MEMORIA INTERNĂ A SISTEMELOR DE CALCUL

CUPRINS1. Introducere - Memoria sistemelor de calcul ................................................................................ pag. 22. Conţinut tehnic ............................................................................................................................ pag. 3 2.1 Reprezentarea datelor în memorie ........................................................................................ pag. 3 2.2 Parametrii ce caracterizează memoria .................................................................................. pag. 4 2.3 Memoria internă ..................................................................................................................... pag. 4 2.3.1 Memorii semiconductoare integrate ................................................................................. pag. 6 2.3.2 Structura celulei de memorie RAM .................................................................................. pag. 6 2.3.3 Structura celulei de memorie ROM .................................................................................. pag. 8 2.3.4 Circuite de memorii .......................................................................................................... pag. 10 2.3.5 Memorii RAM ................................................................................................................... pag. 12 a) Principiul de operare al memoriei DRAM .......................................................................... pag. 13 b) Clasificarea memoriilor RAM ............................................................................................. pag. 15 2.3.6 Formate fizice şi logice .................................................................................................... pag. 17 a) Memoria RAM la calculatoare personale .......................................................................... pag. 17 b) Memoria RAM la laptop-uri şi notebook-uri ...................................................................... pag. 20 2.3.7 Memorii ROM .................................................................................................................. pag. 22 3. Concluzii ..................................................................................................................................... pag. 244. Bibliografie .................................................................................................................................. pag. 24

1. INTRODUCERE - Memoria sistemelor de calcul Memoria este partea sistemelor de calcul care se utilizează pentru păstrarea şi regăsirea

ulterioară a datelor şi instrucţiunilor. Operaţiile principale în care este implicată memoria sunt următoarele:

Preluarea datelor de intrare în memorie; Păstrarea datelor până la prelucrarea lor de către UCP (Unitatea Centrală de Procesare); Păstrarea datelor de ieşire până când ele vor putea fi preluate de echipamentele de ieşire; Transmiterea datelor din memorie la ieşire.

Există 2 tipuri de baza de memorii: internă si externă. Memoria internă (numită si memorie de stocare primară) păstrează datele temporar, doar pe timpul funcţionării calculatorului, pe când cea externa o păstrează pe termen lung, inclusiv pe timpul nefuncţionării calculatorului. Totuşi, printr-un oarecare abuz de limbaj, în mediul tehnologiei informaţiei termenul de memorie desemnează memoria internă. Memoria externă (memorie de stocare secundară), sinonimă uneori cu termenul de disk, conţine: memorie flash, dispozitive de stocare magnetica (hard disk-uri, floppy disk si banda magnetica), disk-uri optice (CD-ROM, DVD-ROM), ca si metode timpurii de stocare ca banda perforata si cartele perforate.

Performanţele calculatoarelor sunt puternic influenţate de sistemele de memorie. Deoarece în memorie sunt păstrate atât datele, cât şi instrucţiunile, sistemul de memorie trebuie să satisfacă cererile simultane pentru prelucrarea datelor, execuţia instrucţiunilor şi transferul între memorie şi exterior.

Există o mare varietate de tipuri, tehnologii, organizări, performanţe şi costuri ale memoriilor utilizate în sistemele de calcul. Nici una din acestea nu este optimă pentru satisfacerea tuturor cerinţelor. Ca o consecinţă, sistemele de calcul sunt echipate cu o ierarhie de subsisteme de memorie, unele interne sistemului (accesibile direct de UCP), iar altele externe (accesibile de UCP printr-un modul de I/E).

Ierarhia de memoriiPrincipalele caracteristici ale unui sistem de memorie sunt capacitatea şi performanţele

memoriei, în special timpul de acces. De asemenea trebuie luat în considerare şi costul memoriei. Aceste caracteristici sunt în general contradictorii.

Între capacitatea, timpul de acces şi costul pe bit al sistemelor de memorie există următoarele relaţii:

o capacitate mai mare necesită un timp de acces mai mare; o capacitate mai mare implică un cost pe bit mai mic; Un timp de acces mai mic duce la un cost pe bit mai mare.

Trebuie utilizate tehnologii care să asigură o capacitate mare (fiind necesară), şi pentru care costul pe bit al acestor tehnologii este mai redus. De asemenea, pentru a avea performanţe, trebuie utilizate memorii cu un timp de acces redus, care au un cost ridicat şi o capacitate relativ redusă. Aceste cerinţe contradictorii se pot asigura utilizând în cadrul unui sistem de calcul mai multe componente şi tehnologii de memorie, care să formeze o ierarhie de memorii (figura 1) .

Fig. 1 - Ierarhia memoriilor într-un sistem de calcul

Se constată că parcurgând ierarhia de la partea superioară spre partea inferioară:a. Scade costul pe bit;b. Creşte capacitatea;c. Creşte timpul de acces;d. Scade frecvenţa de acces la memorie de către UCP.

Concluzia: memoriile rapide, cu un cost mai ridicat, trebuie extinse prin memorii de dimensiuni mai mari, mai lente, dar mai ieftine. Dacă memoria este organizată conform punctelor (a) - (c), şi dacă datele şi instrucţiunile se distribuie conform condiţiei (d), această organizare va reduce costurile globale, la un nivel al performanţelor relativ ridicat.

2. CONTINUT TEHNIC

2.1 Reprezentarea datelor în memorie

Rolul dispozitivelor de memorare constă in păstrarea datelor şi programelor, concretizate in operanzii ce constituie datele iniţiale ale aplicaţiei, rezultatele intermediare şi finale, instrucţiunile ce compun programele, precum şi alte date necesare derulării corecte şi complete a aplicaţiilor pe un sistem de calcul.

Atât datele, cat şi instrucţiunile, constituite din litere, cifre şi caractere speciale, sunt recunoscute de sistemul de calcul numai sub forma unor succesiuni de cifre binare, numite biţi (bit - binary digit).

Bitul reprezintă cea mai mică unitate de date care poate fi reprezentată şi prelucrată de către un sistem de calcul.

O succesiune de opt biţi se numeşte byte sau octet, fiind cea mai mică unitate de date care poate fi reprezentată şi adresată de către memoria unui sistem de calcul.

Multiplii byte-ului sunt:1 Kilobyte = 1024 bytes (210 bytes)1 Megabyte = 1024 KB (210 kilobytes) = 220 bytes1 Gigabyte = 1024 MB (210 megabytes) = 230 bytes1 Terrabyte = 1024 GB (210 gigabytes) = 240 bytes1 Petabyte = 1024 TB (210 terrabytes) = 250 bytes1 Exabyte = 1024 PB (210 petabytes) = 260 bytes1 Zettabyte = 1024 Exabyte (210 exabytes) = 270 bytes1 Yottabyte = 1024 Zettabytes (210 zettabytes) = 280 bytes

Pe parcursul operaţiilor de prelucrare la care sunt supuse datele, unitatea de comandă şi control trebuie să poată localiza datele/informaţiile care se transferă între diverse componente ale sistemului de

calcul. În acest scop, fiecărei date reprezentată în memorie, în funcţie de locul unde se păstrează, i se atribuie un număr având rol de adresă, astfel încât datele/informaţiile se vor regăsi în memorie după o anumită adresă (efectivă) şi nu după conţinut.

