POMNILNIK POMNILNIK...1

Transcript

1 Pripravil: Marko Munih, UL FE, 2007 POMNILNIK POMNILNIK...1 Pomnilniki glede na način dostopa...2 Zgradba pomnilnika z naključnim dostopom...2 Bralni pomnilniki (ROM)...5 Mask ROM...6 PROM...6 EPROM...6 EEPROM...7 Bralno-pisalni pomnilniki (RAM)...8 Statični RAM (SRAM)...9 Multiport RAM Dual-Port RAM Quadport RAM CAM Dinamični RAM (DRAM) EDO RAM SDRAM Multilevel DRAM VRAM Rambus DRAM DDR, DDR2 in DDR NV SRAM Flash Z besedo pomnilnik ali spomin označujemo tisti del mikroprocesorskega sistema (ali v splošnem računalnika), v katerem so shranjeni ukazi in operandi. Gledano iz mikroprocesorja je pomnilnik zelo preprosta naprava. Videti je kot "skladišče", iz katerega mikroprocesor jemlje ali v katerega daje podatke. Namesto o jemanju ali dajanju podatkov govorimo običajno o branju pomnilnika ali o pisanju v pomnilnik. Kadar nam smer prenosa ni pomembna pa o dostopu do pomnilnika. Pomnilnik se ne zaveda pomena podatkov - tako npr. ne razlikuje ukazov od operandov in tudi ne raznih tipov operandov. Ta lastnost pomnilnika je osnovna značilnost vseh von Neumannovih računalnikov in omenili smo že, da so praktično vsi z mikroprocesorji narejeni računalniki von Neumannovega tipa. Strogo vzeto imamo v vsakem računalniku pravzaprav več enot s funkcijo pomnjenja. Tipično so to naslednje: - registri v mikroprocesorju; - predpomnilnik; - glavni pomnilnik; - pomožni pomnilnik. Kadar govorimo o pomnilniku običajno mislimo na tako imenovani glavni pomnilnik - v njem so shranjeni ukazi in operandi. Danes imamo poleg glavnega pomnilnika pogosto tudi predpomnilnik (cache). Napredpomnilnik lahko gledamo kot na hitro kopijo majhnega dela glavnega pomnilnika. Z njim lahko dosežemo večjo hitrost dostopov ne da bi morali zato pohitriti glavni pomnilnik. Z drugimi besedami, predpomnilnik je cenejši način za povečanje hitrosti glavnega pomnilnika. Pri nekaterih zmogljivejših mikroprocesorjih je predpomnilnik vgrajen v sam mikroprocesorski čip, pri drugih pa ga lahko dodamo kot posebno zunanjo enoto. S pojmom pomožni pomnilnik označujemo pomnilniški prostor na napravah kot so magnetni diski in trakovi. Te naprave so na mikroprocesor priključene kot vhodno-izhodne naprave. Dostop do podatkov na njih poteka posredno preko vhodno-izhodnih ukazov in ne z neposrednim naslavljanjem mikroprocesorja kot pri glavnem pomnilniku. Pri računalnikih z navideznim pomnilnikom je prostor v pomožnem pomnilniku za uporabnika videti. enako kot prostor v glavnem pomnilniku. Vedeti pa moramo, da je tako samo na videz. V resnici poteka dostop do tega prostora tako, da se naslovljeni blok z uporabo vhodno-izhodnih ukazov najprej prenese v glavni pomnilnik - vendar tako, da je za uporabnika to dogajanje nevidno

2 To poglavje je namenjeno obravnavi glavnega pomnilnika. Posebno pri manjših mikroprocesorskih sistemih je, poleg registrov mikroprocesorja, glavni pomnilnik največkrat tudi edini pomnilnik. Glavni cilj pri načrtovanju pomnilnika je doseči čas dostopa, ki omogoča mikroprocesorju delovanje z maksimalno možno hitrostjo. Pri praktično vseh mikroprocesorjih smo videli, da z uporabo čakalnih urinih period lahko delujejo tudi z zelo počasnimi pomnilniki - Vendar tega skoraj nikoli ne želimo. Poleg hitrosti so pomembne še nekatere druge lastnosti, npr. obstojnost, spremenljivost, poraba energije in seveda cena. Pomnilniki glede na način dostopa Delitev pomnilnikov glede na način dostopa je klasična in danes ni več posebno zanimiva. Za glavni pomnilnik se namreč že dolgo uporabljajo izključno elementi z naključnim dostopom. Tu jo vključujemo predvsem zaradi boljšega razumevanja terminoloških oznak. Glede na način, kako dostopamo do podatkov v pomnilniku, razlikujemo naslednje načine dostopa: 1. Naključni dostop (random access). Pri tem načinu je čas dostopa do poljubne lokacije neodvisen od naslova pred tem naslovljenih lokacij. Drugače povedano, čas dostopa je konstanten in znan vnaprej pri naključnem (poljubnem) zaporedju naslovov. Konstanten čas dostopa, ne glede na fizični položaj naslovljene lokacije, je glavna lastnost naključnega dostopa. Glavni pomnilniki računalnikov so danes vedno naprave z naključnim dostopom. Realizirani so kot MOS ali bipolarna integrirana vezja, medtem ko so bili v preteklosti največkrat feritni. 2. Zaporedni dostop (serial access). Pri tem načinu je čas za dostop do neke lokacije odvisen od naslova prejšnje lokacije. Če je bil npr. N naslov prejšnje lokacije, sta takoj dostopni samo lokaciji z naslovoma N-1 in N+1. Za dostop do poljubnega naslova M, pa moramo najprej izvršiti dostop do vseh lokacij med M in N. Očitno je pri tem načinu čas dostopa močno odvisen od zaporedja naslovov. Tipična predstavnika pomnilnikov z zaporednim dostopom sta magnetni trak in pomikalni register. 3. Krožni dostop (rotational access). To je pravzaprav posebna vrsta zaporednega dostopa. Lahko si ga predstavljamo kot magnetni trak, ki je zlepljen v zanko. Srečamo ga pri magnetnih diskih s fiksnimi glavami, magnetnih bobnih, zakasnilnih linijah in magnetnih mehurčkih. Povprečen čas dostopa pri krožnem načinu je enak 1/2 periode vrtenja. Pri diskih in bobnih je vrtenje mehansko, medtem ko je pri zakasnilnih linijah in magnetnih mehurčkih elektronsko brez gibajočih delov. 4. Direktni dostop (direct access). Oznaka direktni dostop je problematična in dogajanja pri dostopu ne opisuje najbolje. Uporabljati se je pričela zato, da so z njo poudarili razliko v primerjavi z zaporednim dostopom pri magnetnih trakovih. V resnici gre pri tem načinu za kombinacijo zaporednega in krožnega načina dostopa, ki jo srečamo pri diskih s premičnimi glavami - skoraj vsi današnji magnetni diski imajo premične glave. Pri njih se bralno-pisalna glava najprej premakne nad ustrezno sled (to je zaporedni dostop), nato pa imamo že opisani krožni način dostopa. Ker poteka premik glave preko sledi veliko hitreje od periode vrtenja, povprečen čas dostopa ni veliko daljši kot pri krožnem dostopu. Zgradba pomnilnika z naključnim dostopom Na sliki 1 je podan primer zgradbe pomnilniškega elementa z naključnim dostopom. Pomnilnik na sliki 1 vsebuje večino funkcij, ki jih danes vsebujejo pomnilniška integrirana vezja. Čeprav ima večina današnjih elementov veliko več kot 16 pomnilniških celic (bitov), je razširitev pojmov s slike 1 na večje pomnilnike preprosta

