หน่วยความจำ ( Memory )

1. หน่วยความจำ ( Memory )

2. หน่วยความจำหลัก (Main memory) • หน่วยความจำชั่วคราว (RAM : Random Access Memory) ใช้เก็บข้อมูลที่ผู้ใช้ป้อนคำสั่งของโปรแกรมและข้อมูลเพื่อให้ซีพียูทำงานตามต้องการ ข้อมูลจะหายไปเมื่อไม่มีการจ่ายไฟเลี้ยง • หน่วยความจำถาวร (ROM : Read Only Memory) ใช้เก็บคำสั่งของโปรแกรมปฏิบัติการเบื้องต้น อ่านข้อมูลได้อย่างเดียว ข้อมูลไม่หายเมื่อไม่มีการจ่ายไฟเลี้ยง

3. หน่วยความจำชั่วคราว (RAM) แบ่งออกเป็น 2 ประเภท • หน่วยความจำสถิต (Static RAM) • หน่วยความจำพลวัต (Dynamic RAM)

4. หน่วยความจำสถิต (Static RAM) หน่วยความจำสถิตเป็นหน่วยความจำที่สามารถเก็บข้อมูลได้ตลอดเวลาในขณะที่มีกระแสไฟฟ้าเลี้ยงอยู่ โครงสร้างภายในใช้วงจรฟลิปฟลอปทำหน้าที่เก็บข้อมูล หลักการเบื้องต้นจะเป็นดังรูป ที่ใช้วงจรทรานซิสเตอร์ 2 ตัวต่อไบแอสให้ทำงานสลับกัน

5. Address bus หน่วยความจำสถิต (Static RAM) ไอซีของหน่วยความจำสถิตจะสร้างจากวงจร D – Flipflop มีจำนวนเท่ากับจำนวนตำแหน่งที่ใช้เก็บข้อมูล โดยวงจร D – Flipflop 1 วงจร เก็บข้อมูลได้ 1 บิต

6. หน่วยความจำสถิต (Static RAM)

7. หน่วยความจำสถิต (Static RAM) โครงสร้างของการจัดเก็บข้อมูลภายในไอซีจะแบ่งออกเป็นส่วนย่อยๆ แต่ละบิตหรือเซลล์ (Cell) จะถูกเชื่อมโยงด้วยสายสัญญาณกำหนดตำแหน่งหน่วยความจำทางแนวนอน (row) และแนวตั้ง (Column) ผ่านวงจรถอดรหัสโดยตรง

8. หน่วยความจำสถิต (Static RAM)

9. หน่วยความจำสถิต (Static RAM) การคำนวณหาค่าความจุของหน่วยความจำจะดูจากจำนวนของ Address bus เช่น มี Address bus 14 ขา (A13-A0) สามารถเก็บข้อมูลได้เท่ากับ 214= 16,384 ตำแหน่ง และหากมี Data bus เท่ากับ 8 bitแสดงว่าสามารถเก็บได้เท่ากับ 131,072bit

10. หน่วยความจำพลวัต (Dynamic RAM) หน่วยความจำพลวัตเป็นหน่วยความจำที่เก็บข้อมูลโดยใช้หลักการเก็บประจุไฟฟ้า มีหลักการดังรูป

11. หน่วยความจำพลวัต (Dynamic RAM) ในกรณีที่ใช้มอสเฟต (MOSFET) เป็นสวิตซ์ตัดต่อการเข้าถึงข้อมูลที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุ (Capacitor) ถ้ามีประจุไฟฟ้าเก็บอยู่ ข้อมูลจะมีสถานะเป็น 1 ถ้าไม่มีประจุไฟฟ้าเก็บอยู่จะมีค่าเป็น 0 ข้อมูลจะต้องมีการเพิ่มประจุใหม่ (Recharged) อยู่ตลอดเวลา เรียกว่าการรีเฟรซ (Refresh) เพื่อรักษาสภาพของประจุไฟฟ้า ดังนั้นการต่อใช้งานต้องเพิ่มวงจรเพิ่มประจุไฟฟ้า

12. หน่วยความจำพลวัต (Dynamic RAM) การติดต่อข้อมูลภายในหน่วยความจำพลวัตมีความแตกต่างจากหน่วยความจำแบบสถิต คือ สามารถต่อขาได้ทั้งแบบแถว (row) และแบบแนวตั้ง (Column) ที่ตำแหน่งเดียวกัน เนื่องจากพื้นที่ในการต่อขากำหนดตำแหน่งหน่วยความจำมีจำกัดดังรูป

13. หน่วยความจำพลวัต (Dynamic RAM)

14. หน่วยความจำพลวัต (Dynamic RAM) การเข้าถึงหน่วยความจำจะใช้ระบบการส่งข้อมูลหลายสัญญาณในช่องทางเดียวกัน (Multiplex) เช่นในการส่งข้อมูลตำแหน่งครั้งแรกจะส่งตำแหน่ง (A5-A0) และครั้งที่สองส่งตำแหน่ง (A11-A6) การคำนวณหาค่าความจุทำได้โดย 27(A6-A0) x 27(A13-A7) = 16,384 (16kb) 211(A10-A0) x 211(A21-A11) = 4,194,304 (4Mb)

15. ข้อแตกต่างระหว่าง SRAM และ DRAM

16. หน่วยความจำถาวร (Read Only Memory - Rom) เป็นหน่วยความจำที่มีข้อมูลตลอดเวลาแม้ไม่มีกระแสไฟฟ้า ในระบบคอมพิวเตอร์ หน่วยความจำถาวรใช้เก็บข้อมูลโปรแกรมขณะเริ่มต้นการทำงานของซีพียูทุกครั้งที่เปิดเครื่อง หรือเรียกอีกอย่างว่าเป็น ระบบปฏิบัติการเบื้องต้นของคอมพิวเตอร์ (Basic Input/Output System = BIOS) ทำให้ CPU รู้หน้าที่หลักในการปฏิบัติงาน และเชื่อมต่อกับระบบได้