Pentru unitatea de comandă şi control, memoria este o colecţie de locaţii binare identificabile printr-o adresă unică, specifică fiecărui grup de câte opt biţi: la nivelul unui program nu se lucrează cu adrese efective, pentru fiecare dată asociindu-se o variabilă având rol de adresă simbolică.

Atât datele, cât şi programele se încarcă în memorie numai în momentul execuţiei, într-un spaţiu liber în acel moment; deci adresele fizice nu pot fi cunoscute înaintea solicitării unui spaţiu de memorie disponibil. O dată ce s-a atribuit o zonă de memorie, microprocesorul asociază adreselor simbolice folosite în program, adrese efective de identificare a conţinutului locaţiilor adresate.

2.2 Parametrii ce caracterizează memoria

Memoria sistemelor de calcul este caracterizată de următorii parametri mai semnificativi:a) Capacitatea - reprezintă numărul de bytes pe care îi poate stoca memoria la un moment dat;

deoarece acest număr este foarte mare se exprimă de regulă prin multipli de bytes: K, M, G, T.b) Timpul de acces reprezintă intervalul de timp dintre solicitarea unei date/informaţii din memorie şi

obţinerea acesteia: At=t2-t,în care:At este timpul de acces;t - momentul solicitării unei date/informaţii din memorie;t2 - momentul obţinerii datei/informaţiei.

c) Modul de organizare şi adresareDin punct de vedere al modului de organizare, memoriile sistemelor de calcul includ două niveluri:

o memoria internă - denumită şi memorie principală, care păstrează temporar datele şi programele pe parcursul execuţiei de către UCP; o dată încheiată execuţia, rezultatele vor fi extrase din memoria internă (privită ca memorie de lucru) şi transferată către dispozitivele de afişare a rezultatelor; memoria internă are o capacitate mică şi un timp de acces redus;

o memoria externă - denumită şi memorie auxiliară, păstrează datele/informaţiile şi programele pe suporturi externe, în vederea unor prelucrări ulterioare sau arhivării; capacitatea de memorare este practic nelimitată, în funcţie de suporturile externe disponibile, având un timp de acces mult mai mare decât memoria internă.

În cazul memoriei virtuale, memoria externă se poate constitui ca o extensie a memoriei interne.Din punct de vedere al accesului, memoriile sunt:- cu acces direct (aleator), la care timpul de acces la orice adresă din memorie este aproximativ acelaşi;- cu acces poziţional, la care timpul de acces la o anumită adresă este determinat de o serie de deplasări relative faţă de adresa de început.

d) Tehnicile de introducere/extragere a datelor/informaţiilor, care pot fi seri ale - operaţia se execută secvenţial una după cealaltă sau paralel - când transferul datelor are loc în blocuri de o anumită dimensiune.

e) Viteza de operare reprezintă numărul de bytes ce se transferă în/din memorie într-o unitate de timp (rata de transfer).

f) Realizarea modulară reprezintă posibilitatea divizării memoriei în module de o anumită dimensiune, cu posibilitatea extinderii în funcţie de configuraţie.

2.3 Memoria internă

Memoria internă stochează instrucţiunile de prelucrat, rezultatele intermediare şi finale ale programelor în execuţie la un moment dat. Datele necesare programului în execuţie se stochează în memoria internă, care este o memorie cu acces direct, pentru a putea furniza unităţii centrale de prelucrare, într-un timp minim, datele solicitate pentru prelucrare. Din această cauză timpul de acces al memoriei interne trebuie să fie mai mic sau cel mult egal cu timpul necesar unităţii centrale de prelucrare pentru a executa o instrucţiune, ta < tcpu.

Transferul datelor în memorie se numeşte scriere; iar extragerea informaţiilor din memorie se numeşte citire, ambele operaţii efectuându-se sub supravegherea UCP. Schimbul de date/informaţii cu memoria este redat în figura 2.

Fig. 2 - Scrierea şi citirea în/din memoria internă

Localizarea unei date/informaţii în memorie se realizează prin specificarea adresei asociate introduse într-un registru de adrese cu o capacitate de n biţi, care va putea identifica prin intermediul unuiu decodificator, 2n locaţii de memorie. După localizarea adresei în memorie, dacă se emite un semnal de comandă „scriere", datele conţinute în registrul de date se transferă în memorie la adresa determinată anterior, în mod similar, printr-un semnal de comandă „citire" datele conţinute la adresa specificată de registrul de adrese sunt aduse în registrul de date, de unde urmează a fi transferate către alte dispozitive ale sistemului de calcul.

Intervalul de timp necesar unei referiri la memorie se numeşte ciclu de memorie (a nu se confunda cu timpul de acces), pe parcursul căruia conţinutul registrului de adrese rămâne nemodificat.Dispozitivele fizice care alcătuiesc memoria internă trebuie să îndeplinească anumite cerinţe:- existenţa a două stări stabile, în vederea memorării datelor sub forma binară;- volum cât mai mic;- preţul pe megabyte cât mai scăzut;- timp de acces cât mai redus;- realizare modulară cu posibilităţi de extindere.

Ţinând cont de aceste cerinţe, s-au realizat de memorii cu inele de ferită sau film magnetic, în momentul de faţă fiind realizate cu circuite semiconductoare integrate, care asigură un timp de acces de ordinul nanosecundelor, timp identic cu ciclul unităţii centrale de prelucrare. Celula elementară de memorie constă dintr-un circuit basculant bistabil (celulă binară). Celulele binare sunt aranjate în grupuri de 8 linii x 8 coloane, aşa cum se observă din figura 3.

Figura 3 - Organizarea memoriei integrateRAS - Row Address Strobe CAS - Column Address Strobe

Trimiţând curent electric prin liniile şi coloanele de selectare, celulele binare aflate în punctele în care firele încărcate electric se intersectează se încarcă şi ajung în "1" logic, celelalte rămân în "0".

2.3.1 Memorii semiconductoare integrate

Memoriile interne se clasifică în două categorii: memorii RAM (Random Access Memory); memorii ROM (Read Only Memory).

Memoriile RAM (figura 4) sunt memorii cu acces direct, realizate din module (cipuri) de o anumită dimensiune; în general, sunt memorii integrate realizate într-o tehnologie MOS cu avantajul citirii/scrierii datelor în mod direct din/în orice cuvânt de memorie.

Sunt memorii volatile, ceea ce presupune pierderea conţinutului odată cu întreruperea alimentării.

Fig. 4 - Memorie internă RAMMemoriile ROM ((figura 5) sau memorii permanente, sunt construite din cipuri al căror conţinut

este nedistructibil. Informaţiile memorate pot fi doar citite, deci nu pot fi modificate sau şterse.