3 Slika 1 Shematski prikaz pomnilnika z naključnim dostopom Omenjeni pomnilnik ima organizacijo 16 x1, kar pomeni, da vsebuje 16 enobitnih besed. Vsaka kombinacija naslovnih bitov AO, A 1, A2 in A3 povzroči aktiviranje natanko enega vrstičnega signala X in natanko enega stolpnega signala Y. Neka pomnilniška celica je izbrana takrat, kadar sta aktivna njen vrstični X in stolpni Y signal. Tak način izbire pomnilniških celic je znan kot dvodimenzionalno ali koincidenčno naslavljanje. Značilno zanj je, da so pomnilniške celice razporejene v obliki kvadrata, ali včasih v obliki pravokotnika, ki mu pravimo bitna ravnina. Ob dostopu je vedno izbrana ena in samo ena pomnilniška celica v ravnini. Poleg dvodimenzionalnega naslavljanja poznamo tudi enodimenzionalno naslavljanje, pri katerem ima vsaka celica svojo naslovno linijo. Za primer s slike 1 bi pri enodimenzionalnem naslavljanju potrebovali 16 linij, medtem ko jih pri dvodimenzionalnem potrebujemo 8. Razlika postane veliko bolj očitna pri večjih pomnilnikih. Pri velikosti npr (64K) bitov potrebujemo za enodimenzionalno naslavljanje linij, za dvodimenzionalno pa le 512 (kvadrat velikosti 256 x 256). Praktično vsi današnji pomnilniški elementi uporablja zato dvodimenzionalno naslavljanje (imenovano tudi X-Y naslavljanje). Enodimenzionalno naslavljanje (imenovano tudi linearno naslavljanje) se uporablja samo pri zelo majhnih pomnilnikih - omogoča pa doseči krajši čas dostopa

4 Slika 2 Shematski prikaz DRAM čipa Pri pisanju se podatek na vhodni podatkovni sponki DIN preko vhodnega ojačevalnika prenese v bralno-pisalno krmilno vezje. ki vsebuje logiko za postavljanje "write" in "read" signalov. Ker se pri pisanju (R/W=O) postavi "write" izhod v stanje 1, "read" izhod pa v stanje 0, se preko vhodnih vrat vhodni podatek pojavi kot enica na vhodu v pisalna vrata 0 (če je DIN = 0), ali na vhodu v pisalna vrata 1 (če je DIN = 1), Vsak stolpec ima svoj par pisalnih vrat. Ker je v vsakem trenutku aktiven le en stolpec Y, se preko pisalnih vrat aktivirajo samo pisalni ojačevalniki izbranega stolpca. medtem ko so pri ostalih stolpcih v visokem impedančnem stanju in ne vplivajo na pomnilniške celice. Na vseh celicah izbranega stolpca dobimo pri DIN = 0 logično 0 na podatkovni liniji 0 in visoko impedančno stanje na podatkovni liniji 1, medtem ko je pri Din = 1 stanje ravno obratno. Vpis se izvrši samo v tisto celico, ki se nahaja v izbrani vrstici X. Bralna operacija je podobna. le da poteka prenos podatka v obratni smeri. Krmilna logika se pri branju namreč postavi tako, da je "read" = 1 in "write" = 0, S tem se vsi pisalni ojačevalniki postavijo v visoko impedančno stanje, odpre pa se pot signalu s podatkovne linije 0 preko bralnega in izhodnega ojačevalnika. Pogosto imamo pomnilniške elemente izvedene tako, da sta sponki za vhodni in izhodni podatek združeni. Ta združitev ne povzroča težav, saj element preko R/W signala vedno ve, ali gre za branje ali za pisanje in lahko aktivira ustrezni ojačevalnik (vhodni ali izhodni), medtem ko se neaktivni postavi v visoko impedančno stanje. Dobra posledica takega združevanja je zmanjšanje števila čipovih nožic; zaradi tega se veliko uporablja. Obstajajo pa aplikacije, v katerih je ugodneje imeti ločene vhodne in izhodne nožice, zato so na trgu tudi čipi z ločenimi vhodnimi in izhodnimi nožicami. Pri pravkar opisanem pomnilniku se ob vsakem dostopu prebere ali vpiše en bit. Dolžina pomnilniške besede je torej 1. Temu pravimo tudi, da ima pomnilniški element organizacijo x 1 (krat ena). Namesto organizacije x 1, so pomnilniški elementi pogosto zgrajeni tudi z daljšimi dolžinami besede. V tem primeru potrebujemo toliko bitnih ravnin, kolikor je dolžina besede. Pri integriranih vezjih so v resnici vse bitne ravnine razmeščene na isti fizični površini - nobene škode pa ni, če si predstavljamo, da so postavljene trodimenzionalno. Istoležne vrstične signale X posameznih ravnin lahko povežemo skupaj. Pri stolpcih pa potrebujemo svoje bralno/pisalne ojačevalnike za vsako ravnino - samo tako lahko beremo in pišemo po 8 bitov naenkrat

