Role paměti v počítači

Paměti

Role paměti v počítači  prostředek, umožňující uložení informací na požadovanou dobu  data, program  jednotky ms až ”neomezeně” dlouho

 základní vlastnosti:  kapacita  celková kapacita, šířka slova, velikost bloku/sektoru/stránky ...

 udává se obvykle v kB, MB, GB nebo TB (1B = 1 byte = 8 bitů)  rychlost  přístupová doba, délka cyklu ...

 udává se v ms, s, ns nebo ps  technika přístupu k informacím  náhodný přístup, sekvenční přístup, asociativní přístup ...

 podmínky udržení informace  energeticky nezávislá paměť, stand-by režim, doba obnovení ...

Princip binární paměti  element binární paměti slouží k uchování hodnoty 1 bitu informace (ANO/NE, FALSE/TRUE, 0/1)  dvěma možným hodnotám bitu lze přiřadit dva stavy libovolného média  poloha či tvar objektu, optické nebo magnetické vlastnosti objektu, elektrické napětí či proud v okruhu, amplituda, kmitočet nebo fáze zvukových či elektromagnetických vln, stav elektronického obvodu ...

 tyto stavy musí být

stabilní  rušivé vlivy okolí na element paměti nesmí vyvolat nežádaný přechod z jednoho stavu do druhého

rozlišitelné  při čtení uložené informace je nutné spolehlivě zjistit, v kterém stavu se element paměti nachází

Požadované vlastnosti  paměť musí umožňovat elementární operace:  uložení informace – zápis  uchování uložené informace na požadovanou dobu  vyhledání a vyzvednutí informace – čtení  odstranění informace – mazání  u některých typů pamětí se používá jiná kombinace operací nebo některé operace nejsou možné

 paměť si musí pamatovat každý bit informace  paměť musí být strukturovaná tak, aby práce s ní byla efektivní  bity jsou často uspořádány do větších celků  byte, slovo, blok, stránka, sektor ...

Taxonomie pamětí  v praxi se setkáváme s řadou hledisek pro hodnocení a třídění pamětí:  organizace paměti  dostupné funkce paměti, metoda přístupu, struktura paměti ...

 role paměti v počítači  systémová funkce, místo paměti v paměťové hierarchii ...

 fyzikální princip  magnetická, polovodičová, optická ...

 technické parametry  technologie, rychlost, pouzdro, pracovní prostředí ...

Organizace paměti  podle dostupnosti funkcí paměti  zda lze do paměti běžně zapisovat  Read/Write Memory RWM (nepřesně se uvádí RAM)  Read Mostly Memory RMM (umožňuje čtení i zápis, ale předpokládá se, že četnost čtení mnohonásobně převýší četnost zápisu)  Read Only Memory ROM

 jakým způsobem lze obsah paměti RMM změnit  různé programovatelné varianty pamětí ROM (PROM, EPROM, EAROM, EEPROM, FlashROM ... )

 podle metody přístupu k požadovanému paměťovému místu  s náhodným (přesněji libovolným) přístupem  Random Access Memory (terminologicky správný význam zkratky RAM)

 se sekvenčním přístupem  s blokovým přístupem  asociativní paměti (adresovaná obsahem, adresou je klíčová hodnota ukládaná s informací)

Paměti RAM a ROM podle dostupnosti funkcí rozlišujeme paměti RAM (Random Access Memory) paměti umožňující čtení i zápis

ROM (Read Only Memory) paměti umožňující pouze čtení obě zkratky však nejsou z terminologického hlediska úplně v pořádku !!