Fig. 5 - Memorie internă ROM [6]

2.3.2 Structura celulei de memorie RAM

Circuitul basculant bistabil, ce alcătuieşte o celulă elementară de memorie, se poate realiza fie cu tranzistoare bipolare, fie cu tranzistoare MOS. Circuitul de memorare propriu-zis este aranjat sub forma unei matrice în ale cărui noduri se găsesc celulele de memorie. Structura circuitului de memorie având o matrice de m x n celule de memorie este dată în figura 6.

Fig.6 - Structura unei matrice de memorie

Capacitatea memoriei este dată de produsul m x n şi se măsoară în biţi.Pentru accesul la celula de memorie (i, j) se face selecţia liniei acţionând WLi şi selectia coloanei

prin . În cazul utilizării de tranzistoare bipolare, circuitul elementar de memorie este constituit din

circuitul basculant bistabil (CBB) (figura 7).

Fig. 7 - Celule de memorie cu tranzistoare bipolare

Liniile de conexiune în afara celulei sunt:

2 linii de bit, şi , care folosesc la scrierea şi citirea informaţiei în celulă; aceste linii sunt comune tuturor celulelor de pe aceeaşi coloană dintr-o matrice de memorie;

linie de selecţie cuvânt (WL), reprezentând selecţia pe linii în matricea de memorie; acţionarea unei selecţii cuvânt face posibilă citirea sau scrierea informaţiei în oricare din celulele de memorie situate pe aceeaşi linie în matrice;

linie de alimentare (sursă de curent Vcc sau generatorul de curent Iee); această conexiune este comună tuturor celulelor din matricea de memorie.

o În figura 7.a celula de memorie foloseşte tranzistoare multiemitor. În stare neselectată, conexiunea selecţie cuvânt (WL) este menţinută la un potenţial coborât (+0,3 V). Liniile de bit (

, ) sunt conexiuni pentru sesizarea stării bistabilului şi în mod normal sunt conectate la capătul coloanei la o tensiune de + 0,5 V prin intermediul unor rezistoare care să sesizeze apariţia unui curent.

o Celula de memorie din figura 7.b foloseşte diode Shottky pentru sesizarea şi înscrierea informaţiei în celulă. În stare neselectată, selecţia cuvânt (WL) este menţinută la un potenţial de + 2,5 V. În această situaţie, alimentarea celulei este de numai 1 V, tensiune suficientă pentru a menţine corect starea acesteia, asigurând în acelaşi timp un consum mic de putere [3].

o Circuitul elementar de memorie din figura 7.c foloseşte alimentarea cu generatoare de curent constant în emitoare, obţinându-se bistabili de tipul ECL (Emitter Coupled Logic). Selecţia cuvânt WL polarizează în acelaşi timp colectoarele tranzistoarelor din celula de memorie. În stare neselectată, potenţialul liniei WL este coborât, consumul de putere in acest caz fiind mic [1 pg.61].

2.3.3 Structura celulei de memorie ROM

Calculatoarele personale mai dispun şi de circuite de memorie în care păstrează programe strict necesare pentru derularea transferului între componentele sistemului, de exemplu programe ce nu-şi modifică, în general, conţinutul. Ele sunt păstrate într-o memorie nevolatilă, numită memorie ROM (Read Only Memory).

Memoriile ROM sau memorii permanente, sunt construite din cipuri al căror conţinut este nedistructibil. Informaţiile memorate pot fi doar citite, deci nu pot fi modificate sau şterse. Memoriile ROM au un conţinut fix încă din construcţia lor; faptul că citirea informaţiilor este nedistructivă conduce la obţinerea unor timpi de acces foarte mici. Rolul acestor memorii este de a stoca programe cu grad mare de generalitate şi o frecvenţă sporită de utilizare; construirea acestor programe în partea de hardware a unui sistem de calcul oferă avantajul vitezei şi siguranţei execuţiei, comparativ cu implementarea acestora ca software, care ar avea doar avantajul flexibilităţii.

Initial au fost realizate ca memorii capacitive (CROS - Capacity Read Only Storage) şi inductive, cu transformatoare (TROS); apariţia memoriilor semiconductoare integrate a permis eventuala modificare a conţinutului sau ştergere.

Dintre variantele de memorii ROM realizate cu elemente semiconductoare integrate pe pastile de siliciu se menţionează:

PROM (Programmable ROM) - memoriile ROM programabile sunt memorii al căror conţinut nu este fixat din construcţie; acesta poate fi înscris după dorinţa utilizatorului, dar odată ce a fost înscris nu se mai poate modifica sau şterge.

EPROM (Erasable PROM) - sunt memorii PROM ce pot fi şterse (E - Erasable) dar numai prin procedee speciale (generator de raze ultraviolete).

EEPROM (Electrically EPROM) - sunt memorii EPROM care nu necesită surse de radiaţii ultraviolete, ci doar o tensiune electrică ridicată pentru ştergerea conţinutului; aşadar, ele nu trebuie scoase din soclurile în care sunt montate pe placa de bază. Dacă EPROM trebuia ştearsă integral, EEPROM execută operaţia de ştergere şi rescriere a fiecărui byte independent.

Flash ROM - sunt actualele EEPROM disponibile la calculatoarele personale, memorii ce folosesc tensiuni normale pentru ştergerea şi reinscripţionarea conţinutului (5 V sau 3,3 V). Ştergerea şi rescrierea datelor se poate realiza pentru unul sau mai multe blocuri de memorie, existând posibilitatea ca pentru modificarea anumitor blocuri să fie solicitată o tensiune mai mare. Astfel, conţinutul Flash ROM este divizat în blocuri, ştergerea şi reînscrierea realizându-se integral la nivel acestora. Un caz aparte îl reprezintă blocul de boot care protejează de ştergere anumite blocuri; la rândul său, poate fi modificat numai printr-o tensiune mai mare.

Memoriile ROM sunt circuite de memorie al căror conţinut este programat la fabricare şi nu poate fi schimbat de către utilizator.

O celulă de memorie ROM este alcătuită dintr-un tranzistor cu efect de câmp a cărui tensiune de prag diferă în funcţie de conţinutul informaţional al locaţiei respective (figura 8).

Fig. 8 - Celula de memorie ROM cu tranzistor MOS

Dacă la aplicarea unui impuls pozitiv pe grilă tranzistorul conduce, atunci el se comportă ca un scurtcircuit între drenă şi sursă, informaţia înscrisă fiind 0 logic; dacă este blocat, atunci avem 1 logic.

Obţinerea unor tranzistoare cu tensiuni de prag diferite se face prin crearea unui strat de oxid de grosime corespunzătoare, între grila tranzistorului şi substrat.

Memoriile PROM sunt circuite de memorie al căror conţinut este programat o singură dată de către utilizator. După înscriere, informaţia nu mai poate fi ştearsă.