5 Pri načrtovanju pomnilnika moramo razlikovati med dolžino pomnilniške besede glavnega pomnilnika, kot jo zahteva mikroprocesor, in med dolžino besede pomnilniških elementov. Omenili smo že, da je dolžina pomnilniške besede glavnega pomnilnika definirana kot najmanjše število bitov s svojim naslovom - velika večina današnjih mikroprocesorjev ima dolžino besede 8 bitov (izjema so predvsem 1 in 4-bitni mikroprocesorji). To velja tudi za večino 16 in 32-bitnih mikroprocesorjev. Pri njih je sicer možen dostop do več sosednjih pomnilniških besed naenkrat, npr. do dveh, treh ali štirih, vendar tudi do samo ene 8-bitne besede. Razlikovanje med dolžino besede pomnilnika in dolžino besede. pomnilniškega čipa je pomembno. V principu je namreč mogoče zgraditi pomnilnik s poljubno dolžino besede z vsakim pomnilniškim čipom. Seveda pa so med posameznimi rešitvami velike razlike. S čipi z organizacijo x 1 je npr. zelo preprosto zgraditi pomnilnik z dolžino besede x 8 tako, da vzamemo 8 čipov. Če imamo čip z organizacijo x 8, seveda potrebujemo v tem primeru samo enega. Če pa želimo s čipi z organizacijo x 8 zgraditi pomnilnik z dolžino besede x 4, to lahko storimo tako, da uporabimo samo 4 od 8 bitov. Ta rešitev očitno ni posebno dobra. Bralni pomnilniki (ROM) Glede na možnost spreminjanja v pomnilniku shranjene vsebine razlikujemo dve vrsti pomnilnikov: bralne in bralno-pisarne. Pri bralnih je vsebina pomnilnika nespremenljiva. Mikroprocesor lahko vsebino samo bere - če piše, se ne zgodi nič. 8ralne pomnilnike običajno označujemo s kratico ROM (Read Only Memory). Na prvipogjed je uporabnost bralnih pomnilnikov, če jih primerjamo z bralno-pisalnimi, močno omejena. Bralno-pisalni pomnilnik lahko navsezadnje uporabljamo tudi samo za branje, medtem ko obratno ne gre. Zato takoj povejmo, da imajo bralni pomnilniški čipi še eno zelo pomembno lastnost, ki iz oznake ROM ni razvidna. Ta lastnost je obstojnost vsebine. Vsi današnji bralni pomnilniški elementi obdržijo vsebino tudi potem, ko zaradi kakršnegakoli razloga odklopimo vir električne energije. Ob ponovnem vklopu je vsebina nespremenjena in pripravljena za uporabo. Za veliko večino bralno-pisalnih pomnilnikov to ne velja. Oznaka bralni pomnilnik zato ne pomeni samo pomnilnika, katerega vsebine ne moremo spreminjati, temveč istočasno tudi pomnilnik, katerega vsebina je obstojna. Predvsem zaradi te zadnje lastnosti se ROM pomnilniki uporabljajo v skoraj vseh računalnikih. V večjih sistemih, kot je npr. PC, so v njih shranjeni zagonski programi. Ti poskrbijo, da se ob vklopu iz diska v bralno-pisalni pomnilnik prenese operacijski sistem. Poleg tega je del operacijskega sistema (običajno tisti del, ki je specifičen za uporabljeno strojno opremo) pogosto v ROMu; pri računalnikih PC je to slavni BIOS (basic input output system). V manjših sistemih, kamor seveda spada večina sistemov na osnovi mikroprocesorjev, pa so običajno vsi programi v ROMu - bralno-pisalni pomnilnik se uporablja samo za shranjevanje operandov. Obstojnost vsebine je bistveni, vendar ne edini razlog za uporabo ROMov. Drugi razlog je nespremenljivost; vsebine s pisanjem ni mogoče spremeniti in je zato zaščitena pred namernim ali nenamernim spreminjanjem. Obstojen bralno-pisalni pomnilnik npr. ni zaščiten pred spreminjanjem (zaščito lahko dosežemo samo z dodatnimi vezji). Bralni pomnilniki se uporabljajo tudi v digitalnih sistemih, ki ne vsebujejo mikroprocesorjev. Z njimi namreč lahko realiziramo kompleksne logične funkcije ter tabele za pretvarjanje spremenljivk. Iz povedanega sledi, da so v ROM pomnilnikih običajno shranjeni ukazi, tabele in podobni kompleksni vzorci bitov, ki imajo običajno pomen samo, kadar jih je več skupaj. Zaradi tega se ROM čipi proizvajajo predvsem v organizaciji x 8, včasih tudi v x 16. Očitno bi bila organizacija x 1 za te namene zelo nerodna - vsebina vsakega čipa sama zase ne bi pomenila ničesar, šele ko bi jih (pravilno!) sestavili skupaj, bi dobili pomen. Poleg tega bi bilo ob npr. spremembi programa potrebno zamenjati veliko čipov namesto enega. Bralni pomnilnik ima seveda smisel samo, če obstaja nek način za vpis informacije vanj. Glede na način in število vpisovanj razlikujemo več vrst ROM pomnilnikov. Ponovimo še enkrat, da so vse vrste realizirane kot pomnilniki z naključnim dostopom - razlike so samo v izvedbi pomnilniške celice