Co je nesprávného na označení RAM ?  paměti označované dnes jako RAM by se správně měly označovat RWM (Read-Write Memory)  jako alternativa k ROM (Read-Only Memory)

 označení RAM (Random Access, náhodný přístup) totiž nemá s možností zápisu do paměti nic společného !!  označuje všechny typy pamětí, u kterých lze pracovat s jednotlivými paměťovými místy v libovolném pořadí, tedy i většinu pamětí ROM  nevhodnou zkratku RAM začali používat někteří výrobci polovodičových pamětí a pozdější pokusy o korekci označení byly neúspěšné

Co je nesprávného na označení ROM ?  ani označení ROM není zcela přesné, protože i do paměti ROM musíme obsah nějak vložit  ... takže do ní vlastně alespoň jednou zapisujeme !  označení je přesné pouze u tzv. maskou programovaných pamětí, jejichž obsah je pevně nastaven výrobcem při výrobě čipu a později ho již nelze změnit

 označení ROM s nějakou předponou se obvykle používá pro paměti typu RMM (Read Mostly Memory) a vyjadřuje skutečnost, že do paměti lze zapisovat, ale děje se tak jen výjimečně  PROM, EPROM, EAROM, EEPROM ... ale také FLASH  FLASH je vlastně jedna z variant EEPROM

Metody přístupu Náhodný přístup Sekvenční přístup Blokový přístup Asociativní přístup

Náhodný a sekvenční přístup  Náhodný, resp. libovolný přístup (Random Access) umožňuje rovnocenný přístup ke kterémukoliv paměťovému místu  doba potřebná pro zápis nebo čtení nezávisí na tom, se kterým paměťovým místem se operace provádí  typickými pamětmi s náhodným přístupem jsou polovodičové paměti RAM a ROM

 Sekvenční přístup (Sequential Access) umožňuje v daném okamžiku přístup pouze k jednomu paměťovému místu (tomu, které je právě na řadě)  doba potřebná pro zápis nebo čtení závisí na tom, kdy a se kterým paměťovým místem se operace provádí  typickými paměťmi se sekvenčním přístupem jsou posuvné registry a velkokapacitní magnetické či optické paměti

Sekvenční přístup  musí existovat pravidlo, jak konečným počtem kroků získat přístup k požadovanému paměťovému místu  ... nebo určit okamžik, kdy bude přístup možný  počet hodinových impulsů pro posuvný registr, pozice bloku na magnetické pásce, pozice hlavy a sektoru u magnetických a optických disků ...

 doba přístupu je obvykle proměnlivá  proto se udává jen střední (statisticky průměrná) hodnota

 Příklad: disková paměť  přístupová doba se skládá ze dvou proměnlivých složek:  nejprve je nutné nastavit hlavy na odpovídající cylindr  přístupová doba závisí na aktuální poloze hlav; střední doba vystavení hlav je cca ½ doby, potřebné k přejetí hlav z jedné krajní polohy do druhé

 pak je nutné počkat, až se požadovaný sektor dostane pod hlavu  střední doba přístupu k sektoru je cca ½ doby, potřebné k otočení svazku disků o 1 otáčku

Blokový přístup  přístup k datům je možný pouze po větších celcích  blocích, sektorech, stránkách, segmentech ...  může být kombinován s náhodným i sekvenčním přístupem  např. u dynamických polovodičových pamětí je možný náhodný blokový přístup, disky používají sekvenční blokový přístup

 při velkých objemech dat urychluje práci s pamětí  používá se proto hlavně u velkokapacitních pamětí  magnetické páskové a diskové paměti, optické diskové paměti ...

 při malých objemech dat komplikuje práci s pamětí  pokud se má změnit stav např. jen jedné slabiky, musí se nejprve celý blok přečíst do vyrovnávací paměti, zde přepsat požadovaná slabika a pak modifikovaný blok zapsat zpět do paměti

Asociativní přístup  používá se u tzv. asociativních pamětí (CAM, Content Addressable Memory)  obsah se nevyhledává podle adresy, ale podle shody části dat vymezené maskou se zadaným klíčem  porovnání maskou vymezené části dat s klíčem probíhá ve všech paměťových místech současně  typické použití: paměť cache  v paměti cache jsou uloženy adresy i obsahy paměťových míst operační paměti  pokud se jako klíč zadá adresa hledaného paměťového místa, lze velmi rychle zjistit, zda se v paměti cache obsah tohoto místa nachází  pokud ne, načte se z operační paměti celý blok, obsahující hledané paměťové místo

