Paměti. Návrh počítačových systémů INP 2008

Transkript

1 Paměti Návrh počítačových systémů INP

2 Paměťové prvky v reálném počítači Paměť mikroprogramu Reg 2

3 Proč paměťová hierarchie? chceme maximalizovat výkonnost počítače (tj. poměr výkon/cena) potřeba nevolatilní paměti, která nepotřebuje napájecí napětí časová lokalita - pokud procesor používá nějakou položku v paměti, je vysoká pravděpodobnost, že ji bude používat znovu => ulož položku co nejblíž procesoru prostorová lokalita pokud procesor pracuje s nějakou položkou v paměti, potom položky, které jsou umístěny v paměti v blízkostí s této položky, budu s vysokou pravděpodobností také použity => ulož položky co nejblíž procesoru Processor Control Datapath Registers On-Chip Cache L2 Cache (SRAM) Hlavní paměť (DRAM) Sekundární paměť (Disk) Terciální paměť Přístupová doba: ns <10ns desítky ns jednotky ms sekundy Kapacita: stovky B kb jednotky MB jednotky GB stovky GB desítky TB Cena/MB: nejvyšší střední nejnižší 3

4 Paměti - typy a parametry Paměťové prvky se používají v počítači na všech hierarchických úrovních v těchto funkcích: - vnitřní paměť procesoru, jako registry, registrové sady, zásobníky, fronty, tabulky pro různé účely a paměť mikroprogramů v řadiči procesoru - hlavní paměť včetně rychlých vyrovnávacích pamětí - vnější paměti včetně vyrovnávacích pamětí apod. 4

5 Další parametry pamětí Přenosová rychlost je parametr udávající počet datových jednotek (bitů, bytů atd) přenášených do nebo z paměti za sekundu, např. 3MB/s u disku. Pro cenové rozvahy je důležitým parametrem cena/bit. K dalším významným parametrům patří chybovost paměti udávaná např. v počtu chyb na 1000 hodin a poruchovost, nejčastěji popisovaná parametrem střední doba mezi poruchami a dalšími podobnými parametry. Výkonnost je u pamětí udána parametry: kapacita, přístupová doba a přenosová rychlost. 5

6 Klasifikace pamětí podle fyzikálního principu - paměti polovodičové - bipolární a - unipolární MOS resp. CMOS - magnetické - disketové, - diskové, - páskové - atd. - optické - CD - DVD feritová pamět z IBM magnetooptické - molekulární Mnoho typů pamětí zmizelo a další se objevují. 6

7 Přístup k datům libovolný a sériový Pokud přístupová doba nezávisí na umístění požadované položky, jde o paměť s libovolným přístupem RAM - Random Access Memory. Paměť se sériovým přístupem SAM - Serial Access Memory vybavuje položky s různou dobou přístupu podle toho, jak dlouho to trvá, než se paměťové médium přisune k čtecí hlavě. Zde je však třeba si uvědomit, že disk s několika záznamovými povrchy je reprezentantem smíšeného přístupu; výběr záznamového povrchu je libovolný přístup, vystavování hlavy na požadovanou stopu a otáčení disku při čekání na požadovaný záznamový sektor je sériový přístup. Čistě sériový přístup má magnetická páska. 7

8 Libovolný přístup RAM adresa data IN/OUT a) RAM data IN/OUT Č/Z hlava adresa data IN/OUT Č/Z hlava Sériový přístup SAM páska adresa řízení směru pohybu otáčení b) SAM, resp. smíšený přístup 8

9 Výběr z paměti adresový adresa v přímém binárním kódu adresová část adresový dekodér. datová část. data IN/OUT výběrové vodiče (kód 1 z n) a) adresový výběr Paměťová místa jsou uspořádána podle adres vzestupně, adresový prostor je uspořádaný a souvislý. 9

