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1 Microélectronique. Prof. A. TOUHAMI MICROELECTRONIQUE & C.A.O. Mémoires 2 Mic

1 Microélectronique. Prof. A. TOUHAMI MICROELECTRONIQUE & C.A.O. Mémoires 2 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires Définitions - Une mémoire est un circuit à semi-conducteur permettant d’enregistrer, de conserver et de restituer des informations. - L’opération d’enregistrement d’informations est appelée Écriture - L’opération de récupération d’informations est appelée Lecture Mémoires 3 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires Ce sont des mémoires à accès séquentiel (du type registre à décalage). L’accès à l’information n’est pas direct, on décale le contenu des cases mémoire jusqu’à trouver le bon emplacement. Classification des mémoires Mémoires à structure linéaire Ce sont des éléments de mémorisation utilisés dans les architectures à base de processeurs. Elles permettent d’échanger des données entre processeur et périphériques d’une façon souple. L’ordre de lecture des données sur une pile est dit LIFO (Last In, First Out). Piles 4 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires Contrairement aux piles, dans les files les données mémorisées sont consommées dans l’ordre de leur mémorisation (première donnée mémorisée, première donnée consommée). Cet ordre de lecture est dit FIFO (First In, First Out). Files 5 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires Elles sont accessibles d’une manière aléatoire, elles sont constituées de plusieurs cellules élémentaires qui forment une matrice (lignes et colonnes). Une cellule correspond à l’intersection d’une ligne et une colonne. Mémoires à structure matricielle 6 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires - Une mémoire est équivalente à une armoire de rangement constituée de plusieurs tiroirs - Chaque tiroir représente une case mémoire de largeur m et qui est identifiée par un numéro. - Ce numéro est appelé adresse grâce à laquelle on peut avoir accès à chaque donnée. - Avec une adresse de n bits il est possible de référencier 2n cases mémoires. Organisation d’une mémoire 7 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires Mémoire Adresse R/W CS Sortie Données Schéma d’un circuit mémoire - Le nombre de fils d’adresse définit le nombre de cases mémoires. - Le nombre de fils de données définit la taille des données que l’on peut stocker dans chaque case mémoire. 8 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires - Capacité: nombre total de bits que contient une mémoire. Elle s’exprime souvent en Octet. - Largeur du mot: nombre de bits qu’on peut stocker par case mémoire. - Temps d’accès: temps mis pour effectuer une opération de lecture/écriture en mémoire. - Temps de cycle: temps minimum qui sépare deux demandes successives de lecture ou écriture. - Débit: nombre maximum d’informations lues ou écrites par seconde. - Volatilité: elle caractérise la performance des informations dans la mémoire. Caractéristiques d’une mémoire 9 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  Mémoires volatiles Ce sont des mémoires qui perdent leurs informations en cas de coupure d’alimentation (taccès = 150ns).  Mémoires non volatiles Ce sont des mémoires qui ne perdent leurs informations en cas de coupure d’alimentation (taccès = 10ns). Classification fonctionnelle des mémoires 10 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  ROM (Read Only Memory) Mémoires non volatiles Elle est programmée par le fabricant et son contenu ne peut être ni modifié, ni effacé par l’utilisateur • Densité élevée • Mémoire rapide • Ecriture et modification impossible • Coût élevé • Délai de fabrication important - Avantages: - Inconvénients: 11 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires 12 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  PROM (Programmable ROM) C’est une ROM qui peut être programmée une seule fois par l’utilisateur. La programmation est réalisée à l’aide d’un programmateur spécifique. • Densité élevée • Mémoire rapide • Coût relativement faible • Claquage en quelques minutes • Modification impossible (toute erreur est fatale) - Avantages: - Inconvénients: 13 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  Technologie à fusibles 14 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires • La programmation d’une PROM se fait par un programmateur de PROM • Initialement, toutes les rangées et les colonnes sont connectés (1 en chaque case mémoire) • Programmeur génère des impulsions qui ont pour effet de claquer les fusibles, générant ainsi des 0 • Cette programmation est irréversible et ne permet donc pas la reprogrammation • Dans les années 60, les premières PROM étaient composées de matrices de diodes avec fusibles ou avec transistors • La programmation se faisait en grillant les fusibles indésirables en leur appliquant une tension élevée. 