Fyzikální princip  V historii počítačů se používala celá řada fyzikálních principů paměti  některé z nich se používaly jen krátce ...  jiné se s vývojem technologie periodicky vracely a jsou využívány dodnes

 mechanický  elektromechanický  magnetický  elektronický

 kolíky, děrné štítky, děrné pásky ...  kontaktní pole, relé, akustické zpožďovací linky ...

 magnetická jádrová paměť, paměti s pohybujícím se magnetickým povrchem  náboj na kondenzátoru, klopný obvod

 optický

 holografická paměť, optický disk, tisk+OCR

 jiné

 pneumatický, hydraulický, chemický ...

nepovinné

Mechanický princip  informace je zakódována změnou polohy, rozměrů nebo tvaru předmětu  poloha kuliček na počítadle, délka a poloha kolíků na válci mechanického hracího strojku ...  ... ale také dnešní mechanická počítadla  vodoměry, plynoměry, tachometry ...

 v počítačové technice sehrál významnou úlohu  děrné štítky a děrná páska  jednotku informace představuje existence nebo neexistence otvoru v papírovém nosiči

 mechanický princip se často kombinuje s jiným  elektromechanickým, magnetickým, optickým ...  např. děrné štítky a pásky se snímaly kontaktně nebo opticky  u páskových a diskových pamětí se výběr bloku provádí mechanicky !!

Elektromechanický princip  nejjednodušší formou je propojení dvou kontaktů  propojovacím polem se např. programovaly první počítače

 tento princip se používá dodnes ke konfiguraci hardware  v různých formách:  propojovací můstky (jumpers), kterými lze podle potřeby propojit kolíky, vyčnívající z plošného spoje  řadové přepínače (DIP switch) s vývody uspořádanými ve dvou řadách

 u prvních počítačů - relé  vhodným zapojením relé lze zajistit, aby po přivedení impulsu zůstalo relé trvale sepnuté  relé si pamatuje informaci pouze po dobu přítomnosti napájení  tento nedostatek lze odstranit použitím permanentního magnetu – polarizované relé

Elektronický princip  dnes převažující princip u všech rychlých pamětí  paměti s kondenzátory - dynamické paměti  informace je uložena jako náboj v pasivním elektronickém prvku - kondenzátoru  dynamické paměti RAM, nejrůznější varianty paměti RMM, prvky CCD (Charge Coupled Devices) ...

 paměti s klopnými obvody - statické paměti  informace je uložena jako stav logického obvodu  registry, statické paměti ...

Paměť s kondenzátorem  základní prvek polovodičových dynamických pamětí RAM a RMM nežádoucí svodový odpor

zápis

1

obnovení

+ +++

+++

---

---

1

0 – obnovení

nábojový zesilovač

výstup

0

v důsledku vybíjení náboje svodovým odporem se náboj musí periodicky obnovovat !!!

t

Obnovování (Refresh)  základním problémem všech pamětí s kondenzátorem je nedokonalost izolace dielektrika  způsobuje postupné vybíjení kondenzátoru a tím ztrátu informace

 doba vybití výrazně závisí na kapacitě kondenzátoru a technologii výroby polovodičového prvku  u dynamických polovodičových pamětí RAM 100 ms až 1s  u pamětí RMM 10 let a více

 u pamětí pracujících na tomto principu je nutné zajistit obnovení obsahu paměti – refresh  komplikuje obvodové řešení  představuje časovou ztrátu  během obnovování nelze paměť používat pro čtení nebo zápis dat

Klopný obvod  základní prvek polovodičových statických pamětí  základní prvek registrů mechanický model:

stabilní stav udržuje zpětná vazba

nestabilní stav

0

1

0

0

1

0 2 hradla NOR

1 1

x

0

zakázaná vstupní kombinace !

