Polovodičové paměti

1. Polovodičové paměti Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Miroslav Hubáček. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

2. Charakteristika 1 DUM

3. Náplň výuky Polovodičové paměti Definice paměti Rozdělení pamětí Realizace paměti ROM Realizace paměti RAM

4. Pamětí obecně označujeme libovolné zařízení, do kterého můžeme zaznamenat informaci, dlouhodobě ji zde uchovat a podle potřeby znovu načíst. Polovodičové paměti jsou realizovány na bázi polovodičových součástek. Jsou nedílnou součástí každého mikroprocesorového systému, programovatelného automatu a počítače. Za nejjednodušší paměťové prvky můžeme považovat klopné obvody, které jsou schopny si zapamatovat právě jeden bit informace. V zásadě každý synchronní obvod vyžaduje nějaký druh vnitřní paměti, ve které je uchovávána informace o jeho momentálním stavu. Definice polovodičové paměti

5. Polovodičové paměti můžeme rozdělit na základě několika hledisek: • podle technologie • bipolární– velká pracovní rychlost, větší příkon, malá hustota na čipu • unipolární– výrazně vyšší hustota na čipu, současně převážně používaná technologie • podle možnosti zápisu a čtení • paměti pouze pro čtení • ROM (ReadOnlyMemory) – obsah paměti je dán již při výrobě a dále jej nelze měnit • PROM (Programmable ROM) – paměť lze elektricky naprogramovat uživatelem, avšak pouze jednou. Po naprogramování již nelze obsah paměti měnit Rozdělení pamětí

6. paměti převážně pro čtení • EPROM (Erasable PROM) – elektricky programovatelné paměti, které lze vymazat a opět naprogramovat. Vymazání informace se uskutečňuje ultrafialovým zářením přes okénko v pouzdru. • EEPROM (ElectricallyErasable PROM) – paměti, u nichž lze elektricky naprogramovat a vymazat jen některé vybrané buňky, a to za provozu. Přepisování dat se děje většinou ve speciálním režimu se zvýšeným napětím signálů a jedná se o proces podstatně pomalejší než je čtení. • paměti pro záznam a čtení • RWM (ReadWriteMemory) – paměti, které umožňují zápis i čtení, a to libovolně často, stejnou rychlostí a za běžného provozu. Rozdělení pamětí

7. podle způsobu přístupu • RAM (Random Access Memory) – paměť s libovolným přístupem • SAM (Serial Access Memory) – adresy nelze generovat libovolně, ale pouze sekvenčně. Tento typ pamětí je možné použít např. jako vyrovnávací paměť (buffer) například u grafických karet • podle principu činnosti elementární paměťové buňky • statické RWM (SRAM) – paměti, u kterých je elementární paměťová buňka realizována pomocí bistabilniho klopného obvodu, • dynamické RWM (DRAM) – paměti, u nichž se informace uchovává jako náboj v kapacitě u řídící elektrody tranzistoru MOS Rozdělení pamětí

8. Polovodičové paměti se skládají z tzv. paměťových buněk. Paměťová buňka je realizována pomocí obvodu, který umožňuje trvale nebo dočasně vyvolat dva stavy – logickou 0 a logickou 1. Každá základní paměťová buňka má kapacitu 1 bit. Podle toho, čím je paměťová buňka tvořena se mění vlastnosti polovodičové paměti. Paměťové buňky jsou na polovodičovém čipu uspořádány maticově (tvoří jakousi mřížku). Poloha (umístění) každé paměťové buňky je určena řádkovým a sloupcovým vodičem. O nalezení (adresování) příslušné buňky v paměti se stará paměťový řadič, jehož úkolem je také řídit proces čtení a zápisu dat. Struktura polovodičové paměti

9. Interní paměti jsou zapojeny jako matice paměťových buněk. Každá buňka má kapacitu jeden bit. Takováto buňka tedy může uchovávat pouze hodnotu logická jedna nebo logická 0. Struktura polovodičové paměti Obr 1: Struktura polovodičové paměti

