Memoria gelaxka

Memoria gelaxka oinarrizko memoria-unitatea da, oinarrizko datu-unitatea gorde dezakeena (bita ordenagailu gehienetan).

Funtzionamendua

RAM

Zorizko atzipeneko memoriak dira, hau da, edozein posiziotako hitza atzitzeko behar den denbora berdina da. Memoria hauek idazteko zein irakurtzeko aukera ematen dute, bi eragiketak antzeko moduan eta denboran eginez. RAM memorietan gordetzen den informazioa ez da iraunkorra, sistema digitala itzaltzean edukia galtzen da, alegia.

DRAM

• Osaera

DRAM memoria zelula nagusiki kondentsadore batez osatuta dago(4). nMOS transistore(3) baten bitartez hitz lerrora (word line) eta datu zutabera (bit line) konektatuta egonik. Azken bi hauek zelula multzoetara konektatuta daude. Kondentsadorean gordetako karga denboraren poderioz galtzen da, horregatik maiz berritzeko beharra dago (irakurri eta idatzi). Honi freskaketa (refresh) deritzo.Transistoreak ate baten moduan jokatzen du, irekita dagoenenean irakurketa edo idazketa baimenduz, eta itxita dagoenean, aldiz, gordetzeko funtzioa betetzen du.

• Irakurketa

Informazioa irakurtzeko, idazketa prozesuaren alderantzizkoa da. Transistoreari 1 balioko tentsioa ematen zaio, hau eroale eginez eta kondentsadoreko karga datu zutabera pasaraziz. Kondentsadoretik lortutako tentsioa transistoretik igaro ondoren anplifikagailu batetik pasarazten da.

• Idazketa

Informazioa idazteko, gelaxka bat aukeratzen da, eta nahi den tentsioa (1 edo 0) datu zutabera pasatzen da. Hitz lerroak tentsio baten bitartez nMOS transistorea aktibatzen du, hitz lerroa sartutako datuekin konektatuz. 

SRAM

• Osaera

Osaerari dagokionez SRAM gelaxka bat 6 transistorez osatuta dago, irudian ikus daitekeen bezala. Funtzionamendua hobe ulertzearren M1, M2, M3 eta M4 transistoreak bi NOT ate logikoez ordezka daitezke. Bi ate horiek elkarren artean elkartuta daude, biegonkor bat osatuz. Beraz, oinarrian, SRAM gelaxka bat barne-zirkuitura bi transistorez konektatuta dagoen biegonkor bat da. Gelaxka ez denean helbideratzen, informazioa egonkor mantentzen da, bi NOT ateei esker. Lehen NOT atean 1 balio logikoa sartzean, 0 ateratzen da bertatik. Ondoren bigarren NOT atera joaten da, eta oraingoan 1 balio logikoa ateratzen da berriro, informazioa mantenduz. Lehen atean 0 sartuz gero ere, bi ezeztapenen ondorioz bita mantentzen da. 

• Irakurketa

Gelaxkako begiztan gordeta dagoen datua irakurri ahal izateko, M5 eta M6 transistoreak piztuta egon behar dira. Hitz lerrotik tentsioa jasotzen dutenean eroale bilakatzen dira, balio logikoa eta honen osagarria datu zutabera eta datu zutabe osagarrira pasatuz. Azkenik bi balio hauek anplifikatzen dira amaieran. 

• Idazketa

Idazketa prozesua antzekoa da. Kasu honetan gelaxkan gorde nahi dugun balioa datu zutabera eta bere osagarrira transmititzen da. Gero hitz lerrora 1 balioko bit bat transmitituz M5 eta M6 aktibatzen dira, datu zutabea begiztara konektatuz. 

FRAM

DRAM memorien antza izan arren, geruza dielektriko bat erabili ordez ferroelektrikoa erabiltzen du. Honi esker ez dira hegazkorrak. Flash memorien funtzionamendu bera daukate, baina FRAM memoriek energia gastu txikiagoa daukate, idazketa azkarragoa eta irakurketa/idazketa kantitate handiagoa. Hala ere garestiagoak izan ohi dira, eta ez dute edukiera askorik izaten.

Osaerari dagokionez, FRAM memoria zelula, DRAM memorien antzera kondentsadore batez osatuta dago nagusiki. Kondentsadorean dagoen geruza ferroelektrikoko dipoloaren orientazioa da “1” edo “0” gordetzen duena. Dipoloaren orientazioa tentsioa aplikatuz alda daiteke.

ROM

Aipatu bezala, RAM memoriak irakurtzeko eta idazteko erabiltzen dira, baina haien edukia ezin da mantendu sistema “itzaltzen” denean. Arazo hori saihesteko, beste memoria mota bat erabili behar da: ROM memoria (Read Only Memory). Memoria mota hauek, korronte elektrikorik gabe informazioa gordetzeko gai dira. Memoria “ez bolatila” edo iraunkorra ere deitzen zaie, elikadura-tentsioa deskonektatu eta gero edukia mantentzen delako. Izan ere, memorien idazketa-prozesua oso bestelakoa da; hasiera batean, ROM memoriek eragiketa bakarra egiteko aukera ematen ziguten: Irakurketa. Baina teknologiaren garapena eta material berrien erabilpena direla eta, programatu daitezkeen ROM memorien aldaerak sortzea lortu da, baita informazioa ezabatzeko eta berriz idazteko ahalmena duten memoriak ere.