0

Klopný obvod výhody: vysoká rychlost statický charakter paměti (nevyžaduje obnovování) vyšší odolnost proti ionizujícímu záření  ve srovnání s buňkou dynamické paměti

nevýhody: složitost obvodu, více tranzistorů podstatně větší plocha na čipu  ve srovnání s buňkou dynamické paměti

vyšší spotřeba energie okamžitá ztráta obsahu při odpojení napájení

Magnetický princip  informace je uložena v podobě orientace magnetických domén ve feromagnetickém materiálu

0

J

S

1

S

J

 nejjednodušší magnetickou paměť si můžeme představit jako elektromagnet s jádrem z magneticky tvrdého materiálu  jestliže do cívky elektromagnetu přivedeme proud, zmagnetujeme jádro  stav paměti můžeme indikovat např. magnetkou, umístěnou v blízkosti jádra  magnetka se vychýlí v závislosti na tom, kterým směrem je jádro zmagnetováno  magnetka zůstane vychýlena, i když proud vypneme, protože jádro zůstane zmagnetováno trvale

Magnetické paměti počítačů  magnetický princip paměti se používal v několika odlišných formách: magnetické jádrové paměti magnetické tenkovrstvé paměti magnetické bublinkové paměti paměti s pohybujícím se magnetickým povrchem  dnes se prakticky používají jen paměti s pohybujícím se magnetickým povrchem  ... stále se však objevují nové pokusy spojit výhody polovodičových statických pamětí s výhodami pamětí magnetických  rychlost polovodičové, stálost magnetické

Magnetická jádrová paměť  založena na použití malých kruhových (toroidních) jader z magneticky tvrdého materiálu  přivedením proudového impulsu Im do zápisového vodiče se v jádře vybudí magnetické pole Hm  po skončení impulsu zůstane jádro trvale zmagnetováno  čtení destruktivní – vždy se zapisuje 0“  měří se induk. I ve čt. vodiči

Energeticky nezávislá paměť  velkou výhodou polovodičových pamětí RMM a pamětí pracujících na magnetickém principu je zachování obsahu při vypnutém napájení  v takovém případě paměť označujeme jako energeticky nezávislou (stálou, non-volatile)  tato vlastnost je žádoucí u všech technologií ...  v době, kdy paměť není používána, nespotřebovává žádnou energii  při výpadku napájení nedojde ke ztrátě obsahu

 ... ale nedokážeme vždy nezávislosti dosáhnout  vadí to hlavně u statických polovodičových pamětí  k udržení obsahu CMOS paměti v PC je nutné použít zálohovací baterii

Paměti s pohybujícím se magnetickým povrchem  vývoj v oboru počítačů přinesl nepřeberné množství technických řešení pamětí tohoto typu  páskové, bubnové, diskové, s magnetickými štítky, karuselové, ...

 dnes se prakticky používají pouze páskové a diskové paměti  princip jejich funkce je podobný, rozdíl je především ve způsobu pohybu media  u páskových se medium pohybuje lineárně  u diskových medium rotuje

Princip zápisu a čtení zápis  magnetickým polem, vznikajícím ve štěrbině záznamové hlavy, se změní orientace magneticky tvrdého materiálu, naneseného v tenké vrstvě na povrchu nosiče  vzniká tak vlastně řada miniaturních permanentních magnetů

čtení  proměnlivé magnetické pole, vznikající pohybem nosiče v blízkosti štěrbiny čtecí hlavy, indukuje ve čtecím vinutí elektrický proud

Vzájemný kontakt = opotřebení! S J

S J

0

0

J S S J

1

0

J

S

1

J

S

1

Organizace záznamu  stopa (track) je pruh magnetické vrstvy, procházející při pohybu media pod štěrbinou hlavy  u klasických páskových pamětí a disků jsou stopy orientovány podélně  ve směru pohybu nosiče  záznam na mediu je obvykle členěn na bloky (páska) nebo sektory (disk), oddělené mezerami  tím se sníží využití media ...  ... ale usnadní se vyhledávání a ukládání informace  při zápisu a čtení se přesouvá vždy celý blok (sektor) najednou  umožňuje rychlejší zpracování velkých objemů dat  umožňuje efektivní využití samo-opravných kódů  k odstraňování chyb čtení

