Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Διάλεξη 12 Μνήμες RAM. Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Δομή της διάλεξης Εισαγωγή Κύτταρα Στατικής.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Διάλεξη 12 Μνήμες RAM. Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Δομή της διάλεξης Εισαγωγή Κύτταρα Στατικής."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Διάλεξη 12 Μνήμες RAM

2 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Δομή της διάλεξης Εισαγωγή Κύτταρα Στατικής Μνήμης Κύτταρα Δυναμικής Μνήμης Αισθητήριοι Ενισχυτές Αποκωδικοποιητές Διευθύνσεων Ασκήσεις 2

3 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Εισαγωγή 3 Μνήμες RAM

4 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Μνήμες RAM RAM: μνήμη με ικανότητα εγγραφής και ανάγνωσης στην οποία η προσπέλαση σε οποιαδήποτε θέση είναι το ίδιο εύκολη με κάθε άλλη θέση Τύποι RAM: Στατική RAM: μη καταστροφική ανάγνωση της αποθηκευμένης πληροφορίας Δυναμική RAM: συνήθως καταστροφική ανάγνωση, διαδικασία επανατοποθέτησης των δεδομένων στη μνήμη Επιθυμητά χαρακτηριστικά: Μεγάλη ταχύτητα Μεγάλη πυκνότητα αποθήκευσης Μικρή κατανάλωση ισχύος 4

5 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Chip μνήμης 256Mb 5

6 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Λειτουργικά τμήματα μιας βασικής συστοιχίας μνήμης 6 2 Μ+Ν θέσεις αποθήκευσης

7 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Κύτταρα Στατικής Μνήμης 7 Μνήμες RAM

8 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Μανδαλωτής Δύο αντιστροφείς σε σειρά, με την έξοδο του δεύτερου να συνδέεται πίσω στην είσοδο του πρώτου Δισταθές κύκλωμα 8

9 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Μανδαλωτής Χαρακτηριστική μεταφοράς τάσης δύο αντιστροφέων σε σειρά Δύο σταθερά σημεία  χρήση για αποθήκευση δυαδικών δεδομένων Ένα ασταθές  χρήσιμο για τη σχεδίαση αισθητηρίων ενισχυτών 9

10 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Το κύτταρο 6-Τ Το βασικό κύτταρο μνήμης σχηματίζεται από τον μανδαλωτή δύο αντιστροφέων και δύο τρανζίστορ πρόσβασης M A1 και M A2 Τα M A1 και M A2 προσφέρουν απομόνωση από άλλα κύτταρα μνήμης, και παρέχουν μια δίοδο για την εγγραφή και την ανάγνωση πληροφορίας Συμπληρωματικές έξοδοι 10

11 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Το κύτταρο 6-Τ – Υλοποιήσεις 11 (a) Κύτταρο μνήμης NMOS με έξι τρανζίστορ, (b) Κύτταρο μνήμης NMOS με αντιστάσεις φόρτου από πολυπυρίτιο, (c) Κύτταρο μνήμης CMOS με έξι τρανζίστορ

12 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Η Λειτουργία Ανάγνωσης Ανάγνωση με 0 αποθηκευμένο στο κύτταρο Οι δύο γραμμές bit είναι αρχικά προφορτισμένες στο μισό της V DD 12

13 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Η Λειτουργία Ανάγνωσης M P1, M N2 είναι off Μ Α1 στη γραμμική περιοχή Μ Α2 στον κορεσμό 13

14 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Η Λειτουργία Ανάγνωσης Οι τάσεις στο κύκλωμα, αφού ο αισθητήριος ενισχυτής φτάσει στη σταθερή κατάσταση Ο μανδαλωτής έχει αποκαταστήσει τις τάσεις των κυττάρων στα πλήρη λογικά επίπεδα 14

15 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Η Λειτουργία Ανάγνωσης Οι κυματομορφές του κυκλώματος 15

