Mémoires mortes et logique programmable

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Mémoires mortes et
logique programmable
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Mémoires mortes
on vient d'étudier les mémoires vives
accessibles en lecture et en écriture
mais volatiles
de nombreuses applications demandent de pouvoir
conserver des informations, même si l'alimentation
électrique est coupée
mémoires mortes, le plus souvent accessibles en
lecture seulement
ROM (Read Only Memory)
les informations stockées ne peuvent être modifiées, ni
intentionnellement ni accidentellement
accès généralement très rapide
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Mémoires mortes
principe
bloc mémoire sans lignes d'entrée ni commande
d'écriture
2k mots de n bits
k lignes
d'adresse
n lignes
de sortie
CS
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Mémoires mortes
chaque mot peut être considéré comme un code et la
mémoire réalisée avec un encodeur de 2k lignes et n
sorties associées à un décodeur pour activer une de
ces 2k lignes

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Mémoires mortes
exemple d'une mémoire de 4 mots de 4 bits
réalisation possible
de l'encodeur avec
des diodes
table de vérité
X
1
X
0
Y
3
Y
2
Y
1
Y
0
0 0 1 0 1 0
0 1 1 1 0 1
1 0 0 0 1 0
1 1 1 1 1 1
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Mémoires mortes
on préfère le plus souvent une organisation matricielle
une partie de l'adresse identifie les lignes
l'autre partie identifie les colonnes
mêmes remarques pour l'assemblage de blocs
mémoires que pour les mémoires vives
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Mémoires mortes
applications des ROMs
stockage de programme dans des systèmes
embarqués
calculatrice
BIOS
machine à laver
conversion de code
exemple de la génération de caractères pour un terminal
ou une imprimante
caractère = matrice de points (1 pour le point à afficher)
chaque ligne de la matrice est un mot de n bits (n = nombre de
colonnes)
peut être stocké dans une ROM à l'intérieur du périphérique
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Mémoires mortes
visualiser sur un écran à balayage des caractères
constitués de 8 lignes de 5 points
mémorisation de 8 mots de 5 bits
un compteur permet de balayer périodiquement ces 8 mots
pour les afficher en permanence
pour adresser tous les caractères, on va utiliser leur
code ASCII
code ASCII de N (en hexadécimal) : 4E16 = 10011102
code ASCII de R (en hexadécimal) : 5216 = 10100102

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Mémoires mortes
d'où les 8 mots
nécessaires pour
chacune des lignes
de chaque caractère
et leurs adresses
et le schéma de
principe du dispositif
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Mémoires mortes
génération de fonction numérique
exemple : sin(x), x  [0, /2]
l'intervalle [0, /2] est divisé en N = 2k intervalles, la variable
xi prenant les valeurs centrales :
chacune des valeurs est identifiée par l'indice i, qui peut être
utilisé comme une adresse
si on code dans la cellule mémoire associée à l'adresse i le
nombre
fi = Partie Entière [(2n - 1) sin xi]
on obtient une grandeur proportionnelle à sin xi codée sur la
totalité de la gamme dynamique des n bits
Look-up Table
associée à un compteur et un convertisseur numérique-
analogique : possibilité de génération de signaux périodiques
x
i
= i1
2
x avec i[0,N1]etx=
2N
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Mémoires mortes
génération de fonctions logiques
exemple : pouvoir effectuer une des 8 fonctions logiques
sur 2 variables
f0 (a,b) = a.b
f1 (a,b) = a.b
f2 (a,b) = a.b
f3 (a,b) = a+b
f4 (a,b) = a+b
f5 (a,b) = a+b
f6 (a,b) = ab
f7 (a,b) = ab
facile d'écrire la table de vérité des 8 fonctions par rapport aux 4
combinaisons de a et b, puis de mémoriser les 32 valeurs dans
une ROM:
32 bits
a
b
fi
S
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Mémoires programmables par l'utilisateur
PROM
Programmable Read Only Memory
pour éviter d'avoir à demander une fabrication spéciale
des mémoires mortes
coûteux
lent
intéressant pour la phase de développement d'un
produit ou pour de petites séries