Optický princip  optický princip čtení se používal již v šedesátých letech ...  při čtení děrné pásky a děrných štítků

 ... problém však byl v technologii záznamu  neexistovala vhodná technologie optického záznamu  mechanická perforace otvorů byla pomalá  fotoelektrické snímače dokázaly číst děrnou pásku rychlostí až 2000 znaků/s, zatímco mechanické děrovače dosahovaly rychlosti jen 150 znaků/s

 Zásadní zlom způsobil vynález polovodičového laseru  umožnil výrobu dostatečně malého, spolehlivého a levného zdroje intenzivního světelného paprsku pro optický záznam

 Po objevení laseru se nejprve intenzivně pracovalo na vývoji holografické paměti  holografický záznam je velmi spolehlivý, protože každý bit informace je uložen v celé ploše hologramu ve formě interferenčních obrazců  uloženou informaci lze rekonstruovat např. z pouhého zlomku hologramu

Optické disky  dnes nejrozšířenější typ paměti, pracující na optickém principu  stejný princip používá několik typů optických diskových pamětí s různým způsobem a formátem záznamu informace  sjednocujícím principem všech typů optických disků je optický způsob čtení a záznam dat po spirále (stopa)  při čtení se rotující disk osvítí laserem  odražené světlo se snímá fotodetektorem a převádí na data  fotodetektor současně poskytuje informace, potřebné pro přesné vedení hlavy nad stopou

Typy optických diskových pamětí  podobně jako polovodičové paměti dělíme také optické disky podle způsobu zápisu:  disky určené pouze pro čtení (ROM)  disky s možností jednoho zápisu (R)  disky s možností opakovaného záznamu (RW)

 dále rozlišujeme jednotlivé standardy  CD  DVD  Blu ray disk BD

 u DVD standardu dále rozlišujeme  jednostranné a dvojstranné disky  jednovrstvé a dvouvrstvé disky

Přepisovatelné optické disky  technologie lisování je výhodná pro velké série, ale vyžaduje vyšší počáteční náklady  podobné problémy jako s pamětmi ROM programovanými maskou

 Proto byly vyvinuty technologické varianty CD, umožňující zachování plné kompatibility s disky CD-ROM.  technologie CD-R (CD Recordable) umožňuje jednorázový zápis na disk  technologie CD-RW (CD Read/Write) umožňuje navíc mazání a opakované použití media

Technologie DVD-R/CD-R/BD-R (- Recordable)  umožňuje jednorázový zápis na disk  obdoba bipolárních polovodičových pamětí PROM

 záznam se provádí natavením speciální záznamové vrstvy disku výkonným laserem  natavená místa se stanou neprůhledná a brání odrazu paprsků laseru při čtení  neporušená původní vrstva je průhledná a odrazu nebrání

 odraz zajišťuje další (kovová) vrstva  technologie DVR-R/CD-R je výhodná především pro archivaci dat, kde se obvykle nepředpokládá opakované použití media  dále je technologie DVD-R/CD-R vhodná pro distribuci software a dat v malých sériích

Technologie DVD-RW/CD-RW/BD-RE (- Read/Write)  - umožňuje mazání a opakované použití media  k mazání se používá záznamový laser se sníženým výkonem  laserem se rovnoměrně prohřeje záznamová vrstva, která při chladnutí krystalizuje a zprůhlední

 možnost opakovaného použití je výhodná především pro zálohování dat systému

cena médií je dnes symbolická =>

zálohujte

Technologie CD Nemá cenu zde rozepisovat technologii CD a DVD. Jen pro zajímavost: Na CD se data zapisují do jedné spirální stopy (srovnej s HD). Data jsou do ní zapisována pomocí výstupků (land) a děr (pit). Šířka díry je asi 0,5 µm (asi vlnová délka zeleného světla). Mezera mezi stopami má pak zhruba trojnásobek. Právě velikost pitů a drážek velmi blízká vlnové délce světla způsobuje rozklad bílého kompozitního světla. Lisované CD