6 Mask ROM To so v bistvu po naročilu narejeni čipi, ki jim vsebino vgradijo v tovarni. Tam pretvorijo uporabnikovo specifikacijo vrednosti bitov v metalizacijske maske, s katerimi naredijo čip. Pomnilniška celica je zelo preprosta in jo kaže slika 3; prisotnost tranzistorja pomeni npr. vrednost 0, odsotnost pa 1. Izdelava mask ni poceni, zato se mask ROMi uporabljajo samo tam, kjer potrebujemo večje količine - tipično najmanj nekaj tisoč kosov. V velikih količinah pa so ti ROMi cenejši od vseh drugih. Njihove vsebine seveda ni mogoče spremeniti in ponovno vpisati. (a) (b) Slika 3: Mask ROM pomnilniška celica (a) in blokovna shema čipa (64M-BIT, 23C6410)(b). Tipične velikosti mask ROMov danes so tudi 1 M x 8 in več. Ker so to po naročilu narejeni čipi pravzaprav možne poljubne velikosti, do 1 M x 8. Časi dostopa se gibljejo od 100 ns navzdol do 6 ns. PROM Z oznako PROM (Programmable ROM) se običajno označujejo ROMi s tako imenovano varovalko (fusible-link). Nov PROM ima vse bite postavljena v stanje 1 (Iahko tudi v stanje 0). Uporabnik potem s posebno napravo, ki ji pravimo programator, prežge varovalke določenih celic in s tem doseže, da ima čip želeno vsebino. Slika 4 prikazuje PROM pomnilniško celico. Čipi te vrste so bili prvi ROMi, ki so uporabniku omogočali, da jim je sam določil (programiral) vsebino; od tod oznaka PROM. Danes se ne uporabljajo več veliko. EPROM Slika 4 PROM pomnilniška celica. Med vsemi mikroelektronskimi čipi je najlažje prepoznati velike EPROMe s steklenimi okenci, ki so danes najbolj popularna vrsta bralnih pomnilnikov. Popularne jih je naredila njihova sposobnost za brisanje in ponovno vpisovanje. Od tod tudi oznaka EPROM (Erasable Programmable ROM) ali izbrisljivi PROM. Kot pomnilniška celica služi MOSFET tranzistor s plavajočimi vrati, ki jih je mogoče električno nabiti s prebojem izolacijske plasti vrat (tako imenovana "avalanche injection"). Slika 7.8 prikazuje tako pomnilniško celico. Ob preboju, ki se doseže z napetostnim impulzom napetosti okrog 20 V, se v plavajočih vratih shrani majhen električni naboj (okrog 106 elektronov). Zaradi zelo kvalitetnega dielektrika, se pri normalni temperaturi ta naboj ohrani zelo dolgo. Na to pomnilniško celico lahko gledamo kot na kondenzator, ki se prazni s časovno konstanto nekaj stoletij! Če kondenzator nabijemo, je to npr. logična 0, prazen kondenzator pa logična

7 Plavajoča vrata MOSFET tranzistorja niso dostopna električno. Kondenzatorje lahko izpraznimo samo tako, da izpostavimo čip ultravioletni svetlobi za 10 do 30 minut - to da ujetim elektronom dovolj energije, da prebijejo dielektrik. UV svetloba deluje skozi stekleno okence na vse tranzistorje, zato ni možno brisati samo določenih bitov. Valovna dolžina, ki jo priporočajo proizvajalci, je 2537 Angströmov. Tu ni odveč opozorilo. UV svetloba, ki se uporablja za brisanje, je nevarna in že pri kratkih ekspozicijah povzroča trajne okvare na koži in še posebej na očeh. Tudi sam EPROM čip se pri predolgi ekspoziciji lahko pokvari. Sončna svetloba vsebuje dovolj UV spektra, da se pri neposredni izpostavitvi čip izbriše v približno enem tednu. Če so EPROMi izpostavljeni taki svetlobi, je potrebno na stekleno okence dati neprozorno nalepko, da se zaščiti pred nezaželenim brisanjem. EPROMi se programirajo tako, da damo na tako imenovano programirno nožico povišano napetost (običajno 12,5 V ali 21 V), nato pa z naslovnimi signali izberemo besedo in s podatkovnimi signali vsebino, ki jo želimo vpisati. To običajno delamo z posebno napravo, ki ji pravimo EPROM programator. Proizvajalci EPROMov so razvili posebne programirne algoritme, s katerimi so dosegli, da je npr. cel 512K x 8 EPROM mogoče vpisati v približno 60 sekundah. EPROMi so zelo primerni za razvoj prototipov, ker jih po brisanju lahko ponovno uporabimo. Dobri so tudi za serijsko proizvodnjo, če serije niso velike. Vedeti pa moramo, da je število brisanj in programiranj omejeno. Čeprav proizvajalci ta podatek navajajo zelo neradi, je maksimalno število brisanj/pisanj okrog 100. Iz narave EPROM pomnilniških celic tudi sledi, da je čas obstoja shranjene informacije omejen. Proizvajalci garantirajo 10 let, vendar pri tem predpostavljajo najslabše možne pogoje (npr. visoko temperaturo, ki pospešuje praznjenje kondenzatorjev). V resnici lahko skoraj vedno pričakujemo nekajkrat daljši čas. Posebna izvedba EPROMov so tako imenovani OTP (One Time Programmable) EPROMi, ki nimajo steklenega okenca in so zato cenejši. OTP EPROMe pravzaprav sploh ne bi smeli označevati kot EPROMe, ker se jih očitno ne da brisati. y x Slika 5 EPROM in EEPROM pomnilniška celica. Slika 6 Prva EPROM pomnilniška celica proizvajalca Intel z vidnim čipom in povezavami Najpogostejše velikosti EPROMov danes so 32K x 8, do npr. 512K x 8 in 1 M x 8. V 16-bitni izvedbi pa so to 32K x 16, do npr. 512K x 16. Tipični časi dostopa se v odvisnosti od izvedbe gibljejo od 100 do 300ns. Nekatere firme ponujajo tudi hitrejše čipe s časi dostopa okrog 10 ns. Izdelani so v NMOS ali CMOS tehnologiji. EEPROM Ti elementi so po zgradbi in delovanju zelo podobni EPROMom. Tudi oni uporabljajo kot pomnilniško celico MOSFET tranzistor s plavajočimi vrati in hranijo informacijo v obliki naboja. Vendar pa za brisanje ne potrebujejo UV svetlobe - brišemo jih lahko električno. Od tod tudi njihova oznaka EEPROM (Electrically Erasable PROM) ali včasih EEROM. Brisanje vsebine se doseže s povišano napetostjo, ki povzroči tako imenovan Fowler-Nordheim tunelski efekt. Ta omogoči elektronom, da gredo skozi energetski prag dielektrika in kondenzatorji se izpraznijo. Pisanje v EEPROM poteka popolnoma enako kot pri EPROMih. Večina današnjih EEPROMov je narejenih tako, da povišano napetost (tipično okrog 12 V), ki je potrebna za pisanje in za brisanje. tvorijo na samem čipu iz standardne 5 V napajalne napetosti. Zato pisanje v EEPROM lahko, poleg s programatorjem, delamo kar na sami - 7 -