Celula de memorie a unor astfel de circuite are la bază un fuzibil din polisiliciu care este ars la programare (figura 9).Iniţial toate fuzibilele memoriei există, constituind un scurtcircuit. Programarea unei celule înseamnă arderea fuzibilului din nodul respectiv. Curentul de emitor al tranzistorului, suficient de mare, produce arderea fuzibilului F. Programarea se face succesiv, pe fiecare celulă, selecţiile celulelor făcându-se prin liniile WL şi DL.

Fig. 9 - Celulă de memorie PROM

Memoriile EPROM folosesc pentru realizarea celulei de memorie un tranzistor cu efect de câmp cu dublă poartă (grilă), una comandată şi una izolată, ca in figura 10.

Fig. 10 - Celulă de memorie EPROM

La acest tranzistor MOS, canalul n se formează între cele două regiuni de tip n. Poarta izolator se găseşte în imediata apropiere a substratului şi regiunilor n+. A doua poartă, situată deasupra primeia, constituie în acelaşi timp şi selecţia pe linia respectivă, iar drena este legată pe linia de bit corespunzătoare coloanei. Dacă pe poarta izolată este acumulată sarcina electrică negativă, atunci aplicarea unor tensiuni pozitive pe grila a doua (Vs) nu poate aduce în stare de conducţie tranzistorul. Dacă pe poarta izolată nu este acumulată o sarcină, atunci aplicarea tensiunii pozitive pe Vs crează un câmp care duce la formarea canalului n şi la conducţia tranzistorului. Nivelul logic pe linia de bit este 1 când tranzistorul este blocat şi 0 când acesta conduce. Pentru ştergerea informaţiei din celulă şi revenirea la starea neprogramată se expune circuitul la acţiunea radiaţiilor ultraviolete.

Memoriile EEPROM folosesc un principiu asemănător cu cel al memoriilor EPROM, numai că pentru trecerea electronilor prin stratul izolator utilizează efectul tunel. Structura tranzistorului de memorare şi a unei celule de memorie este redată in figura 11.

Fig. 11 - Celula de memorie EEPROM: a structură; b schemă

Tranzistorul de memorie T1 este un TEC-MOS bigrilă, la care grila 1 prezintă o apropiere foarte mare de regiunea drenei. Celula de memorie pentru acest tip de circuit este formată din două tranzistoare, un TEC obişnuit şi tranzistorul bigrilă prezentat in fig. 8. a, conectate ca în figura 8. b. Într-o celulă de memorie ştearsă grila izolată este încărcată cu sarcină negativă şi tranzistorul T1 este blocat. Ştergerea informaţiei se face aplicând o tensiune pozitivă (+20 V) pe linia de selecţie cuvânt, punând în conducţie T2. Drena acestuia se conectează la potenţialul zero şi se aplică + 20 V pe linia de programare. Datorită câmpului electric intern mare, electronii trec din substrat prin efect tunel şi se acumulează în grila izolată, formând o sarcină negativă.

2.3.4 Circuite de memorii

Structura circuitelor de memorie şi semnalele de comandă

Pentru funcţionarea unui circuit de memorie RAM sunt necesare blocurile componente evidenţiate în figura 12.

Fig. 12 - Schema bloc a unui circuit de memorie cu 1 bit/cuvânt

Semnalele sunt transmise în exterior prin intermediul unor circuite de intrare/ ieşire. Circuitul de control activează, corespunzător funcţiei ce trebuie îndeplinită (citire sau scriere), ansamblul de circuite interne care participă la realizarea funcţiei respective. De exemplu, pentru citire se activează circuitul de ieşire şi amplificatoarele de citire. În cazul memoriilor RAM dinamice, circuitul de control mai complicat generează secvenţa citire informaţie din celulă şi reînscriere în aceasta.

Pentru stocarea simultană a mai multor biţi care să formeze un cuvânt, se multiplică cu numărul de biţi toate circuitele în afară de decodificatoare şi circuitul de control (figura 13).

Fig. 13 - Schema bloc a unui circuit de memorie cu mai mulţi biţi pe cuvânt

Scrierea şi citirea de date nu se fac simultan şi deci bornele de date de intrare/ieşire pot fi comune, circuitul de control stabilind sensul transferului prin circuitele intrare/ieşire (I/O) în funcţie de comanda primită. Numărul de legături externe ale circuitului, în acest caz, este mai mic.

Schema bloc a unui circuit de memorie poate fi redesenată, punând în evidenţă transferul de date pe o magistrală internă ca in figura 14.

Fig. 14 - Schema bloc a unei memorii RAM

Matricea de memorie, amplificatoarele de scriere şi citire, circuitele I/O sunt blocuri multiple lucrând pe mai multi biţi.

Împărţirea pe linii şi coloane a acestei matrice nu este sesizabilă din exterior, adresele A0 ... An, fiind tratate nedistinctiv din afară. Matricea este conectată la amplificatoarele de scriere şi citire printr-o

magistrală internă de date formată de liniile sau . Bornele pentru transferul de date sunt comune atât pentru intrare, cât şi pentru ieşire. Sensul de vehiculare a datelor prin circuitul de intrare/ieşire este controlat de intrarea R/W prin intermediul circuitului de control. Intrarea (Chip Select) deselectează memoria pentru valoarea şi pune circuitele I/O in starea de impedanţă mare la bornele D0 .. Dk.

Deoarece în cazul memoriilor de tip ROM (PROM, EPROM) nu se face înscriere de date, structura internă a acestora are mai puţine blocuri (figura 15). Circuitul de ieşire trebuie să asigure însă posibilitatea programării memoriei în cazul circuitelor PROM sau EPROM. Semnalul de control face selecţia circuitului controlând şi starea ieşirilor, în timp ce starea (Output Enable) controlează numai starea circuitelor de ieşire. Pentru ieşirea este în starea de impedanţă mare; acelaşi lucru se întâmplă şi dacă , indiferent de valoarea lui . Deselectarea circuitului ( ) atrage după sine şi scăderea puterii consumate de circuit de la sursa de alimentare fără a se altera informaţia memorată, fenomen întâlnit şi la memoriile RAM.

Fig. 15 - Schema bloc a memoriei ROM

2.3.5 Memorii RAM

Memoriile RAM se împart în două categorii [9]: DRAM (Dynamic Random Access Memory) - memorie RAM cu acces dinamic, necesită

rescrierea periodică permanentă, la fiecare câteva fracțiuni de secundă, altfel informațiile fiind pierdute.

SRAM (Static Random Access Memory) - memorie RAM cu acces static, păstrează datele pentru o perioadă de timp nelimitată, până în momentul în care ea este rescrisă, asemănător memorării pe un mediu magnetic.Avantajele memoriei SRAM: utilitatea crescută datorită modului de funcționare și viteza foarte

mare; dezavantaj: prețul mult peste DRAM.Memoria de tip SRAM este folosită cel mai adesea ca memorie intermediară/cache.