Mezera mezi jednotlivými sousedními stopami je 1,6 µm. Znamená to, že CD se záznamovou šíří 3,3 cm obsahuje: 0,6 µm šíře stopy + 1,6 µm mezi stopami = 2,2 µm 33 mm / 2,2 µm = 15 000 závitů (celkem asi 5km)

Vypálené CD

Technologie DVD

(Digital Versatile Disc)

 technika čtení a záznamu dat je u DVD velmi podobná CD  používá se laser s kratší vlnovou délkou  to umožnilo zvýšit hustotu záznamu na stopě a hustotu stop

 záznam může být dvouvrstvý a oboustranný  výsledkem je podstatně vyšší kapacita media DVD jednostranný jednostranný dvoustranný dvoustranný

jednovrstvý dvouvrstvý jednovrstvý dvouvrstvý

4.7 GB 8.5 GB 9.4 GB 17 GB

Technologie DVD Jak se dosahuje zvětšené kapacity DVD oproti CD?

Kromě úpravy rozměrů se dále upravila vlnová délka laseru - zúžení reflexní vrst. - výsledkem disk 0.6mm

Dvouvrstvé DVD má poloreflexní a reflexní vrstvu. Nelze ale zapsat dvojnásobek dat, protože na 2. vrstvě nejsou data uložena tak hustě.

Rychlosti CD a DVD  První CD mechaniky měly základní rychlost čtení cca 150KB/s  - dodnes se tato rychlost používá jako měřítko rychlosti mechaniky  např. 50ti rychlostní CD mechanika čte teoreticky cca 7,32MB/s  většinou však stejně pouze u vnějšího okraje kde je největší obvodová rychlost  Podobně u DVD je základní rychlost 1350KB/s

 Tak například při vypalování osminásobnou rychlostí se data zapisují cca 10,5MB/s

Technologie BD - Blu-ray disk ►Třetí generace optických disků, určených pro ukládání digitálních dat ►Data se ukládají ve stopě tvaru spirály 0,1 mm pod povrch disku ►Příčný odstup stop je 0,35 μm ►Velikost pitu 0,15 μm ►Pro čtení se používá laserové světlo s vlnovou délkou 405 nm ►Celková kapacita 25 GB u jednovrstvého disku 50 GB u dvouvrstvého disku až po 80 GB u oboustranné dvouvrstvé varianty

Polovodičové paměti  Podle použité technologie dělíme polovodičové paměti na  bipolární  používají bipolární (proudově řízené) tranzistory  vyšší rychlost, vyšší spotřeba

 TTL (Tranzistor-Tranzistor Logic) a odvozené (S-TTL, LS TTL, ...)  IIL (Integrated Injection Logic)  ECL (Emitter Coupled Logic)

 unipolární  používají tranzistory MOS (řízené polem)  menší spotřeba (zejména CMOS), menší rozměry hradla

 PMOS (P-channel MOS)  NMOS (N-channel MOS)  CMOS (Complementary MOS)

dnes jednoznačně převládající technologie

Polovodičové paměti  kromě klasických pamětí s náhodným přístupem (RAM, RMM) se používají také polovodičové paměti se sekvenčním přístupem  posuvné registry (Shift Register)  vyrovnávací paměti FIFO (First In, First Out)  obvody CCD (Charge Coupled Devices)

 tyto typy paměti se používají spíše při návrhu speciálních periferních zařízení a v konzumní elektronice  obvody CCD jsou např. základem senzorů pro snímání obrazu ve videokamerách a skenerech

