Speicher: RAMs, ROMs PROMS, EPROMs, EEPROMs, Flash EPROM

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1 Speicher: RAMs, ROMs PROMS, EPROMs, EEPROMs, Flash EPROM RAMs (Random Access Memory) - Schreib-Lese-Speicher RAMs sind Speicher mit der Aufgabe, binäre Daten für eine bestimmte Zeit zu speichern. Diese Schaltkreise sind als Arbeitsspeicher des PCs bekannt. Man nennt RAMs flüchtige Speicher, weil sie nach Ausfall der Betriebsspannung ihren Speicherinhalt verlieren. Statische RAMs setzen sich aus 1-Bit Speicherelementen, und zwar Flipflops (D-Latch) zusammen. - Battery Back-up möglich - hohe Geschwindigkeit - beliebig oft überschreibbar D D Q C X Y 1-Bit Speicher Q WE CE Der Leseverstärker (mit Open Collector oder Tristate Ausgang ausgeführt), WE (Write Enable=1 -> schreiben) und CE (Chip Enable = Strobe = CS = Chip Select) werden von allen Speicherzellen am Chip gemeinsam benutzt. Dynamische RAMs (DRAMs) setzen sich aus 1-Bit Speicherelementen zusammen, die Ladung eines Kondensators wird für die Speicherung von Informationen verwendet. Durch Leckströme bedingt, fließen Ladungen vom Kondensator ab und verändern so möglicherweise die Information einer Bitstelle. Bei dynamischen Speichern müssen die Ladungsverluste der Kondensatoren ausgeglichen werden, bevor die in ihnen gespeicherte Information verloren geht. - müssen aufgefrischt (refresh) werden, zusätzlich erforderliche Auffrischlogik - hohe Integration, hohe Speicherdichten, klein - kleiner Energieverbrauch - einfacher, preisgünstiger Aufbau Weitere Typen: - SDRAM (synchronous DRAM) - DDR (Double Data Rate) - RDRAM (Rambus DRAM) ROMs - Festwertspeicher (Read Only Memory) herstellerprogrammiert, maskenprogrammiert Hat das angewählte Speicherelement eine 0 als Inhalt, wird die Datenleitung auf Masse und damit auf L gelegt, weil der Transistor (oder Diode) durchgesteuert ist. Hat das angewählte Datenelement eine 1 als Inhalt, dann bleibt die Datenleitung auf H - Pegel. Es fehlt die Verbindung zur Masse. Speicher: RAMs, ROMs, EPROMs 1/

2 Festwertspeicher erhalten nicht löschbare und nicht änderbare Daten, die vom Hersteller eingegeben werden. Ein ROM kann mit einem Buch verglichen werden, er ist jederzeit lesbar. In einem ROM speichert man häufig benötigte Daten, etwa Steueranweisungen, Programme, Kennlinien und Kennlinienfelder, Tabellen usw., die nicht verändert werden müssen. Solche Festwertspeicher nennt man maskenprogrammierbare Festwertspeicher. Die gespeicherten Daten werden bereits bei der Herstellung eingebracht. Die Übersicht zeigt das Datenblatt eines ROM. Speicher: RAMs, ROMs, EPROMs 2/

3 PROM (Programmable ROM) Programmierbare Festwertspeicher - anwenderprogrammiert Ein Programmiergerät kann in den angewählten Speicherelementen Transistoren (Dioden) wegbrennen, sodass eine 1 gespeichert wird. Eine solche Programmierung ist irreversibel. EPROM (Erasable PROM) - Löschbare programmierbare Festwertspeicher Gesamtlöschung durch UV-Licht. EEPROM (Electrical EPROM) Beim EEPROM können einzelne Speichereinheiten elektrisch gelöscht und neu beschrieben werden. - Langsamer Schreibzyklus - Elektrisch programmierbar und löschbar (Anzahl begrenzt) - Keine Batterie ist notwendig - Kleinere Speichergrößen als ROMs und RAMs Flash EPROM Sie bieten die Möglichkeit, den Speicher elektrisch blockweise zu löschen. Beim Flash Speicher muss man um ein einziges Bit zu ändern, immer einen gesamten Block löschen und neu beschreiben. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine Aktualisierung der Firmware erfolgen, ohne dass das Gerät geöffnet werden muss (Anwendung: Update PC-BIOS).. Flash-Speicher haben eine begrenzte Lebensdauer. Hersteller geben zur Zeit bis zu einer Million Schreib-/Lesezyklen an. Durch Reserveblöcke und Fehlerkorrektur ist eine Lebensdauer von 60 bis 100 Jahren zu erzielen. Eine maximale Schreibgeschwindigkeit von 10 MByte/s erreicht der AND-Flash-Speicher HN29V1G91 von Hitachi. Somit sind etwa 13 Sekunden erforderlich, um die gesamten 128 MByte (1 Gbit) des Chips zu beschreiben. - Vor- und Nachteile wie EEPROM - Ist nur blockweise löschbar Aufbau von Speichern, insbesondere RAMs Speicher werden in Matrizenform aufgebaut. Das erfolgt durch Zusammenschalten der einzelnen Speicherzellen. Jedes Speicherelement ist über die Koordinatenleitungen einzeln anwählbar. Aufgrund seiner festen Position in der Matrixstruktur hat es auch eine Adresse. Damit ist jedes Bit (oder Byte oder Word) adressierbar. Möchte man z.b. den Speicherinhalt des Speicherelements 2-4 auslesen, dann müssen die Koordinatenleitungen X 2 und Y 4 ein H erhalten. An den Schreib - Lese - Leitungen liegt das Ausgangssignal Q an. Statische und dynamische RAMs werden mit verschiedenen Speicherkapazitäten und in verschiedenen Organisationsformen angeboten. Speicherkapazität von 16 x 1 Bit Speicher: RAMs, ROMs, EPROMs 3/

