I.P.S.I.A. Di BOCCHIGLIERO. ----Memorie a semiconduttore---- Materia: Elettronica, Telecomunicazioni ed applicazioni. prof. Ing.

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1 I.P.S.I.A. Di BOCCHIGLIERO a.s. 2011/2012 -classe IV- Materia: Elettronica, Telecomunicazioni ed applicazioni ----Memorie a semiconduttore---- Aunni: Santoro Arturo-Turco Raffaele prof. Ing. Zumpano Luigi

2 Si chiama memoria qualsiasi circuito o apparato capace di memorizzare per un tempo relativamente lungo e determinato delle informazione digitale. Nelle applicazioni si distinguono fondamentalmente due tipi di memorie: Le memorie di massa, destinate a mettere a disposizione quantità molto elevate di dati (capacità di milioni o miliardi di bit) e le memorie di lavoro, aventi in linea di massima minore capacità ma caratterizzate da una maggiore rapidità di accesso. Le memorie di massa, sono costituite solitamente da nastri magnetici, dischi magnetici tipo floppy disk e hard disk, o dischi ottici CD. Le memorie di lavoro, sono invece memorie elettroniche realizzate in tecnica integrata e vengono chiamate memorie a semiconduttore. Una memoria a semiconduttori è quindi un circuito digitale integrato capace di memorizzare un certo numero di stati logici. Da tale punto di vista anche i registri possono essere considerati delle memorie, e in effetti i FF contenuti nei registri sono anche gli elementi base di alcuni tipi di memorie le cosiddette RAM statiche : tuttavia i registri mancano di una struttura per l'indirizzamento che consente di accedere singolarmente ai dati memorizzati e che è caratteristica di tutte le memorie propriamente dette. Nei paragrafi che seguono esamineremo le varie tipologie di memoria a semiconduttore analizzandone le caratteristiche operative al fine di stabilire i criteri di scelta di relazione ai vari ambiti applicativi. Caratteristiche generali delle memorie a semiconduttore Le memorie sono prodotte in una grande varietà di tipi che differiscono tra loro per caratteristiche, prestazioni e campi di applicazioni. Linee di indirizzo Una memoria è un dispositivo che permette di memorizzare n bit alla volta in L differenti locazioni. A tal fine sono sempre presenti degli ingressi chiamati linee di indirizzo che permettono di selezionare una tra L locazioni. Il numero di tali ingressi e pari a : a=log 2 L Ed è un numero intero dato che L, nelle memorie commerciali integrate essendo una potenza di due,. Cioè: L=2 a Linee Dati Il numero minimo di bit indirizzabili ed è detto dimensione della parola o semplicemente parola (word) della memoria. Una memoria integrata deve chiaramente prevedere n ingressi, chiamate linee dati d'ingresso e n uscite chiamate linee dati d'uscita, per permettere le operazioni di scrittura e di lettura dei dati nella memoria. Poiché.le due operazioni non avvengono mai contemporaneamente, spesso i due bus coincidono e l'ingresso e l'uscita dei dati avvengono tramite dei pin bidirezionali o di I/O input/output. Alunni:Santoro Arturo-Turco Raffaele Classe IV Anno scolastico 2011/2012 Pag 2 di 7

3 Linea di Ingresso Pin I/O Linea di Uscita R/ W INTEGRATO Per ciascun pin di I/O sono presenti due porte di tipo three-state abilitate da uno stesso segnale (,Read/Write) ma con logica opposta in tal modo, se si ha =1 o pin di I/O è disponibile lo stato della linea di uscita interna, mentre la linea di ingresso si trova in alta impedenza. Al contrario per = 0 è abilitato il passaggio dello stato logico dal pin di I/O alla linea d'ingresso, mentre la linea di uscita viene interrotta della porta Theree-state. Linee di Controllo A0 A1 A0 A2 A3 A1 A2 A3 DQ0 DQ1 DQ2 DQ3 D 0 D1 Q0 Q1 D2 Q2 D3 Q3 AO/3 Q0/3 AO/3 Q0/3 D0/3 Si osserva che oltre ai bus di indirizzo e di dati sono presenti anche due ingressi di controllo, e Alunni:Santoro Arturo-Turco Raffaele Classe IV Anno scolastico 2011/2012 Pag 3 di 7