Unipolární polovodičové paměti lze je rozdělit na 4 hlavní skupiny: statické paměti RAM (SRAM) dynamické paměti RAM (DRAM) maskou programované pevné paměti (ROM) programovatelné pevné paměti (RMM)

Unipolární paměti RAM  u buňky statické paměti je informace uložena v klopném obvodu  u buňky dynamické paměti je informace uložena ve formě náboje na parazitní kapacitě řídící elektrody transistoru MOS buňka dynamické paměti RAM

buňka statické paměti RAM

Srovnání SRAM a DRAM  statické paměti RAM dosahují menší kapacity než paměti dynamické  plocha paměťové buňky statické paměti je větší než plocha buňky dynamické paměti  u statické paměti RAM je primárním požadavkem rychlost, u dynamické paměti RAM kapacita paměti

 statické paměti RAM jsou odolnější proti radioaktivnímu záření  přirozená zbytková radioaktivita materiálů a kosmické záření způsobují u dynamických pamětí krátkodobou ionizaci izolantu a tím vybití kondenzátoru  málo pravděpodobný jev - obvykle je chyba pouze v jednom bitu

 při vysokých požadavcích na spolehlivost je nutné u dynamické pamětí použít obvody pro detekci a opravu chyb (ECC, Error Check and Correction)

Blokový diagram DRAM

RAS - Row Address Strobe CAS - Column Address Strobe WE - Write Enable

Časové schéma čtení z DRAM

 Nejprve paměťový kontroler poskytne signál adresy řádku a aktivuje RAS adresní signál.  Poté paměťový kontroler poskytne signál adresy sloupce a aktivuje CAS adresní signál.  Ve stejnou chvíli také aktivuje READ řídící signál.

 Poté jsou čtená data poslána do I/O datoveho bufferu, zesílena a přesunuta do výstupního datoveho bufferu.

Časové schéma zápisu do DRAM

 Nejprve paměťový kontroler poskytne signál adresy řádku a aktivuje RAS adresní signál.  Poté paměťový kontroler poskytne signál adresy sloupce a aktivuje CAS adresní signál.  Ve stejnou chvíli také aktivuje WE řídící signál.

 Zapisovaná data jsou poslána do vstupního datoveho bufferu, zesílena, přesunuta do I/O bufferu a uložena na určenou adresu paměti.

Refresh - obnovení parazitní kapacita hradla v buňce dynamické paměti je poměrně malá doba uchování náboje je relativně krátká náboj na elektrodě se musí periodicky obnovovat (refresh) aby obnovování nezabralo příliš mnoho času, provádí se vždy v celé skupině paměťových buněk najednou Normální DRAM se každých 1 až 16 ms obnovují paměť je citlivá na změny kvality izolace  teplota, radioaktivní a kosmické záření

Refresh – typy obnovení Průběh zúčastněných signálů při třech základních typech obnovení

Refresh – RAS-only refresh

 Nejjednodušší a nejvíce používaná metoda pro obnovování paměťové buňky je vykonání předstíraného cyklu čtení.

 Během tohoto cyklu je aktivován RAS signál a DRAM se poskytne adresa řádku (adresa obnovení).  CAS signál zůstává neaktivní.  K obnovení celé paměti je potřeba, aby externí obvod nebo sám procesor poskytl DRAM adresy řádku jak jdou po sobě.

Refresh – CAS-before-RAS refresh

 Pro tento typ obnovení má DRAM svou vlastni obnovovací logiku s adresním čítačem

 Během CAS-before-RAS refresh je signál CAS vyvolán před signálem RAS  Adresa řádku je určena pomocí vnitřního čítače  Vnitřní obnovovací logika je tím aktivována a vykoná automatické vnitřní obnovení.

Refresh – Hidden refresh

 Zde je cyklus obnovování “skryt” za normálním přístupem pro čtení.

 Během skrytého obnovování je CAS signál udržován na nízké úrovni a pouze RAS signál je přepnut.  Tento způsob obnovování velmi šetří čas.

