Analiza comparativa a tipurilor de memorie

1. Sisteme de memorie

Putem defini functia de memorare ca fiind posibilitatea de regasire a unor informatii reprezentata sub forma binara care au fost anterior stocate.

Un circuit de memorare este un circuit electronic care implementeaza functia de memorare. Mentionam ca implementarea acestei functii se poate realiza in mai multe moduri, depinzand de suportul fizic folosit pentru stocarea datelor. Putem avea spre exemplu memorii magnetice, memorii optice, memorii semiconductoare. In continuare avem in vedere numai circuite de memorie realizate cu dispozitive semiconductoare. Din punct de vedere al memorarii, memorarea unor informatii sub forma numerica mai precis a unor numere reprezentate sub forma binara, aceste numere nu au nici o importanta.

2. Clasificarea si caracteristicile unei memorii

In functie de modul de utilizare in raport cu un sistem de calcul a acestor memorii avem urmatoarele tipuri de functii de meorare:

functia de memorare cu citire si scriere de date; in aceasta categorie intra asa numitele memorii cu acces aleator RAM (Random Acces Memory) care permit citirea si inscrierea unor noi date de catre sistemul care le utilizeaza, precum si memoriile EEPROM (Electricaly Eraseable Programmable Read Only Memory) care pot fi atat citite cat si sterse in mod selectiv si programate de catre sistemul care le utilizeaza.

functia de memorare numai cu citire de date ;in aceasta categorie intra memoriile ROM (Read Only Memory), PROM (Programable Read Only Memory), EPROM (Eraseable Programable Read Only Memory) care pot fi numai citite de catre sistemul care le utilizeaza ;stergerea posibila numai in cazul memoriilor de tip EPROM. nu este efectuata de catre sistemul utilizator si nu este selectiva in raport cu informatia inscrisa.

Asa cum este usor de observat regasirea unei informatii stocate necesita furnizarea unor semnale privind locul unde se gaseste aceasta informatie. Aceste semnale constituie intrari pentru circuitul de memorie si se numesc adrese. Numerele binare memorate constituie date pentru acest circuit si ele sunt semnale de intrare atunci cand se citeste din memorie. In final trebuie sa precizam ca accesul la memorie se face la un moment de timp bine determinat, moment necesar a fi comunicat printr-un semnal circuitului de memorie. Ca urmare un circuit de memorie impreuna cu conexiunile sale informationale poate fi reprezentat ca in figura de mai jos :

Trebuie sa precizam ca transferul de date este bidirectional (datele intra si ies din din circuit ) in cazul memoriilor RAM si EEPROM si unidirectional (datele ies din circuit )in cazul memoriilor ROM, PROM si EPROM.

Caracteristicile mai importante ale unei memorii sunt :

geometria sau modul de organizare a memoriei reprezentat de lungimea unui cuvant si numarul de cuvinte memorate.

capacitatea memoriei ; reprezentand numarul total de biti ce pot fi memorati ; se exprima in general in multipli de 1k = 1024 de biti.

timpul de acces la memorie; se exprima in [us] sau [ns] reprezentand timpul necesar pentru citirea sau scrierea unor informatii in memorie.

Puterea consumata ; pentru caracterizarea din acest punct de vedere a unei memorii, se foloseste puterea consumata raportata al un bit de informatie, respectiv raportul dintre puterea totala consumata de circuit si capacitatea acestuia ; se masoara in [uw/bit].

Volatitatea ; o memorie este volatila daca informatia inscrisa se pierde in timp ; pierderea informatiei se poate datora fie modului de stocare a acesteia (memoriei dinamice fie datorita disparitiei tensiunilor de alimentare ale circuitului.

3. Memorii ROM ;Memorii ROM programabile

Memoriile Rom sunt circuite de memorie ale caror continut este programat la fabricare si nu poate fi schimbat de utilizator. Un exemplu de celula de baza pentru un astfel de memorie este dat in figura de mai jos:

Ea este constituita dintr-un tranzistor cu efect de camp a carui tensiune de prag difera in functie de continutul informational al locatiei respective.