8 tiskani plošči (tako imenovano "On-Board" programiranje). To pomeni, da v nasprotju z EPROM čipi. EEPROMov ni potrebno jemati iz podnožij, jih pod UV svetlobo brisati in v programatorju programirati. V tem je njihova velika prednost. Danes poznamo dve vrsti EEPROMov, ki se razlikujeta predvsem v načinu brisanja. Pri tako imenovanih "fiash" EEPROMih lahko izbrišemo samo celoten čip - brisanje posameznih besed ni možno. Nekateri flash EEPROMi so narejeni tako, da so razdeljeni na več delov (npr. 16 blokov po 16K pri 256K x 8 EEPROMu); brisanje lahko omejimo na enega od njih. Pri tako imenovanih pravih EEPROMih pa lahko brišemo poljubno besedo. Njihova zgradba je v primerjavi s flash EEPROMi bolj zapletena in so zato njihove velikosti manjše. Ker je možno brisanje posamezne besede, so ti čipi navzven podobni statičnim bralno-pisalnim. Imajo R/W signal, s katerim lahko izberemo branje ali pisanje. Pri pisanju se seveda najprej naredi brisanje, vendar je za uporabnika to nevidno. Pač pa je trajanje pisanja veliko daljše od branja; npr. 200ns za branje in 2ms za pisanje, kar pomeni da je pisanje počasnejše od branja. Posebna oblika EEPROMov so tako imenovani serijski EEPROMi. Pri njih se naslovi in podatki podajajo serijsko, bit za bitom. Največ se uporablja način s 3 nožicami, ki je znan pod oznako12c - obstaja pa tudi način, ki uporablja samo dve nožici. Prednost serijskega dostopa (branja ali pisanja) je v veliko manjšem številu potrebnih nožic, ki se povrhu s kapaciteto čipa ne spreminja. Večina proizvajalcev uporablja standardno DIP ohišje z 8 nožicami. Seveda je zaradi serijskega prenosa čas dostopa bistveno daljši; ti čipi zato niso primerni za računalniške pomnilnike. Obstaja pa veliko drugih aplikacij, kjer se veliko uporabljajo. Po mnenju mnogih bodo EEPROMi na večini področij počasi izpodrinili EPROMe, ker pri približno enaki ceni nudijo več. Tudi pri EEPROMih obstaja omejitev v številu v brisanj/pisanj. Tipična zgornja meja, ki jo navajajo proizvajalci, je , obstajajo pa tudi čipi z zgornjo mejo in več. Podobno kot pri EPROMih garantirajo v najslabših pogojih najmanj 10 let, nekateri pa celo najmanj 100 let obstoja shranjene informacije. Velikosti flash EEPROM čipov so podobne tistim pri EPROMih. Dokler je signal CE v neaktivnem stanju, je čip v tako imenovanem "stanju pripravljenosti" (standby mode). V tem stanju rabi zelo malo energije, tipično manj kot 100 μa pri CMOS (manj kot 1 ma pri NMOS) EPROM ali EEPROM čipih. Ta lastnost je pomembna v sistemih z baterijskim napajanjem. Pri EEPROMih imamo poleg kontrolnih signalov CE in OE še signal WE (Write Enable), ki je včasih označen tudi kot R/W. Aktiviranje tega signala pri aktivnem CE (OE mora biti neaktiven) sproži proces pisanja vrednosti na podatkovnih signalih v EEPROM. Ob aktiviranju WE shrani čip naslov in podatek v internih registrih in prične z brisanjem/pisanjem. Ta operacija je počasna (tipično nekaj ms). Zaradi shranjenega naslova in podatka se ti med njenim izvajanjem smejo spreminjati, ni pa možen dostop do drugih besed v čipu, dokler ni končana. Večina EEPROMov je narejenih tako, da lahko mikroprocesor z branjem ugotovi, kdaj je pisanje končano. Bralno-pisalni pomnilniki (RAM) Vse vrste bralno-pisalnih pomnilnikov se označujejo s kratico RAM (Random Access Memory ali po naše pomnilnik z naključnim dostopom). Ta kratica ni posebno ustrezna - tako bralni kot bralno-pisalni čipi uporabljajo naključni dostop. Uveljavila se je predvsem zato, ker je istočasno podobna in različna od oznake ROM. Pri ROMih smo kot bistveno lastnost poleg nespremenljivosti omenili obstojnost v njih shranjene informacije. V nasprotju z njimi so RAMi spremenljivi, vendar pa tudi neobstojni večina RAM čipov ob odklopu električne energije izgubi vsebino. PO vklopu je vsebina nedefinirana. Ta lastnost današnjih RAM čipov je seveda nezaželena in pogosto povzroča probleme. Če želimo imeti obstojni RAM pomnilnik, moramo uporabiti baterijsko napajanje. Glede na izvedbo pomnilniške celice razlikujemo dva osnovni vrsti RAM čipov

9 Statični RAM (SRAM) Pri statičnih RAMih je pomnilniška celica zgrajena kot flip-flop. Ta je običajno narejen iz šestih MOS tranzistorjev kot to kaže slika 7. Bit, ki se zapiše v SRAM celico, ostane nespremenjen, dokler ga ne prepišemo ali dokler ne izklopimo napetosti. Tipične velikosti SRAM čipov danes so 8K x 8, 32K x 8, 128K x 8 in 512K x 8. Obstajajo tudi čipi z organizacijo x 1, X 4 in X 16. Izdelani so največkrat v CMOS tehnologiji in imajo čas dostopa najpogosteje od 10 ns do 150 ns, pa tudi manj (slika 9), navzdol do 6 ns. Hitrejši, vendar manjši in energijsko požrešnejši, so bipolarni ECL SRAM čipi, pri katerih je čas dostopa blizu 1 ns (celo 0.85 ns). Uporaba SRAM čipov v mikroprocesorskih sistemih je preprosta in zelo podobna tisti pri bralnih pomnilnikih. Podobno kot pri CMOS EPROM in EEPROM čipih, tudi CMOS SRAM čip lahko postavimo v stanje pripravljenosti tako, da damo signal CE v neaktivno stanje. V tem stanju rabi zelo malo energije, tipično manj kot 100 µa. Poleg tega večina proizvajalcev v stanju pripravljenosti zagotavlja obstoj informacije tudi če je napajalna napetost manjša od 5V (npr. do 2 V pri SRAMih firme Toshiba). To je zelo pomembno v sistemih z baterijskim napajanjem. (a) (b) (c) Slika 7 Statična RAM pomnilniška celica v treh variantah. Slika 8 Izboljšana 4T RAM celica, zasede le 56% klasične 6T celice - 9 -

