix. Na sl. Slika 26.15 prikazuje unutarnju strukturu i namjenu priključaka ovih uređaja.
Mikrokrug ima sljedeće zaključke:
I/O 8-15– ulaz/izlaz podataka za x16 uređaje
I/O 0-7– unos/izlaz podataka, unos adresa ili unos naredbi za x8 i x16 uređaje;
PIVO– omogućiti zasun adrese;
CLE– omogućiti komandni zasun;
– izbor kristala;
– razlučivost čitanja;
– čitanje/zauzeto (izlaz s otvorenim odvodom);
– rezolucija snimanja;
– zaštita od pisanja
V KZ- napon napajanja;
VSS- opći zaključak.
Sl.26.15. Dijagram vanjskih pinova (a), dodjela pinova (b) i blok dijagram (c) Bljesak-memorija
Adresne linije su multipleksirane s ulazno/izlaznim linijama podataka na 8 ili 16-bitnoj I/O sabirnici. Ovo sučelje smanjuje broj korištenih pinova i omogućuje prijelaz na čipove većeg kapaciteta bez mijenjanja tiskane ploče. Svaki blok se može programirati i brisati 100.000 puta. Čipovi imaju otvoreni izlaz za čitanje/zauzetost koji se može koristiti za identifikaciju aktivnosti kontrolera PO (Program/Brisanje/Čitanje). Budući da je izlaz s otvorenim odvodom, moguće je spojiti nekoliko takvih izlaza iz različitih memorijskih čipova zajedno preko jednog otpornika za privlačenje na pozitivni terminal napajanja.
Sl.26.16. Organizacija memorijskih polja NAND-strukture
Memorijski niz NAND-strukture su organizirane u blokove od kojih svaki sadrži 32 stranice. Niz je podijeljen u dva područja: glavno i rezervno (Sl. 26.16).
Glavno područje niza koristi se za pohranjivanje podataka, dok se rezervno područje obično koristi za pohranjivanje kodova za ispravljanje pogrešaka ( ECC), programske oznake i identifikatori loših blokova ( Loš blok) glavno područje. Na 8-bitnim uređajima, stranice u glavnom području podijeljene su na dvije polustranice od po 256 bajtova, plus 16 bajtova rezervnog područja. U 16-bitnim uređajima stranice su podijeljene na glavno područje od 256 riječi i rezervno područje od 8 riječi.
Memorija temeljena na stanicama NI ima relativno dugo vrijeme brisanja i pisanja, ali ima pristup čitanju svakom bitu. Ova okolnost omogućuje korištenje takvih mikrosklopova za snimanje i pohranu programskog koda koji ne zahtijeva često prepisivanje. Takve aplikacije mogu biti npr. BIOS za ugrađena računala ili softver za set-top box uređaje.
Svojstva NAND flash odredio opseg njegove primjene: memorijske kartice i drugi uređaji za pohranu podataka. Sada se ova vrsta memorije koristi gotovo posvuda u mobilnim uređajima, foto i video kamerama itd. NAND flash nalazi se u osnovi gotovo svih vrsta memorijskih kartica: SmartMedia, MMC, Secure Digital, Memory Stick
Trenutno postignuti informacijski kapacitet Bljesak-memorija doseže 8 GB, tipična kombinirana brzina programa i brisanja je do 33,6 mS / 64 kB na radnom taktu do 70 MHz.
Dva glavna područja učinkovite upotrebe Bljesak-memorije su pohrana rijetko mijenjanih podataka i zamjena memorije na magnetskim diskovima. Za prvi smjer koristi se Bljesak- memorija s pristupom adresi, a za drugu - memorija datoteka.
26.6. vrsta RAM-a FRAM
FRAM– radna trajna memorija koja kombinira visoke performanse i nisku potrošnju energije svojstvene RAM-u sa sposobnošću pohranjivanja podataka u odsutnosti primijenjenog napona.
U usporedbi sa EEPROM I Bljesak-memorije, vrijeme za upisivanje podataka u memoriju ove vrste i potrošnja energije su puno manji (manje od 70 ns u odnosu na nekoliko milisekundi), a resurs za cikluse upisivanja je puno veći (najmanje 10 11 u odnosu na 10 5 .. 10 6 ciklusa za EEPROM).
FRAM trebala postati najpopularnija memorija u digitalnim uređajima u bliskoj budućnosti. FRAM razlikovat će se ne samo u izvedbi na razini GUTLJAJ, ali i mogućnost spremanja podataka tijekom nestanka struje. U jednoj riječi, FRAM može istisnuti ne samo sporo Bljesak, ali i regularni RAM like GUTLJAJ. Danas feroelektrična memorija nalazi ograničenu primjenu, na primjer, u RFID-oznake. Vodeće tvrtke, uključujući Ramtron, Samsung, NEC, Toshiba, aktivno se razvijaju FRAM. Na tržištu bi trebao biti oko 2015 n- gigabajtni moduli FRAM.
