ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο ΜΝΗΜΕΣ
Μνήμες (Memory) - Είναι ημιαγώγιμα κυκλώματα που μπορούν να αποθηκεύσουν ένα σύνολο από δυαδικά ψηφία (bit). - Μια μνήμη αποθηκεύει λέξεις (σειρές από bit). - Σε κάθε λέξη μνήμης αντιστοιχεί μια διεύθυνση (address).
Εφαρμογές μνημών Χρησιμοποιούνται σε υπολογιστικά συστήματα για: - αποθήκευση εντολών προγραμμάτων - αποθήκευση δεδομένων π.χ η λέξη μήλο αποθηκεύεται ως ASCII bytes:
Βασικές έννοιες (ορολογία) - Κύτταρο μνήμης (cell) - Λέξη μνήμης (word) - Διεύθυνση (address) - Χωρητικότητα μνήμης (capacity) - Σειριακή ή παράλληλη προσπέλαση μνήμης - Ανάγνωση/Εγγραφή δεδομένων στη μνήμη - Δίαυλοι Δεδομένων/Διευθύνσεων - Χρόνος προσπέλασης - Μνήμες RAM/ROM - Πρόσκαιρη (RAM) ή Μη πρόσκαιρη (ROM) μνήμη
Μνήμη μόνο ανάγνωσης: ROM (Read Only Memory) - Χρησιμοποιείται για την αποθήκευση πληροφοριών που δε μεταβάλλονται συχνά, όπως δεδομένα ή εντολές προγράμματος μικρουπολογιστικών συστημάτων (π.χ ταμειακών μηχανών, πλυντηρίων, τηλεοράσεων, κτλ). - Η αλλαγή του περιεχομένου της μνήμης ROM γίνεται με επαναπρογραμματισμό. - Δε χάνει τα δεδομένα της όταν διακοπεί η τροφοδοσία της.
Χωρητικότητα μνήμης ROM Η χωρητικότητα αναγράφεται ως γινόμενο του αριθμού των λέξεων επί το μήκος των λέξεων σε bit. Για παράδειγμα, αν σε μια ROM γράφει 32Κx8, τότε έχει 32768 (2 15 ) λέξεις μήκους 8 bit η κάθε μία. Άρα για την προσπέλαση των διευθύνσεων και την ανάκτηση των δεδομένων χρειαζόμαστε 15 γραμμές εισόδου και 8 γραμμές εξόδου.
Εσωτερική δομή μνήμης ROM Αριστερά φαίνεται μια μνήμη ROM 4x4. Η διεύθυνση προσπέλασης καθορίζεται από τον αποκωδικοποιητή.
Τύποι προγραμματιζόμενης μνήμης ROM - PROM: Προγραμματιζόμενη ROM (Programmable) που προγραμματίζεται μία μόνο φορά μέσω του PROM Programmer. - EPROM: Διαγραφόμενη ROM (Erasable PROM) όπου τα δεδομένα διαγράφονται με υπεριώδες φως και προγραμματίζεται με EPROM Programmer. - EEPROM: Ηλεκτρικά διαγραφόμενη (Electrically Erasable PROM) έως 100.000 φορές! - Flash EEPROM: Μνήμη EEPROM με μεγάλες χωρητικότητες δεδομένων.
Χαρακτηριστικά μνήμης ROM - Χωρητικότητα μνήμης (σε bit) - Ταχύτητα προσπέλασης (σε nsec) - Κατανάλωση ισχύος (σε μw ανά bit) - Κόστος ανά bit - Τεχνολογία κατασκευής (Bipolar/CMOS) Σημ: οι μνήμες με τρανζίστορ (τύπου bipolar) είναι γρηγορότερες από τις μνήμες CMOS, αλλά έχουν υψηλότερο κόστος, υψηλότερη κατανάλωση ισχύος και μικρότερες χωρητικότητες.
Υλοποίηση συνδυαστικών κυκλωμάτων με μνήμη ROM Μια μνήμη ROM 4x4 (που περιέχει π.χ. τα δεδομένα του αριστερού πίνακα), μπορεί να υλοποιήσει ένα συνδυαστικό κύκλωμα με τέσσερις εξόδους Υ.
Εφαρμογές με τη μνήμη ROM - Χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση των προγραμμάτων λειτουργίας ψηφιακών συστημάτων που χρησιμοποιούν μικροεπεξεργαστές. - Οι μνήμες EEPROM προτιμούνται σε όλες τις συσκεύες, καθώς μπορούν να προγραμματιστούν ξανά για αναβάθμιση λογισμικού (firmware). - Οι έξυπνες κάρτες (smart cards), π.χ κάρτες SIM των κινητών, ενσωματώνουν ένα μικροεπεξεργαστή με μνήμη EEPROM για την αποθήκευση των προγραμμάτων και δεδομένων.
Μνήμη τυχαίας προσπέλασης: RAM (Random Access Memory) - Χρησιμοποιούνται ως κύρια μνήμη για την προσωρινή αποθήκευση προγραμμάτων και δεδομένων που μεταβάλλονται συχνά. - Οι χρόνοι προσπέλασης είναι πολύ μικρότεροι σε σχέση με τις μνήμες ROM. - Χάνουν τα δεδομένα τους όταν διακοπεί η τροφοδοσία τους. - Οι λειτουργίες εγγραφής (WRITE) και ανάγνωσης (READ) ελέγχονται από τον ίδιο ακροδέκτη R/W.
Εσωτερική δομή μνήμης RAM
Ακροδέκτες μνήμης RAM Η μνήμη SRAM 2Kx8 ΜΚ6116 έχει: - 11 ακροδέκτες διεύθυνσης (A) - 8 ακροδέκτες εξόδου (DQ) - 3 ακροδέκτες ελέγχου (read/write W, chip enable E, input/output G) - 2 ακροδέκτες τροφοδοσίας (Vcc, Vss)
Τύποι μνήμης RAM Οι μνήμες RAM χωρίζονται στις εξής κατηγορίες: - SRAM (Static RAM): αποτελείται από FF, έχει μικρό χρόνο προσπέλασης (π.χ 2nsec), αλλά μικρή χωρητικότητα - DRAM (Dynamic RAM): βασίζεται σε πυκνωτές που χρειάζονται ανανέωση κάθε 1-10msec, έχει μεγαλύτερο χρόνο προσπέλασης (π.χ 10 nsec), αλλά μεγάλες χωρητικότητες και μικρή κατανάλωση ισχύος. Έχουν πια εξελιχθεί σε DDR3 SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM).
Κύκλος ανάγνωσης από μνήμη RAM (Read cycle) Όταν το ολοκληρωμένο της μνήμης είναι ανενεργό (CS=1), τότε η έξοδός της είναι σε κατάσταση Hi-z, δηλαδή σε μια ενδιάμεση κατάσταση (ούτε 0, ούτε 1).
Κύκλος εγγραφής σε μνήμη RAM (Write cycle) Πρώτα εφαρμόζονται τα δεδομένα και η διεύθυνση για εγγραφή (R/W=0) και έπειτα ενεργοποιείται το Ο.Κ της μνήμης (CS=0).
Επέκταση μνήμης RAM
Σύγκριση τύπων μνήμης