10 Slika 9 Trenutne zmogljivosti SRAM tehnologije Multiport RAM Multiport RAM je pomemben pomnilnik z naključnim dostopom, uporabljen na področjih računalništva in komunikacij. En pot dostopa, ena vrata so uporabljena za npr. arhiviranje podatkov, medtem ko druga v nekem popolnoma drugem vrstnem redu posredujejo vrednosti. Največkrat govorimo o dveh vratih, čeprav obstojajo tudi vezja s štirimi. Same pomnilniške celice so 8T ali 6T2R. (a) (b) Slika 10 Običajna SRAM celica (a) in multiport RAM celica, obe z diferencialnim dostopom Dual-Port RAM Pred obstojem DualPort RAM (tudi DPR) pomnilnikov so načrtovalci uporabili multiplekserbed RAM in npr. dvema procesorjema, ki sta si delila isti pomnilnik. Taka rešitev je zahtevala pomnilnik s polovičnim dostopnim časom glede na cikel vodila. Pri enakem dostopnem času in hitrosti vodila pa sta si procesroja izmenjevala pristopne cikle. Tak pristop nedvomno predstavlja omejitev v delovanju. Z uporabo dualport Ram je mogoče efektivnost dostopa do pomnilnika podvojiti. To je uporabljeno predvsem pri CPU registrih, pri ukaznem ali podatkovnem predpomnilniku in v komunikacijskih sistemih. Slika prikazuje vezje enega pomnilnega bita dualport RAMa v standardni 6T obliki. Dva uporabljena upora sta namenjena nastavitvi napetostnega nivoja, medtem ko dva tranzistorja zagotavljata dodatno dostopno pot do vsebine. Na sliki b lahko prepoznamo dn komplet signalov na vodilu na levi strani in drug, ločen komplet na desni strani. Podatkovni signali so dvosmerni, podatkovni pa enosmerni signali. Krmilna logika med drugim razrešuje tudi konfliktne situacije nastale pri istočasnem dotopu točno istega pomnilnega bita. Lahko pride do: - istočasnega branja iste lokacije, v tem primeru ena vrata dobijo dostop, medtem ko arbitražno vezje po branju dobi tudi signal o zasedenosti,

11 - ena vrata pišejo druga berejo, tukaj arbitražno vezje dovoli prioriteto eni aktivnosti, druga prejme signal o zasedenosti, - oboja vrata želijo napraviti zapis, samo ena vrata zapišejo svojo vrednost, medtem ko druga dobijo signal o neuspešnem zapisu. (a) (b) Slika 11 Dual port RAM. (a) pomnilniška clica, (b) blokovni diagram Quadport RAM Taki pomnilniki najdejo svoje mesto predvsem v komunikacijskih sistemih (switches, routers). Idejna rešitev je shematsko prikazana na sliki. Osnovni namen je povečanje število prenosov v istem času, kar je mogoče z nadaljnim povečanjem števila dostopnih vrat. Trenutna največja velikost je 72 Mb. (a) (b) Slika 12 Primera quadport RAM povezovanja v dveh aplikacijah CAM Content Addressable Memory (CAM) je poseben tip pomnilnika, kjer so podatki shranjeni v nekakšnem naključnem vrstnem redu. Na vhod posredujemo podatek, ta se istočasno primerja z vsebinami vseh naslovov, v primeru vsebinskega ujemanja se na izhod preslika ustrezen naslov. Takšno hitro primerjanje je nadvse uporabno pri iskanju podatkov/vsebine, ali pri preverjanju vsebin table (npr. IP, ATM tabele) za kar so sicer potrebni časovno potratni algoritmi, tu pa je primerjanje realizirano na nivoju vezja in zato hitro. Za takšen način delovanja so potrebni primerjalniki v vsakem pomnilniškem bitu. Vezje enega CAM pomnilniškega bita je lahko zasnovano na SRAM osnovi s 6T, štirje tranzistorji sestavljajo flip-flop vezje, dva pa omogočata pisalno-bralni dostop. Osnovna celica pri CAM je cca 60% večja, torej ima 9 do 10 tranzistorjev v skladu s sliko 13. Takšno vezje lahko deluje na tri načine: pisanje, branje, in mirovno stanje, kar je podobno, kot pri klasičnem RAM pomnilniku. Zaradi obširnejšega vezja je cena CAM višja, upravičljiva tam, kjer želimo polno izkoristiti omenjene dobre lastnosti. Trenutne velikosti so nekaj 10Mb

12 (a) (b) Slika 13 10T SRAM celica (a) in DRAM CAM celica (b) Dinamični RAM (DRAM) Pri dinamičnih RAMih je bila prvotno (1970) ena pomnilniška celica zgrajena iz treh tranzistorjev, danes pa le enega tranzistorja, informacija je shranjena v obliki električnega naboja na parazitski kapacitivnosti pri tranzistorju. Ta kapacitivnost je zelo majhna; tipično znaša manj kot 0,1 pf, danes ff, površina za en bit 0.25 μm 2 pri npr. 1Gb arhitekturi. Ker je informacija shranjena v obliki naboja, so na prvi pogled DRAM celice podobne EPROM in EEPROM celicam. Podobnost pa ni velika; kvaliteta dielektrika kondenzatorjev v DRAM celicah je tako slaba, da se kondenzator sam izprazni v nekaj 10 ms - pri EPROMih in EEPROMih je ta čas 10 let! Slika 14 prikazuje dinamično RAM celico. Word Line C.. Bit Line Sense Amp (a) (b) Slika 14 Dinamična RAM celica Bit, ki se zapiše v DRAM celico, zato v zelo kratkem času izgine, če ga ne osvežimo. Drugače povedano, DRAM čip stalno "pozablja" podatke, ki jih lahko rešimo samo s tako imenovanim osveževanjem, ki je potrebno tipično vsakih nekaj 10 do nekaj 100 ms, odvisno od velikosti pomnilnika. Sam čas potreben za osvežitev običajno celega stolpca naenkrat je 15.6 μs (standard refresh) ali 125 μs (extended refresh). Za realizacijo osveževanja je potrebna dodatna zunanja logika. Med osveževanjem dostop do DRAMa ni možen. Zakaj se ob vseh težavah, ki so povezane z njihovo uporabo, DRAM pomnilniki sploh uporabljajo? Odgovor je preprost: zaradi enostavnejše pomnilniške celice je na en DRAM čip mogoče vgraditi približno štirikrat več celic kot na en SRAM čip. Trenutno je npr. največja velikost DRAM čipov 2Gb, največja velikost SRAM čipov pa samo 4Mb. Tako razmerje je veljalo tudi v preteklosti in bo zanesljivo ostalo še nekaj časa. Zaradi enostavnejše zgradbe je poleg tega pri proizvodnji število defektnih DRAM čipov manjše kot pri SRAM čipih. Primerjava cen pokaže, da je cena bita v DRAM čipu pet do desetkrat nižja od cene bita v SRAM čipu. Zdaj bi pravzaprav morali vprašati zakaj se uporabljajo SRAM pomnilniki. Tudi tu je odgovor preprost. Glavna prednost SRAMov je enostavnost njihove uporabe: ne potrebujejo osveževalne logike, pa tudi drugih problemov je manj. Sistemi z manjšimi pomnilniki so cenejši, če uporabimo SRAM čipe. Šele pri večjih pomnilnikih namreč nižja cena bitov v DRAMih odtehta stroške za osveževalno logiko. Diagram na sliki 15 je samo približna ocena, ki se s časom spreminja, medtem ko se tudi hitrosti prenosov povečujejo (slika 16)