10 Výběr z paměti - asociativní adresa/klíč data IN/OUT adresová část... datová část výběrové vodiče b) asociativní výběr U asociativního výběru jsou v adresovéčásti paměti poznamenány adresy paměťových míst datovéčásti. To znamená, že paměťová místa mohou být vzhledem k adresám uspořádána libovolným způsobem, některým adresám nemusí odpovídat žádné paměťové místo. Adresový prostor je neuspořádaný a nesouvislý. Výběrový vodič se aktivizuje na základě shody hledané adresy (klíče) s adresou daného řádku. Navíc se může pomocí masky adresy určit, které bity adresy se mají při porovnávání použít, a které ne. Proto je vhodné říkat adrese klíč. Popsaný princip asociativního výběru vyžaduje, aby ve všech řádcích adresovéčásti paměti byl komparátor adres - klíčů. 10

11 Komparátor adres - klíčů asociativní paměti a n a n-1 a n-2 a & řádkový vodič "shoda" b n b n-1 b n-2... b 0 a klíč na vstupu paměti dodaný uživatelem b jedna konkrétní hodnota klíče v paměti Uvedená obvodová struktura musí být zopakována n-krát, kde n je počet položek uložitelných v paměti. 11

12 Měnitelnost obsahu paměti R/W RWM - Read/Write Memory - paměť umožňující čtení i zápis ROM - Read Only Memory - paměť umožňující pouze čtení, zapisovat nelze Varianty: PROM - programovatelná ROM; čistá" nenaprogramovaná paměť umožňuje jedno naprogramování, další změna již není možná EPROM - vymazatelná PROM; naprogramovaná paměť se dá vymazat a znovu naprogramovat. Paměti s tímto označením se mažou ultrafialovým zářením. EEPROM - elektricky vymazatelná PROM. Zde je řada modifikací podle toho, zda je možno mazat vybraný řádek, nebo pouze celou paměť, jak rychle proces mazání probíhá (Flash EEPROM) atd. 12

13 Stálost obsahu paměti Podle energetické závislosti dělíme paměti na nevolatilní a volatilní. Je-li záznam stálý i po vypnutí napájecího napětí, jde o nevolatilní paměť. Volatibilita se u polovodičových pamětí překonává záložním napájecím zdrojem (např. akumulátorový článek v PC). Některé fyzikální principy vedou na paměť, u které se čtením záznam vymaže. Znamená to, že se po cyklu čtení musí zařadit vždy cyklus zpětného zápisu. Takové paměti se označují jako destruktivní. Podle doby uchování informace (data retention) dělíme paměti na statické (SRAM), které při dodržení jistých provozních parametrů drží informaci libovolně dlouho, a dynamické (DRAM), které "zapomínají", a to docela rychle. U prvních pamětí DRAM 16K x 1b to byly 2 ms. S rostoucí kapacitou pouzder DRAM se doba uchování informace prodlužuje. U čipů 1M x 1b to je typicky 8 ms, atd. U tohoto typu pamětí se proto musí zavčas informace obnovit (refresh). Vybíjení náboje a tedy pokles napětí na paměťovém kondenzátoru probíhá podle exponenciální křivky. 13

14 ROM PROM, EPROM RWM RAM SSRAM, SRAM DRAM Polovodičové paměti FPM DRAM, EDO DRAM, BEDO DRAM SDRAM DDR SDAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM EEPROM a FLASH 14

15 Struktura paměti ROM 16 x 4b A 3 A 2 A 1 A 0 adresový registr AR DC bin - 1 z 16. adresový (řádkový) vodič adresa čtecí zesilovač 111 sloupcový (datový) vodič datový registr b3 b2 b1 b0 pomocí MOS tran. 15

16 Komentář k příkladu paměti ROM Čtyřbitová binární adresa se zachycuje do adresového registru AR a dále se dekóduje do kódu 1 z 16, což znamená, že pro jistou adresu se aktivizuje příslušný adresový vodič. Obsah vybraného čtyřbitového adresového místa se objeví na sloupcových datových vodičích a po zesílení pomocí čtecích zesilovačů ČZ se zapíše do výstupního datového registru DR. Ve funkci paměťových prvků pamětí ROM se v historii počítačů vystřídaly všechny základní pasivní i aktivní elektrické prvky. Byly tak použity rezistory, indukčnosti, transformátory, feritová jádra, kapacitory, diody, tranzistory bipolární i unipolární. Nejrozšířenější typ EPROM využívá kapacity izolovaného hradla tranzistoru MOS. U pamětí PROM se programuje přepalováním chromniklových nebo křemíkových propojek. 16

