ΕΝΟΤΗΤΑ 8Η ΜΝΗΜΕΣ ROM ΚΑΙ RΑΜ Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ Ιωάννη Καλόμοιρου, Προηγμένα Ψηφιακά Συστήματα ΕΝΟΤΗΤΑ 8Η ΜΝΗΜΕΣ ROM ΚΑΙ RΑΜ Δομή μνημών ROM Στατικές μνήμες RAM Δυναμικές μνήμες RAM Πολυπλεξία και αποκωδικοποίηση διευθύνσεων

ΜΝΗΜΕΣ ROM Μια μνήμη ROM είναι ένα συνδυαστικό κύκλωμα με n εισόδους και b εξόδους. Μπορεί να αποθηκεύσει 2nxb bits πληροφορίας. Μπορεί να θεωρηθεί σαν ένας αποκωδικοποιητής που για κάθε συνδυασμό εισόδων εξάγει ένα προκαθορισμένο συνδυασμό εξόδων. Παράδειγμα, η ROM του πίνακα αποθηκεύει 23x4 bits.

ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΑΡΧΕΙΟΥ ΣΕ ROM – ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΥ ΕΝΑ ΑΡΧΕΙΟ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΟΡΙΣΕΙ ΤΟΝ ΠΙΝΑΚΑ ΑΛΗΘΕΙΑΣ ΠΟΥ ΑΠΟΘΗΚΕΥΕΤΑΙ ΣΕ ΜΙΑ ROM. ΤΟ ΑΡΧΕΙΟ ΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΕΙ ΤΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΠΟΥ ΑΠΟΘΗΚΕΥΟΝΤΑΙ ΣΕ ΚAΘΕ ΔΙEΥΘΥΝΣΗ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ, ΤΟ ΑΡΧΕΙΟ ΤΟΥ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΠΙΝΑΚΑ ΠΕΡΙΕΧΕΙ ΤΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ ΜΙΑ MΝΗΜΗ ROM ΠΟΥ ΕΠΙΤΕΛΕΙ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟ 4Χ4.

ΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ ΣΕ ΜΝΗΜΕΣ ROM ΜΝΗΜΗ ROM 23x4 ΟΠΟΥ Η ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΓΙΝΕΤΑΙ ΜΕ ΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΔΙΟΔΩΝ. ΟΠΟΥ ΘΕΛΟΥΜΕ ΝΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΟΥΜΕ 0 ΤΟΠΟΘΕΤΟΥΜΕ ΜΙΑ ΔΙΟΔΟ, ΟΠΩΣ ΣΤΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ. ΝΑ ΒΡΕΙΤΕ ΤΟΝ ΠΙΝΑΚΑ ΑΛΗΘΕΙΑΣ ΠΟΥ ΥΛΟΠΟΙΕΙ Η ΜΝΗΜΗ.

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΔΟΜΗ ΜΝΗΜΗΣ ROM 128x1 Η παραπάνω διάταξη υλοποιεί μια μνήμη 128 θέσεων που απομνημονεύουν 1 bit η κάθε μια. Κάθε γραμμή του πίνακα (8x16) αποθηκεύει μια λέξη των 16bits και επιλέγεται με τα τρία ανώτερα bits της διεύθυνσης. Τα 4 κατώτερα bits της διεύθυνσης επιλέγουν το επιθυμητό δεδομένο με τη βοήθεια πολυπλέκτη 16 προς 1.

ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ MOS ΩΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΣΕ ROM ΤΟ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΣΧΗΜΑ ΔΕΙΧΝΕΙ ΠΩΣ ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΤΟ ΝΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΟΥΝ MOS ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ, ΑΝΤΙ ΓΙΑ ΔΙΟΔΟΥΣ, ΣΕ ΜΙΑ ROM. ΟΤΑΝ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΜΙΑ ΓΡΑΜΜΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΤΑ MOS ΑΓΟΥΝ ΚΑΙ ΟΙ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΤΩΝ BITS ΟΔΗΓΟΥΝΤΑΙ ΣΤΗ ΓΗ.

