چگونه ROM کار می کند
انواع ROM
پنج نوع ROM اصلی وجود دارد:
رام
PROM
EPROM
EEPROM
حافظه فلش
هر نوع ویژگی های منحصر به فردی دارد که در این مقاله یاد خواهید گرفت، اما همه انواع حافظه با دو چیز مشترک هستند:
داده های ذخیره شده در این تراشه ها غیرقابل تحمل است – زمانی که قدرت حذف می شود، از دست نمی رود.
داده های ذخیره شده در این تراشه ها غیر قابل تغییر است و یا نیاز به عملیات ویژه ای برای تغییر دارند (بر خلاف RAM که می تواند به آسانی همانطور که خوانده می شود تغییر کند).
این بدان معناست که از بین بردن منبع برق از تراشه، هیچ داده ای را از دست نخواهید داد.
ROM در محل کار
شبیه به RAM، تراشه های ROM (شکل ۱) حاوی یک شبکه از ستون ها و ردیف ها است. اما کجا ستون ها و ردیف تقاطع می شوند، تراشه های ROM اساسا از تراشه های RAM متفاوت است. در حالی که RAM با استفاده از ترانزیستورها برای روشن یا خاموش کردن دسترسی به خازن در هر تقاطع، ROM برای اتصال خطوط استفاده می کند اگر مقدار ۱ باشد. اگر مقدار ۰ باشد، خطوط به هیچ وجه متصل نمی شوند.
یک دیود به طور معمول جریان را فقط در یک جهت جریان می دهد و دارای یک آستانه مشخص است که به عنوان برانگیختگی پیش رو شناخته می شود، که تعیین می کند که جریان فعلی قبل از اینکه دیود آن را منتقل کند. در مواردی که بر پایه سیلیکون مانند پردازنده ها و تراشه های حافظه است، ولتاژ شکست رو به جلو تقریبا ۰٫۶ ولت است. با استفاده از خواص منحصر به فرد یک دیود، یک تراشه ROM می تواند یک بار که بالاتر از فروپاشی رو به جلو است را با ستون مناسب با ردیف انتخاب شده متصل شده برای اتصال در یک سلول خاص ارسال کنید. اگر یک دیود در آن سلول موجود باشد، شارژ از طریق زمین کشیده می شود و در زیر سیستم دودویی سلول به عنوان “در” خوانده می شود (مقدار ۱). بخش شسته ROM این است که اگر مقدار سلول ۰ باشد، دیود در این تقاطع برای اتصال ستون و ردیف وجود ندارد. بنابراین هزینه ستون به ردیف منتقل نمی شود.
همانطور که می بینید، راه کار تراشه ROM، برنامه ریزی داده های کامل و کامل را زمانی که تراشه ایجاد می شود، ضروری می سازد. شما نمی توانید یک تراشه رام استاندارد را مجددا برنامه ریزی یا بازنویسی کنید. اگر نادرست باشد یا داده ها نیاز به به روز رسانی داشته باشند، باید آن را بردارید و دوباره شروع کنید. ایجاد الگوی اصلی برای یک تراشه ROM اغلب فرایندی پر از آزمایش و خطا است. اما مزایای تراشه های ROM بیشتر از اشکالاتی است. پس از تکمیل فرم، تراشه های فعلی می توانند به اندازه چند سنت هزینه داشته باشند. آنها از قدرت بسیار کم استفاده می کنند، بسیار قابل اعتماد هستند و در مورد اکثر دستگاه های الکترونیکی کوچک، آنها شامل تمام برنامه های لازم برای کنترل دستگاه می باشند. یک نمونه عالی، تراشه کوچک در اسباب بازی ماهیگیری آواز است. این تراشه، در مورد اندازه ناخن خود، شامل کلیپ های آهنگ ۳۰ ثانیه در ROM و کدهای کنترل برای هماهنگ سازی موتورها به موسیقی است.