17 Struktura paměti RWM adresa n bitů adresový registr AR DC bin - 1 z slovní vodič datový vodič n 2-1 Č čtecí a zápisové zesilovače... Z datový registr data 17

18 Komentář k RWM, typy paměťových členů Struktura paměti RWM (nepřesně označovaná jako RAM) je principiálně velmi podobná struktuře paměti ROM. Rozdíl je v tom, že sloupcové datové vodiče nyní přenášejí data obousměrně, a jsou doplněny zápisové zesilovače ZZ. Rovněž vnější datová sběrnice je obousměrná. +U CC +U CC Q' Q Z Č U E a) Bipolární statický člen b) Unipolární statický člen U D c) Unipolární dynamický paměťový člen DRAM Každý paměťový člen má jiný způsob čtení a zápisu informace. Podle typu použitého paměťového členu se proto modifikuje vnitřní zapojení paměťové matice, čtecích a zápisových zesilovačů, případně se modifikuje celková struktura paměti. U statických paměťových členů se zápis a čtení provádí pomocí dvojic sloupcových datových vodičů, které nesou komplementární proudové nebo napěťové impulsy. 18

19 SRAM (Static RAM) T1 T3 adresový vodič T5 T6 T2 T4 Vodič Data je určený k zápisu dat do paměti. Vodič označený jako -Data se používá ke čtení. Hodnota na tomto vodiči je vždy opačná než hodnota uložená v paměti => na konci procesu čtení je nutno ji ještě negovat. Při zápisu se na adresový vodič umístí hodnota logická 1, na vodič Data se přivede zapisovaná hodnota (např. 1). Tranzistor T1 se otevře => jednička na vodiči Data otevře tranzistor T4 => uzavře se tranzistor T3. Tento stav obvodu představuje uložení hodnoty 0 do paměti. Čtení - na adresový vodič je přivedena hodnota logická 1 => otevřou se tranzistory T1 a T2. Jestliže byla v paměti zapsána hodnota 1, je tranzistor T4 otevřen (tj. na jeho výstupu je hodnota 0), čtenou hodnotu obdržíme na vodiči -DATA. V případě uložené hodnoty 0 - tranzistor T4 je uzavřen (tj. na jeho výstupu je hodnota 1). 19

20 Př. SRAM (8k x 8b) 20

21 Čtení asynchronní SRAM 21

22 Zápis do SRAM 22

23 Adresování dvou a více pamětí 23

24 Dynamická paměť (DRAM) datový vodič adresový vodič Informace je uložena pomocí elektrického náboje na kondenzátoru. Při zápisu se na adresový vodič (WL word line) přivede hodnota logická 1 => tranzistor se otevře. Na datovém vodiči (BL bit line) je umístěna zapisovaná hodnota (např. 1), tato hodnota projde přes otevřený tranzistor a nabije kondenzátor. V případě zápisu nuly dojde pouze k případnému vybití kondenzátoru (pokud byla dříve v paměti uložena hodnota 1). Při čtení je na datový vodič nejdříve připojena hodnota ½ napájecího napětí. Potom je na adresový vodič přivedena hodnota logická 1, která způsobí otevření tranzistoru. Podle toho, zda je na kapacitoru úroveň H nebo L, bude nepatrně změněna úroveň na BL, buď vzroste nebo poklesne. Tato změna je detekována zesilovačem, který obnoví původní hodnotu na kapacitoru na H nebo L. Operace se provádí proto, že čtení destruuje logickou hodnotu v paměťové buňce DRAM. 24