Daca la aplicarea unui impuls pozitiv pe grila tranzistorul conduce atunci el se comporta ca un scurtcircuit drena sursa, informatia inscrisa fiind 0 logic; daca ramane blocat atunci avem 1 logic.

Obtinerea unor tranzisotare cu tensiuni de prag diferite se face printr-un strat de oxid de grosime corespunzatoare intre grila tranzistorului si substrat

Exista si memorii ROM-PROGRAMABILE (PROM si EPROM). Memoriile PROM sunt circuite de memorie al caror continut este programat o singura data de utilizator. Dupa inscriere informatia nu mai poate fi stearsa. Celula de memorie a unor astfel de circuite au la baza un fuzibil din polisiliciu care este ars la programare. Celula de baza a unei memorii PROM realizata cu tranzistoare bipolare este data in figura de ami jos :

Initial toate fuzibilele memoriei sunt scurtcircuitate.

Programarea unei celule inseamna arderea fuzibilului din nodul respectiv. Pentru programare se aplica impuls pozitiv pe baza , iar linia de bit DL se mentine la potential coborat. Curentul de emitor al tranzistorului, suficient de mare, produce arderea fuzibilului F. Programarea se face succesiv pe fiecare celula, selectia unei celule facandu-se prin liniile WL si DL.

Memoriile EPROM se folosesc pentru realizarea celulei de memorie un tranzistor cu efect de camp cu dubla poarta (grila), una comanda si una izolata, ca in figura de mai jos:

Daca pe poarta izolata este acumulata sarcina electrica negativa atunci aplicarea unor tensiuni pozitive pe grila a doua(Vc) nu poate aduce in stare de conductie tranzistorul. Daca pe poarta izolata nu este acumulata o sarcina atunci aplicarea tensiunii pozitive pe Vc creaza un camp care duce la formarea canalului n si la conductia tranzistorului. Nivelul logic pe linia de bit este 1 cand tranzistorul este blocat si 0 cand acesta conduce. Injectarea de sarcini negative pe grila izolata se face prin aplicarea unei tensiuni drena, si o tensiune pozitiva pe grila. Tensiunea Vds mare, duce la campul electric intern intens, trec prin stratul de oxid foarte subtire si se acumuleaza in grila izolata. Pentru stergereainformatiei din celula si revenirea in stare neprogramata (tranzistor blocat)se expune circuitul la actiunea radiatiei ultraviolete. Electronii din grila preiau energie de la radiatie si trec inapoi in substrat prin stratul izolator.

Memoriile EEPROM folosesc un principiu asemanator, numai ca pentru trecerea electronilor stratul izolator utilizeaza efectul tunel[1s]. Structura tranzistorului de memorare si a unei celule de memorie este data in figura de mai jos :

Celula de memorie pentru acest tip de circuit este formata din doua tranzistoare TEC obisnuit (T2) si tranzistorul prezentat mai sus (T1) care este un TEC-MOS. Intr-o celula de memorie stearsa, grila izolata este incarcata cu sarcina negativa si tranzistorul T1 este blocat.

Stergerea informatiei din celula se face astfel : se aplica tensiunea pozitiva(+20 V) pe linia de selectie cuvant punand in conductie tranzistorul T. Drena acestuia se conecteaza la potential zero si se aplica +20V pe linia de programare. Datorita campului electric intern mare. electronii care trec din substrat prin efect tunel si se acumuleaza in grila izolata, formand o sarcina negativa.

Inscrierea informatiei in celula se face aplicand +20V pe linia selectie cuvant(WL) si +18V in drena tranzistorului T2 in timp ce linia de programare este la potential zero. Campul electric format intre grila si substrat (= substrat, - grila ) smulge electroni din grila a doua, aceasta acumuleaza sarcina pozitiva si tranzistorul T1 intra in conductie prin formarea canalului "n" intre drena si sursa.