Navedena svojstva FRAM daje feroelektrik (perovskit) koji se koristi kao dielektrik memorijskog kondenzatora memorijske ćelije. U ovom slučaju, feroelektrična memorija pohranjuje podatke ne samo u obliku naboja kondenzatora (kao u tradicionalnom RAM-u), već i u obliku električne polarizacije feroelektrične kristalne strukture. Feroelektrični kristal ima dva stanja, koja mogu odgovarati logičkoj 0 i 1.
Termin FRAM još se nije ustalio. Prvi FRAM nazivaju se ferodinamički RAM. Međutim, trenutno se feroelektrici koriste kao ćelije za pohranu i sada FRAMčesto nazivan feroelektrični RAM.
Prvi FRAM imao 2 T/2S-arhitektura (slika 26.17, a), na temelju koje se izrađuju većina modernih feroelektričnih memorijskih mikrosklopova. Ova vrsta ćelije, u kojoj svaki bit ima pojedinačni referentni bit, omogućuje određivanje razlike naboja s velikom točnošću. A zahvaljujući očitavanju diferencijalnog signala, eliminira se utjecaj raspršenja u parametrima kondenzatora ćelije. Kasnije se pojavio FRAM s arhitekturom 1 T/1S(Slika 26.17, b). Prednost mikrosklopova s takvom arhitekturom je manja površina ćelije nego u konvencionalnim sklopovima i, prema tome, niža cijena mikrosklopa po jedinici informacijskog kapaciteta.
Slika 26.18 prikazuje blok dijagram feroelektričnog RAM-a ( FRAM) kapaciteta 1 Mbit i paralelnim pristupnim sučeljem FM 20L 08 poduzeća Ramtron. U tablici 26.1. prikazani su pinovi mikrosklopa.
FM 20L 08 je 128K×8 trajna memorija koja se čita i zapisuje kao standardni statički RAM. Sigurnost podataka osigurana je 10 godina, dok nema potrebe razmišljati o pouzdanosti pohrane podataka (neograničena otpornost na habanje), dizajn sustava je pojednostavljen i niz nedostataka alternativnog rješenja trajne memorije temeljene na statičkom RAM-u s baterijom rezervne kopije su eliminirane. Brzina snimanja i neograničen broj ciklusa prepisivanja čine FRAM lider u odnosu na druge vrste trajne memorije.
Sl.26.17. Tip memorijske ćelije 2 T/2S(a) i 1 T/1S(b)
Sl.26.18. Strukturna shema FRAM FM 20L 08
| Memorija samo za čitanje (ROM)
Intel 1702 EPROM čip s UV brisanjem
Memorija samo za čitanje (ROM)- trajna memorija, koja se koristi za pohranjivanje niza nepromjenjivih podataka.
Povijesni tipovi ROM-a
Uređaji za pohranu samo za čitanje počeli su pronalaziti primjenu u tehnologiji mnogo prije pojave računala i elektroničkih uređaja. Konkretno, jedan od prvih tipova ROM-a bio je bregasti valjak, koji se koristio u orguljama, glazbenim kutijama i satovima s udaranjem.S razvojem elektroničke tehnologije i računala pojavila se potreba za brzim ROM-ovima. U eri vakuumske elektronike ROM-ovi su se koristili na temelju potencijaloskopa, monoskopa i žarulja. U računalima baziranim na tranzistorima, matrice utikača su se široko koristile kao ROM-ovi malog kapaciteta. Ako je bilo potrebno pohraniti velike količine podataka (za računala prve generacije - nekoliko desetaka kilobajta), korišteni su ROM-ovi temeljeni na feritnim prstenovima (ne smiju se brkati sa sličnim vrstama RAM-a). Od ovih vrsta ROM-a potječe izraz "firmware" - logično stanje ćelije postavljeno je smjerom namotavanja žice koja okružuje prsten. Budući da je tanku žicu trebalo provući kroz lanac feritnih prstenova, za izvođenje ove operacije korištene su metalne igle slične iglama za šivanje. A sama operacija punjenja ROM-a informacijama podsjećala je na proces šivanja.