15 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  EPROM (Erasable PROM) C’est une PROM qui peut être effacée à l’aide des rayons Ultraviolets. • Densité élevée • Mémoire rapide • Coût relativement faible • Claquage en quelques minutes • Reprogrammable. • Impossible de sélectionner une seule cellule à effacer - Avantages: - Inconvénients: 16 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  Transistor FAMOS (Floating gate Avalanche injection Metal Oxyde Silicium 17 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires • Application d’une forte tension électrique entre drain et la source • Electrons traversent l’isolant par effet tunnel • Ces électrons se trouvent piégés dans la grille • Quantité de charges piégée porte la grille à un potentiel négatif • Ce potentiel entraîne la formation d’un canal d’inversion entre les deux zones diffusées • Transistor devient passant • Lors d’irradiation d’une dizaine de minutes par des rayons ultraviolets, la quantité de charge piégée dans la grille se disparaît et le transistor redevient bloqué 18 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  EEPROM (Electrically EPROM) C’est une mémoire programmable et effaçable électriquement. • Programmation et effacement • Comportement d’une RAM non volatile • Très lente pour une utilisation en RAM • Coût de réalisation élevé. - Avantages: - Inconvénients: 19 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  Transistor SAMOS (Staked gate avalanche injection MOS transistor) • Faible épaisseur d’oxyde entre la grille flottante G1 et le silicium (15nm) • Les électrons peuvent alors transiter facilement dans les deux sens par effet tunnel sous l’action d’une tension électrique supérieure à 24V. 20 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires • La source et le drain sont mis à la masse • Application d’une impulsion de tension positive entre la grille G2 et la masse • Des électrons issus du drain traversent la mince couche d’oxyde • Piégeage de ces électrons dans la grille flottante • Augmentation de la valeur de la tension de seuil. •Blocage du transistor • La grille G2 et la source sont mises à la masse •Une impulsion de tension est appliquée entre drain et la masse •Les électrons précédemment piégés dans la grille flottante transitent en sens inverse à travers l’oxyde mince • La tension de seuil redevient normale • Déblocage du transistor 21 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires 22 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  Flash EPROM C’est une mémoire programmable et effaçable électriquement comme les EEPROM mais elle a une technologie différente. • Programmation et effacement mot par mot • Temps d’accès faible. - Avantages: 23 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  RAM (Random acces Memory) Mémoires volatiles • Ce sont des mémoires vives à accès aléatoire, c’est-à-dire on peut lire et écrire une information à tout moment en un temps constant quelque soit la zone choisie. • Une mémoire vive sert au stockage temporaire de données et elle a un temps de cycle très court pour ne pas ralentir le microprocesseur. • Les mémoires vives perdent leurs informations en cas de coupure d’alimentation. • Elles ont une faible consommation. 24 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  SRAM (Static RAM) • Elles permettent de garder l’information enregistrée pendant une durée illimitée tant que le circuit est sous tension. • C’est une mémoire vive dont la cellule mémoire est un bistable composé de six transistors. • Ces mémoires sont utilisées pour les mémoires caches du processeur car elles offrent des temps d’accès très courts 25 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires VCC VSS BL Cellule mémoire d’une SRAM 26 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  DRAM (Dynamic RAM) L’information est mémorisée sous forme d’une charge électrique qui est stockée dans une capacité MOS. • Grande densité d’intégration. • Consommation faible. • L’information stockée nécessite un rafraîchissement régulier • Temps d’accès important. - Avantages: - Inconvénients: Ligne de sélection Capacité de stockage Cellule mémoire d’une DRAM 27 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires 1024 Cellules 32 lignes x 32 colonnes Sélecteur de ligne Sélecteur de colonne Circuit de contrôle Buffer I/O Sortie Entrée R/W CE A9 A4 A8 A7 A6 A5 A0 A1 A2 A3 Organisation d’une SRAM 28 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires 1024 Cellules 32 lignes x 32 colonnes Sélecteur de ligne Sélecteur de colonne Entrée / Sortie R/W Horloge A9 A4 A8 A7 A6 A5 A0 A1 A2 A3 Circuit de rafraîchissement Organisation d’une DRAM 29 Microélectronique Prof. A. TOUHAMI Mémoires  Les différents types de DRAM • Temps d’accès de 12 à 20 ns • Délai d’attente provoqué • fréquence optimale est de l’ordre de 33 MHz - DRAM asynchrone Dans le cas des mémoires asynchrones et pour obtenir un résultat après une modification de l’état des entrées il fallait attendre un temps donné par les caractéristiques de la mémoire. - DRAM synchrone Une mémoire SDRAM attend un front d’horloge (synchrone a celle du processeur) pour prendre en compte l’état des signaux d’entrée Ce qui permet de piloter une machine à états uploads/Litterature/ micro-memoire.pdf