Polovodičové paměti Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Miroslav Hubáček. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika 1 DUM Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /3 Autor Ing. Miroslav Hubáček Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-EL-ELZ/2-EL-2/20 Název DUM Polovodičové paměti Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 26-51-H/01 Obor vzdělávání Elektrikář Vyučovací předmět Elektronická zařízení Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 16 – 17 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: definice polovodičové paměti, rozdělení pamětí, paměti ROM a RAM Vybavení, pomůcky Počítač, dataprojektor, interaktivní tabule Klíčová slova Polovodičová paměť, paměťová buňka, paměť ROM, RAM, zápis a čtení paměti Datum 26. 5. 2013

Polovodičové paměti Náplň výuky Definice paměti Rozdělení pamětí Realizace paměti ROM Realizace paměti RAM

Definice polovodičové paměti Pamětí obecně označujeme libovolné zařízení, do kterého můžeme zaznamenat informaci, dlouhodobě ji zde uchovat a podle potřeby znovu načíst. Polovodičové paměti jsou realizovány na bázi polovodičových součástek. Jsou nedílnou součástí každého mikroprocesorového systému, programovatelného automatu a počítače. Za nejjednodušší paměťové prvky můžeme považovat klopné obvody, které jsou schopny si zapamatovat právě jeden bit informace. V zásadě každý synchronní obvod vyžaduje nějaký druh vnitřní paměti, ve které je uchovávána informace o jeho momentálním stavu.

Rozdělení pamětí Polovodičové paměti můžeme rozdělit na základě několika hledisek: podle technologie bipolární – velká pracovní rychlost, větší příkon, malá hustota na čipu unipolární – výrazně vyšší hustota na čipu, současně převážně používaná technologie podle možnosti zápisu a čtení paměti pouze pro čtení ROM (Read Only Memory) – obsah paměti je dán již při výrobě a dále jej nelze měnit PROM (Programmable ROM) – paměť lze elektricky naprogramovat uživatelem, avšak pouze jednou. Po naprogramování již nelze obsah paměti měnit

Rozdělení pamětí paměti převážně pro čtení EPROM (Erasable PROM) – elektricky programovatelné paměti, které lze vymazat a opět naprogramovat. Vymazání informace se uskutečňuje ultrafialovým zářením přes okénko v pouzdru. EEPROM (Electrically Erasable PROM) – paměti, u nichž lze elektricky naprogramovat a vymazat jen některé vybrané buňky, a to za provozu. Přepisování dat se děje většinou ve speciálním režimu se zvýšeným napětím signálů a jedná se o proces podstatně pomalejší než je čtení. paměti pro záznam a čtení RWM (Read Write Memory) – paměti, které umožňují zápis i čtení, a to libovolně často, stejnou rychlostí a za běžného provozu.

Rozdělení pamětí podle způsobu přístupu RAM (Random Access Memory) – paměť s libovolným přístupem SAM (Serial Access Memory) – adresy nelze generovat libovolně, ale pouze sekvenčně. Tento typ pamětí je možné použít např. jako vyrovnávací paměť (buffer) například u grafických karet podle principu činnosti elementární paměťové buňky statické RWM (SRAM) – paměti, u kterých je elementární paměťová buňka realizována pomocí bistabilniho klopného obvodu, dynamické RWM (DRAM) – paměti, u nichž se informace uchovává jako náboj v kapacitě u řídící elektrody tranzistoru MOS

Struktura polovodičové paměti Polovodičové paměti se skládají z tzv. paměťových buněk. Paměťová buňka je realizována pomocí obvodu, který umožňuje trvale nebo dočasně vyvolat dva stavy – logickou 0 a logickou 1. Každá základní paměťová buňka má kapacitu 1 bit. Podle toho, čím je paměťová buňka tvořena se mění vlastnosti polovodičové paměti. Paměťové buňky jsou na polovodičovém čipu uspořádány maticově (tvoří jakousi mřížku). Poloha (umístění) každé paměťové buňky je určena řádkovým a sloupcovým vodičem. O nalezení (adresování) příslušné buňky v paměti se stará paměťový řadič, jehož úkolem je také řídit proces čtení a zápisu dat.