Kako radi ROM? Moderne vrste ROM-a
Vrlo često je u različitim aplikacijama potrebno pohraniti podatke koji se ne mijenjaju tijekom rada uređaja. To su informacije kao što su programi u mikrokontrolerima, pokretači i BIOS u računalima, tablice koeficijenata digitalnog filtera u signalnim procesorima. Gotovo uvijek ove informacije nisu potrebne u isto vrijeme, tako da se najjednostavniji uređaji za pohranu trajnih informacija mogu graditi na multiplekserima. Dijagram takvog uređaja za trajno pohranjivanje prikazan je na sljedećoj sliciMemorijski sklop samo za čitanje temeljen na multipleksoru
U ovom je krugu ugrađen memorijski uređaj samo za čitanje s osam jednobitnih ćelija. Pohranjivanje određenog bita u ćeliju s jednom znamenkom vrši se lemljenjem žice na izvor napajanja (upisivanje jedinice) ili brtvljenjem žice na kućište (upisivanje nule). Na dijagramima strujnog kruga takav je uređaj označen kao što je prikazano na slici
Označavanje uređaja za trajno pohranjivanje na dijagramima strujnih krugova
Kako bi se povećao kapacitet memorijske ćelije ROM-a, ovi se mikrosklopovi mogu spojiti paralelno (izlazi i snimljene informacije prirodno ostaju neovisni). Dijagram paralelnog spajanja jednobitnih ROM-ova prikazan je na sljedećoj slici
Višebitni ROM sklop
U pravim ROM-ovima informacije se bilježe pomoću posljednje operacije proizvodnje čipa - metalizacije. Metalizacija se provodi pomoću maske, zbog čega se takvi ROM-ovi nazivaju maska ROM-ova. Još jedna razlika između pravih mikrosklopova i gore navedenog pojednostavljenog modela je upotreba demultipleksera uz multiplekser. Ovo rješenje omogućuje pretvaranje jednodimenzionalne strukture pohranjivanja u višedimenzionalnu i time značajno smanjenje volumena dekoderskog sklopa potrebnog za rad ROM sklopa. Ovu situaciju ilustrira sljedeća slika:
Sklop maske memorije samo za čitanje
Maskirni ROM-ovi prikazani su u dijagramima sklopova kao što je prikazano na slici. Adrese memorijskih ćelija u ovom čipu dostavljaju se na pinove A0 ... A9. Čip se odabire CS signalom. Pomoću ovog signala možete povećati volumen ROM-a (primjer korištenja CS signala dat je u raspravi o RAM-u). Mikro krug se čita pomoću RD signala.
Programiranje ROM-a maske provodi se u tvornici proizvođača, što je vrlo nezgodno za male i srednje proizvodne serije, a da ne spominjemo fazu razvoja uređaja. Naravno, za proizvodnju velikih razmjera, ROM maske su najjeftiniji tip ROM-a i stoga se trenutno široko koriste. Za male i srednje proizvodne serije radijske opreme razvijeni su mikrosklopovi koji se mogu programirati u posebnim uređajima - programatorima. U ovim čipovima, trajna veza vodiča u memorijskoj matrici zamijenjena je topivim vezama izrađenim od polikristalnog silicija. Tijekom proizvodnje mikrosklopa izrađuju se svi kratkospojnici, što je jednako upisivanju logičkih jedinica u sve memorijske ćelije. Tijekom procesa programiranja, povećana snaga se dovodi na pinove za napajanje i izlaze mikro kruga. U ovom slučaju, ako se napon napajanja (logička jedinica) dovodi na izlaz mikro kruga, tada struja neće teći kroz kratkospojnik i kratkospojnik će ostati netaknut. Ako se na izlazu mikro kruga (spojenog na kućište) primijeni niska razina napona, struja će teći kroz kratkospojnik, koji će ispariti ovaj kratkospojnik i kada se informacija naknadno očita iz ove ćelije, bit će logična nula. čitati.
Takvi se mikrosklopovi nazivaju programabilan ROM (PROM) i prikazani su na dijagramima strujnog kruga kao što je prikazano na slici. Kao primjer možemo navesti mikro krugove 155PE3, 556PT4, 556PT8 i druge.
Označavanje programabilne memorije samo za čitanje na dijagramima strujnih krugova
Programabilni ROM-ovi pokazali su se vrlo prikladnima za malu i srednju proizvodnju. Međutim, kod razvoja radioelektroničkih uređaja često je potrebno mijenjati program snimljen u ROM. U ovom slučaju, EPROM se ne može ponovno koristiti, tako da kada se ROM zapiše, ako postoji greška ili međuprogram, mora se baciti, što naravno povećava troškove razvoja hardvera. Kako bi se uklonio ovaj nedostatak, razvijena je druga vrsta ROM-a koji se može brisati i reprogramirati.