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Mémoires programmables par l'utilisateur
techniques de programmation
méthode des fusibles
une diode et un fusible à chaque noeud de la matrice
initialement tous les fusibles sont conducteurs et donc tous les
bits sont à 1
la définition des 0 se fait à l'aide
d'un programmateur de PROM
qui est capable de détruire les
fusibles en indiquant l'adresse
du bit du mot à modifier et en
injectant un courant sur la sortie
correspondante
mais la manoeuvre est risquée
pour le circuit...
méthodes des anti-fusibles
aucune connection initialement
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Mémoires programmables par l'utilisateur
réalisation de la programmation
méthode des anti-fusibles
on fait fondre un diélectrique dans une zone de faibles
dimensions située à l'intersection de 2 électrodes
1ère électrode en
silicium polycristallin
2ème électrode
réalisée dan un implant
fortement dopé n+
diélectrique constitué de
couches d'oxyde et de nitrure
de silicium
la fusion du diélectrique
entraine la diffusion des
dopants
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Mémoires programmables par l'utilisateur
d'autres technologies sont possibles, faisant intervenir
diverses combinaisons électrodes-diélectrique
mais toutes ces technologies sont irréversibles du
point de vue de la configuration de la PROM
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Mémoires programmables par l'utilisateur
multi-programmation des PROM
en utilisant des transistors à effet de champ MOS
(Metal Oxyde Semiconductors)
la grille permet d'induire
un canal entre la source
et le drain
une tension positive sur la grille
va attirer les électrons et
repousser les trous
une partie des électrons va se
recombiner avec les trous, créant une inversion de population
induisant un canal n entre les implants de la source et du drain
Le transistor est alors passant
pour programmer le noeud, on fait passer un courant intense
entre la source et le drain. Des électrons acquièrent une énergie
suffisante pour atteindre la grille flottante où ils sont piégés.
Quand la charge piégée est suffisante, elle masque le champ
induit par la grille et le transistor est bloqué de façon permanente

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Mémoires programmables par l'utilisateur
pour "déprogrammer" le circuit, il faut décharger la
grille flottante
exposition aux rayonnements UV pendant quelques
dizaines de minutes
Erasable Programmable Read-Only Memory (EPROM)
par effet tunnel en appliquant des tensions électriques
suffisamment importantes entre la grille, la source et le
drain
action plus rapide et sans être obligé de retirer le circuit
du système où il est monté
Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
(EEPROM)
le cycle d'écriture d'une EEPROM est environ 1000
fois plus lent que celui d'une RAM
les temps d'accès en lecture des RAM, ROM, EPROM,
EEPROM sont comparables
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Mémoires programmables par l'utilisateur
NOVRAM (Non volatile RAM)
EEPROM associée à une RAM. Sert à sauvegarder
rapidement (< 10ms) le contenu de la RAM en cas de
coupure de courant
mémoires flash
EEPROM dans laquelle on peut atteindre plusieurs
cellules en parallèle (octet ou mot), diminuant
sensiblement les temps d'accès en écriture
l'effacement ne peut se faire que par bloc
on trouve maintenant des circuits pour lesquels on
mesure la quantité d'électrons piégés dans la grille
flottante, permettant ainsi de stocker plusieurs bits
dans une même cellule
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Réseaux logiques programmables
la famille des circuits logiques programmables (PLD)
est vaste et variée
PAL, SPLD, EPLD,
CPLD, FPGA
exemple d'une PROM
de 16 mots de 4 bits
4 entrées pour les
portes ET
connexions figées
16 entrées pour les
portes OU
connexions program-
mables
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Réseaux logiques programmables
Programmable Array Logic (PAL)
matrices des connexions
OU figée
matrice des connexions
ET programmable