IC Yarı iletken Hafızalar Hakkında Eprom Eeprom

IC Yarı iletken Hafızalar Çoğu dijital sistemler ya geçici ya da devamlı olmak üzere bilgi depolaması yapan hafıza ünitelerini içerirler. Şerit göbekler, disk ve manyetik bantlar gibi manyetik elemanlar sürekli depolama özelliğine sahiptirler.

Bu elemanlara kaydedilen bilgiler, elektrik enerjisi kesilse bile daha önce depolanan bilgileri korurlar. Buna karşılık, sürekli gelişen entegre teknikleri ile kapasiteleri artan ve özellikle kısa süre depolamaları için üstünlük sağlayan hafıza teknolojisi oluşmuştur.

Bilgisayarın ve kontrol sistemlerinin temelini oluşturan bu yarı iletken hafızalarının diğer önemli özellikleri ise, boyutları küçük, ucuz ve çalışma hızlarının yüksek olmasıdır. Böylece geniş kapsamlı bilgisayarlı cihazların her yere girmesi kolaylaşmıştır.

Bir hafıza, hafıza hücreleri matrisi, adres seçimi ve kontrol gibi fonksiyonları sağlayan bir dijital devreden ibarettir. Her hücre yalnız bir tek adresle tanımlanır ve matriste özel bir yere sahiptir. Yarı iletken hafızalar aşağıdaki tiplerde olabilir.

• RAM (Random-Acces Memory)= Rasgele Erişimli Hafıza.
• ROM (Read-Only Memory)= Yalnız Okunabilen Hafıza.
• PROM (Programmable Read-Only Memory) Programlanabilir yalnız okunabilen hafıza.
• RMM(Read-Mostly Memory)= Çoğunlukla oku hafıza.

Standart yarıiletken hafıza boyutları, 1K, 4K, 16K, 32K ve 64K gibidir. Hafızalardan, istenen herhangi bir hafıza kapasitesini elde etmek için X1, X2 ve X8’lik gibi sıralarda irtibat’lama yapılır. Örneğin 1 Kx1 (1 bitlik 1K hafıza), 16Kx4 (4 bitlik 16 K hafıza) gibi.

Rast Gele Erişimli Hafızalar (RAM)

RAM hafızaları iki şekilde çalışır. Bilgi, hücrelere ya statik ya da dinamik olarak depolanır. Flip-flop içine yazılan bilgi, enerjinin var olduğu sürece saklı kalır. Dinamik bir RAM hafızada ise her bitin depolanması, bir kondansatörün şarjı ve bazı başka faktörler yardımıyla gerçekleşir. Ancak bir zaman sonra kondansatör deşarj olacağından bilgiyi yeniden yazmak veya depolanan bilginin devamlı ve periyodik olarak tazelenmesi gerekir. Dinamik hafıza statik hafızaya oranla daha hızlıdır ve büyük paketleme yoğunluğuna izin verir.

RAM hafızaları genellikle, I²R (İntegrated injection logic), N tipi veya P tipi MOSFET veya bipolar devreleri şeklinde imal edilirler. Bipolar’da hafıza bilgisine erişme zamanı 20 nsn’dir. MOS tipi hafızalarda bu zaman 200 nsn’dir. I²L devresi ise hemen hemen bipolar devresi kadar hızlı çalışır.

I²L ve MOS devrelerinde her bit için mikrowatt mertebesinde bir güç kullanılırken bipolar’da her bit için miliwatt mertebesindedir yani daha fazla güç kullanılır. Buna göre, bipolar hafızaları özel uygulamalarda kullanılır. Büyük kapasiteli ana hafızalar ise MOS hafıza devreleri ile gerçekleştirilir.

Bir yarıiletken (IC) hafıza ünitesindeki bilgi bitleri, ya tek bitler ya da bitler grubu (kelimeler) olarak organize edilir. Buna örnek olarak 1024×1 (1 bitlik 1024 kelimelik) organizasyonu ile 1024 bitin depolanmasını sağlayan MOS tipi INTEL 8102 RAM gösterebiliriz. Burada tek tek depolanmış bulunan 1024 biti seçmek için 10 bitlik adrese (2¹º=1024) gerek olduğunu unutmamak gerekir.

12 bitlik kelime uzunluğuna 1K’lık bir hafıza elde etmek için, 12 bitlik kelime uzunluğuna sahip bir göbek hafıza planında olduğu gibi 12 adet 8102 entegresi kullanmak gerekir. IC hafızaları genellikle 1Kx8, 4Kx8, 1Kx4, 4Kx4 gibi bitler elde edilecek şekilde imal edilir.

Daha geniş bitli veya daha geniş kapasiteli hafıza elde etmek için standart entegrelerden bir kaçını kendi arasında özel olarak bağlamak gerekir.

Bir hafıza hücresine, X ve Y (dikey veya yatay) seçici hatları kullanarak ulaşılır, fakat tüm
bitlerin seçimini yapabilmek için kod çözücü devrelerine gerek vardır. Ancak, adres bitleri bu seçici hatlar içinde kısmi veya tam bir şekilde kodu çözülerek IC’nin dışındaki kod çözücü devrelerinin sayısı azaltılabilir.