UV izbrisiv ROM izgrađen je na temelju matrice za pohranu izgrađene na memorijskim ćelijama čija je unutarnja struktura prikazana na sljedećoj slici:
UV- i električni izbrisiva ROM memorijska ćelija
Ćelija je MOS tranzistor u kojem je vrata izrađena od polikristalnog silicija. Zatim, tijekom procesa proizvodnje mikro kruga, ova vrata se oksidiraju i kao rezultat će biti okružena silicijevim oksidom - dielektrikom s izvrsnim izolacijskim svojstvima. U opisanoj ćeliji, s potpuno izbrisanim ROM-om, nema naboja u pokretnim vratima, pa stoga tranzistor ne provodi struju. Prilikom programiranja mikrosklopa, visoki napon se primjenjuje na druga vrata smještena iznad plutajućih vrata i naboji se induciraju u plutajućim vratima zbog efekta tunela. Nakon što se programski napon na pokretnim vratima ukloni, inducirani naboj ostaje i, prema tome, tranzistor ostaje u vodljivom stanju. Naboj na plutajućim vratima može se čuvati desetljećima.
Strukturni dijagram memorijskog uređaja samo za čitanje ne razlikuje se od prethodno opisanog maskirnog ROM-a. Jedina stvar koja se koristi umjesto skakača je gore opisana ćelija. U ROM-ovima koji se mogu reprogramirati, prethodno snimljene informacije se brišu pomoću ultraljubičastog zračenja. Kako bi ta svjetlost slobodno prolazila do poluvodičkog kristala, u tijelo čipa ugrađen je prozor od kvarcnog stakla.
Kada se mikrokrug ozrači, izolacijska svojstva silicijevog oksida se gube i akumulirani naboj iz plutajućih vrata teče u volumen poluvodiča, a tranzistor memorijske ćelije prelazi u isključeno stanje. Vrijeme brisanja mikro kruga kreće se od 10 do 30 minuta.
Broj ciklusa pisanja-brisanja mikrosklopova kreće se od 10 do 100 puta, nakon čega mikrosklop dolazi do kvara. To je zbog štetnog djelovanja ultraljubičastog zračenja. Kao primjer takvih mikro krugova možemo navesti mikro krugove serije 573 ruske proizvodnje, mikro krugove serije 27cXXX inozemne proizvodnje. Ovi čipovi najčešće pohranjuju BIOS programe za računala opće namjene. Reprogramabilni ROM-ovi prikazani su u dijagramima sklopova kao što je prikazano na slici
Označavanje reprogramabilnog memorijskog uređaja samo za čitanje na dijagramima strujnih krugova
Dakle, kućišta s kvarcnim prozorom su vrlo skupa, kao i mali broj ciklusa pisi-briši, što je dovelo do traženja načina da se informacije iz EPROM-a brišu električnim putem. Bilo je mnogo poteškoća na tom putu, koje su sada praktično riješene. Danas su mikrosklopovi s električnim brisanjem informacija prilično rašireni. Kao ćelija za pohranu koriste iste ćelije kao u ROM-u, ali ih briše električni potencijal, pa broj ciklusa pisanja-brisanja ovih mikrosklopova doseže 1.000.000 puta. Vrijeme brisanja memorijske ćelije u takvim mikro krugovima smanjeno je na 10 ms. Upravljački krug za takve mikro krugove pokazao se složenim, pa su se pojavila dva smjera razvoja ovih mikro krugova:
1. -> EEPROM
2. -> FLASH – ROM
Električni izbrisivi PROM-ovi su skuplji i manjeg volumena, ali vam omogućuju ponovno pisanje svake memorijske ćelije zasebno. Kao rezultat toga, ovi mikrosklopovi imaju maksimalan broj ciklusa pisanja-brisanja. Područje primjene električni brisivog ROM-a je pohranjivanje podataka koji se ne smiju brisati isključenjem struje. Takvi mikro krugovi uključuju domaće mikro krugove 573RR3, 558RR i strane mikro krugove serije 28cXX. Električni izbrisivi ROM-ovi označeni su na dijagramima kao što je prikazano na slici.
Označavanje električni izbrisive memorije samo za čitanje na dijagramima strujnih krugova
Nedavno je postojala tendencija smanjenja veličine EEPROM-a smanjenjem broja vanjskih krakova mikro krugova. Da bi se to postiglo, adresa i podaci se prenose na i sa čipa preko serijskog porta. U ovom slučaju koriste se dvije vrste serijskih priključaka - SPI priključak i I2C priključak (mikrokrugovi 93cXX i 24cXX serije, respektivno). Strana serija 24cXX odgovara domaćoj seriji mikro krugova 558PPX.
FLASH - ROM-ovi se razlikuju od EEPROM-a po tome što se brisanje ne vrši na svakoj ćeliji zasebno, već na cijelom mikrosklopu u cjelini ili bloku memorijske matrice ovog mikrosklopa, kao što je učinjeno u EEPROM-u.