Dynamic random access memory (DRAM) este un tip de memorie cu acces direct care stochează fiecare bit de date într-un condensator separat, într-un circuit integrat. Deoarece condensatoarele se descarcă, informația se poate șterge în cazul în care prin semnalele de comandă nu se specifică reîncărcarea celulelor cu un anumit conținut. Această operație se numește „reîmprospătarea memoriei” (refreshing memory). Avantajul memoriei DRAM este simplitatea structurii: doar un tranzistor si un condensator sunt necesare pe bit, spre deosebire de memoria SRAM care are nevoie de șase tranzistoare. Acest lucru permite memoriei DRAM să atingă o densitate de stocare foarte înaltă. Spre deosebire de memoria flash, este o memorie volatilă, pentru că își pierde datele atunci când nu mai este alimentată. Tranzistoarele si condensatoarele folosite sunt extrem de mici astfel încat pe un singur chip de memorie pot încăpea milioane.

a) Principiul de operare al memoriei DRAM

DRAM este aranjat in mod obișnuit într-o matrice pătratică formată dintr-un condensator și un tranzistor pe celulă. În figura 16 se arată un exemplu simplu cu 4×4 celule. (O matrice DRAM modernă poate fi alcătuită din mii de celule în lățime/lungime.)

Liniile lungi care conectează fiecare linie sunt cunoscute ca linii de cuvinte. Fiecare coloană este compusă din două linii de bit, fiecare conectată la fiecare celulă din coloană. Sunt cunoscute în general ca și liniile de bit de + și -. Un amplificator de sens este o pereche de legătură - inversoare conectate între liniile de bit. Primul inversor este conectat de la linia bitul de + la linia bitului de -, și al doilea este conectat

de la linia de bit de - la linia bitului de +. Acest exemplu este un feedback pozitiv, și aranjamentul este stabil doar cu o linie de bit high și una de bit low.

Pentru a citi un bit dintr-o coloană (figura 16), au loc următoarele operații:

1. Un amplificator de direcție este închis și liniile de bit sunt preîncărcate la voltajul care se potrivește cu voltajul care este intermediar între nivelele logice high și low. Liniile de bit sunt construite simetric pentru a le păstra echilibrate cât mai precis probabil.

2. Circuitul preîncarcat este închis. Pentru că liniile de bit sunt foarte lungi, condensatoarele lor vor ține voltajul preîncărcat pentru o scurtă perioadă de timp. Acesta este un exemplu de logică dinamică.

3. Linia selectată de linii de cuvinte este acționată sus. Aceasta conectează un condensator de stocare la una sau doua linii de bit. Încărcarea este împărțită între celulele de stocare selectate și lina de bit apropiată, alterând puțin voltajul de pe linie. Chiar dacă se face efort pentru a păstra capacitanța celulelor de stocare mare și capacitanța liniei de bit joasă, capacitanța este proporțională cu marimea fizică, și lungimea liniei de bit înseamnă că efectul net este o perturbație foarte mică a voltajului unei linii de bit.

4. Amplificatorul de direcție este deschis. Feedback-ul pozitiv preia controlul și amplifică diferența mică de voltaj până când o linie de bit este complet low și cealaltă este complet high. În acest punct, linia este "deschisă" și coloana poate fi selectată.

5. Citirea datelor din DRAM este luată de la amplificatorul de direcție, selectat de coloana de adrese. Multe citiri pot avea loc cât timp linia este deschisă în acest sens.

6. Cât timp citirea are loc, curentul curge înapoi la liniile de bit de la amplificatorul de direcție la celulele de stocare. Așa are loc refresh-ul de încărcare al celulelor de stocare. Datorită lungimii liniilor de bit, ia destul timp de dincolo de sfârșitul amplificatorului de sens, și coincide parțial cu una sau mai multe citiri de coloane.

Când se sfârșește cu linia de curent, linia de cuvânt este inchisă pentru a deconecta condensatoarele de stocare (linia este "închisă"), amplificatorul de direcție este închis, și liniile de bit sunt preîncarcate iar.

Pentru scrierea memoriei, linia este deschisă și un amplificator de direcție al unei anumite coloane este forțat temporar la starea dorită, asa că este condus la linia de bit, care incarcă condensatorul la valoarea dorită. Datorită feedback-ului pozitiv, amplificatorul il va ține stabil chiar și după ce forțarea nu mai are loc. În timpul scrierii unei anumite celule, întreaga linie este citită, o valoare schimbată, și apoi întreaga linie este scrisă înapoi (figura 17).

De obicei, producătorii specifică că fiecarei linii trebuie să i se facă refresh la fiecare 64 de milisecunde sau mai puțin, potrivit fundației JEDEC(Foundation for developing Semiconductor Standards). Logica refresh-lui este folosită des cu DRAM-uri pentru a face refresh automat periodic. Acest lucru face circuitul mai complicat, dar acestă deficiență este de obicei prelevată de faptul că DRAM este mult mai ieftină și de capacitate mai mare decat memoria SRAM. Unele sisteme fac refresh la fiecare linie într-o mică buclă la fiecare 64 de milisecunde. Alte sisteme fac refresh pe rând la câte o linie. De exemplu, un sitem cu 213=8192 linii va avea nevoie de de o rată de refresh a unei linii la fiecare 7.8 µs. Câteva sisteme real-time fac refresh la o porțiune de memorie la un timp bazat pe un timer extern care guvernează operația restului de sistem, ca și intervalul de mascare vertical care are loc la fiecare 10-20 de milisecunde în echipamentul video. Toate metodele au nevoie de un fel de counter care să țină evindeța pentru ce linie urmează să se facă refresh. Cele mai multe chip-uri DRAM includ acel counter. Tipurile mai vechi au nevoie de refresh logic extern pentru a ține counterul. (În unele condiții, majoritatea datelor din DRAM pot fi recuperate chiar dacă DRAM-ului nu i s-a mai făcut refresh de câteva minute.)

Fig. 16 - Principiul de operare al citirii DRAM, pentru o matrice de 4×4

Fig. 17 - Principiul de operare al scrierii DRAM, pentru o matrice de 4×4

b) Clasificarea memoriilor RAM

Memoriile DRAM se clasifică în: Memorii DRAM asincrone

a) FPM (Fast Page Mode)b) EDO (Extended Data Out)c) BEDO (Burst Extended Data Out)

Memorii DRAM sincrone d) SDRAMe) HSDRAM (High Speed SDRAM)f) ESDRAM (Enhanced SDRAM)g) DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)h) DDR II SDRAMi) DDR III SDRAMj) DDR IV SDRAM

Memorii DRAM bazate pe protocoale a) DRDRAM (Direct Rambus DRAM)b) SLDRAM (SyncLink DRAM)

Memorii DRAM asincrone

Aceste memorii au performanțe limitate deoarece fiecărei operații interne i se asociază un timp minim pentru a fi executată. Operația este considerată terminată doar dupa trecerea acestei perioade de timp. În cazul în care un impuls de ceas apare înainte de terminarea intervalului minim, trebuie să apară un nou impuls de ceas înainte ca următoarea operație să poată începe.