4 32 x 8 - Bit Speichers: Der Speicher enthält 32 Speicherzellen zu je 8 Bit. Jede 8 - Bit - Einheit ist über eine Adresse anwählbar. Die 8 Bit einer Speicherzelle werden jeweils gemeinsam geschrieben und gelesen. 256 x 1 Bit Speicher, Multiplexen von Adressleitungen: Dieser benötigt 16 X- und 16 Y- Koordinatenleitungen. Allein diese 32 Leitungen nach außen zu führen, wäre wegen der vielen Anschlüsse technologisch sehr schwer zu bewältigen. Deshalb wird ein Adresskodierer verwendet. Für 16 Koordinatenleitungen sind wegen 16 = 2 4 nur 4 Adressleitungen notwendig. Das bedeutet, dass die Adresskodierer in den Schaltkreis integriert werden müssen. 16 kbit x 1 - Bit Speicher: Es müssen Bit anwählbar sein. Dazu sind 128 X - und 128 Y Koordinatenleitungen erforderlich. Für 128 Koordinatenleitungen benötigte man wegen 128 = 2 7 genau 7 Steuerleitungen. Damit wäre die gesamte Adressierung über 14 Leitungen nach außen zu führen. Da am Schaltkreis noch weiter Anschlüsse für Daten und Steuerleitungen angebracht werden müssen, wird in solchen Fällen das Multiplexverfahren angewendet. An die Eingänge A 1 bis A 7 wird zunächst die X - Adresse angelegt. Danach wird an die selben Eingänge die Y - Adresse angelegt. Die Umschaltung erfolgt mit einem Steuersignal St. Das Multiplexen der Adressleitungen erlaubt die Verwendung kleiner IC - Gehäuse. St Speicher: RAMs, ROMs, EPROMs 4/

5 Auswahl eines Speichers, Speicherkenngrößen: Speicherkapazität: Anzahl der Speicherelemente und damit der speicherbaren Bit Speicherorganisation: Art der Speicherkapazität einer Speicherzelle und deren Anwahlmöglichkeit Zugriffszeit: Zykluszeit: Leistungsbedarf: Zeit von der Adressierung bis zur Verfügbarkeit der Daten am Datenausgang Kürzeste Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schreib- Lesevorgängen Gesamtleistungsbedarf in Betrieb und bei Ruhe Elektrische Betriebsbedingungen: Versorgungsspannung, Signalpegel, Toleranzbereiche, Grenzwerte Arbeitstemperaturbereich: 0-70 Grad C Unterschiedlich organisierte Speicherbausteine: Speicherkapazität (Bit) Organisation Art Typ (Beispiel) Hersteller (Beispiel) 1 M 128 K * 8 SRAM M5M51008P-12 Mitsubishi 1 M 64 K * 16 EPROM M27C XF1 SGS-Thomson 4 M 256 K * 16 DRAM PD424260LE-80 NEC 1 M 256 K * 4 DRAM PD424256C-10 NEC 1 M 1 M * 1 DRAM TC511000AP-10 Toshiba Eine Speicherzelle wird oft auch als Speicherwort bezeichnet. Ein Speicherwort besteht dann aus 16, 8, 4 oder 1 Bit (übliche Werte). Ein acht-bit-speicherwort heißt Byte; ein vier-bit-speicherwort Nibble. Speicher-Module Im PC-Bereich gibt es unterschiedliche Typen von Modulen SIP (16-Bit-Datenbus, selten), SIMM (16-Bit-Datenbus, 30polig), PS/2 (32-Bit-Datenbus, 72polig) DIMM (64-Bit-Datenbus, neueste Version, 168polig), die untereinander nicht austauschbar sind. Speicherhierarchie Kapazität und Zugriffszeit gebräuchlicher Speichermedien: Speicher: RAMs, ROMs, EPROMs 5/

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