Kada pristupate trajnom uređaju za pohranu podataka, prvo morate postaviti adresu memorijske ćelije na adresnoj sabirnici, a zatim izvršiti operaciju čitanja s čipa. Ovaj vremenski dijagram prikazan je na slici
Označavanje FLASH memorije na shemama spojeva
Strelice na slici pokazuju redoslijed kojim se trebaju generirati upravljački signali. Na ovoj slici, RD je signal čitanja, A su signali odabira adrese ćelije (budući da pojedinačni bitovi u adresnoj sabirnici mogu poprimiti različite vrijednosti, prikazani su prijelazni putovi i do stanja jedinica i do stanja nule), D je pročitana izlazna informacija iz odabrane ROM ćelije.
Kod elektroničkih uređaja jedan od najvažnijih elemenata koji osigurava rad cijelog sustava je memorija koja se dijeli na unutarnju i vanjsku. Elementi Unutarnja memorija razmotrite RAM, ROM i predmemoriju procesora. Vanjski- to su sve vrste uređaja za pohranu koji su povezani s računalom izvana - tvrdi diskovi, flash diskovi, memorijske kartice itd.
Memorija samo za čitanje (ROM) koristi se za pohranjivanje podataka koji se ne mogu mijenjati tijekom rada, memorija s izravnim pristupom (RAM) koristi se za pohranu informacija iz procesa koji se trenutno odvijaju u sustavu u njegovim ćelijama, a predmemorija se koristi za hitnu obradu signala pomoću mikroprocesora.
Što je ROM
ROM ili ROM (Memorija samo za čitanje) tipičan je neizmjenjivi uređaj za pohranu informacija uključen u gotovo svaku komponentu računala i telefona i potreban za pokretanje i rad sve elemente sustava. Sadržaj u ROM-u napisao je proizvođač hardvera i sadrži upute za preliminarno testiranje i pokretanje uređaja.
ROM svojstva su neovisnost o napajanju, nemogućnost prepisivanja i mogućnost pohranjivanja informacija na dulje vrijeme. Podatke sadržane u ROM-u programeri unose jednom, a hardver ne dopušta njihovo brisanje i čuvaju se do kraja vijeka trajanja računala ili telefona, odnosno njegovog kvara. Strukturno ROM zaštićen od oštećenja tijekom napona, stoga samo mehanička oštećenja mogu uzrokovati oštećenje sadržanih informacija.
Po arhitekturi se dijele na maskirane i programabilne:
- Nošenje maski uređaja, podaci se unose pomoću tipičnog predloška u završnoj fazi proizvodnje. Sadržane podatke korisnik ne može prebrisati. Razdjelne komponente su tipični PNP elementi tranzistora ili dioda.
- U programabilnom ROM-u informacije se prikazuju u obliku dvodimenzionalne matrice vodljivih elemenata, između kojih se nalazi pn spoj poluvodičkog elementa i metalnog skakača. Programiranje takve memorije uključuje uklanjanje ili stvaranje skakača korištenjem struje velike amplitude i trajanja.
Glavne funkcije
Blokovi ROM memorije sadrže informacije o upravljanju hardverom određenog uređaja. ROM uključuje sljedeće potprograme:
- Direktiva start i kontrola rad mikroprocesora.
- Program provjere performanse i integritet sav hardver sadržan u računalu ili telefonu.
- Program koji pokreće i gasi sustav.
- Potprogrami koji kontroliraju periferne opreme i ulazno/izlazne module.
- Podaci o adresi operativnog sustava na fizičkom disku.
Arhitektura
Uređaji za pohranu samo za čitanje dizajnirani su kao dvodimenzionalni niz. Elementi niza su skupovi vodiča, od kojih neki nisu zahvaćeni, dok su druge ćelije uništene. Provodni elementi su najjednostavnije sklopke i tvore matricu povezujući ih naizmjenično u redove i redove.
Ako je vodič zatvoren, sadrži logičku nulu, ako je otvoren, sadrži logičku jedinicu. Dakle, podaci u binarnom kodu unose se u dvodimenzionalni niz fizičkih elemenata, koje čita mikroprocesor.
Sorte
Ovisno o načinu proizvodnje uređaja, ROM se dijeli na:
- Obični, stvoren na tvornički način. Podaci u takvom uređaju se ne mijenjaju.
- Programabilan ROM-ovi koji omogućuju jednokratnu promjenu programa.
- Izbrisiv firmware, koji vam omogućuje brisanje podataka iz elemenata i njihovo ponovno pisanje, na primjer, pomoću ultraljubičastog svjetla.
- Električni čisti prepisivi elementi koji omogućuju višestruka promjena. Ova vrsta se koristi u HDD, SSD, Flash i drugim pogonima. BIOS na matičnim pločama napisan je na istom čipu.
