|
Circuitele de memorie, privite ca structuri care pot implementa funcţii logice, se încadrează în clasa circuitelor combinaţionale. Circuitele de memorie pot fi de tip ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), PROM (Programable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), Flash Memory. Memoriile semiconductoare numai de citire, ROM (Read Only Memory) sunt folosite doar pentru citirea informaţiilor (înscrisă anterior), informaţie ce este rezidentă permanent în cadrul sistemului. Pentru realizarea rezidenţei permanente, memoria ROM trebuie să fie de tip nevolatilă, adică la pierderea tensiunii informaţia nu se distruge.
Structural, un circuit ROM se prezintă sub forma unei matrice de dimensiune 'A' linii şi 'm' coloane, în fiecare nod al matricei (intersecţia unei linii cu o coloană) este memorat un bit, deci capacitatea de memorare a circuitului fiind 'A * m' biţi. Liniile matricei 0 ÷ 2n-1 activate de către cele 2n ieşiri ale unui decodificator, iar intrările acestuia sunt conectate la cei n biţi ai magistralei de adresare An-1, An-2, ... A1, A0.
Figura 2-1: Memoria RAM
Coloanele matricei sunt conectate la magistrala de date prin intermediul unor amplificatoare.
Memoria RAM (Random Access Memory), adică memoriile cu acces aleatoriu, accesul la oricare cuvânt al memoriei este realizabil în acelaşi interval de timp. Dar acelaşi timp de acces, pentru oricare cuvânt, este realizat şi de către o memorie ROM. Există şi memorii, la care timpul de acces nu este acelaşi pentru oricare cuvânt, denumite memorii cu acces serial sau secvenţiale (de exemplu benzile magnetice, discurile, etc.). Pentru accesul serial trebuie să parcurgă toate adresele (locaţiile de memorie), de la cea prezentă la cea la care se află cuvântul dorit. Accesul serial este caracterizat de timpul mediu de acces. Structural o memorie semiconductoare RAM se prezintă ca şi cea ROM, tot sub formă matriceală, în fiecare nod al matricei existând o celulă (circuit bistabil) în care poate fi scris sau şters un bit. Cele la care celula de memorare are la bază o structură de bistabil (latch) sunt de tip static SRAM (Static RAM), iar cele la care funcţionarea celulei de memorare se bazează pe înmagazinarea, într-un timp finit, a unei sarcini electrice pe un condensator sunt de tip dinamic DRAM (Dynamic RAM). Tipuri de memorii semiconductoare Pentru realizarea circuitelor de memorie sunt utilizate tehnologii bipolare (TTL, TTL-Schottky, ECL), tehnologii metal oxid semiconductor, MOS cu canal N (N-MOS); cu canal P (P-MOS); cu simetrie complementară (CMOS); cu dispozitive metal-nitrună oxid de siliciu (NMOS) tehnologia pentru logică integrată de injecţie, I2L. Ca urmare şi performanţele circuitelor de memorie integrate poartă amprenta caracteristicilor tehnologiei respective: bipolară - viteza de procesare mare, putere disipată ridicată, densitate de integrare scăzută; MOS - densitate de integrare ridicată, viteză de procesare mai scăzută decât la bipolară, putere disipată relativ scăzută, iar la CMOS putere disipată foarte scăzută şi viteza de procesare mare. În alegerea unui circuit integrat de memorie trebuie să se aibă în vedere: tensiunea de alimentare, capacitatea, modul de organizare (lungimea cuvântului, semnalele de control şi adresare), puterea disipată (în regim de funcţionare sau în regim de rezervă stand-by), timpul de acces, timpul de ciclu memorie, disponibilitate şi preţ de cost. Circuitele de memorie ROM generează un set fix de cuvinte atunci când este adresat. În funcţie de modul cum aceste cuvinte pot fi înscrise (şi eventual şterse) există mai multe tipuri de memorii ROM: Memorii ROM cu mascare. La aceste circuite de memorie, indiferent de tehnologia folosită, înscrierea biţilor se face în timpul procesului tehnologic prin folosirea unor măşti (se realizează legături galvanice în unele noduri). Circuite de memorie progaramabile, PROM (Programmable Read Only Memory). Memoriile PROM, după cum rezultă şi din denumirea lor abreviată, pot fi programate de către utilizator. Circuitul este produs "plin" în nodurile matricei sau cu "1" sau cu "0". Utilizatorul cu ajutorul unui programator schimbă (ireversibil) în unele noduri valoarea iniţială a bitului cu valoarea complementară. Prin procesul de programare, într-un nod la care se schimbă valoarea bitului, se întrerupe un fuzibil (siliciu, nichel-crom) sau se străpunge o joncţiune. Mai versatile sunt memoriile ROM care pot fi şterse şi reprogramate PROM de către utilizator. Există două variante de PROM-uri, în funcţie de modalitatea de a şterge informaţia: 1. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) - cu ştergere la expunere la radiaţie ultravioletă sau radiaţie X; 2. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) - cu ştergere pe cale electrică. Memoriile EPROM conţin în nodurile matricei un tranzistor MOS. Circuitele EPROM au devenit referinţe. Expunând circuitul (care este prevăzut cu un geam din cuarţ) la radiaţie ultravioletă sau X după un timp sarcina de pe poarta flotantă este neutralizată, deci conductanţa canalului scade, adică revine în starea neprogramată.