25 DRAM obnova informace adresový vodič datový vodič Náboj na kondenzátoru má tendenci se vybíjet i v době, kdy je paměť připojena ke zdroji elektrického napájení => je nutné periodicky provádět tzv. refresh, tj. oživování paměťové buňky. Tuto funkci plní některý z obvodů čipové sady. Jednou za dobu t r (t r je např. 4ms) dojde k obnově informace v paměti. Zdegenerovaný obsah řádku je načten do registru a vzápětí je obsah registru (již s upravenými log. úrovněmi) zapsán zpět do buněk paměti. Obrázek ukazuje průběh napětí na kondenzátoru po zápisu log

26 Struktura DRAM 16K x 1bit 0 1 Reg. AŘ a DC. 2 7 Paměťová matice 16k bitů koincidenční výběr 7 RAS DIN Č/Z zesilovačů 127 DOUT ADRESA 7 WE CAS Reg. Adr. sloupce a DC 7 WE 26

27 Předávání adresy DRAM Pro minimalizaci počtu vývodů pouzder DRAM se ustálilo předávání adresy multiplexním způsobem nadvakrát. Členění adresy je naznačeno na obrázku: ADRESA adresa sloupce adresa řádku RAS Časový diagram DRAM CAS ADR adr. řádku adr. sloupce DIN DOUT 27

28 Komentář k adresování DRAM Nejdříve se předává adresa řádku AŘ; zápis této části adresy do registru AŘ z adresové sběrnice ADR je řízen signálem RAS - Row Address Select. Poté se na adresové sběrnici ADR objeví adresa sloupce AS a ta se zapíše do registru AS signálem CAS - Column Address Select. Jde-li o zápis, musí být na datovém vstupu DIN ve stanoveném intervalu platný datový bit, který se zapíše do adresovaného místa. Jde-li o čtení, pak za dobu danou katalogovými hodnotami se na datovém výstupu DOUT objeví přečtený bit. Funkce čtení/zápis se řídí signálem WE (často se používá označení R/-W). Adresový výběr provádějí dva adresové dekodéry s výstupem v kódu 1 z 128, a koincidence (tedy logický součin) aktivovaného řádkového a sloupcového vodiče určí adresované paměťové místo (1 z ). Koincidenčním výběrem se výběr paměťového místa z paměťové matice výrazně zjednoduší. 28

29 Čtecí zesilovač DRAM +U CC f 1 f 2 f 3 precharge čtení obnova C P f 3 f 3 f 1 vb 0 vb 1 C P v ax z adresového dekodér f 2 C M C ref f 2 f 1 U ref Čtecí zesilovač je zapojen na dvojici bitových sloupcových vodičů vb 0, vb 1. Bitové vodiče jsou zatíženy parazitními kapacitami C p. Na bitový vodič vb 0 je připojena dynamická paměťová buňka C M, na bitový vodič vb 1 je připojena referenční paměťová buňka C ref.čtení a obnova informace je řízena signály f 1, f 2, f 3 s průběhy dle obrázku. 29

30 Čtecí zesilovač DRAM - činnost V první fázi čtení se signálem f 1 otevřou spínače uvnitř ČZ (vyznačené pomocí čtverečků), čímž dojde k vyrovnání nábojů na parazitních kapacitách C P - fáze precharge, a referenční paměťová buňka se nabije na hodnotu rozhodovacího napětí U ref = (U 1 - U 0 ) /2. Ve druhé fázi se signálem f 2 zahájí adresový výběr; napětí z paměťové a referenční buňky se objeví na bitových vodičích vb 0, vb 1. Čtení se dokončí ve třetí fázi, kdy se signálem f 3 připojí k čtecímu zesilovači napájecí napětí. ČZ je diferenciální zesilovač, který je řízen rozdílem napětí paměťové a referenční buňky. Je-li tento rozdíl kladný, vyhodnotí se stav paměťové buňky jako 1, je-li rozdíl záporný, vyhodnotí se stav jako 0. Čtecí zesilovač tuto diferenci zesílí až do krajních hodnot U 0 nebo U 1, a na jednu z těchto hodnot se paměťová buňka nabije. Tím byla provedena obnova informace. 30

