Minnekretser

• Minnekretser er integrerte kretser (brikker) for lagring av digitale data.

• Vi skiller mellom rene lesekretser (ROM, Read-Only Memory) og lese-/skrivekretser (RAM, Random Access Memory).

• Vanligvis lagres data som 8-bits dataord, der hvert dataord har en egen adresse.

• Minnekretser brukes i datamaskiner og annen digital elektronikk.

PROM-kretser

En PROM er egentlig en ROM. Forskjellen ligger i at en ROM leveres ferdig programmert fra leverandør/fabrikant, mens en PROM kan programmeres av bruker.

Vi kan dele PROM-kretser inn i ulike typer

• PROM – Programmable Read-Only Memory

• EPROM – Erasable PROM

• EEPROM   – Electrically Erasable PROM

• FEPROM   – Flash Erasable PROM

En fordel med PROM generelt er at innholdet beholdes selv om den mister spenningen eller tas ut av enheten den er montert i.

PROM – Programmable Read-Only Memory

• Også kalt OTP-PROM, One-Time Programmable PROM.

• Programmerbar lesekrets.

• Programmeres i en egen programmeringsenhet, ofte kalt PROM-brenner.

• Hver datacelle i en uprogrammert PROM kan betraktes som en sikringstråd (fusible link), som enten kan beholdes intakt eller brennes av.

• Avbrenning skjer ved at det sendes en tilstrekkelig høy strøm gjennom den.

• En avbrent sikringstråd vil representere en 0 og en intakt sikringstråd en 1.

• Når PROM-en først er programmert, lar det seg ikke gjøre å programmere den på nytt.

PROM, prinsipiell oppbygning

Prinsippet for oppbygning av PROM med såkalte sikringstråder (fusible links) i et matrisemønster:

PROM, programmering

En uprogrammert PROM-celle (lagringscelle) vil ha verdien 1 og en programmert verdien 0. Tilsvarende vil et 8-bits dataord i en uprogrammert adresse bestå av verdien 1111 1111 eller FF heksadesimalt.

1. De åtte første adressene i en uprogrammert PROM, lest i heksadesimal form.

2. Ordet HALLO skrevet med de heksadesimale kodene for ASCII-koder.

PROM, tegningssymbol og pinnetilkoblinger

• Q0 – Q7 Datautganger

• A0 – A18 Adresseinnganger

• E Chip Enable

• G Output Enable

• VPP Programmeringsspenning

• VCC Tilførselspenning

• VSS Jord

EPROM (Erasable PROM)

• Kalles også for UV-EPROM (UV – Ultraviolet).

• Innholdet kan slettes ved å belyse kretsen med ultrafiolett lys gjennom et vindu i ca. 15–20 minutter

• Kan reprogrammeres.

• Lagringselementene består av NMOS-transistorer (se under PLD-kretser).

• I en NMOS er styreinngangen isolert fra den øvrige delen av transistoren, som gjør den i stand til å holde på elektrisk ladning.

• Under påvirkning av UV-lys nøytraliseres ladningene.

• UV- PROM brukes lite i dag og finnes stort sett bare i eldre elektronikk. Den er etter hvert blitt erstattet av andre typer.

EEPROM (Electrically Erasable PROM)

• Kalles også E2PROM.

• En type PROM der én og én lagercelle kan slettes elektronisk og programmeres på nytt.

• Fordelen er at brikken kan stå i kretsen den brukes i, mens den slettes og omprogrammeres.

FEPROM (Flash Erasable PROM)

• Også kalt flash-minne.

• En form for EEPROM hvor innholdet kan slettes elektronisk, men der det er blokker av innholdet som slettes i stedet for én og én lagringscelle.

• FEPROM er langt rimeligere enn EEPROM.

• Brukes ofte i USB-minnebrikker, digitale kamera, MP3-spillere og mobiltelefoner.

• Lar seg omprogrammere mer enn tusen ganger.

RAM (Random Access Memory)

• Lese- og skrivekretser.

• Ved hjelp av et eget inngangssignal (Read/Write) bestemmer vi om kretsen skal leses fra eller skrives til.

• Lesemodus når Read/Write ligger logisk høy, skrivemodus når det er lav.

• Generelt er kretsene spenningsavhengige ved at datainnholdet slettes når spenningen blir borte, eller når den tas ut av enheten den er montert i.

• Deles i to hovedtyper:

  • statisk RAM (SRAM)

  • dynamisk RAM (DRAM)

SRAM (Static RAM)

• Lese-/skrivelager der hver lagercelle er en datavippe.

• Statisk på den måten at så lenge kretsen har tilførselspenning, vil lagringscellene holde på data.

• Datavippene er bygget opp av enten bipolare transistorer eller ved MOS-teknologi.

• Sammenlignet med DRAM er SRAM atskillig raskere (tilgangstid* DRAM ca. 60 ns, SRAM ca. 10 ns) og har kortere syklustid.

• SRAM krever mer strøm, er dyrere å produsere og krever mer plass.

*Tilgangstid (access time) er den tiden det tar fra adressen foreligger på adresseinngangen, til data foreligger på datautgangene når kretsen er aktivert.

DRAM (Dynamic RAM)

• Lagercellene er en form for svært små kondensatorer (halvlederplater).

• På grunn av kondensatorenes størrelse er det svært begrenset hvor lenge de kan holde på ladningene.

• En egen oppfriskningskrets sørger for å friske opp de små ladningene med jevne mellomrom (tidsintervall på rundt 20 ms, avhengig av kretstype).

• Benyttes eksempelvis som internminne i PC-er.

SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) 

• Synkron DRAM.

• En dynamisk RAM med synkront grensesnitt.

• Mens vanlig DRAM er asynkron, er SDRAM avhengig av en klokkepuls for skriving og lesing av data (arbeider synkront med prosessoren i datamaskinen).

• Synkroniseringen gjør logikken i kretsen omkring noe mer komplisert enn for en ordinær DRAM.

Oppgaver minnekretser

1. Forklar de funksjonsmessige forskjellene på PROM, EPROM, EEPROM og FEPROM.

2. Forklar de funksjonsmessige forskjellene på SRAM, DRAM og SDRAM.

3. En adressebuss har 18 parallelle adresselinjer. Regn ut hvor mange adresser denne bussen totalt kan adressere.