17. หน่วยความจำถาวร (Read Only Memory - Rom)

18. ROM ( Read Only Memory ) เป็นหน่วยความจำที่เก็บข้อมูลโดยข้อมูลไม่หายเมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้า อ่านได้อย่างเดียว และโปรแกรมได้ครั้งเดียว โดยข้อมูลจะถูกกำหนดมาจากการผลิต โดยการทำให้สารกึ่งตัวนำมีการนำกระแสไฟฟ้าและเปลี่ยนจากสภาวะลอจิก 1 เป็น 0 (Mask – programmed ROM ) ดังรูป

19. ROM ( Read Only Memory )

20. PROM ( Programmable Read Only Memory ) เป็นหน่วยความจำถาวรที่สามารถโปรแกรมได้ โครงสร้างภายในที่ใช้เก็บข้อมูลเป็นสารกึ่งตัวนำ เช่น ไดโอด หรือทรานซิสเตอร์ที่เชื่อมต่อกับฟิวส์ ก่อนการโปรแกรมแต่ละบิตจะมีสถานะเป็นลอจิก 1 เมื่อโปรแกรมจะทำให้ฟิวส์หลอมละลาย (fusible link) และเปลี่ยนสถานะเป็น 0 โปรแกรมได้ครั้งเดียว ไม่สามารถแก้ไขได้ภายหลัง ดังรูป

21. PROM ( Programmable Read Only Memory )

22. EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory ) เป็นหน่วยความจำที่สามารถโปรแกรมและลบได้หลายครั้ง การโปรแกรมข้อมูลลงใน EPROM จะต้องลบข้อมูลบนไอซีก่อนโดยใช้แสงอัลตราไวโอเลต โดยมีหลักการทำงานดังรูป

23. EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory )

24. EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory ) กรณีโครงสร้างเป็นมอสเฟต จะมีมอสเฟต 2 ชนิด คือ T1 ที่เป็นชนิด N-Type และ T2 ชนิด P-Type โดย T2 จะนำกระแสตลอดเวลาถ้าขาเกตที่ปล่อยลอยไว้มีอิเล็กตรอนค้างอยู่ ข้อมูลที่สายข้อมูลจะเป็นลอจิก 0 แต่ถ้าไม่มีอิเล็กตรอนอยู่ ที่สายข้อมูลจะเป็นลอจิก 1 ถ้าต้องการโปรแกรมให้ป้อนแรงดันกลับ (Revert bias) ประมาณ 12-25 โวลต์ ระหว่างขาเดรนและขาซอร์ส ถ้าต้องการลบข้อมูลให้ฉายแสงอัลตราไวโอเลตเพื่อให้อิเล็กตรอนที่ค้างอยู่บนขาเกตหลุดออก

25. EEPROM ( Electrical Erasable PROM ) หรือ EAPROM ( Electrical Alterable PROM ) เป็นหน่วยความจำที่ใช้กระแสไฟฟ้าในการบันทึกและลบข้อมูลภายใน PROM

26. หน่วยความจำแฟลซ (Flash ROM หรือ Flash Memory) พัฒนามาจาก EEROM ใช้เวลาในการโปรแกรมน้อยกว่า ขนาดความจุมากกว่า สามารถอ่านและเขียนได้มากกว่า 1,000,000 ครั้ง ปัจจุบันถูกนำไปรวมเข้ากับไมโครคอนโทรเลอร์ชนิดต่างๆ เช่น PIC และ AT89XXX

27. องค์ประกอบของหน่วยความจำองค์ประกอบของหน่วยความจำ

30. Data Buffer Memory Cell Address Decode Block Diagram

31. AC Read Waveforms

33. AC Write Waveforms

35. Data bus (D7-D0) CPU EPROM 8 kb SRAM 8 kb SRAM 8 kb SRAM 8 kb Address bus A12 - A0 EN EN WE EN WE EN WE A13 Y0 Y1 Y2 Y3 วงจร ถอดรหัส A14 MREQ ดูตารางหน้า 76 ประกอบ

36. Data bus (D7-D0) CPU EPROM 8 kb SRAM 8 kb SRAM 8 kb SRAM 8 kb Address bus A12 - A0 EN EN WE EN WE EN WE 0 0 A13 Y0 Y1 Y2 Y3 วงจร ถอดรหัส A14 MREQ

37. Data bus (D7-D0) CPU EPROM 8 kb SRAM 8 kb SRAM 8 kb SRAM 8 kb Address bus A12 - A0 EN EN WE EN WE EN WE 1 0 A13 Y0 Y1 Y2 Y3 วงจร ถอดรหัส A14 MREQ

38. Data bus (D7-D0) CPU EPROM 8 kb SRAM 8 kb SRAM 8 kb SRAM 8 kb Address bus A12 - A0 EN EN WE EN WE EN WE 0 1 A13 Y0 Y1 Y2 Y3 วงจร ถอดรหัส A14 MREQ

39. Data bus (D7-D0) CPU EPROM 8 kb SRAM 8 kb SRAM 8 kb SRAM 8 kb Address bus A12 - A0 EN EN WE EN WE EN WE 1 1 A13 Y0 Y1 Y2 Y3 วงจร ถอดรหัส A14 MREQ

40. ออกแบบวงจรถอดรหัส