31 Řízení obnovy dat Mechanismus obnovy musí zajistit, aby se před uplynutím zaručené doby uchování informace adresovala všechna paměťová místa. Základem řadiče obnovy je čítač adresy řádku, který inkrementuje po 1 a po naplnění čítá znovu od nuly. Pro pouzdro DRAM 16K x 1 je čítač obnovy sedmibitový. Obnova dat se zajišťuje většinou jako vnější obnova, speciální paměti mají vnitřní mechanismus obnovy, tedy obvody pro řízení obnovy mají přímo na čipu. Vnější obnova je uspořádána jako - rozložená - dávková - transparentní - během normální činnosti 31

32 Obnova informace - komentář U rozložené obnovy se spouštějí pravidelně cykly obnovy tak, aby se v daném intervalu adresovaly všechny paměťové buňky. U dávkové obnovy následují všechny obnovovací cykly těsně za sebou. U transparentní obnovy se využívá volných intervalů v činnosti paměti, takže obnova pak nezdržuje činnost procesoru. Tento způsob je však možno použít jen někdy. Obnovy normální činností se využívá tam, kde je zaručeno adresování všech paměťových míst normální činností, např. u VIDEO paměti, ze které se cyklicky čtou data pro zobrazení na monitoru. Časové diagramy rozložené a dávkové obnovy jsou na obr. a), b). Cykly běžné činnosti paměti jsou označeny N, obnovovací cykly jsou označeny symbolem R. a) rozložená b) dávková R N N N N N N R N R R R R R R R N N

33 Délka cyklu obnovy Aby byl zachován již ustálený standardní interval mezi cykly rozložené obnovy 16µs bez zvýšení odběru, musí se u každé nové generace paměťových čipů zvětšovat doba uchování informace na dvojnásobek. U DRAM 16 Mb se vyvinuly dvě standardní doby uchování informace - doba převzatá z DRAM 4 Mb - 32 ms/2k cyklů obnovy - úpravami pro snížení odběru - 64 ms/4k cyklů obnovy. Vývojový trend dob uchování informace je zřejmý z obrázku. doba uchování 256 informace [ms] 128 4K cyklů K cyklů 16 4M 16M 64M 256M kapacita [b] 33

34 Bloková struktura DRAM (1) Zvětšení kapacity paměti (adresového prostoru) se provádí uspořádáním paměti do bloků. Na obrázku je naznačena rozšířená adresa a dekodér adresy bloku. Zde je použito jedno z více možných uspořádání. Protože u DRAM nejsou k dispozici výběrové signály Chip Select, jsou pomocí dekodéru vytvářeny v kódu 1 z n selektivní signály CAS i. Signál RAS je rozveden do všech bloků. Výsledná bloková struktura paměti je na dalším obrázku. Zvětšování šířky datového slova je omezeno pouze výkonem výstupů zdrojů signálů CAS i a RAS adresa bloku adresa sloupce adresa řádku A14 A15 A16 CAS E DC. CAS0 CAS1 CAS2. CAS7 34

35 A6-A0 / A13-A7 Bloková struktura DRAM (2) DRAM 16Kx1 DRAM 16Kx1... DRAM 16Kx1 blok 0 CAS0 CAS1 DRAM 16Kx1 DRAM 16Kx1... DRAM 16Kx blok CAS7 DRAM 16Kx1 DRAM 16Kx1... DRAM 16Kx1 blok 7 RAS... Di Di-1 D0 DATA IN/OUT 35

36 Topologie čipu DRAM 16 M x 1 bit bity 10 bitů 10 bitů 0 adresa bloku adresa sloupce adresa řádku Jeden blok má kapacitu 1 Mbit, třetí rozměr adresy má 4 bity. Přepnutí bloku změnou nejvyšších čtyř bitů (bity 20 až 23) beze změny adresy řádku a sloupce proběhne rychleji, než výběr podle nové adresy. Toho se využívá u většiny pamětí zavedením tzv. blokového nebo též stránkového režimu (má-li paměť pouze čtyři bloky, používá se název nibble mode). Po běžné sekvenci nastavení adresy pomocí signálů RAS a CAS se impulsním průběhem na CAS adresují postupně další bloky (hodnota RAS zůstává nezměněna). 36