Struktura polovodičové paměti Interní paměti jsou zapojeny jako matice paměťových buněk. Každá buňka má kapacitu jeden bit. Takováto buňka tedy může uchovávat pouze hodnotu logická jedna nebo logická 0. Obr 1: Struktura polovodičové paměti

Přístup do paměti adresa paměťového místa, se kterým se bude pracovat, se přivede na vstup dekodéru v dekodéru se provede výběr jednoho z adresových vodičů podle zadané adresy a nastavení logické 1 na tomto vodiči Čtení obsahu adresovaného místa podle toho, jak jsou zapojeny jednotlivé paměťové buňky projde respektivě neprojde lgická 1 na datové vodiče pokud hodnota logická jedna projde přes paměťovou buňku, objeví se na výstupu logická 1, v opačném případě pak logická 0 Zápis hodnoty do paměti vložení adresy paměťového místa, do kterého se bude zapisovat, na vstup paměti výběr adresového vodiče dekodérem podle zadané adresy – nastavení hodnoty logická 1 na tomto adresovém vodiči

Realizace paměti ROM Využívá se některé z následujících realizací paměťových buněk dvojice nespojených vodičů vodičů propojených přes polovodičovou diodu tranzistorů v technologii TTL MOS hodnota „0“ hodnota „1“ hodnota „0“ hodnota „1“ a) technologie TTL b) technologie MOS Obr 2: Paměťová buňka ROM

Realizace paměti RAM Jedná se o paměti, které jsou energeticky nezávislé. Podle toho, zda jsou dynamické nebo statické, jsou dále rozdělovány na: statické RAM – SRAM dynamické RAM – DRAM Paměti SRAM uchovávají uloženou informaci po celou dobu, kdy jsou připojeny ke zdroji elektrického napájení. Paměťová buňka je realizována jako bistabilní klopný obvod. Obr 3: Paměťová buňka SRAM

Realizace paměti RAM Paměti DRAM – informace je uložena pomocí elektrického náboje na kondenzátoru. Tento náboj má tendenci vybíjet se i v době, kdy je paměť připojena ke zdroji napájecího napětí – je nutné periodicky provádět tzv. refresh, tj. oživování paměťové buňky. Buňka paměti DRAM je velmi jednoduchá a dovoluje vysokou integraci a nízké výrobní náklady. Obr 4: Paměťová buňka DRAM

Kontrolní otázky: Vysvětlete princip polovodičové paměti. Jak rozdělujeme polovodičové paměti? Jak je realizována paměť ROM? Jaký je rozdíl mezi pamětí SRAM a DRAM?

Seznam obrázků: Obr. 1: Struktura polovodičové paměti: In: Způsoby realizace polovodičových pamětí . VUT [online]. 2012 [vid. 25. 5. 2013]. Dostupné z: http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/PTP/public/dalsi_texty/pameti00.pdf Obr. 2: Paměťová buňka ROM: In: Způsoby realizace polovodičových pamětí . VUT [online]. 2012 [vid. 25. 5. 2013]. Dostupné z: http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/PTP/public/dalsi_texty/pameti00.pdf Obr. 3: Paměťová buňka SRAM: In: Způsoby realizace polovodičových pamětí . VUT [online]. 2012 [vid. 25. 5. 2013]. Dostupné z: http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/PTP/public/dalsi_texty/pameti00.pdf Obr. 4: Paměťová buňka DRAM: In: Způsoby realizace polovodičových pamětí . VUT [online]. 2012 [vid. 25. 5. 2013]. Dostupné z: http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/PTP/public/dalsi_texty/pameti00.pdf

Seznam použité literatury: [1] ANTOŠOVÁ, M., DAVÍDEK, V. Číslicová technika. Praha: KOPP, 2009. ISBN 978-80-7232-394-4. [2] HÄBERLE, H. a kol. Průmyslová elektrotechnika a informační technologie. Praha: Europa – Sobotáles, 2003. ISBN 80-86706-04-4. [3]Paměti. In: Způsoby realizace polovodičových pamětí . VUT [online]. 2012 [cit. 25. 5. 2013]. Dostupné z: http://www.fit.vutbr.cz/study/courses/PTP/public/dalsi_texty/pameti00.pdf [4] Polovodičová paměť. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2012 [cit. 25. 5. 2013]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Polovodi%C4%8Dov%C3%A1_pam%C4%9B%C5%A5

Děkuji za pozornost 