- Magnetski, u kojem su informacije bile pohranjene u magnetiziranim područjima naizmjenično s nemagnetiziranim područjima. Bilo ih je moguće prepisati.
Razlika između RAM-a i ROM-a
Razlike između dvije vrste hardvera su njegova sigurnost kada je napajanje isključeno, brzina i mogućnost pristupa podacima.
U memoriji s izravnim pristupom (RAM), informacije su sadržane u sekvencijalno smještenim ćelijama, od kojih se svakoj može pristupiti pomoću softverska sučelja. RAM sadrži podatke o trenutno pokrenutim procesima u sustavu, kao što su programi, igre, sadrži varijabilne vrijednosti i popise podataka u nizovima i redovima. Kada isključite računalo ili telefon, RAM memorija potpuno očišćeno. U usporedbi s ROM memorijom, ima veću brzinu pristupa i potrošnju energije.
ROM memorija radi sporije i troši manje energije za rad. Glavna razlika je nemogućnost promjene ulaznih podataka u ROM-u, dok se u RAM-u informacije stalno mijenjaju.
Datum zadnjeg ažuriranja datoteke: 23.10.2009
Memorija samo za čitanje (ROM)
Vrlo često je u različitim aplikacijama potrebno pohraniti podatke koji se ne mijenjaju tijekom rada uređaja. To su informacije kao što su programi u mikrokontrolerima, pokretači (BIOS) u računalima, tablice koeficijenata digitalnog filtera u , i , tablice sinusa i kosinusa u NCO i DDS. Gotovo uvijek ove informacije nisu potrebne u isto vrijeme, tako da se najjednostavniji uređaji za pohranu trajnih informacija (ROM) mogu izgraditi na multiplekserima. Ponekad se u prijevodnoj literaturi trajni uređaji za pohranu nazivaju ROM (read only memory). Dijagram takve memorije samo za čitanje (ROM) prikazan je na slici 1.
Slika 1. Sklop memorije samo za čitanje (ROM) izgrađen na multiplekseru
U ovom je krugu ugrađen memorijski uređaj samo za čitanje s osam jednobitnih ćelija. Pohranjivanje određenog bita u ćeliju s jednom znamenkom vrši se lemljenjem žice na izvor napajanja (upisivanje jedinice) ili brtvljenjem žice na kućište (upisivanje nule). Na dijagramima strujnog kruga takav je uređaj označen kao što je prikazano na slici 2.
Slika 2. Oznaka uređaja za trajno pohranjivanje na shemama strujnog kruga
Kako bi se povećao kapacitet memorijske ćelije ROM-a, ovi se mikrosklopovi mogu spojiti paralelno (izlazi i snimljene informacije prirodno ostaju neovisni). Dijagram paralelnog spajanja jednobitnih ROM-ova prikazan je na slici 3.
Slika 3. Dijagram sklopa višebitnog ROM-a
U pravim ROM-ovima informacije se bilježe pomoću posljednje operacije proizvodnje čipa - metalizacije. Metalizacija se provodi pomoću maske, zbog čega se takvi ROM-ovi nazivaju maska ROM-ova. Još jedna razlika između pravih mikrosklopova i gore navedenog pojednostavljenog modela je upotreba, uz multiplekser, . Ovo rješenje omogućuje pretvaranje jednodimenzionalne strukture za pohranjivanje u dvodimenzionalnu i time značajno smanjenje volumena sklopa potrebnog za rad ROM sklopa. Ovu situaciju ilustrira sljedeća slika:
Slika 4. Shema kruga maskirane memorije samo za čitanje (ROM).
Maskirni ROM-ovi prikazani su u dijagramima sklopova kao što je prikazano na slici 5. Adrese memorijskih ćelija u ovom čipu dovedene su na pinove A0 ... A9. Čip se odabire CS signalom. Pomoću ovog signala možete povećati glasnoću ROM-a (primjer korištenja CS signala dan je u raspravi). Mikro krug se čita pomoću RD signala.
Slika 5. Maska ROM (ROM) na shemama sklopova
Programiranje ROM-a maske provodi se u tvornici proizvođača, što je vrlo nezgodno za male i srednje proizvodne serije, a da ne spominjemo fazu razvoja uređaja. Naravno, za proizvodnju velikih razmjera, ROM maske su najjeftiniji tip ROM-a i stoga se trenutno široko koriste. Za male i srednje proizvodne serije radijske opreme razvijeni su mikrosklopovi koji se mogu programirati u posebnim uređajima - programatorima. U ovim ROM-ovima, trajna veza vodiča u memorijskoj matrici zamijenjena je taljivim spojnicama od polikristalnog silicija. Tijekom proizvodnje ROM-a izrađuju se svi kratkospojnici, što je jednako upisivanju logičkih jedinica u sve memorijske ćelije ROM-a. Tijekom procesa programiranja ROM-a, pojačana snaga se dovodi na pinove za napajanje i izlaze mikro kruga. U ovom slučaju, ako se napon napajanja (logički) dovodi na izlaz ROM-a, tada struja neće teći kroz kratkospojnik i kratkospojnik će ostati netaknut. Ako se na izlaz ROM-a (spojenog na kućište) primijeni niska razina napona, struja će teći kroz kratkospojnik memorijske matrice, što će ga ispariti i kada se informacija naknadno očita iz ove ROM ćelije, očitat će se logička nula.
