1.8 Grundlagen der Digitaltechnik

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Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 GND VDD p- bulk silicon "Trench"- Kondensator 20 n-diffusion p-diffusion metal gate-oxide field-oxide p - bulk Abb. 8.34: Prinzip des "Trench"-Kondensators in dynamischen Speicherzellen Die MOS-Technologie erlaubt auch eine effiziente Ausführung der Adressierung von Speicherzellen. Speicherzellen werden in einer Matrix-ähnlichen Form angeordnet. Abb. 8.35: Speicher-Matrix Word - Line Bit - Line Zellen Die Anwahl einer bestimmten Speicherzelle geschieht durch eine horizontale und eine vertikale Auswahl-Leitung. Zusätzlich wird ein "read-enable" bzw. "write-enable"-Signal benötigt. Die Verknüpfung kann im einfachsten Fall über seriell geschaltete Pass-Transistoren erfolgen. Heutige DRAMs besitzen oft bereits eine automatische Refresh-Einrichtung auf dem Baustein, so daß der Rechner mit dieser Aufgabe nicht mehr belastet werden muß. Man hat damit pseudo-statische RAM-Bausteine. Ganz ohne den für dynamische Speicherzellen notwendigen "Refresh" kommen sogenannte statische Speicher aus, allerdings um den Preis einer wesentlich höheren Zahl von Transistoren pro Zelle.
Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 schreiben in (adr. * WE) n-depl. n-enh. GND 21 VDD n-depl. n-enh. lesen (adr. * RE) senseamplifier Abb. 8.36: Prinzip einer statischen Speicherzelle in nMOS-Technologie Die statische Speicherzelle kann aus hintereinandergeschalteten und rückgekoppelten Invertersstufen aufbebaut werden. Zur Auswahl eignen sich auch hier wieder Pass-Transistoren. Die rückgekoppelte Schaltung hat die Eigenschaft, daß sich ein einmal eingestellter Zustand (z. B. Augang auf "high", dazu ist der Ausgang des ersten Inverters auf "low", selbst über die Rückkopplung stabilisiert. So lange wie die Versorgungsspannung anliegt, wird diese auch als "bistabile Kippstufe" bezeichnete Schaltung ihren Zustand beibehalten. Um den logischen Zustand zu wechseln, muß ein starkes Eingangssignal, das den über die Rückkopplung stabilisierten Zustand am Eingang des ersten Inverters aufhebt, eingespeist werden. Eine Auswahl kann wie bei der dynamischen Speicherzelle über Pass-Transistoren erfolgen. Beim Lesevorgang steht hier ein relativ stabiles Ausgangssignal direkt zur Verfügung, ein Rückspeichern ist nicht notwendig. Statische Speicherzellen sind, was die Dauer der Lese- und Schreibvorgänge betrifft, wesentlich schneller als statische Speicher, benötigen aber auch mehr Platz pro Zelle. Deshalb ist die verfügbare Kapazität pro Baustein immer mindestens um den Faktor 4 geringer als bei dynamischen RAMs derselben Generation. Entsprechend höher ist auch der Preis pro Bit. Typischerweise werden SRAMs für Caches verwendet. Seit etwa 1985 werden aber statische und dynamische Speicherbausteine der neueren Generation nicht mehr in nMOS, sondern wegen des geringeren Leistungsverbrauchs in CMOS-Technologie ausgeführt. Angemerkt sei hier der Vollständigkeit halber daß man auch andere speichernde Elemente wie z. B. einfache Flip-Flops in ähnlicher Form wie die statische RAM-Zelle implementieren kann. 8.5.5 Nicht-flüchtige Speicher Neben den prinzipiell flüchtigen DRAM- und SRAM-Speichern werden in Rechnersystemen auch nicht-flüchtige Speicher benötigt. Man unterscheidet ROMs (read-only-memories), deren Inhalt bei der Herstellung programmiert wird von PROMs (programmable read-only-memories), die vom Anwender programmiert werden können. PROMs werden wiederum in unterschiedlichen Arten realisiert. "Gewöhnliche" PROMs sind nur einmal programmierbar, können also nicht gelöscht und neu programmiert werden. EPROMs (erasable programmable read-only-memories) werden in speziellen Geräten durch Bestrahlung mit UV-Licht gelöscht und sind re-programmierbar. EEPROMs (electrically erasable programmable read-only memories) können allein durch elektrische Signale gelöscht und re-programmiert werden.
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