Memoria EEPROM
Memoriile EEPROM (E2PROM) conţin în nodurile matricei tot un tranzistor, dar care are, în plus, aplicată deasupra porţii flotante şi o poartă metalizată ca la un tranzistor MOS normal. Înscrierea se face ca la EPROM, dar ştergerea nu prin radiaţie, ci prin aplicarea unei tensiuni pe poarta tranzistorului. Alte variante folosesc ca element de memorie tranzistorul de tip NMOS sau dispozitive CMOS. La aceste memorii EEPROM se poate şterge deodată o pagină (16, 32, 64 octeţi,...) sau întreg conţinutul, dar este necesar să se genereze un semnal în momentul în care s-a terminat înscrierea. Alimentarea memoriilor EEPROM în procesul de programare se face de la o tensiune continuă de 5V. Circuitele de memorie seriale cu magistrală i2c-bus fabricate de firma MICROCHIP operează în funcţie de tipul lor cu tensiuni între 1.8 V ÷ 6V. Identificarea unei memorii se face după informaţiile de pe chipul de memorie. Familia de EEPROM se notează 24CXXX. Numărul 24 indică faptul că chipul respectiv este de tip EEPROM, litera "C" indică tehnologia adică CMOS, iar XXX indică capacitatea memoriei în biţi (excepţie 24C00 cu o capacitate de 128 biţi). Memoriile se disting prin capacitate. Familia de EEPROM-uri seriale cu magistrală i2c-bus a firmei Microchip cuprinde următoarele variante: 24C00, 24C01, 24C02, 24C04, 24C08, 24C16, 24C32, 24C64, 24C128, 24C256, 24C512. Aceste memorii EEPROM sunt organizate pe 8 biţi, viteza de înscriere fiind între 1ms ÷ 10ms. Frecvenţa maximă a semnalului de ceas poate varia între 100 ÷ 400KHz.. Durata mare de reţinere a datelor în lipsa alimentării peste 10 ani, iar numărul de cicli de scriere/ştergere maxim 1 million.
Figura 2-2: Conectarea a 8 memorii pe acelaşi magistrală
Mai multe memorii pot fi conectate pe acelaşi magistrală i2c-bus (figura 2-2). Aceasta este utilă în cazul când se utilizează memorii cu capacităţi reduse, astfel se permite extinderea prin utilizarea a mai multor chipuri de memorii. Totuşi există o limită care este dată de numărul intrărilor "chip select", care în cazul eepromurilor de 3 intrări unde în total există 23 combinaţii posibile, deci 8 combinaţii adică 8 memorii pot fi conectate pe acelaşi magistrală i2c-bus. Terminalele de intrare sunt legate ori la plusul alimentării ori la masa alimentării. Circuitele EEPROM pot fi privite ca memorii RAM nevolatile cu ciclul de citire de ordinul microsecundelor, iar cel de înscriere de ordinul milisecundelor Domeniile de utilizare a memoriilor eeprom seriale cu magistrală i2c-bus: automobile, industrie, calculatoare, telecomunicaţii, televizoare , radio casetofoane, telefoane mobile, calculatoare, în sistemele cu microprocesoare şi microcontrollere etc. Aceste memorii sunt de dimensiuni mici, la preţuri reduse, viteze mari, dar capacitatea lor de stocare este redusă. Totuşi în multe aplicaţii sunt foarte utile.
Adresarea memoriei într-un sistem
În sistemele digitale modulele de memorie necesare pot fi până la ordinul mega octeţilor sau chiar mai mari, iar lungimea cuvântului poate fi de 8, 16, 32 sau 64 biţi. Aceste module trebuie configurate din circuite (chipuri) care au număr de adrese puterii ale lui 2, iar la fiecare adresă pot memora o lungime de cuvânt de 1, 4 sau cel mult 8 biţi. De exemplu, pentru o memorie de 8 biţi spaţiul maxim de memorie care poate fi adresată cu un cuvânt de 8 biţi este 28, adică 256. Pentru adresarea unei anumite locaţii din modulul de memorie necesită atât adresa locaţiei în chipul respectiv, cât şi selectarea chipului respectiv. La operaţia de citire a memoriei eeprom dispozitivul principal generează adresa locaţiei la începutul ciclului maşină, după care datele valide de pe magistrala de date vor fi citite. La operaţia de scriere, dispozitivul principal generează adresa locaţiei la începutul ciclului de înscriere. Memoria confirmă fiecare octet care a fost recepţionat corect.
Scheme de conectare a circuitelor integrate bazate pe protocolul i2c-bus
Figura 2-3: Reprezintă o aplicaţie simplă bazată pe un microcontroller PIC
Figura 2-4: Reprezintă un convertor RS232 - I2C bus
Memoria EEPROM 24C04 cu magistrala i2c-bus
|