37 Prokládání paměťových operací Bez prokládání Bank Bez prokládání S prokládáním Čtyřcestné prokládání urychlení 4x

38 Časování základní varianty DRAM Neustálé střídání RAS a CAS vede k tomu, že jen v určitých okamžicích (modrá barva na obrázku) dochází k přenosu dat do procesoru. Jak zvýšit propustnost? Změnit časování paměti! 38

39 Vývoj pamětí DRAM (princip uložení dat zůstává, paměti se liší v zásadě pouze frekvencí a časováním) Fast page mode DRAM (FPM DRAM) umožňuje realizovat čtení tak, že je nastaven ROW na určitou hodnotu a přičítá se hodnota COL Extended data out DRAM (EDO DRAM) přidán latch - prodlužuje se doba, po niž jsou přečtená data k dispozici na datové sběrnici => řadič paměti má více času na to, aby předal data přes sběrnici do procesoru. Burst Enhanced Data-Out DRAM (BEDO DRAM) interní čítač adres urychlí operace s pamětí Synchronous DRAM (SDRAM) jiný princip oproti předchozím, synchronizace paměti, ovládání příkazy RamBus DRAM (RDRAM) speciální typ paměti seriové propojení, sběrnice pouze 16 bitů Double data-rate synchronous DRAM (DDR SDRAM) přenosové děje se ovíjejí od nástupné i sestupné hrany synchronizačních pulsů - je tak možné dvakrát zrychlit přenos DDR2 SDRAM, DDR3 39

40 BEDO Burst Enhanced Data-Out DRAM Paměti typu BEDO obsahují interní čítač adres, takže se do adresového registru zavádí pouze adresa první, zbývajícíčtyři se odvodí v čítači postupnou inkrementací => redukce objemu komunikace mezi řadičem paměti a pamětí (burst = dávkové zpracování). BEDO urychluje o 30% oproti EDO. DR Data Register AL/C Address Latch/counter (plní dvě funkce) 40

41 Synchronní DRAM - SDRAM (1996, MHz, až 512MB, 3.3V ) Synchronní DRAM operace jsou synchronizovány Dávkový (burst) režim, podobně jako BEDO. Paměť SDRAM je řízena kombinací signálů RAS, CAS a WE, které představují kód příkazu. Každou nástupnou hranou signálu CLK jsou tyto signály dekódovány a SDRAM pak provede požadovanou funkci. Příkazy přijímané řadičem paměti a jejich kódy Příkazy generované řadičem pro SDRAM 41

42 SDRAM Programovatelná délka dávky (burst rate) Jedenkrát se aktivuje signál CAS a potom se přenese tolik datových jednotek, kolik udává přednastavená hodnota určitého registru. Programovatelná latence CAS Počet taktů nutných pro dodání dat od aktivace signálu CAS je opět možné nastavit. 42

43 DDR SDRAM Double Data Rate (r. 2000, MHz, 2.5V, 64MB - 2GB ) DDR - data jsou přenášena na náběžné i sestupné hraně hodinového pulsu (propustnost: 1,6-3,2 GB/s). Startovací frekvence jsou od 266MHz, které se označují standardem DDR266. Maximální rychlosti technologie DDR se pohybují okolo 600MHz efektivně, ale obvykle je pro jejich dosažení nutné značně vysoké napájecí napětí (i přes 3 V). Kromě DDR existuje i nízkonapěťová verze DDR pamětí LPDDR, které mají napájecí napětí mezi V a vykazují až o 40% nižší spotřebu. 43

44 SDRAM vs DDR 44

45 DDR2 a DDR3 DDR2-400 DDR2-800 pracovní frekvence: MHz, propustnost: GB/s, 1.8 V, 128 MB až 8 GB DDR DDR pracovní frekvence MHz, propustnost 6.4 GB/s 12.8 GB/s, napájecí napětí 1.5 V kapacita: 8 GB (Infineon) GDDR4 (Samsung)? 45