a) FPM (Fast Page Mode)Memoriile FPM sunt mai rapide decât memoriile DRAM standard deoarece ele nu necesită transmiterea adreselor de linie și de coloană pentru fiecare acces al memoriei; adresa de linie este suficientă pentru mai multe accesări ale memoriei la locații apropiate. În ciuda numelui („fast”), FPM sunt cele mai lente memorii utilizate în computerele moderne. Ele nu sunt potrivite pentru funcționarea la frecvențe mai mari de 66Mhz a magistralei de memorie și sunt recomandate numai atunci când sistemul nu permite utilizarea altor tipuri de memorii (cum ar fi sistemele bazate pe procesorul 80486).

b) EDO (Extended Data Out)Memoria EDO mai este cunoscută și sub numele de HyperPage Mode deoarece este asemănătoare cu memoria FPM, dar prezintă o îmbunătățire: o operație de citire poate începe înainte de terminarea operației precedente. Creșterea performanțelor față de FPM este de aproximativ 5%, iar costul de producție este similar. Memoria EDO poate fi utilizată cu magistrale de memorie care să nu depășească 83Mhz și, la fel ca memoria FPM, nu necesită măsuri speciale de compatibilitate. Totuși, memoria EDO nu prezintă performanțe ridicate și de aceea este utilizată foarte rar în prezent.

c) BEDO (Burst Extended Data Out)Acest tip de memorie combină tehnologia pipeline cu circuitele latch speciale pentru a reduce timpul de acces. BEDO permite o temporizare de 4-1-1-1 la 66Mhz și permite utilizarea unor frecvențe de până la 100Mhz a magistralei de memorie. Cu toate acestea, memoria BEDO nu este utilizată în prezent, în principal din cauza faptului că Intel nu a implementat suportul necesar pentru aceasta în seturile de circuite.

Memorii DRAM sincrone

Toate memoriile DRAM sincrone sunt cunoscute sub numele SDRAM. Aceste memorii elimină timpul de așteptare al procesorului și prezintă avantaje suplimentare. De exemplu, circuitele latch memorează adresele, datele și semnalele de control preluate de la procesor, sub controlul ceasului sistem. Acest lucru permite ca procesorul să poată executa alte operații. Informațiile din circuitul latch devin disponibile după un număr specific de cicluri de ceas, iar procesorul le poate folosi de pe liniile de ieșire. Un alt avantaj al memoriilor DRAM sincrone este acela că există un singur semnal de sincronizare, și anume ceasul sistem. Acest lucru elimină necesitatea propagării semnalelor multiple de sincronizare. Intrările sunt de asemenea simplificate, deoarece semnalele de control, adresele și datele pot fi memorate fără temporizările de setare și menținere monitorizate de procesor. Avantaje similare se obțin și pentru operațiile de ieșire.

d) SDRAMModulele memoriei SDRAM au o arhitectură cu 2 sau 4 bancuri pe modul, ceea ce face posibil ca

un banc să fie preîncărcat, în timp ce altele sunt citite sau scrise. Acest lucru permite ca diferite linii din fiecare banc să fie accesate simultan. Cele mai utilizate module SDRAM au 4 linii de ceas, ceea ce duce la obținerea unor timpi mai reduși de creștere și descreștere a tensiunilor.

Tipuri de memorii SDRAM sunt PC100, PC133, PC150. Acestea au fost introduse de Intel ca o soluție la faptul că memoriile SDRAM originale nu erau fiabile la frecvențe mai mari de 83MHz.

e) HSDRAM (High Speed SDRAM)Această memorie a fost destinată inițial pentru sisteme cu performanțe ridicate si este

compatibilă cu memoria SDRAM convențională. Memoriile HSDRAM pot funcționa la frecvențe de 133MHz, 150Mhz sau chiar 166Mhz. Circuitele de memorie HSDRAM au fost incluse și în alte arhitecturi de memorii, precum ESDRAM și DDR SDRAM.

f) ESDRAM (Enhanced SDRAM)Memoria ESDRAM a fost dezvoltată de firma Enhanced Memory Systems în anul 1997. Ea este

formată dintr-o memorie SDRAM și o memorie cache de linie cu mapare directă, care păstrează conținutul liniei active. În acest fel, matricea de memorie DRAM se eliberează și poate accesa o altă linie în timp ce conținutul liniei precedente este transferat în bufferele de ieșire.

Memoriile ESDRAM sunt compatibile atât cu memoriile SDRAM convenționale, cât și cu cele DDR și DDR II.

g) DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)Acest tip de memorie crește semnificativ eficiența magistralei de memorie prin faptul că datele

sunt transferate atât pe frontul crescător, cât și pe cel descrescător al semnalului de ceas. DDR SDRAM dublează unitatea minimă de date care poate fi transferată întrucât pe fiecare ciclu de ceas pot fi scrise sau citite câte două cuvinte. DDR lucrează cu două două semnale de ceas. Frontul crescător al semnalului de ceas reprezintă, de fapt, intersecția dintre frontul crescător al primului semnal cu frontul descrescător al celui de-al doilea semnal. La fiecare front crescător sunt memorate semnalele de adresă și control.

[h) DDR II SDRAMAceastă memorie este foarte asemănătoare cu DDR SDRAM, dar dublează unitatea minimă de

date care poate fi scrisă sau citită la 4 cuvinte consecutive. DDR II conține 4 bancuri, setul de comenzi caracteristic este un superset al comenzilor DDR I, iar numărul de pini a crescut de la 184 (câți are DDR) la 240. Puterea consumată a scăzut, memoria funcționând la 1,8V, ceea ce face DDR II potrivită pentru utilizarea la calculatoarele portabile sau telefoane mobile.

Frecvențe de ceas tipice pentru DDR II SDRAM sunt 200, 266, 333 și 400Mhz. Este de menționat faptul că, din moment ce operațiile interne ale memoriei DDR II funcționează la o frecvență de ceas de două ori mai mică decât cea a memoriei DDR, memoriile DDR II au o latență mai mare decât DDR atunci când ambele funcționează la aceeași frecvență de ceas a datelor externe. De exemplu, memoria DDR2-400 (frecvența de ceas internă 100MHz) are o latență mai mare decât DDR-400 (frecvența de ceas internă 200MHz).

i) DDR III SDRAMMemoria DDR III mărește, la rândul ei, unitatea minimă care poate fi scrisă sau citită la 8 cuvinte

consecutive, dar cu această modificare crește și latența. Frecvențele de ceas inițiale au fost de 400Mhz și 533 MHz, descrise ca DDR3-800 și DDR3-1066 (modulele PC3-6400 și PC3-8500), dar acum sunt comune frecvențele de 667MHz și 800MHz, descrise ca DDR3-1333 și DDR3-1600 (modulele PC3-10600 și PC3-12800). DDR III funcționează la 1,5 V.

j) DDR IV SDRAMMemoria DDR IV va fi succesoarea memoriei DDR III, ea fiind încă în faza de proiectare. Este

preconizat ca lansarea noii memorii să aibă loc în anul 2012 și este probabil ca memoria DDR IV să consume 1,2 V sau chiar mai puțin.