ΤΥΠΟΙ ROM Mask Programmable ROMs ή Mask ROMs PROM – Programmable ROMs (καταστροφή υπαρχουσών συνδέσεων - fuses για αποθήκευση λογικού 0). EPROM – Erasable programmable ROM (τεχνολογία MOS με floating gate και μονωτικό υλικό. Μπορούν να διαγραφούν με υπεριώδες φώς). OTP ROMs. (One time Programmable ROMs. ΕPROMs χωρίς παράθυρο διαγραφής). ΕΕPROMs (Electrically Erasable Programmable ROMs. Όπως οι EPROM αλλά με λεπτότερο μονωτικό στρώμα γύρω από τις επιπλέουσες πύλες).

Χρήση εισόδων ΟΕ και CS για σύνδεση 4 μνημών ROM 32Κx8 σε σύστημα μικροεπεξεργαστή που απαιτεί 128Κbytes μνήμης ROM. Μικροεπεξεργαστής: Data bus 8 bits, Address bus 20 bits (1Μbyte). Η ROM τοποθετείται στα ανώτερα 128Κbytes του χώρου των διευθύνσεων (Α17-Α19=111). Α15, Α16 επιλέγουν τσιπ μνήμης, που εξάγει στο databus όταν OE=active.

ΣΤΑΤΙΚΕΣ RAM Βασική δομή μιας RAM 2n x b και λειτουργικό διάγραμμα: Όταν SEL_L=0 KAI WR_L=0, τότε C=1, οπότε αποθηκεύεται η είσοδος στην έξοδο Q του FF Όταν SEL_L=0, OUT=Q. Λειτουργική συμπεριφορά κελιού στατικής μνήμης

Δομή στατικής RAM 4x4

ΔΟΜΗ SRAM 8 X 4

Διαγράμματα χρονισμού μνημών SRAM To παράδειγμα αφορά σε μνήμη με χρόνο προσπέλασης και χρόνο κύκλου 50 ns. Το ρολόϊ του επεξεργαστή έχει περίοδο κύκλου 20ns (50 ΜΗz).

Τυπικές Μνήμες SRAM

ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ RAM ΜΝΗΜΕΣ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΑΠΟ ΤΙΣ ΣΤΑΤΙΚΕΣ RAM, ΟΠΟΥ ΤΟ ΚΕΛΙ ΜΝΗΜΗΣ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑΣ ΠΥΚΝΩΤΗΣ, ΤΟΥ ΟΠΟΙΟΥ Η ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΕΛΕΓΧΕΤΑΙ ΑΠO EΝΑ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ MOS. Εγγραφή: Θέτουμε τη γραμμή λέξης σε κατάσταση HIGH. Κατόπιν οδηγούμε τη γραμμή δυαδικού ψηφίου σε κατάσταση HIGH ή LOW για να εγγράψουμε 1 ή 0. Ανάγνωση: Προφορτίζουμε τη γραμμή δυαδικού ψηφίου σε ενδιάμεση κατάσταση τάσης. Στη συνέχεια θέτουμε τη γραμμή λέξης σε HIGH. O ενισχυτής ανίχνευσης έρχεται σε λογικό 0 ή 1.

Διδιάστατη αποκωδικοποίηση διευθύνσεων μνήμης Απλός αποκωδικοποιητής k:2k απαιτεί 2k πύλες AND. Διατάσσοντας τα κύτταρα μνήμης σε μια τετραγωνική δομή δύο διαστάσεων, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε δύο αποκωδικοποιητές, με k/2 εισόδους και 2k/2 εξόδους ώστε να προσπελάσουμε ισάριθμες διευθύνσεις. Ο συνολικός αριθμός των απαραίτητων πυλών τώρα είναι 2x2k/2. Στο παράδειγμα του σχήματος προσπελάζουμε 32x32=1024 διευθύνσεις με 64 πύλες AND.

Πολύπλεξη διεύθυνσης για μνήμες DRAM Εκτός από τη διδιάστατη αποκωδικοποίηση, οι δυναμικές RAM χρησιμοποιούν και την τεχνική της πολυπλεγμένης διεύθυνσης, ώστε να μειώσουν τον αριθμό των ακροδεκτών που απαιτούνται για την επιλογή διεύθυνσης στο εσωτερικό του ΟΚ DRAM. Στο σχήμα χρησιμοποιείται μνήμη 256x256=64K, και δύο παράλληλοι αποκωδικοποιητές 8:256. Μια οκτάμπιτη διεύθυνση εφαρμόζεται διαδοχικά σε δύο φάσεις, για την επιλογή γραμμής και στήλης.