PROM

PROM (Programmable Read Only Memory) motatako memorietan behin bakarrik idatz daiteke, baina idazketa-prozesua erabiltzailearen esku geratzen da. Memoriaren gelaxkak “fusible” bat du (transistore baten bidez gauzatua). Fusiblearen egoera erabiltzen da, gero, informazioa gordetzeko: fusiblea erreta “0”; fusiblea erre gabe “1”. Memoria idazteko, gailu berezi bat erabili behar da: “grabagailua”. Honen bidez fusible batzuk erreko dira, eta beste batzuk ez.

• PROMen programazioa

PROM gelaxka bakoitza kondentsadore batez eta PMOS (p-type metal-oxide semiconductor) transistore batez osatuta dago. PROMen programazioa tentsio altuak erabiliz gauzatzen da (12V- 21Vartean) eta memoriako gelaxkak “1” baliotik “0” baliora aldatzeko ezartzen da. Karga fusiblera iristen denean, tentsio altuak fusible hau urtu egiten du, gelaxkari “0” balioa emanez. Programazio hau itzul ezina da, hau da, gelaxkaren balioa beti “0” izango da fusiblea urtu ondoren. Beraz, behin bakarrik idatz daiteke memoria.

EEPROM

Bi motatako EEPROMak daude: EEPROM paraleloan eta serie EEPROMak. Azken hauek, merkatuko %90a osatzen dute gutxi gorabehera. Ondorioz, paralelo motako EEPROMak %10a dira. Orokorrean, paralelo motakoak azkarragoak eta ziurragoak dira, iraupen handiagoa dute eta merkatu miltarrean erabiltzen dira gehienbat. Serie motakoak motelagoak dira, askoz merkeagoak eta aplikazio gehiagotarako erabiltzen dira.

EEPROM motako memoria baten gelaxkak, MOSFET transistoreetan batean oinarritzen dira. Gelaxka ohikoena, bi transistorez dago esatua. Elektroiak transistorearen sarrerara iristean, gelaxkako ezaugarriak alda ditzazkete “0” edo “1” logika emanez.

Tentsio baten bidez gelaxka programatu/ezabatu daiteke. EEPROM gelaxka bat ezabatzeko, elektroiak transistorearen atean (floating gate) geratzen dira. (EPROMen kasuan aldiz, elektroiak transistorearen atetik ateratzen dira). Aipatzekoa da, programatzeko “tunneling” metodoa erabiltzen dela. Emaitza bezala “1” emango du ezabapen egoeran badago. Programazio egoeran badago aldiz, “1” emango du.

Flash memoria

EPROM eta EEPROM memorien alternatiba moduan, FLASH memoriak daude . Alde batetik, FLASH memorien gelaxka EPROM memoriena bezain txikia da (transistore bat) eta, bestetik, ezabatze-prozesua elektrikoa da, EEPROM memorietan bezala. Ezabatzea ez da hitzez hitz egiten, hori egiteko behar den zirkuiteria garestia baita transistore kopuruari begiratuz gero. Beraz, “blokeka” ezabatzen da. Idazketa ere, “blokeka” egiten da: bloke batzuk berridazten dira eta beste guztiak mantentzen dira. (“programazio inkrementala”).

Bere izena, “FLASH” dator informazio kantitate handiak ezabatzeko duen ahalmenagatik.

Flash memoria ohikoenak transistore batez osatuta daude. EEPROM zelularenaren antzera, kontrol atea eta “flotatzen duen atea” (floating gate) dauzka. Hala ere ezberdinak dira, floating gate eta silikonaren arteko oxidoa finagoa baita kasu honetan. Hobi eta iturriaren arteko difusioak ere ez dira berdinak. Ezberdintasun hauek dira flash memoriak programatzeko nahiz ezabatzeko errazak egiten dituztenak.

Funtzionalitate elektrikoa antzekoa da EEPROM eta FLASH memorietan. Elektroiak atean (floating gate) gelarazten dira eta horrela transistoreko atalaseko tentsioa aldatzen dute. Elektroi hauek gelarazteko nahiz aterarazteko tunneling erabili ohi da (eremu elektromagnetikoen bidez).

Mota askotako gelaxkak daude, NOR eta NAND dira ezagunenetakoak. Ezaugarri propio ugari dituzte, baina laburbilduz NAND oinarritzat duten sistemak merkeagoak dira, baina ez dira oso eraginkorrak.

Erreferentziak

• ROM, EPROM, and EEPROM Technology. https://web.eecs.umich.edu
• FRAM – New Generation of Non-Volatile Memory. http://www.ti.com
• SRAM technology. http://smithsonianchips.si.edu

Kanpo estekak

• Datuak: Q18343761