Memorii DRAM bazate pe protocoale

Aceste tipuri de memorii nu au linii separate de date, adrese și control, ci implementeză aceste semnale pe aceeași magistrală. Din această categorie de memorii DRAM, cele mai cunoscute sunt:

k) DRDRAM (Direct Rambus DRAM)Intel a susținut firma Rambus pentru a dezvolta RDRAM, creată pentru jocul Nintendo Ultra-64,

astfel încât ea să poată fi folosită și pentru calculatoarele personale. Nouă memorie poartă numele de DRDRAM. Aceasta are frecvența de ceas de 400MHz, iar rata de transfer cel mult de 1,6 GB/s. Magistrala de memorie DRDRAM este de 16 biți, față de magistralele actuale de memorie care sunt de 64 de biți. Acest lucru, dar și latența mare și prețul ridicat au împiedicat DRDRAM să devină principala tehnologie de memorie.

l) SLDRAM (SyncLink DRAM)Această memorie a fost dezvoltată la sfârșit anilor `90 de Consorțiul SLDRAM, formată din 20 de

producători de calculatoare. Specificațiile inițiale ale acestei memorii menționau o magistrală de memorie de 64 de biți și de o frecvență de ceas de 200MHz. La fel ca memoria DDR SDRAM, SLDRAM poate funcționa la o frecvență dublă (400MHz), ceea ce înseamnă o rată de transfer de 3,2 GB/s, de două ori mai mare decât cea a memoriei DRDRAM. SLDRAM este un standard deschis și nu sunt necesare taxe de licență.

2.3.6 Formate fizice şi logice

a) Memoria RAM la calculatoare personale

Iniţial memoriile RAM se prezentau ca circuite integrate, într-un set de nouă cipuri pe un bank de memorie ce se implementa pe placa de bază. Ulterior, o dată cu microprocesoarele de 32 biţi, necesarul de memorie a devenit tot mai mare, iar cipurile individuale au fost neconvenabile şi impracticabile. S-a trecut la modulul de memorie care a reunit mai multe cipuri individuale pe o singură plăcuţă de circuit. Modulele de memorie constituite apar sub forma unor plăcuţe cu circuite integrate ce includ conectori externi, pentru a fi introduse in soclurile disponibile pe placa de bază.

Modulele de memorie sunt prevăzute cu conectori CELP (Card Edge Low Profile), având 30-83 contacte pe fiecare parte a modulului: modulul SIMM leagă contactele de pe ambele părţi (pini scurtaţi în perechi), astfel încât furnizează un singur semnal, in timp ce modulul DIMM preia semnalele separat (pini independenţi), de pe fiecare parte a plăcii.

Modulul SIMM [9] [10]

Primul model răspândit a fost Single Inline Memory Module (SIMM) pe 30 pini (figura 18), întâlnit în sistemele AT (286), 386, 486, Macintosh Plus, Macintosh II, Quadra, Atari STE şi Wang VS. urmat de cel pe 72 de pini (figura 19). Modulul SIMM prezintă o lățime de bandă de 8 biți pentru prima versiune, și de 32 biți pentru cea de-a doua; dimensiunea fizică a SIMM-ului pe 30 de pini este de două ori mai mică decât în cazul celeilalte variante. Diferențele de viteză dintre ele corespund perfect evoluției procesoarelor: dacă prima versiune era uzuală pe timpul procesoarelor Intel 80286 și 80386, SIMM-ul pe 72 de pini a stat la baza generației 486, Pentium și Pentium Pro. Cipurile folosite au fost de tip DRAM, FPM și, mai târziu, EDO DRAM (figura 20).

Fig. 18 - Modul de memorie cu 30 pini [8]

Fig. 19 - Modul de memorie cu 72 pini [8]

Fig. 20 - Modul de memorie cu 72 pini EDO DRAM SIMM

Când Intel a scos pe piaţă microprocesoarele Pentium, acestea aveau magistrala de date de 64 de biţi, însă foloseau modulele de memorie de 32 de biţi (SIMM-urile de 72 de pini) ceea ce făcea ca performanţele optime ale microprocesorului să nu poată fi atinse. Pur şi simplu SIMM-urile nu erau suficient de puternice pentru aceste sisteme.

Modulul DIMM (Dual In-line Memory Module) [9]

Oferă o lățime de bandă dublă față de SIMM-urile pe 72 de pini, și anume 64 biți, având la bază un gen de dual-channel intern. Numărul de pini a fost de 168 sau de 184, în funcție de tip: SDRAM (figura 21) sau DDR SDRAM (figura 22 şi 23). A existat și un număr limitat de modele de DIMM bazate pe EDO DRAM, dar ele nu au avut succes pentru că trecerea de la SIMM la DIMM a coincis cu cea de la EDO la SDRAM.

Fig. 21 - Modul de memorie SDRAM cu 168 pini [8]

Fig. 22 - Modul de memorie DDR SDRAM cu 184 pini

Fig. 23 - Modul de memorie DDR SDRAM cu 184 pini in capsulă TSOP [8]

Memoriile DDRII SDRAM sunt realizate în module DIMM cu 240 pini (figura 24), iar DDR III în module DIMM tot cu 240 pini (figurile 25 şi 26).

Fig. 24 - Modul de memorie DDR II SDRAM cu 240 pini [12]

Fig. 25 - Module de memorie (perechi) DDR III SDRAM cu 240 pini

Fig. 26- Module DDR III SDRAM montate în socluri

În figura 27 sunt prezentate diferenţele geometrice dintre modulele pentru memoriile DDR, DDR II şi DDR III.

Fig. 27 - Comparaţie între modulele DIMM pentru PC-uri [12]

b) Memoria RAM la laptop-uri

Modulele de memorie de tip SO-DIMM cu 72 pini (figura 28), au fost folosite în sistemele Laptop Pentium II. În această configuraţie s-au folosit memorii asincrone de tip Fast Page Mode şi EDO, capacitatea memoriei putând fi de 8, 16 sau 32 MB.

Fig. 28 - Modulele de memorie SO-DIMM cu 72 pini [8]

Modulele SO-DIMM cu 144 pini (figura 29) au memorii sincrone standard (SDRAM), capacitatea memoriei variind între 16 şi 256 MB.

Fig. 29 - Modulele de memorie SO-DIMM cu 144 pini [8]

Majoritatea modulelor SO-DIMM pot fi recunoscute dintr-o privire după crestăturile modulului. modulele SO-DIMM cu 100 pini au două crestături; modulele SO-DIMM cu 144 pini au o crestătură apropiată de centru (dar nu în centru); modulele SO-DIMM cu 200 pini (figura 30) au o crestătură în apropierea unei laturi; modulele SO-DIMM cu 204 pini (DDR III) (figura 31) au o crestătură mai apropiată de

centru decât la modulul SO-DIMM cu 200 pini.