Energetická závislost  Společnou nevýhodou všech polovodičových pamětí RAM je ztráta obsahu paměti při odpojení napájení  říkáme, že jsou energeticky závislé (volatile, nestálé)

 u statických pamětí používajících technologii CMOS lze tento problém obejít napájením ze zálohovací baterie  statické paměti CMOS mají v době nečinnosti minimální spotřebu a baterie nemusí dodávat velký výkon technologií CMOS se vyrábějí i dynamické paměti, ale u nich je nutné v době nečinnosti obnovovat obsah, takže jejich spotřebu nelze zanedbat

Paměti EPROM  historicky nejstarším typem pamětí RMM jsou paměti EPROM (Electrically Programmable ROM)  jejich obsah se maže ozářením obvodu ultrafialovým světlem  mají v pouzdře malé okénko z křemičitého skla  při ozáření se ionizací dočasně sníží izolační odpor kysličníku křemíku a náboje na hradlech všech tranzistorů se vybijí

 někdy se tyto paměti dodávají také v normálních pouzdrech  lze je naprogramovat pouze jednou, protože nejdou vymazat (nemají mazací okénko)  označují se zkratkou OTP (One Time Programmable)

Paměťový tranzistor s plovoucím hradlem

Plovoucí hradlo nemá spojení s vodiči, jeho potenciál “se vznáší”.  Je-li hradlo nabité elektrony, dojde k odstínění pole řídící elektrody a nedojde k propojení tranzistoru.  Nabití plovoucího hradla se provádí napěťovým impulsem. Vymazání dat se provádí ozářením vysokoenergetickým UV zářením.

Paměti EEPROM  technologie EEPROM (Electrically Erasable PROM) umožňuje mazat obsah paměti pouhým přivedením mazacího elektrického impulsu  paměti lze mazat a programovat přímo v zařízení, ve kterém jsou použity (In Circuit Programming)

 obvykle pro daný účel použití postačí mazání celé paměti najednou nebo po částech (stránkách)  takové paměti označujeme jako paměti FLASH

 existují však i paměti EEPROM, u kterých lze mazat jednotlivá paměťová místa  paměti EAROM (Electrically Alterable ROM)  od pamětí RAM se liší omezeným počtem povolených zápisů a dobou zápisu

Paměťový tranzistor EEPROM

Nabití probíhá stejně jako u EPROM 50 ms dlouhým napěťovým impulzem +20V mezi hradlem a kolektorem.

 Vybití hradla je zajištěno opačným napětím mezi hradlem a kolektorem. Záporné elektrony v hradle jsou přitahovány přes tunelový oxid ke kolektoru a data jsou tak vymazána.

Paměti FLASH  Zjednodušená technologie EEPROM  Výrobce zjednodušil strukturu: snížil počet adresních vodičů: oblasti zápisu se vybírají po blocích, nelze jednoduše zapisovat konkrétní bity.  Dnes nejrozšířenější paměti u přenosných médií, v mp3 přehrávačích a další spotřební elektronice...  Přenosné paměti do USB portu s pamětí FLASH dnes prakticky zcela vytlačili archaické diskety, ZIPy, JAZZy...

Blokové schéma paměti typu FLASH

OE – Output Enable WE - Write Enable CE – Chip Enable (aktivace=opouští čekací stav) Vpp – mazací a programovací napětí

Trvanlivost obsahu pamětí RMM  u dynamických pamětí RAM je životnost náboje poměrně krátká a obvody pro obnovení jsou proto součástí pamětí  často se však zapomíná, že i paměti EPROM a EEPROM, kde je životnost náboje řádově 10 let, mohou vyžadovat obnovení pokud se u technického zařízení, používajícího tyto paměti, předpokládá dlouhodobé používání, mělo by být obnovení obsahu pamětí po určité době (např. po 5 letech) součástí předepsané údržby zařízení

Konec přednášky