10. adresa paměťového místa, se kterým se bude pracovat, se přivede na vstup dekodéru • v dekodéru se provede výběr jednoho z adresových vodičů podle zadané adresy a nastavení logické 1 na tomto vodiči • Čtení obsahu adresovaného místa • podle toho, jak jsou zapojeny jednotlivé paměťové buňky projde respektivě neprojde lgická 1 na datové vodiče • pokud hodnota logická jedna projde přes paměťovou buňku, objeví se na výstupu logická 1, v opačném případě pak logická 0 • Zápis hodnoty do paměti • vložení adresy paměťového místa, do kterého se budezapisovat, na vstup paměti • výběr adresového vodiče dekodérem podle zadané adresy – nastavení hodnoty logická 1 na tomto adresovém vodiči Přístup do paměti

11. Využívá se některé z následujících realizací paměťových buněk • dvojice nespojených vodičů • vodičů propojených přes polovodičovou diodu • tranzistorů v technologii • TTL • MOS Realizace paměti ROM hodnota „0“ hodnota „1“ hodnota „0“ hodnota „1“ a) technologie TTL b) technologie MOS Obr 2: Paměťová buňka ROM

12. Jedná se o paměti, které jsou energetickynezávislé. • Podle toho, zda jsou dynamické nebo statické, jsou dále rozdělovány na: • statické RAM – SRAM • dynamické RAM – DRAM • Paměti SRAM uchovávají uloženou informaci po celou dobu, kdy jsou připojeny ke zdroji elektrického napájení. • Paměťová buňka je realizována jako bistabilní klopný obvod. Realizace paměti RAM Obr 3: Paměťová buňka SRAM

13. Paměti DRAM – informace je uložena pomocí elektrického náboje na kondenzátoru. Tento náboj má tendenci vybíjet se i v době, kdy je paměť připojena ke zdroji napájecího napětí – je nutné periodicky provádět tzv. refresh, tj. oživování paměťové buňky. Buňka paměti DRAM je velmi jednoduchá a dovoluje vysokou integraci a nízké výrobní náklady. Realizace paměti RAM Obr 4: Paměťová buňka DRAM

14. Kontrolní otázky: Vysvětlete princip polovodičové paměti. Jak rozdělujeme polovodičové paměti? Jak je realizována paměť ROM? Jaký je rozdíl mezi pamětí SRAM a DRAM?

15. Seznam obrázků: Obr. 1: Struktura polovodičové paměti: In: Způsoby realizace polovodičových pamětí. VUT [online]. 2012 [vid. 25. 5. 2013]. Dostupné z:http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/PTP/public/dalsi_texty/pameti00.pdf Obr. 2: Paměťová buňka ROM: In: Způsoby realizace polovodičových pamětí. VUT [online]. 2012 [vid. 25. 5. 2013]. Dostupné z:http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/PTP/public/dalsi_texty/pameti00.pdf Obr. 3: Paměťová buňka SRAM: In: Způsoby realizace polovodičových pamětí. VUT [online]. 2012 [vid. 25. 5. 2013]. Dostupné z:http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/PTP/public/dalsi_texty/pameti00.pdf Obr. 4: Paměťová buňka DRAM: In: Způsoby realizace polovodičových pamětí. VUT [online]. 2012 [vid. 25. 5. 2013]. Dostupné z:http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/PTP/public/dalsi_texty/pameti00.pdf

16. Seznam použité literatury: [1] ANTOŠOVÁ, M., DAVÍDEK, V. Číslicová technika. Praha:KOPP,2009. ISBN 978-80-7232-394-4. [2] HÄBERLE,H. a kol.Průmyslová elektrotechnika a informační technologie. Praha:Europa – Sobotáles, 2003. ISBN 80-86706-04-4. [3]Paměti. In: Způsoby realizace polovodičových pamětí. VUT [online]. 2012 [cit. 25. 5. 2013]. Dostupné z:http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/PTP/public/dalsi_texty/pameti00.pdf [4] Polovodičová paměť. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2012 [cit. 25. 5. 2013]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Polovodi%C4%8Dov%C3%A1_pam%C4%9B%C5%A5

17. Děkuji za pozornost 