4 . L'ingresso (Chip Select) a volte indicato anche come CE ( Chip Enable) è un ingresso di abilitazione generale del dispositivo ed è sempre presente nelle memorie. L'ingresso ( Read Write) a volte indicato anche come WE ( Write Enable) distingue invece un operazione di lettura da una scrittura. Parametri Fondamentali Delle Memorie Le memorie sono caratterizzate da due parametri fondamentali che costituiscono i due principali fattori di merito di una memoria e che sono presenti in tutti i data sheets indipendentemente dalla classe di appartenenza: la capacità ed il tempo accesso. Capacità o Dimensione La capacità o dimensione di una memoria è il numero di bit che essa è in grado di memorizzare. Capacità = L x n L'espressione L x n è invece chiamata organizzazione della memoria. Nell'indicare la capacità e l'organizzazione di una memoria spesso si fa uso dei seguenti multipli del bit e del byte: Kbit (chilobit) = 2 10 bit = 102 bit Mbit (megabit) = 2 20 bit = 102 Kbit = bit Kbyte (chilobyte) = 2 10 byte = 102 byte = 8192 bit Mbyte (megabyte) = 2 20 byte = 102 Kbyte = byte = bit In tal modo la capacità della memoria da bit della tabella precedente può essere indicata come 128 Kbit o 16 Kbyte organizzati come 19K x 8 bit. Tempo Di Accesso Il tempo di accesso è il tempo necessario ad accedere ad una posizione della memoria. Nel caso di un operazione di lettura, il tempo di accesso è la misura in nanosecondi. In tal caso si parla più specificamente di tempo di accesso in lettura e invece per quanto riguarda la scrittura si chiama tempo del ciclo di scrittura. Classificazione Delle Memorie Le principali classificazioni fra le memorie a semiconduttore si basa sul metodo di utilizzo. Da questo punto di vista si distinguono due tipi di memorie quelle a solo lettura (Read Only Memory, ROM) quelle per lettura e scrittura (Random Acces Memory, RAM) Le ROM contengono dati necessari al funzionamento del circuito in cui sono inserite ma che non devono essere modificati dal circuito stesso. Tali dati vengono scritti nella memoria utilizzando tecniche particolari, prima che la memoria venga inserita nel circuito che deve utilizzarla, e vengono mantenuti permanentemente nella memoria, ad esempio nelle ROM vengono inserite i programmi dei sistemi a logica programmabile tipo i microprocessori. Le RAM sono invece utilizzate per memorizzare dati prodotti dallo stesso circuito in cui la memoria è inserita e che devono essere riutilizzati in un tempo successivo. Le RAM sono presenti in tutti i sistemi a logica programmabile ed il loro uso è molto vario. Le memorie RAM non possono sostituire le memorie ROM perchè salvo casi particolari perdono il loro contenuto quando viene a mancare la tensione di alimentazione. Per tale motivo le RAM sono chiamate memorie Volatili mentre le ROM sono chiamate Non Volatili. Alunni:Santoro Arturo-Turco Raffaele Classe IV Anno scolastico 2011/2012 Pag di 7