Fig. 30 - Modul DDR II SO-DIMM cu 200 pini [12]

Fig. 31 - Modul DDR III SO-DIMM cu 200 pini [13]

În figura 32 se observă diferenţele geometrice dintre cele trei tipuri de module SO-DIMM.

Fig. 32 - Comparaţie între modulele SO-DIMM pentru seria DDR [13]

În figura 33 este arătat un slot al plăci de bază pentru module SO-DIMM [20].

Fig. 33 - Slot pentru module SO-DIMM

2.3.7 Memorii ROM [18]

Memoria ROM (read-only memory) este un tip de memorie care în mod normal poate fi doar citită, spre deosebire de RAM, care poate fi atât citită, cât și scrisă. Memoria ROM este o clasă de suporturi de stocare utilizate în computere și alte dispozitive electronice. Datele stocate în ROM nu pot fi modificate sau pot fi modificate numai lent ori cu dificultate. De aceea, memoria ROM este folosită în principal pentru a distribui firmware (softul strâns legat de hardul specific și puțin probabilă să aibă nevoie frecvent de update).

Memoria ROM este folosită la anumite funcții în calculatoare din două motive principale:1. permanența: valorile stocate în ROM sunt totdeauna acolo, indiferent dacă este pornită sau nu.

Memoria ROM poate fi scoasă din calculator și stocată pentru o perioadă nedeterminată de timp și înlocuită, datele conținute continuând să fie acolo. Din acest motiv se mai numește și memorie nonvolatilă.

2. securitatea: faptul că memoria ROM nu poate fi modificată ușor reprezintă un grad de securitate în privința modificărilor accidentale sau rău intenționate ale conținutului. Astfel, nu este posibilă virusarea prin intermediul memoriei ROM. (Tehnic, este posibilă cu EPROM, dar aceasta încă nu s-a întâmplat.)

Memoria ROM este utilizată în principal pentru stocarea programelor de sistem care stau la dispoziție în orice moment. Unul dintre ele este BIOS, stocat pe o memorie ROM, numită system BIOS ROM. Stocarea fiind pe memoria ROM, programul este disponibil odată cu pornirea calculatorului pentru a introduce setările. Întrucât scopul memoriei ROM este să nu fie modificată, apar situații în care este nevoie de schimbarea conținutului acesteia.

Tipuri de memorii ROM:

PROM (Programable Read Only Memory) este similară cu memoria ROM, dar poate fi programată de utilizator, cu ajutorul unui echipament special. Ceea ce este foarte util pentru companiile care își fac propriul ROM.

EPROM (Erasable PROM) poate fi ștearsă prin expunere la radiații ultraviolete și poate fi rescrisă. Microcontrollerele cu EPROM au un orificiu cu un mic geam de cuarț care permite ca cipul să fie expus la radiație ultravioletă (figura 33). Nu este posibilă alegerea unei părți pentru a fi ștearsă. Memoria poate fi ștearsă și rescrisă de un număr finit de ori.

OTPROM (One Time Programable ROM) este o memorie EPROM, dar cu cipul dispus într-o capsulă din material plastic, fără orificiu, care este mult mai ieftină. Viteza este bună, dar aplicațiile sunt lipsite de flexibilitate.

EEPROM (Electrically Erasable PROM) poate fi ștearsă electric de unitatea centrală cu ajutorul unui anumit soft, în timpul funcționării. Este cel mai flexibil tip de memorie.

memorie Flash (figura 34) este o memorie electronică, de calculator (sau alt aparat cu memorie), nevolatilă (în care datele persistă și fără alimentare cu energie electrică) și care la nevoie poate fi ștearsă și reprogramată (reîncărcată cu date). „Flash” mai desemnează și tehnologia folosită la fabricarea memoriilor de acest tip. Memoriile flash sunt memorii cu acces aleator [21].

Fig. 33 - Memorie EPROM [20]

Fig. 34 - Memorie flash USB

Orice locație din ROM poate fi citită în orice ordine, având acces aleator, dar nu se poate scrie. Pentru tipurile de ROM modificabile electric viteza de scriere este mereu mult mai lentă decât viteza de citire și ar putea necesita tensiune înaltă, iar scrierea se face lent. Memoria NAND Flash atinge cea mai mare viteză de scriere dintre toate memoriile ROM reinscriptibile, până la 15 MB/s (70 ns/bit), permițând blocuri mari de celule de memorie pentru a fi scrise simultan. Întrucât acestea sunt scrise prin forțarea electronilor printr-un strat de izolare electrică pe o poartă tranzistor plutitoare, memoriile ROM reinscripționabile pot rezista doar un număr limitat de cicluri de scriere și ștergere înainte ca izolația să fie permanent deteriorată.

Memoria ROM este in general utilizata pentru a stoca BIOS-ul (Basic Input Output System) unui PC (figura 35) [6].

Fig. 35 - Phoenix BIOS D686 [19]

In practica, o data cu evoluţia PC-urilor acest timp de memorie a suferit o serie de modificări care au ca rezultat rescrierea/arderea "flash" de către utilizator a BIOS-ului. Scopul, evident, este de a actualiza funcţiile BIOS-ului pentru adaptarea noilor cerinţe şi realizări hardware, ori chiar pentru a repara unele imperfecţiuni de funcţionare. Astfel că în zilele noastre exista o multitudine de astfel de memorii ROM programabile (PROM, EPROM, etc) prin diverse tehnici, mai mult sau mai puţin avantajoase în funcţie de gradul de complexitate al operării acestora. Componenta ROM-BIOS este livrată de către firma producătoare a calculatorului în memoria ROM a sistemului de calcul. Imediat ce se porneşte sistemul intră în lucru o rutină a acestei componente.

BIOS-ul este un program de mărime mica (< 2MB) fără de care computerul nu poate funcţiona, acesta reprezintă interfaţa între componentele din sistem şi sistemul de operare. Principiul fundamental de realizare a interfeţei ROM-BIOS este acela că el oferă nişte rutine de întrerupere prin care se realizează legătura cu toate perifericele legate la sistem.

ROM – BIOS-ul conţine programe de conversaţie cu elementele hardware ale PC-ului. Scopul principal îl constituie încărcarea sistemului de operare de pe dispozitivul de iniţializare şi autotestarea componentelor în momentul pornirii PC-ului (dispozitivul de iniţializare este de obicei hard-disk-ul, CD-ROM-ul sau portul de reţea).

De cele mai multe ori, programele conţinute în ROM-BIOS sunt transferate pentru execuţie în DRAM care este mai rapidă prin tehnica ROM-shadowing.

Cele mai noi tipuri de BIOS încorporează facilităţi de determinare a configuraţiei interne şi de alocare a resurselor prin intermediul standardului PnP (Plug and Play- conectare şi folosire).

Dacă cipurile ROM–BIOS sunt de tip Flash ROM, acestea pot fi inscripţionate prin înlocuirea vechiului conţinut; în caz contrar, se schimbă cipurile de BIOS de pe placa de bază.