46 DDR vs DDR2 46

47 Prefetch K tomu, aby se využila celková délka burst přenosu, musí být procesor náležitě navržen, tj. musí být schopen přijmout jisté množství dat. Procesor při zjištění požadavku na čtení z DRAM vyvolá požadavek na určitý počet bytů. Tento počet je určen parametrem prefetch (přednačtení) a udává se v bytech. Například procesor Pentium III vyvolává požadavek na čtení 32 bytů. Výrobci procesorů většinou koncipují délku prefetch podle dostupných paměťových technologií tak, aby se využila celá délka burst přenosu. Například zmíněné Pentium III se svými 32 byty přesně odpovídá množství dat dodaných SDRAM pamětmi. Kdyby Pentium III načítal 64bytů, bylo by nutné vyvolat dva burst přenosy. Představme si nyní, co by se stalo, kdyby základní deska s Pentiem III byla osazena pamětmi DDR SDRAM. Ty by dodaly ne 32bytů, ale rovnou 64bytů. Procesor by ale přijal pouze prvních 32bytů a zbytek by zahodil (pokud by to nebylo ošetřeno jinak). Procesory Athlon jsou nastaveny na 64 bytový prefetch. To je shodou okolností přesně délka burst přenosu DDR SDRAM. Pentia 4 používá prefetch 128 bytů. 128 bytů je přesně schopnost burst přenosu pro dvou-kanálovou DDR SDRAM. 47

48 Vývoj parametrů DRAM 48

49 Paměť Flash nenaprogramovaná (smazaná) buňka naprogramovaná buňka Paměť Flash je paměť typu EEPROM (elektricky mazatelná a programovatelná paměť). Je tvořena sítí řádků a sloupců, na jejichž průsečících leží jednotlivé paměťové buňky. Každá z buněk obsahuje jeden unipolární tranzistor, který má nad sebou umístěna dvě hradla, vzájemně izolovaná tenkou oxidovou vrstvičkou. Horní hradlo (řídicí) je připojeno na sběrnici řádků a spodní hradlo není připojeno nikam (je plovoucí). Náboj se na toto plovoucí hradlo dostane tunelováním z řídicího hradla. Nenaprogramovaná buňka paměti nemá na plovoucím hradle žádný náboj, a proto se po přivedení výběrového signálu na konkrétní naadresovaný řádek paměti nedokáže paměťový tranzistor otevřít. Buňka si pamatuje logickou hodnotu 1. Pokud však vpravíme do plovoucího hradla náboj (programováním paměti), pak se po výběru řádku paměti dokáží tranzistory naprogramované paměťové buňky otevřít a buňka si tedy pamatuje logickou 0. Mazání paměti spočívá v tom, že se z plovoucího hradla uložený náboj odvede pryč. 49

50 Flash: Organizace paměťových buněk NAND vysoká hustota a kapacita, rychlý zápis, rychlé mazání, nižší spolehlivost (pro paměťové karty, MP3 přehrávače atd.). Nutnost použití redundantních buněk a opravných kódů. NOR rychlé čtení, pomalý zápis, pomalé mazání, nižší kapacita/$ (telefony, vestavěné systémy) 50

51 Flash čip 51

52 Trendy v NAND Flash pamětech 52

53 Příklady dalších variant pamětí FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) využívá feroelektrické krystaly, které umožňují paměti pracovat jako rychlá RAM a zároveň podržet data bez přítomnosti napájecího napětí. MRAM (magnetoresistive random-access memory) U tohoto typu paměti jsou data uložena za využití spinu elektronu, narozdíl od jiných druhů pamětí, u kterých nese informaci elektrický náboj. MRAM má oproti běžným RAM pamětem tu výhodu, že informace v ní uložené zůstávají po dobu asi deseti let i v případě, že dojde k odpojení napájení. MRAM umožňuje oproti technologii FLASH vyšší rychlost čtení i zápisu (až 200MB/s). Na rozdíl od technologie FLASH při zápisu nedochází k opotřebení, paměti zvládnou prakticky neomezené množství (10 15 ) zapisovacích cyklů. Celkový odběr proudu, který potřebují MRAM paměti pro zápis, je oproti FLASH pamětem také menší. Molekulární paměť bakteriorhodopsin a mnoho dalších 53