ایجاد تراشه های ROM کاملا از ابتدا بسیار وقت گیر است و بسیار کم هزینه است. به همین دلیل، عمدتا، توسعه دهندگان یک نوع ROM ایجاد کردند که به عنوان حافظه قابل خواندن قابل برنامه ریزی (PROM) شناخته می شود. چیپ های BLM PROM را می توان ارزان و کد گذاری شده توسط هر کس با یک ابزار ویژه به نام برنامه نویس.
تراشه های PROM (شکل ۲) یک شبکه از ستون ها و ردیف ها درست مثل ROM ها معمولی دارند. تفاوت این است که در هر تقاطع یک سطر و ستون در یک تراشه PROM دارای فیوز اتصال آنها. شارژ از طریق یک ستون ارسال شود از فیوز در یک سلول به یک ردیف پایه نشان دهنده ارزش ۱٫ از آنجا که تمام سلول های یک فیوز دارند عبور، اولیه (خالی)، یک تراشه PROM 1S است. برای تغییر مقدار یک سلول به ۰، از یک برنامه نویس برای ارسال مقدار مشخصی از جریان به سلول استفاده کنید. ولتاژ بالاتر با سوزاندن فیوز ارتباط بین ستون و ردیف را قطع می کند. این فرایند به عنوان سوختن PROM شناخته می شود.
PROM ها فقط می توانند یکبار برنامه ریزی شوند. آنها شکننده تر از ROM هستند. تکان خوردن از الکتریسیته ساکن به راحتی ممکن فیوز در PROM به سوختن، تغییر بیت ضروری از ۱ تا ۰٫ اما حافظه های فوق خالی ارزان و عالی برای نمونه سازی داده ها برای یک ROM قبل از ارتکاب به فرایند ساخت ROM پر هزینه هستند.
EPROM
کار با ROM ها و PROM ها می تواند یک کسب و کار بی روح باشد. حتی اگر آنها در هر چیپ ارزان باشند، هزینه آنها می تواند در طول زمان اضافه شود. حافظه قابل خواندن قابل برنامه ریزی قابل پاک شدن (EPROM) این مسئله را حل می کند. تراشه های EPROM را می توان بارها و بارها بازنویسی کرد. پاک کردن EPROM نیاز به ابزار خاصی دارد که یک فرکانس خاص نور نور ماورای بنفش را منتشر می کند. EPROM ها با استفاده از برنامه نویسی EPROM پیکربندی شده اند که ولتاژ در سطوح مشخص شده بسته به نوع EPROM مورد استفاده قرار می گیرد.
یک بار دیگر یک شبکه از ستون ها و ردیف ها داریم. در EPROM، سلول در هر تقاطع دارای دو ترانزیستور است. دو ترانزیستور با یک لایه اکسید نازک از یکدیگر جدا می شوند. یکی از ترانزیستورها به عنوان دروازه شناور شناخته می شود و دیگری به عنوان دروازه کنترل. تنها پیوند دروازه شناور به ردیف (wordline) از طریق دروازه کنترل است. تا زمانی که این پیوند در محل قرار داشته باشد، سلول دارای مقدار ۱ است. برای تغییر مقدار به ۰ نیاز به یک فرایند کنجکاو به نام فاولر نوردیمن تونل زنی است. تونلینگ برای تغییر جایگذاری الکترونها در دروازه شناور استفاده می شود. یک بار الکتریکی، معمولا ۱۰ تا ۱۳ ولت، به دروازه شناور اعمال می شود. شارژ از ستون (bitline) می آید، وارد دروازه شناور می شود و به زمین می ریزد.