Takvi se mikrosklopovi nazivaju programabilan ROM (PROM) ili PROM i prikazani su na dijagramima sklopova kao što je prikazano na slici 6. Kao primjer PROM-a možemo navesti mikrosklopove 155PE3, 556RT4, 556RT8 i druge.
Slika 6. Grafička oznaka programabilne memorije samo za čitanje (PROM) na dijagramima strujnih krugova
Programabilni ROM-ovi pokazali su se vrlo prikladnima za malu i srednju proizvodnju. Međutim, kod razvoja radioelektroničkih uređaja često je potrebno mijenjati program snimljen u ROM. U ovom slučaju, EPROM se ne može ponovno koristiti, tako da kada se ROM zapiše, ako postoji greška ili međuprogram, mora se baciti, što naravno povećava troškove razvoja hardvera. Kako bi se uklonio ovaj nedostatak, razvijena je druga vrsta ROM-a koji se može brisati i reprogramirati.
UV izbrisiv ROM izgrađen je na temelju matrice za pohranu izgrađene na memorijskim ćelijama čija je unutarnja struktura prikazana na sljedećoj slici:
Slika 7. UV- i električni izbrisiva ROM memorijska ćelija
Ćelija je MOS tranzistor u kojem je vrata izrađena od polikristalnog silicija. Zatim, tijekom procesa proizvodnje čipa, ova vrata se oksidiraju i kao rezultat toga bit će okružena silicijevim oksidom, dielektrikom s izvrsnim izolacijskim svojstvima. U opisanoj ćeliji, s potpuno izbrisanim ROM-om, nema naboja u pokretnim vratima, pa stoga tranzistor ne provodi struju. Prilikom programiranja ROM-a, visoki napon se primjenjuje na druga vrata koja se nalaze iznad pokretnih vrata i naboji se induciraju u pokretnim vratima zbog efekta tuneliranja. Nakon što se programski napon ukloni, inducirani naboj ostaje na pokretnim vratima i stoga tranzistor ostaje u vodljivom stanju. Naboj na plutajućim vratima takve ćelije može se skladištiti desetljećima.
Opisana memorija samo za čitanje ne razlikuje se od prethodno opisanog maskirnog ROM-a. Jedina je razlika u tome što se umjesto topljivog kratkospojnika koristi gore opisana ćelija. Ova vrsta ROM-a naziva se reprogramabilna memorija samo za čitanje (EPROM) ili EPROM. U ROM-u se prethodno snimljene informacije brišu ultraljubičastim zračenjem. Kako bi ta svjetlost slobodno prolazila do poluvodičkog kristala, u kućište ROM čipa ugrađen je prozor od kvarcnog stakla.
Slika 8. Izgled brisive memorije samo za čitanje (EPROM)
Kada se EPROM čip ozrači, izolacijska svojstva silicijevog oksida se gube, akumulirani naboj iz plutajućih vrata teče u volumen poluvodiča, a tranzistor memorijske ćelije prelazi u isključeno stanje. Vrijeme brisanja RPOM čipa kreće se od 10 do 30 minuta.
Vrste ROM-a
ROM je kratica za memoriju samo za čitanje, koja omogućuje trajno pohranjivanje informacija na bilo kojem fizičkom mediju. Na temelju načina pohranjivanja informacija, ROM se može podijeliti u tri vrste:
1. ROM-ovi temeljeni na magnetskom principu pohranjivanja informacija.
Načelo rada ovih uređaja temelji se na promjeni smjera vektora magnetizacije sekcija feromagneta pod utjecajem izmjeničnog magnetskog polja u skladu s vrijednostima bitova snimljenih informacija.
Feromagnet je tvar koja može posjedovati magnetizaciju na temperaturi ispod određenog praga (Curiejeva točka) u odsutnosti vanjskog magnetskog polja.
Očitavanje snimljenih podataka u takvim uređajima temelji se na učinku elektromagnetske indukcije ili magnetorezistivnog učinka. Ovaj princip implementiran je u uređajima s pokretnim medijima u obliku diska ili trake.