13 Slika 15 Cena SRAM in DRAM pomnilnika v odvisnosti od velikosti Slika 16 Povečevanje zmogljivosti DRAM pomnilnika V primerjavi s SRAMi povzroča uporaba DRAMov veliko glavobolov. Vzrok zanje ni samo osveževanje; dodatne težave prinaša multipleksiranje naslovnih signalov. Da bi zmanjšali število nožic in s tem velikost čipov, so se proizvajalci DRAMov dogovorili za razdelitev naslovnih signalov (npr. 22 signalov pri 4M x 1 čipu) v dve polovici. Prva polovica naslova določa vrstico, druga pa stolpec naslovljenega bita (ali besede pri organizacijah x 4 ali x 8). Seveda je čipu treba povedati, kdaj je na njegovih naslovnih signalih vrstica in kdaj stolpec. DRAMi imajo zato namesto enega izbirnega CE signala dva - signal RAS (Row Address Strobe), ki ob prehodu v aktivno stanje signalizira prisotnost naslova vrstice, in signal CAS (Column Address Strobe), ki ob prehodu v aktivno stanje signalizira prisotnost naslova stolpca. Dostopni cikel traja dokler sta oba aktivna; ko se deaktivirata, je cikla konec. EDO RAM Extended-data-out RAM pomnilnik predstavlja prednost 10 do 15 procentov pred DRAM pomnilnikom pri branju celih strani podatkov. Med branjem, pri pozitivnem prehodu signala CAS ostanejo podatkovne linije dostopne, kar omogoči začetek prenosa nadaljega bloka podatkov. SDRAM Synhronous DRAM (SDRAM, tudi Single Data Rate, SDR SDRAM) je bil razvit zaradi potrebe po hitrejšem prenosu podatkov glede na EDO DRAM, uporabljeno je isto vezje za en pomnilni bit. SDRAM pa se v principu razlikuje od običajnega DRAM, saj uporablja uro tako za dostop do podatkov, kot tudi za osveževanje. Deluje z isto frekvenco kot sistemsko vodilo in se preko tega samodejno sinhronizira z zahtevami CPU, to omogoči njegovo večjo hitrost v primerjavi z DRAM in EDO RAM. Npr. 100 MHz SDRAM je sposoben branja in pisanja podatkov vsakih

14 10 ns, kar pomeni nove naslovne signale stolpca vsakih 10 ns, kot tudi novo podatkovno besedo vsakih 10 ns, kar je približno dvakrat hitreje od EDO DRAM. SDR SDRAM to zmore z razvrščanjem podatkov v cevovod in uvedbo koncepta zakasnitve pri dostopu podatkov (latence). Zakasnitev pomeni, da so podatki zahtevani ob prehodu ure N, dostopni na izhodu pa pri prehodu N+2 ali N+3, odvisno od programiranja naprave. SDR SDRAM je tudi vpeljal koncept več področij (bank). Medtem ko se eno področje aktivira ali polni (precharge), drugo posreduje (piše/bere) paket podatkov. Slika 17 Funkcionalni blokovni diagram za 256 Mb SDRAM, 16 Mb x 16, 4 Mb x 16 x 4 banke Multilevel DRAM Običajni pomnilnik shrani en bit informacije v eno pomnilniško celico kot dve stanji. V primeru DRAMa to pomeni prisotnost (ali odsotnost) naboja na kondenzatorju. Če povečamo število stanj v celici dvakrat, je tudi pomnilna kapaciteta dvakrat večja, štiri stanja torej predstavljata dva bita informacije. Pri Multilevel DRAM ima velikost napetosti na kondenzatorju različne vrednosti, kar pomeni različna logična stanja. Čeprav ta pristop omogoča večjo gostoto pomnenja, se tudi sooča s tremi težavami: pri generiranju različnih analognih napetosti za shranjevanje, generiranju različnih napetosti v namen prepoznavanja prej shranjenih signalov, ustreznim zmanjševanjem šumnih napetosti zaradi velike gostote povezav. VRAM Video RAM (VRAM) se na eni s trani povezuje na grafični krmilnik, na drugi strani pa na osveževalno vezje monitorja. VRAM je torej specializirana oblika DRAMa, ki na eni strani posreduje stalne hitre serijske prenose proti monitorju, medtem ko istočasno lahko podatke tudi sprejma. Največkrat gre za barvno globino 8 bitov rdeče, 8 bitov zelene in 8 bitov modre barve, preko Serial Access Memory (SAM) registrov se vrednosti posredujejo lahko na Digitalno Analogni pretvornik (DAC)

