Jak jste na tom s pamětí? (3)

Protože jsme to posledně nestihli, probereme se dnes celou škálou pamětí ROM.

Neuplynul ani den a jsme tu s další částí povídání o technologiích používaných při výrobě pamětí. Dnes se postupně probereme celou škálou pamětí ROM a myslím, že v příštím díle stihneme část pamětí RAM. V minulém díle jsme skončili obecným povídáním o pamětích ROM, a proto začneme jí nejbližší technologií - PROM.

Paměti PROM (Programable Read Only Memory)

Paměť PROM neobsahuje, na rozdíl o paměti ROM, po vyrobení žádnou pevnou informaci a je až na uživateli, aby provedl příslušný zápis informace. Tento zápis je možné provést pouze jednou a poté již paměť slouží stejně jako paměť ROM. Paměti PROM představují statické a energeticky nezávislé paměti (viz minulá část).

Buňku paměti je možné realizovat podobně jako u paměti ROM. Při výrobě je vyrobena matice obsahující spojené adresové vodiče s datovými vodiči přes polovodičovou diodu a tavnou pojistku z niklu a chromu (NiCr). Takto vyrobená paměť obsahuje na začátku samé hodnoty 1. Zápis informace se provádí vyšší hodnotou elektrického proudu (cca 10 mA), která způsobí přepálení tavné pojistky a tím i definitivně zápis hodnoty 0 do příslušné paměťové buňky. Paměti typu PROM jsou také často realizovány pomocí bipolárních multiemitorových tranzistorů, jak je uvedeno na následujícím obrázku:

Takto realizovaná paměť PROM obsahuje pro každý adresový vodič jeden multiemitorový tranzistor. Každý z těchto tranzistorů obsahuje tolik emitorů (tranzistor má tři "nožicky" - kolektor, bázi a emitor, o jejich funkci zde ale psát nebudu, protože by to vydalo nejméně na jeden další článek), kolik je datových vodičů. Při čtení z paměti je opět na příslušný adresový vodič přivedena hodnota logická 1, která způsobí, že tranzistor se otevře a ve směru kolektor(R) emitor začne procházet elektrický proud. Jestliže je tavná pojistka průchozí, procházející proud otevře tranzistor, který je zapojen jako invertor, a na výstupu je přečtena hodnota 0. Jestliže tavná pojistka byla při zápisu přepálena, tzn. je neprůchozí, nedojde k otevření tranzistoru a na výstupu je přečtena hodnota 1.

Paměť PROM pracující na tomto principu má po svém vyrobení ve všech buňkách zapsánu hodnotu 0 a při jejím programování se do některých buněk přepálením tavné pojistky zapíše hodnota 1.

Další variací na téma ROM pamětí je paměť zvaná EPROM (Eraseable Programable Read Only Memory). Paměť EPROM je statická, energeticky nezávislá paměť, do které může uživatel provést zápis. Poté je možné zapsané informace vymazat působením ultrafialového záření. Tyto paměti jsou realizovány pomocí speciálních unipolárních tranzistorů, které jsou schopny na svém přechodu udržet elektrický náboj po dobu až několika let. Tento náboj lze vymazat právě působením UV záření. Paměti EPROM jsou charakteristické malým okénkem v pouzdře integrovaného obvodu obsahujícího tuto paměť. Pod okénkem je umístěn vlastní paměťový čip a to je místo, na které je potřeba směřovat při vymazávání zdroj UV záření. Při práci bývá tento otvor většinou přelepen ochranným štítkem, aby nedocházelo ke ztrátám informace vlivem UV záření přicházejícího ze slunce a z ovzduší. Zapojení jedné buňky paměti EPROM je podobné jako u paměti EEPROM, o které si povíme v zápětí.

Paměti EEPROM (Electrically EPROM)

Tento typ paměti má podobné chování jako paměti EPROM, tj. jedná se o statickou, energeticky nezávislou paměť, kterou je možné naprogramovat a později z ní informace vymazat. Výhodou oproti EPROM pamětem je, že vymazání se provádí elektricky a nikoliv pomocí UV záření, čímž odpadá nepohodlná manipulace s pamětí při jejím mazání. Při výrobě pamětí EEPROM se používá speciálních tranzistorů vyrobených technologií MNOS (Metal Nitrid Oxide Semiconductor). Jedná se o tranzistory, na jejichž řídící elektrodě je nanesena vrstva nitridu křemíku (Si₃N₄) a pod ní je umístěna tenká vrstva oxidu křemičitého (SiO₂). Vlastní buňka paměti EEPROM pak pracuje na principu tunelování (vkládání) elektrického náboje na přechod těchto dvou vrstev.

Při zápisu dat se přivede na příslušný adresový vodič záporné napětí -U a datový vodič buněk, do nichž se má zaznamenat hodnota 1, se uzemní. Tranzistor se otevře a vznikne v něm náboj, který vytvoří velké prahové napětí. Při čtení se přivede na adresový vodič záporný impuls. Tranzistor s malým prahovým napětím se otevře a vede elektrický proud do datového vodiče, zatímco tranzistor s velkým prahovým napětím zůstane uzavřen. Vymazání paměti se provádí kladným napětím +U, které se přivede na adresové vodiče. Tunelovaný náboj se tím zmenší a prahové napětí poklesne, čímž je paměť vymazána.

Na začátku jsem psal, že pokud to stihneme, dostaneme se již dnes k pamětem RAM. Lepším výrazem, než že nám zůstane čas, by asi bylo, pokud se mi podaří vás nezahltit příliš odbornou terminologií z oblasti elektrotechniky. Osobně se mi to velice těžko posuzuje (elektrotechniku studuji na ČVUT), protože některé věci, které považuji za samozřejmé, mohou být pro někoho příliš tvrdým oříškem a naopak. Byl bych vám tedy vděčen, kdybyste mi e - mailem poslali váš názor na výše uvedený problém (nejlepší bude asi přímo na redakční adresu [e-mail]), a já se budu snažit výklad přizpůsobit vašim požadavkům.