Elektromagnetska indukcija je učinak stvaranja električne struje u zatvorenom krugu kada se mijenja magnetski tok koji prolazi kroz njega.
Magnetootporni učinak temelji se na promjeni električnog otpora čvrstog vodiča pod utjecajem vanjskog magnetskog polja.
Glavna prednost ove vrste je velika količina pohranjenih informacija i niska cijena po jedinici pohranjenih informacija. Glavni nedostatak je prisutnost pokretnih dijelova, velike dimenzije, niska pouzdanost i osjetljivost na vanjske utjecaje (vibracije, udarce, kretanje itd.)
2. ROM-ovi temeljeni na optičkom principu pohranjivanja informacija.
Princip rada ovih uređaja temelji se na promjeni optičkih svojstava dijela medija, na primjer, promjenom stupnja prozirnosti ili refleksije. Primjer ROM-a koji se temelji na optičkom principu pohranjivanja informacija su CD, DVD, BluRay diskovi.
Glavna prednost ove vrste ROM-a je niska cijena medija, jednostavnost transporta i mogućnost replikacije. Nedostaci - niska brzina čitanja/pisanja, ograničen broj prepisivanja, potreba za uređajem za čitanje.
3. ROM-ovi temeljeni na električnom principu pohranjivanja informacija.
Princip rada ovih uređaja temelji se na efektima praga u poluvodičkim strukturama - sposobnost pohranjivanja i bilježenja prisutnosti naboja u izoliranom području.
Ovaj princip se koristi u solid-state memoriji - memoriji koja ne zahtijeva upotrebu pokretnih dijelova za čitanje/pisanje podataka. Primjer ROM-a koji se temelji na električnom principu pohranjivanja informacija je flash memorija.
Glavna prednost ove vrste ROM-a je velika brzina čitanja/pisanja, kompaktnost, pouzdanost i učinkovitost. Nedostaci - ograničen broj prepisivanja.
Trenutačno postoje ili su u fazi razvoja i druge, “egzotične” vrste trajnog pamćenja, kao što su:
Magnetno-optička memorija– memorija koja kombinira svojstva optičke i magnetske pohrane. Zapisivanje na takav disk provodi se zagrijavanjem ćelije laserom na temperaturu od oko 200 o C. Zagrijana ćelija gubi svoj magnetski naboj. Dalje se ćelija može hladiti, što će značiti da se u ćeliju upisuje logička nula, ili puniti pomoću magnetske glave, što će značiti da se u ćeliju upisuje logička jedinica.
Nakon hlađenja, magnetski naboj ćelije ne može se promijeniti. Očitavanje se vrši laserskom zrakom slabijeg intenziteta. Ako ćelije sadrže magnetski naboj, laserska zraka je polarizirana, a čitač određuje je li laserska zraka polarizirana. Zbog “fiksiranja” magnetskog naboja tijekom hlađenja, magnetsko-optički imaju visoku pouzdanost pohrane informacija i teoretski mogu imati veću gustoću zapisa od ROM-a samo na temelju magnetskog principa pohrane informacija. Međutim, oni ne mogu zamijeniti “tvrde” diskove zbog vrlo niske brzine snimanja uzrokovane potrebom za visokim zagrijavanjem ćelija.
Magnetsko-optička memorija nema široku primjenu i koristi se vrlo rijetko.
Molekularna memorija– memorija temeljena na tehnologiji atomske tunelske mikroskopije, koja omogućuje uklanjanje ili dodavanje pojedinačnih atoma molekulama, čiju prisutnost zatim mogu očitati posebne osjetljive glave. Ovu tehnologiju sredinom 1999. godine predstavio je Nanochip, te je teoretski omogućila postizanje gustoće pakiranja od oko 40 Gbit/cm 2, što je više desetaka puta više od postojećih serijskih uzoraka “Hard” diskova, ali prenisko snimanje brzina i pouzdanost tehnologije ne dopuštaju nam govoriti o praktičnoj upotrebi molekularne memorije u doglednoj budućnosti.
Holografsko pamćenje– razlikuje se od postojećih najčešćih tipova trajne memorije, koji za snimanje koriste jedan ili dva površinska sloja, po mogućnosti snimanja podataka preko “cijelog” memorijskog volumena uz korištenje različitih laserskih kutova. Najvjerojatnija uporaba ove vrste memorije je u ROM-u koji se temelji na optičkoj pohrani informacija, gdje optički diskovi s više informacijskih slojeva više nisu novost.
Postoje i druge, vrlo egzotične vrste trajnog pamćenja, ali čak i u laboratorijskim uvjetima balansiraju na rubu znanstvene fantastike, pa ih neću spominjati, pričekat ćemo i vidjeti.
