Vnitn pamti a jejich realizace 5182021 Zapojuj se

Vnitřní paměti a jejich realizace 5/18/2021

• Zapojují se jako matice paměťových buněk • Každá buňka má kapacitu jeden bit • Jedna paměťová buňka tedy může uchovávat pouze hodnotu logická 1 nebo logická 0 V případě vnitřních pamětí s menší kapacitou je možné jejich strukturu znázornit následujícím schématem: 5/18/2021 2

Uspořádání paměti Dekodér Adresa Adresový vodič Datový vodič Operační zesilovač Paměťová buňka b 1 b 2 b 3 b 4 5/18/2021 3

Realizace pamětí ROM • Paměti určené pouze pro čtení uložených informací • Informace jsou do těchto pamětí pevně zapsány při jejich výrobě • Potom již není možné žádným způsobem jejich obsah změnit • Jedná se o statické a energeticky nezávislé paměti 5/18/2021 4

Paměťová buňka ROM (pomocí diody): Adresový vodič Hodnota „ 0“ Dioda nezapojena Datový vodič Adresový vodič Hodnota „ 1“ Dioda v propustném stavu 5/18/2021 5

Paměťová buňka ROM (pomocí tranzistoru TTL): U+ U+ R R Datový vodič T Hodnota „ 0“ Tranzistor otevřen T Datový vodič Adresový vodič Hodnota „ 1“ Tranzistor zavřen 5/18/2021 6

U+ Adresový vodič T Datový vodič U+ Hodnota „ 0“ Tranzistor otevřen T Datový vodič Paměťová buňka ROM (pomocí tranzistoru MOS) Hodnota „ 1“ Tranzistor zavřen 5/18/2021 7

Realizace paměti PROM pomocí diod • • • Paměti PROM představují statické a energeticky nezávislé paměti Paměťová buňka ROM se realizuje pomocí diody a pojistky – Ni. Cr Je-li pojistka nepřepálená je realizována hodnota „ 1“ Je-li pojistka přepálená je realizována hodnota „ 0“ – přepálení pojistky se provádí programátorem a představuje zvýšení proudu na takovou hodnotu, že dojde k přepálení pojistky. Adresový vodič Datový vodič • 5/18/2021 8

Realizace paměti PROM pomocí bipolárních tranzistorů U+ R b 1 Datový vodič Dekodér T 1 b 2 b 3 Tn b 4 Adresový vodič 5/18/2021 9

Paměti EPROM Paměti ROM, které jsou reprogramovatelné, se označují EPROM (Errassable PROM). Jsou to vlastně paměti PROM, u kterých se naprogramování dá vymazat např. ultrafialovým zářením. Poté se dá paměť naprogramovat znovu. Tyto unipolární paměti jsou založeny na principu paměťové buňky FAMOS. Je-li izolované hradlo nabito zápornými náboji, vytváří se pod ním vodivý kanál. Pokud hradlo není nabito, kanál neexistuje a ani dráha kolektor-emitor neexistuje. Náboj vzniká injekcí elektronů do řídicí elektrody napětím větším než asi 20 až 30 V. Náboj elektrody se nemůže v reálném čase vybít, protože elektroda je izolována vrstvou kysličníku křemičitého. Informaci lze vymazat buď použitím osvětlení UV světlem, nebo zářením s předepsanou intenzitou, kdy procházející fotoelektrické proudy odstraní náboj z elektrody. 5/18/2021 10

Paměti EEPROM Elektricky reprogramovatelné paměti ROM označujeme EEPROM nebo E 2 PROM (Electrically EPROM). Tyto paměti tvoří vlastně přechod mezi pamětí RWM RAM a pamětí ROM. Používají se v podstatě jako paměti ROM ke čtení, ale počítač má možnost data i za provozu měnit (elektrickým impulsem). To je však možné jen ve speciálním režimu, tj. při použití jiných napájecích napětí. Záznam je ale asi řádově pomalejší než čtení. Při výrobě pamětí EEPROM se používá speciálních tranzistorů vyrobených technologií MNOS (Metal Nitrid Oxide Semiconductor). Jedná se o tranzistory, na jejichž řídící elektrodě je nanesena vrstva nitridu křemíku (Si 3 N 4) a pod ní je umístěna tenká vrstva oxidu křemičitého (Si. O 2). Vlastní buňka paměti EEPROM pak pracuje na principu tunelování (vkládání) elektrického náboje na přechod těchto dvou vrstev. 5/18/2021 11

Paměti EEPROM Zápis dat - na příslušný adresový vodič se přivede záporné napětí -U a datový vodič buněk, do nichž se má zaznamenat hodnota 1, se uzemní. Tranzistor se otevře a vznikne v něm náboj, který vytvoří velké prahové napětí. Čtení dat na adresový vodič se přivede záporný impuls. Tranzistor s malým prahovým napětím se otevře a vede elektrický proud do datového vodiče, zatímco tranzistor s velkým prahovým napětím zůstane uzavřen. Vymazání paměti provádí se kladným napětím +U, které se přivede na adresové vodiče. Tunelovaný náboj se tím zmenší a prahové napětí poklesne, čímž je paměť vymazána. 5/18/2021 12

Flash PROM (někdy i FLASH EPROM) je nejnovější druh EEPROM a u této paměti se dosahuje velmi krátké doby zápisu i čtení. je posledním typem ROM. Je rychlejší než předchozí typy, v principu se s ní dá pracovat jako s RAM, ale po odpojení napětí se nevymaže. Snese asi 1000 cyklů programování - výmazů, její hlavní předností je možnost přeprogramování přímo v PC. 5/18/2021 13

Flash PROM (někdy i FLASH EPROM) Paměťové buňky mají velikost 18 mikronů, je na křemíkové bázi a vyrábí se mikrolitograficky. Principielně je to paměť EEPROM. Buňky jsou umístěné do řad a sloupců. V každé buňce jsou dva transistory oddělené tenkou vrstvou oxidu křemíku. Jeden se nazývá plovoucí brána (floating gate), druhý kontrolní brána. Dalším důležitým pojmem je word line - ta je osou řady. Pokud je přechod mezi plovoucí bránou a kontrolní bránou vodivý (vrstva oxidu křemíku je vodivá), je buňka ve stavu 1. Stav 1 se změní na stav 0 procesem zvaným Fowler-Nordheimovo tunelování. Elektrický náboj o síle 10 -13 V se přivádí z bitové linky - ta je osou sloupce (bit line) do plovoucí brány. Zde dochází k excitaci elektronů, které jsou emitovány do křemíkové přepážky a dodají jí negativní náboj. Přepážka vytvoří bariéru mezi kontrolní a plovoucí bránou, křemíková vrstva přestane být vodivá. Speciální cell senzor měří elektrický stav buňky. Jakmile je elektrická propustnost přepážky mezi oběma branami větší, než padesát procent náboje, senzor hlásí hodnotu 1. Jakmile propustnost klesne pod padesát procent, senzor hlásí hodnotu 0. Nepopsaná paměť má všechny brány otevřené, všechny mají hodnotu 1. EEPROM paměti zapisují data buňku po buňce, tedy bit po bitu, kdežto flash paměti mají buňky sdružené do 14 bloků. 5/18/2021