16 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Η Λειτουργία Ανάγνωσης Η ανάγνωση ενός 1, απλά αντιστρέφει τις συνθήκες 16

17 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Η Λειτουργία Εγγραφής Κύτταρο μνήμης το οποίο είναι έτοιμο για μια εγγραφή ενός 0, ενώ είναι ήδη αποθηκευμένο ένα 0 στο κύτταρο 17

18 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Η Λειτουργία Εγγραφής Κύτταρο μνήμης το οποίο είναι έτοιμο για μια εγγραφή ενός 0, ενώ είναι ήδη αποθηκευμένο ένα 1 στο κύτταρο Πρέπει να αλλάξει η κατάσταση του κυττάρου 18

19 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Οι κυματομορφές γραμμών bit και κόμβου δεδομένων καθώς γράφεται ένα 0 στο κύτταρο 6-Τ Η Λειτουργία Εγγραφής 19

20 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Κύτταρα Δυναμικής Μνήμης 20 Μνήμες RAM

21 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Χαλαρώνοντας την απαίτηση για στατική αποθήκευση δεδομένων, καταλήγουμε σε πολύ μικρότερο κύτταρο μνήμης Απαιτεί μόνο ένα τρανζίστορ και έναν πυκνωτή Τα δεδομένα αποθηκεύονται ως παρουσία ή απουσία φορτίου στον πυκνωτή του κυττάρου Ρεύματα διαρροής  η πληροφορία τελικά καταστρέφεται Περιοδική ανάγνωση της κατάστασης του κυττάρου και επανεγγραφή της: λειτουργία ανανέωσης Χρόνος ανανέωσης: 2 ms έως 10 ms Το κύτταρο 1-Τ 21

22 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Η αποθήκευση ενός 0 Το MOSFET εκφορτίζει εντελώς τη χωρητικότητα 22

23 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Η αποθήκευση ενός 1 Το MOSFET φορτίζει τη χωρητικότητα σε μια τάση που είναι μικρότερη από την τάση πύλης κατά μια τάση κατωφλίου 23

24 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Η ανάγνωση δεδομένων Προφόρτιση γραμμής bit συνήθως μέχρι V DD ή V DD /2 Ολικό φορτίο στους δύο πυκνωτές Q I =C BL V BL +C C V C Τρανζίστορ πρόσβασης σε αγωγή Διαμοιρασμός φορτίου Η τελική τιμή του αποθηκευμένου φορτίου Q F =(C BL +C C )V F Η τάση στη γραμμή bit μεταβάλλεται ελαφρά Q I =Q F οπότε Το σήμα που πρέπει να ανιχνευτεί είναι η μεταβολή στην τάση της γραμμής bit από την αρχική τιμή προφόρτισής της: 24

25 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Η ανάγνωση δεδομένων Αν η V BL προφορτιστεί στο μισό μεταξύ των επιπέδων 1 και 0  ΔV είναι θετική αν αποθηκευτεί 1 στο κύτταρο και αρνητική για 0 Η ΔV μπορεί να είναι αρκετά μικρή Το περιεχόμενο του κυττάρου καταστρέφεται κατά την ανάγνωση Τα δεδομένα πρέπει επανεγγραφούν στο κύτταρο 25

26 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Αποθήκευση πληροφορίας στη C C όπως και στο κύτταρο 1-T Προσθήκη δύο τρανζίστορ για μη καταστρεπτική ανάγνωση Και εδώ πρέπει να γίνεται περιοδική ανανέωση γιατί τα ρεύματα διαρροής θα καταστρέψουν την πληροφορία Το κύτταρο 3-Τ 26

27 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Το κύτταρο 4-Τ Συμβιβασμός ανάμεσα στα κύτταρα 6-Τ και 1-Τ Τα στοιχεία φόρτου παραλείπονται Η πληροφορία αποθηκεύεται στις χωρητικότητες 27

28 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Αποθήκευση στο κύτταρο 4-Τ 28

29 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Ανάγνωση από το κύτταρο 4-Τ 29

