Polovodičové paměti

Střední odborná škola Otrokovice

www.zlinskedumy.cz

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.

Charakteristika 1 DUM

Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice

Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /3

Autor Ing. Miroslav Hubáček

Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-EL-ELZ/2-EL-2/20

Název DUM Polovodičové paměti

Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání

Kód oboru RVP 26-51-H/01

Obor vzdělávání Elektrikář

Vyučovací předmět Elektronická zařízení

Druh učebního materiálu Výukový materiál

Cílová skupina Žák, 16 – 17 let

Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: definice polovodičové paměti, rozdělení pamětí, paměti ROM a RAM

Vybavení, pomůcky Počítač, dataprojektor, interaktivní tabule

Klíčová slova Polovodičová paměť, paměťová buňka, paměť ROM, RAM, zápis a čtení paměti

Datum 26. 5. 2013

Polovodičové paměti

Náplň výuky

Definice pamětiRozdělení pamětíRealizace paměti ROMRealizace paměti RAM

Definice polovodičové paměti

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.

Rozdělení pamětí

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 (Read Only Memory) – 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

•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 (Electrically Erasable 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 (Read Write Memory) – paměti, které umožňují zápis i

čtení, a to libovolně často, stejnou rychlostí a za běžného provozu.

Rozdělení pamětí

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

Struktura polovodičové paměti

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

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.

Obr 1: Struktura polovodičové paměti

Přístup do paměti

• 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 0Zápis hodnoty do paměti• vložení adresy paměťového místa, do kterého se bude

zapisovat, na vstup paměti• výběr adresového vodiče dekodérem podle zadané adresy –

nastavení hodnoty logická 1 na tomto adresovém vodiči

Realizace paměti ROM

Využívá se některé z následujících realizací paměťových buněk• dvojice nespojených vodičů• vodičů propojených přes polovodičovou diodu• tranzistorů v technologii • TTL• MOS

Obr 2: Paměťová buňka ROM

a) technologie TTL b) technologie MOS

hodnota „0“ hodnota „1“hodnota „0“hodnota „1“

Realizace paměti RAMJedná se o paměti, které jsou energeticky nezávislé.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.

Obr 3: Paměťová buňka SRAM

Realizace paměti RAMPaměti DRAM – informace je uložena pomocí elektrickéhonáboje 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.

Obr 4: Paměťová buňka DRAM

Kontrolní otázky:

1. Vysvětlete princip polovodičové paměti.

2. Jak rozdělujeme polovodičové paměti?

3. Jak je realizována paměť ROM?

4. Jaký je rozdíl mezi pamětí SRAM a DRAM?

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

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

Děkuji za pozornost