Bipolar RAM Hafıza

Bipolar RAM’a örnek olarak 256×1 hafızaya sahip SN74S201 entegresini verebiliriz. Bu entegrenin erişme zamanı (okuma saykılının zamanı) 40 ns civarındadır. Her bitin güç
harcaması ise, 1,8 mw’tır. Entegre 16 bacaklı olup, okunabilen ve yazılabilen 256 bit TTL
lojiği ile imal edilmiştir.

8 bitlik adres, 28=256 bitten birini seçmek için kullanılır. Data girişindeki bilgi, enable lojik-0 iken hafıza içine adresle seçilen bölge yazılır. Enable lojik- 1 olduğu zaman ise bilgi okunur. Bilgi okunurken hafızada hiçbir zaman hasar meydana gelmez. Yani okunan bilgi hafızadan silinmez.

Statik MOS RAM Hafızası

Yüksek hızlı rasgele erişimli hafızalar, bipolar IC’lerden oluşur. Ancak daha büyük kapasiteli hafızalar genellikle MOS tipi transistörle elde edilir ve bu şekilde imal edilmiş entegreler daha ucuzdur. Bir statik RAM, depolayacağı bilginin her biti için bir flip-flop matrisi kullanılır. Kullanılan bu flip-flop’lar, bir hafıza hücresi gibi hareket ederler.

Dinamik Rasgele Erişimli Hafıza

Hücrelerindeki transistör sayısı azaltılarak dinamik olarak imal edilen hafızalar birçok imkan sağlar. Yani hücre yapısındaki eleman sayısının azaltılmasıyla depolama daha sıkı bir şekilde yapılır. Örneğin 4K’lık dinamik bir RAM’ın her bit için gerekli güç miktarı 7 µw olmak üzere toplam 30 mw olarak gerçekleştirildiğini düşünürsek üstünlüğünü anlamak oldukça kolaydır. Böyle bir dinamik RAM’a 8107A entegresini örnek olarak gösterebiliriz.

Yalnız Okuyabilen Hafızalar (ROM)

Yalnız okuyabilen hafızaların (ROM-Read Only Memories) içlerine bilgiler, imalatçı firmalar tarafından ve ROM entegrenin imalatı esnasında yazılır. Bu tip hafızalar, bilgisayarların bir bölümünü oluştururlar. Bir devrenin çalışması esnasında elde edilen bilgiler bu tip hafıza içine yazılamaz. Ancak ROM’lar, matematiksel tabloların veya değerlerin (logaritmik-trigonometrik fonksiyonlar gibi), kod çevirme programlarının depolandığı hafızalardır.

ROM, RAM’a benzer şekilde bir matris düzeninde bilgilerin yazılması ile oluşur. Her bölge bir tek adrese sahiptir. Bölge adreslendiği zaman o adreste bulunan depolu bilgi okunur. ROM’lar, giriş adres hat sayısının azalması açısından decoder devrelerini içerirler. Böylece entegre ayak sayısı en aza indirilmiş olur.

Burada M bitli kod, N bitli bir çıkış koduna çevrilmektedir. Aynı zamanda M giriş kodu bir decoder ile A kelime hattına açılmakta ve her hat istenilen bir çıkış kelimesine kodlanmaktadır. ROM’un her adresine tekabül eden bilgi hiçbir zaman kaybolmaz.

Basit olarak bir ROM’un blok diyagramı.

Silinebilir Hafızalar (EPROM’LAR)

Gerektiğinde üzerine yazılmış bilgiler silinebilen ileri düzeyde yapılmış PROM’lara EPROM denir. Bu EPROM’larda programlama sırasında bir sigorta attırma yerine, farklı bir mosfet hücresi kullanılır. Programlama, hücrede bir şarj depolar. Ancak yapılan özel bir düzenleme ile bu şarj sürekli tutulur.

Statik depolu hafızaları silmek için entegre üzerinde bulunan şeffaf pencereden ultraviyole ışınları verilir. Bu anda radyasyon hücrenin iletkenliğini arttırır. Böylece depolanmış olan şarjın kaçmasına izin verilir. Radyasyon tüm matris sistemindeki hücreleri uygulandığından matris sistemde depolanmış olan tüm bilgilerin silinmesine neden olur.

Ultraviyole ışınları elde etmek için bu amaçla imal edilmiş özel tüpler vardır. Pratikte çalışmalarda böyle bir imkan yoksa silmek istediğimiz EPROM’u bulutsuz bir havada güneş ışınları altında 20-35 dakika tutulur veya civa buharlı bir lambanın ucunun flemana zarar vermeden kırılır ve silmek istenilen EPROM bu lambanın altında 10-15 dakika beklenir. Bu yollara silinmiş bir EPROM tekrar programlanabilir.

MOS matrisi ile oluşmuş bir EPROM’a bilgi kaydedileceği zaman hafızada hücre transistörünü çalıştırmaya izin veren bir kapı vardır. Her depolama hücre transistörünün üzerinde bir yüzey kapı kullanılır. Kapı elektriksel olarak izole edilmiştir. Şarjsız bir kapı hiçbir oluk (D) kaynak (S) kanalı sağlamazken, şarjlı bir kapı geçici bir kanal sağlar. Programlanabilir ROM’ların bir başka şekli ise elektriksel olarak değiştirilen PROM ve EPROM’lardır.

Eprom Eeprom hakkındaki bilgiler Ferhan Bektaşer Tarafından hazırlanan “Yürüyen ışıklı yazı panosu ve gerçekleştirilmesi” projesinden alınmıştır. Emeği geçen Kişilere Teşekkürler.