15 Slika 18 Arhitektura 4 Mb VRAM v blokovni obliki Rambus DRAM Rambus predstavlja firmo, ki na področju pomnilniške tehnologije prinaša številne pristope za hitre pomnilniške prenose. Rambus DRAM (RDRAM) je naslednja stopnja razvoja za SDR DRAM. Znotraj je RDRAM razdeljen na večje število področij (bank), do katerih je mogoče dostopati zelo hitro na naključni (random) način. Notranja ura je pridobljena tako, da je zunanja ura večkrat pomnožena. V 2007 je Rambus razvil XDR tehnologijo, ki notranjo uro pomnilnika pomnoži 4x (npr. 400 MHz na 1.6GHz). Poleg tega se podatki berejo in pišejo na obeh, pozitivnem in negativnem prehodu ure, kar vodi do Octal Data Rate (ODR) in pohitritve v razmerju 1:8. Film na Slika 19 Zunanja in notranja ura pri XDR tehnologiji DRAM DDR, DDR2 in DDR3 Začnimo z SDRAM pri katerem je zunanja, kot tudi notranja ura enaka 100 MHz, notranje in zunanje vodilo sta 32-bitna. Podatke je mogoče brati z dveh čipov naenkrat, modul je torej 64- biten. Pri Double Data Rate DRAM (DDR DRAM) več notranjih pomnilnih področij (bank) posreduje podatke vhodni logiki vzdolž 100 MHz, 64-bitnega notranjega vodila. Na krmilniku je vodilo ožje, le 32-bitno (100 MHz), podatki pa se prenesejo pri pozitivnem in negativnem prehodu ure. Pri dveh čipih v enem modulu je skupna hitrost prenosa 2 x večja od prej (glej sliko). Gre torej za preprost princip, ki ga poznamo v fiziki kot Bernoulijev zakon, pretok vzdolž široke

16 cevi je počasen, medtem ko je hitrejši vzdolž ožje cevi. Tak pomnilnik bi poimenovali DDR200 (po skupni frekvenci prenosa) ali PC1600. Podobno DRAM celice v DDR266 pomnilniku delajo na 133 MHz, in DDR333 na 166 MHz, ter DDR400 na 200 MHz. DDR2 je nadaljevanje podanega DDR pristopa. Pri DDR2 se podatki pretakajo vzdolž hitrejšega 200 MHz in ožjega, 16-bitnega vodila, spet s prenosi pri pozitivnem in negativnem prehodu. S tem pride do efektivne prenosne frekvence 400 MHz, torej oznaka DDR Oznaka podobno kot prej predstavlja hitrost prenosa do krmilnikapomnilnika. 64 bitov na enem modulu je tvorjeno iz štirih področij (bank) pomnilnika (glej sliko). Slika 20 Notranja in zunanja ura pri SDRAM, DDR I in DDR II Torej za eno in isto frekvenco na pomnilni ravnini DRAM bitov 100MHz imamo različne hitrosti prenosa (dostopa) na modulu, 800MB/s pri SDRAM in 1600MB/s za DDR SDRAM ter 3200MB/s pri DDR2 SDRAM! Vse to gre na račun multipleksiranja, pomnilniški modul ima večjo hitrost prenosa, čeprav pomnilne celice delajo na isti nizki frekvenci ( To je glavna, vendar ne edina razlika. Zamik (latenca). Kot je že bilo povedano, pomnilna celica ni vedno dostopna zaradi osveževanja. Tudi drugi vzroki lahko prispevajo k zamiku, npr. potreben je nek končen čas za stabilnost signalov vrstice ali stolpca, minimalen čas med postavitvijo različnih naslovov kombinacija pomeni: CAS zamik, RAS-do-CAS zakasnitev in RAS čas polnjenja (Precharge time). Ti zamiki niso tipična lastnost nekega specifičnega pomnilnika, nasprotno, vedno so prisotni zaradi vedno iste elemenetarne pomnilne celice DRAM. Naslednja slika prikazuje razvoj DDR2 v DDR3, ki naprej razvijo isto idejo, že prej predstavljeno pri DDR in DDR2. Medtem ko DDR2 uporablja 4-bitne vzorce, uporablja DDR3 kar 8-biten zajem vnaprej. DDR3 tehnologija torej prinaša podvojitev števila notranjih povezav pri isti frekvenci na notranjem vodulu. Torej tudi DDR3 ne zahteva hitrejšega delovanja same pomnilne celice. Pri DD3 izvedbi se zamiki še naprej povečujejo, kar je razvidno iz naslednje tabele

17 Slika 21 Razlika med DDR2 in DDR3 Slika 22 Pričakovani razvoj na področju DDR3 v prihodnjih letih NV SRAM Nonvolatile, NV SRAM v enem paketu prinaša SRAM z nizko porabo energije, krmilnik pomnilnika in litijevo baterijo. Ko zunanja napajalna napetost pade pod minimalno določeno vrednost preklopi krmilnik na notranji vir napetosti, ka ohrani samo vsebino pomnilnika. Taka zasnova vezja kombinira strateško prednost SRAM, način naslavljanja, veliko hitrost dostopa veliko gostoto, sorazmernonizko ceno in časovno usklajenost z zmožnjostjo ohranitve vsebine, kar je sicer lastnost EEPROM. Flash Uporaba 70 nm procesa bo omogočila izdelavo pomnilnih čipov, ki bodo manjši, hitrejši in cenejši od prej uporabljenega 90 nm procesa. Proizvajalci trdijo, da bo 4Gb NAND flash čip zgrajen na osnovi 70 nm procesa omogočal prenose 16MBps, kar je 50 procentov hitreje od

18 prejšnje generacije, kar bo dovolj hitro za snemanje HDTV videa. Pričakovati je tudi povečano kapaciteto pri USB pomnilnikih, ki so trenutno omejeni na 1GB, do 4GB ali 8GB. Slika 23 Primerjava med najpogostejšemi rešitvami flash pomnilnikov (a) (b) Slika 24 Klasična štirinivojska celica (a), nova štirinivojska celica (b) (a) (b) Slika 2564 Mb NAND flash pomnilnik in podobna zgradba 128 Mb NAND flash pomnilnika 2007 Proizvajalci so proizvedli prve vzorce v 50 nm tehnologiji, velikosti 16Gb NAND flash za diske v tranzistorski tehnologiji. Začenja se masovna proizvodnja v 60 nm tehnologiji. Največjim sestavljalcem mobilene elektronike so na voljo 8GB movinand pomnilniški čipi. Prihaja 1.8 inch 64GB flash disk zasnovan na tranzistorski tehnologiji

19 Table 1. Nekatere lastnosti pomnilnikov Cena Kompleksnost povezovanja Obstojnost Gostota Hitrost Branje/Pisanje Ohranitev podatkov DRAM Static RAM NV SRAM PARTITIONABLE NV SRAM PSEUDO STATIC Flash EEPROM EPROM OTP EPROM ROM = Stopnja Literatura: D. Kodek, Mikroprocesorski sistemi, Bi-Tim, Ljubljana plicationnote/app_nand.pdf AK Sharma, Advanced semiconductor memories, Willey, IEEE, Piscataway,