این شارژ باعث می شود که ترانزیستور دروازه شناور مانند یک تفنگ الکترون عمل کند. الکترون های هیجان انگیز از طرف دیگر لایه اکسید نازک عبور داده می شوند و به یک بار منفی منجر می شوند. این الکترونی های با فشار منفی به عنوان یک مانع بین دروازه کنترل و دروازه شناور عمل می کنند. دستگاهی که سنسور سلولی نامیده می شود، سطح شارژ را از طریق دروازه شناور را نظارت می کند. اگر جریان از طریق دروازه بزرگتر از ۵۰ درصد از شارژ باشد، مقدار آن برابر با ۱ است. هنگامی که شارژ از طریق قطره ها زیر آستانه ۵۰ درصد عبور می کند، مقدار به ۰ تغییر می کند. EPROM خالی دارای تمام دروازه ها به طور کامل باز کردن، دادن هر سلول به مقدار ۱.
برای بازنویسی EPROM، ابتدا باید آن را پاک کنید. برای پاک کردن آن، شما باید یک سطح انرژی را به اندازه کافی قوی بدهید تا از طریق الکترونهای منفی که دروازه شناور را مسدود می کنند عبور کنید. در یک EPROM استاندارد، این بهترین است با نور UV در فرکانس ۲۵۳٫۷ انجام می شود. از آنجا که این فرکانس خاص به اکثر پلاستیک یا عینک نفوذ نمی کند، هر تراشه EPROM دارای یک پنجره کوارتز بر روی آن است. EPROM باید به درستی به درستی کار کند تا نزدیک به یک منبع نور پاک کننده، در عرض یک اینچ یا دو برابر باشد.
EPROM انتخابی نیست، تمام EPROM را پاک می کند. EPROM باید از دستگاهی که در آن است قرار گرفته و تحت نور UV از پاک کننده EPROM برای چندین دقیقه حذف شده است. EPROM که به مدت طولانی باقی می ماند، می تواند بیش از حد پاک شود. در چنین مواردی، دروازه های شناور EPROM به نقطه ای که آنها قادر به نگه داشتن الکترون ها نیستند، شارژ می شوند.
EEPROM ها و حافظه فلش
اگر چه EPROM ها از PROM ها در شرایط قابل استفاده مجدد یک گام بزرگ هستند، اما هنوز نیاز به تجهیزات اختصاصی و یک فرآیند کار پر هزینه برای حذف و نصب مجدد آنها در هر زمان لازم است. همچنین تغییرات را نمیتوان به طور یکنواخت به EPROM انجام داد. کل تراشه باید پاک شود تراشه های حافظه ی قابل خواندن قابل برنامه ریزی قابل خواندن توسط EEPROM، بزرگترین اشکالات EPROM را حذف می کنند.
در EEPROM ها:
تراشه لازم نیست که بازنویسی شود.
کل تراشه لازم نیست به طور کامل پاک شود تا بخش خاصی از آن تغییر کند.
تغییر محتوا نیاز به ابزار اختصاصی اضافی ندارد.
به جای استفاده از نور UV، شما می توانید الکترون ها را در سلول های EEPROM به حالت نرمال با استفاده محلی از یک میدان الکتریکی به هر سلول بازگردانید. این سلولهای هدفون EEPROM را پاک می کند که بعدا می تواند بازنویسی شود. EEPROM 1 بایت در یک زمان تغییر می کند که باعث می شود آنها همه کاره اما آهسته باشند. در واقع، تراشه های EEPROM برای استفاده در بسیاری از محصولات بسیار دشوار است که تغییرات سریع را در داده های ذخیره شده بر روی تراشه ایجاد می کنند.
تولیدکنندگان به این محدودیت با حافظه فلش پاسخ دادند، به نوع EEPROM که سیم کشی درون مدار را برای پاک کردن با استفاده از یک میدان الکتریکی به کل تراشه یا بخش های پیش تعیین شده تراشه به نام بلوک ها، پاک می کند. حافظه فلش بسیار سریعتر از EEPROM های سنتی کار می کند، زیرا داده ها را در تکه ها، معمولا ۵۱۲ بایت به اندازه یک بایت در یک زمان، می نویسد. ببینید چگونه حافظه فلش کار می کند برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این نوع ROM و برنامه های کاربردی آن.