30 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Αισθητήριοι Ενισχυτές 30 Μνήμες RAM

31 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Αισθητήριοι Ενισχυτές Ανιχνεύουν τα μικρά ρεύματα που διατρέχουν τα τρανζίστορ πρόσβασης ή τη μικρή διαφορά τάσης που προκύπτει από το διαμοιρασμό του φορτίου Ενισχύουν το σήμα σε πλήρη λογικά επίπεδα Για κάθε γραμμή bit ή ζεύγος γραμμών bit υπάρχει ένας αισθητήριος ενισχυτής Αναγεννητικές ιδιότητες του κυκλώματος μανδάλωσης  αίσθηση μεγάλης ταχύτητας 31

32 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Αισθητήριος Ενισχυτής για το κύτταρο 6-T 32 Αισθητήριος Ενισχυτής: Μανδαλωτής δύο αντιστροφέων συν τρανζίστορ προφόρτισης Το τρανζίστορ προφόρτισης αναγκάζει το μανδαλωτή να λειτουργεί στο ασταθές σημείο ισορροπίας

33 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Αισθητήριος Ενισχυτής για το κύτταρο 6-T 33 Οι κυματομορφές τάσης της γραμμής bit στη διάρκεια της λειτουργίας προφόρτισης

34 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Αισθητήριος Ενισχυτής για το κύτταρο 1-T 34 Χρήση αντίστοιχου αισθητήριου ενισχυτή με αυτόν του κυττάρου 6-Τ

35 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Αισθητήριος Ενισχυτής για το κύτταρο 1-T 35 Η ασύμμετρη αίσθηση του κυττάρου 1-Τ

36 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Αποκωδικοποιητές Διευθύνσεων 36 Μνήμες RAM

37 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Αποκωδικοποιητής NOR CMOS 37 Αποκωδικοποιητής σειράς NOR CMOS, για στατική μνήμη

38 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Αποκωδικοποιητής NAND CMOS 38 Αποκωδικοποιητής σειράς NAND CMOS, για στατική μνήμη

39 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Αποκωδικοποιητές Διευθύνσεων Η σειριακή δομή στοίβας της πύλης NAND τείνει να είναι πιο αργή από την αντίστοιχη παράλληλη δομή NOR Στατικές δομές: μεγάλη κατανάλωση ισχύος σε μνήμες υψηλής πυκνότητας Χρήση δυναμικών αποκωδικοποιητών: καταναλώνουν μικρή ισχύ, χρησιμοποιούν μόνο λίγα τρανζίστορ PMOS 39

40 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Ασκήσεις 40 Μνήμες RAM

41 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Άσκηση 1 – Εκφώνηση (προς λύση) 41 Ένα chip CMOS 256 Mb στατικής μνήμης χρησιμοποιεί το τυπικό κύτταρο μνήμης με 6 τρανζίστορ. Πόσο ρεύμα διαρροής επιτρέπεται ανά κύτταρο μνήμης, αν το ολικό ρεύμα ηρεμίας της μνήμης πρόκειται να είναι μικρότερο από 1mA;

42 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Άσκηση 2 – Εκφώνηση (προς λύση) 42 Να υποθέσετε ότι οι δύο γραμμές bit είναι σταθερές στα 1.5V στο κύκλωμα των σχημάτων της επόμενης διαφάνειας, και ότι έχουμε φτάσει σε μια σταθερή κατάσταση, με την τάση γραμμής λέξης να ισούται με 3V. Να υποθέσετε ότι τα τρανζίστορ του αντιστροφέα έχουν όλα W/L=1/1, V TN =0.7V, V TP =-0.7V και γ=0. Ποια είναι η μέγιστη τιμή του W/L για τα M A1 και M A2 (να χρησιμοποιήσετε την ίδια τιμή) που θα μας εξασφαλίσει ότι η τάση στον κόμβο D 1 ≤0.7V και η τάση στον κόμβο D 2 ≥2.3V;