5 Memorie Rom Esistono differenti tipi di ROM. I principali sono: -ROM MASK (ROM MASCHERATE) -PROM (ROM programmabili) -EPROM (PROM cancellabili) -EEPROM (PROM cancellabili elettricamente) ROM MASK Le ROM MASK sono le ROM propriamente dette, cioè memorie non scrivibili, il cui contenuto è determinato costruttore. PROM Le PROM sono memorie programmabili dall' utilizzatore mediante apparecchiature chiamate Prorammatori di PROM. Sono più versatili delle ROM-MASK sono utilizzate dove si devono produrre pochi esemplari o è necessario poter produrre una nuova versione del dispositivo in tempi brevi. Il principale utilizzo delle PROM è come memoria di boot per i sistemi in logica programmabile, cioè la memoria che contiene le istruzioni che devono essere eseguite da un microprocessore. Si deve tenere presente che le PROM sono programmabili una sola volta, dopo di che il loro contenuto non può essere modificato. EPROM Le EPROM hanno la possibilità di essere riutilizzate,grazie al fatto di poter essere cancellate mediante l'esposizione ai raggi ultravioletti. La programmazione avviene ancora con un apparecchio programmatore, mentre la cancellazione avviene sottoponendo gli integrati alla luce di una lampada a raggi Uvper minuti. Per tale motivo il chip di silicio di tali integrati è coperto da una superfice trasparente che consente il passaggio della luce. Le EPROM sono utilizzabili in tutte le applicazioni in cui si utilizzano le PROM. A causa del loro maggiore costo, tuttavia il loro uso è generalmente limitato alla fase di progettazione in laboratorio e per la produzione di prototipi. EEPROM Le EEPROM sono i dispositivi ROM più versatili, poiché sia sia la cancellazione che la programmazione possono essere eseguite elettricamente per mezzo di un apparecchi dedicato. Ciò permette di eliminare i tempi di attesa necessari alla cancellazione delle EPROM tramite i raggi UV. Inizialmente le EEPROM sono stati dei dispositivi costosi e disponibili solo per capacità inferiori alle EPROM. Negli ultimi anni tali limiti sono stati superati con le cosiddette memorie Alunni:Santoro Arturo-Turco Raffaele Classe IV Anno scolastico 2011/2012 Pag 5 di 7

6 FLASH. Si tratta di memorie non volatili scrivibili e incancellabili elettricamente. La nuova tecnologia costruttiva ha permesso di realizzare in dimensioni notevoli (fino a 6 bit) e con costi concorrenziali con le EPROM. Per tale motivo stanno trovando un numero sempre maggiore di applicazioni, non solo in sostituzioni delle EPROM ma addirittura in sostituzione delle memorie di massa (Memory Card e dischi allo stato solido) SRAM Le ram statiche sono le più semplici da utilizzare e le più veloci. Il dispositivo elementare di memoria è costituito da un flip-flop. Pertanto le SRAM sono dispositivi che contengono al loro interno un numero elevato di porte logiche e sono difficilmente realizzabili con capacità molto elevate. D Latch D i n D Q D out E n Dal Decoder di indirizzo Le SRAM sono realizzate sia in tecnologia bipolare che unipolare. Le prime sono le più veloci, con tempi di accesso dell'ordine delle decine di nanosecondi ; sono generalmente disponibili per capacità limitate a pochi kbit. Quelle in tecnologia unipolare sono più lente con tempi di accesso che vanno dai 50 ai 00 ns ; ma vengono realizzate con capacità superiori, generalmente dell' ordine dei kbyte. Negli ultimi anni la tecnologia ha permesso di ottenere prestazioni superiori, rendendo disponibili, a costi ancora piuttosto elevati SRAM CMOS aventi capacità di 512 kbyte e velocità dell'ordine dei 20 ns. Alunni:Santoro Arturo-Turco Raffaele Classe IV Anno scolastico 2011/2012 Pag 6 di 7

7 Versioni di moduli DDR3 a confronto con i precedenti moduli DDR2 Di seguito sono evidenziati gli incrementi prestazionali che i nuovi moduli DDR3 sono in grado di fornire rispetto ai "vecchi" moduli DDR2. Memoria Standard Clock FrequenzaI/O Velocità trasferimento dati Banda per canale DDR2 667 PC Mhz 333 MHz 667 MT/s 5,3 GB/s 10,6 GB/s DDR2 800 PC MHz 00 MHz 800 MT/s 6, GB/s 12,8 GB/s DDR3 800 PC MHZ 00 Mhz 800 MT/s 6, GB/s 12,8 GB/s DDR PC MHz 533 Mhz 1066MT/s 8,5 GB/s 17,0 GB/s DDR PC MHz 533 Mhz 1066 MT/s 8,5 GB/s 17,0 GB/s DDR PC MHz 667 Mhz 1333 MT/s 10,6 GB/s 21,2 GB/s DDR PC MHz 800 Mhz 1600 MT/s 12,8 GB/s 25,6 GB/s Banda dual channel Alunni:Santoro Arturo-Turco Raffaele Classe IV Anno scolastico 2011/2012 Pag 7 di 7