43 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Άσκηση 2 – Εκφώνηση (προς λύση) 43

44 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Άσκηση 3 – Εκφώνηση (προς λύση) 44 Το κύτταρο 1-Τ στο παρακάτω σχήμα χρησιμοποιεί τάση γραμμής bit ίση με 5V και τάση γραμμής λέξης 5V. Ποιες είναι οι τάσεις κυττάρου που είναι αποθηκευμένες στη C C για ένα 1 και ένα 0, αν είναι V TO =1V, γ=0.5V 1/2 και 2φ F =0.6V; Ποια θα ήταν η ελάχιστη τάση γραμμής λέξης που θα απαιτείτο για να φτάσει η τάση του κυττάρου στα 5V για ένα 1;

45 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Άσκηση 4 – Εκφώνηση (προς λύση) Τα ρεύματα διαρροής τείνουν συνήθως να διαταράσσουν μια από τις δύο δυνατές καταστάσεις στο κύτταρο 1-Τ. Για το κύκλωμα του σχήματος της προηγούμενης άσκησης, ποιο επίπεδο είναι το πιο ευαίσθητο στα ρεύματα διαρροής και γιατί; 45

46 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Άσκηση 5 – Εκφώνηση (προς λύση) Ένα κύτταρο 1-Τ έχει C C =60fF και C BL =7.5pF. Αν οι γραμμές bit είναι προφορτισμένες στα 2.5V και η τάση του κυττάρου είναι 0V, ποια είναι η μεταβολή ΔV στην τάση γραμμής bit, μετά από πρόσβαση στο κύτταρο; Ποια είναι η τελική τάση στο κύτταρο; 46

47 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Άσκηση 6 – Εκφώνηση (προς λύση) Μια μνήμη με κύτταρα 1-Τ μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας τρανζίστορ PMOS στη συστοιχία που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ποιες είναι οι τάσεις οι οποίες είναι αποθηκευμένες στη χωρητικότητα, και αντιστοιχούν στα λογικά επίπεδα 0 και 1, για μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί V DD =5V; Να επαναλάβετε για V DD =3V. 47

48 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Άσκηση 7 – Εκφώνηση (προς λύση) Να υπολογίσετε το ρεύμα εξόδου για σταθερή κατάσταση, από το κύτταρο 3-Τ στο παρακάτω σχήμα, αν στο κύτταρο είναι αποθηκευμένο ένα 1, και η τάση τροφοδοσίας είναι 5V, αντί 3V. Να χρησιμοποιήσετε V TO =1V, γ=0.65V 0.5, 2φ F =0.6V και ότι όλοι οι λόγοι W/L=2/1. 48

49 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Άσκηση 8 – Εκφώνηση (προς λύση) Το ηλεκτρόδιο στο κάτω μέρος του πυκνωτή αποθήκευσης στο κύτταρο 1-Τ συνδέεται συχνά με μια τάση V PP αντί στη γείωση, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Να υποθέσετε ότι είναι V PP =5V. Ποιες είναι οι τάσεις που αποθηκεύονται στο κύτταρο στον κόμβο V C για 0=0V στη γραμμή bit, και 1=3V στη γραμμή bit; Να υποθέσετε ότι η γραμμή λέξης μπορεί να οδηγηθεί στα 3V. Ποιο επίπεδο θα υποβαθμιστεί λόγω διαρροής σε αυτό το κύτταρο; 49

50 Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Η διάλεξη έγινε στο πλαίσιο του προγράμματος EΠΕΑΕΚ II από το μεταπτυχιακό φοιτητή Παπαμιχαήλ Μιχαήλ για το μάθημα Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου © Πανεπιστήμιο Πατρών, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίας Υπολογιστών Τομέας Ηλεκτρονικής & Υπολογιστών, Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Εφαρμογών


Κατέβασμα ppt "Διάλεξη 12 Μνήμες RAM. Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου Δομή της διάλεξης Εισαγωγή Κύτταρα Στατικής."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google