மலரும் நினைவகங்கள் (memories)

நினைவகம் என்பது மின்னணுச்சாதனங்களில் முக்கியமான உறுப்பு. இன்றய மின்னணுப் பொருட்கள் ஏதேனும் இருந்தாலும் சரி, அவை பதிசெயலியின் (embedded processor) கட்டுப்பாட்டில் இயங்குகின்றன. நினைவகங்களில் வெவ்வேறு வகைகள் இருக்கின்றன. இவை பல்வேறு உபயோகங்களிலும் பயன்படுகின்றன. மின்னணு முறைமைகளில் நினைவகங்கள் முறைமைத் துவக்கம்(system boot-up), மாறிகளும் (variables) தரவுக் கட்டமைப்புக்களின் (data structures) தாற்காலிக சேமிப்பு, வாடிக்கையாளரின் விருப்பங்கள் (customer settings), இயங்குதள குறியீடு (operating system code) ஆகிய செயல்கூற்றுகளில் பல்வேறு நினைவகங்கள் தேவைபடுகின்றன. கீழ்க்காணும் படத்தில் நினைவங்களின் வகைபாட்டை காண்க:



நினைவங்களின் அடிப்படை கூற்றிற்க்கு நினைவக கலம் என்றழைக்கப்படுகிறது. நினைவகங்கள் கிடக்கைகளாகவும் (rows) நெடுக்கைகளாகவும் (columns) அமைக்கப்படுகின்றன. இது போன்ற அமைப்பு தொராயமாக ஒரு சதுர பரப்பை உறுதிபடுத்துகிறது. ஒரு நினைவகக் கலத்தை அணுகும்போது சொல் தடம் (Word Line) மூலம் ஒரு முழு கிடக்கை தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது. அந்தாந்த தனி கலத்தை எழுதவோ படிக்கவோ துகள் தடங்கள் (Bit Lines) சொல் தடத்துடன் வலியுறுத்தப்படுகிறது (asserted). "1" என்றால் BL மற்றும் BL/ முறையே 1, 0 மட்டங்களிலும் "0" என்றால் 0, 1 மட்டங்களில் இருப்பது.

முதலில் சந்திப்போம் குறிப்பிலாஅணுகு நினைவகம், அதாவது Random Access Memory-RAM. இவை உலோக ஆக்ஸைடு குறைகடத்தி திரிதடையங்களால் (Metal Oxide Semiconductor-MOS transistors) ஆனவை. RAMஇல் தரவுகள் திறன் வழங்கு இருக்கும் வரை நீடிக்கும். RAMஇன் வகுப்புப்பிரிப்பில் திரிதடைய அடர்த்தியும் தரவின் ஆயுள்காலமும் வேறுபாடானவை. RAM நினைவகங்களின் இரண்டு வகுப்புகள் மாறாநிலை RAM மற்றும் இயங்குநிலை RAM என பிரிக்கப்பட்டுள்ளன.

மாறாநிலை குறிப்பிலாஅணுகு நினைவகம் - SRAM

மாறாநிலை குறிப்பிலாஅணுகு நினைவகத்தின் கட்டமைப்பு ஆறு MOS திரிதடையங்களைக் கொண்டது. நடுவில் உள்ள நான்கு திரிதடையங்கள் ஒரு ஈருறுநிலை மின்சுற்றாக (bistable circuit) திகழ்கின்றன. BL மற்றும் BL/ தடங்களில் எப்பொழுதும் நிரப்பு இரும இலக்கங்கள் (complimentary binary digits)-0 மற்றும் 1 நிலைகின்றன. ஒரு SRAM கலத்தில் மூன்று நிலைகள் உள்ளன - எழுது (write),படிப்பு (hold), பிடிப்பு (hold). பிடிப்பு நிலையில் சொல் தடம் விலியுறுத்தப்படா (deasserted) நிலையில் உள்ளது. எழுதும்போது கலத்தின் சொல் தடம் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டு புதிய தரவு துகள் தடங்கள் ஒன்றில் வலியுறுத்தப்படுகிறது. எழுதும் நிலையில் கலத்திலிருந்த பழைய தரவு மதிப்பு மேல் எழுதப்படுகிறது. படிக்கும் நிலையில் BL, BL/ தடங்களில் இருக்கும் மின்னழுத்த மட்டங்கள் உணர் மிகைப்பிகளால் (sense amplifiers) படிக்கப்படுகிறது.

SRAMஇன் அணுகல் சுணக்கம் (access time) DRAM நினைவகத்தைவிட நான்கு மடங்கு குறைவானது. இந்த துரிதான அணுகல் பண்பு பதிகணினி உபயோகங்களில் இடைமாற்று நினைவகமாக (cache memory) பயன்படுகிறது. SRAM நினைவகத்தின் எழுதுப் படிப்பு DRAMஐவிட மிக எளிதானது. SRAM இன்று வெடிப்புமுறையில் எழுதவோ படிக்கவோ முடியும். இது பொருட்டு இரண்டு குறிகைகள், ADV, ADSP மற்றும் ADSC வழக்கமாக உள்ளன. இவை முறையே செயலி மற்றும் இடைமாற்று இயக்கியால் அனுப்படுகின்றன.



ஒரு இடைமாற்று நினைவகம் வினவல்களை (requests) செயலியிலிருந்தும் (processor) இடைமாற்று இயக்கியிலிருந்தும் (cache controller) ஏற்றுக்கொள்ளும். ஒரு இடைமாற்று இயக்கியின் பணி செயலியின் வினவலை அடையாளித்து தரவு இடைமாற்றில் உள்ளதா என பார்த்தல்; இல்லையெனில் (தரவு தவறல்) இடைமாற்று இயக்கி இடைமாற்று நினைவகத்தை புதுப்பிக்கிறது. இப்புதுப்பித்தல்போது இடைமாற்று இயக்கி ADSC குறிகையை இடைமாற்று நினைவகத்திற்கு அனுப்புகிறது. விரும்பப்பட்ட முகவரி இடைமாற்றில் உள்ளதா இல்லையா என்ற தகவல் குறிRAMமூலமாக தெரிகிறது. ADSC, ADSP குறிகைகள் மூலம் புதிய் முகவரி SRAMஇல் அளிக்கப்படுகிறது. SRAMஇன் அக எண்ணி (internal counter) முகவியை எண்ணுகிறது.

இயங்குநிலை குறிப்பிலாஅணுகு நினைவகம் - DRAM

இயங்குநிலை RAM கலங்களில் 3 அல்லது 1 திரிதடைய வடிவங்கள் இருக்கின்றன. மூன்று திரிதடைய DRAM கலத்தில் தரவு ஒரு மின் தேக்கியில் மின்னூட்டத்தால் சேமிக்கப்படுகிறது.



DRAMஇன் கட்டமைப்பு கீழே வரைந்துள்ளது:

DRAM நினைவகங்களில் ஒரு முக்கியமானத் தேவை புதுப்பித்தல் (Refreshing). முன்பு கூறப்பட்டது ஒரு DRAM கலத்தில் தரவு மின் தேக்கி மூலமாக சேகரிக்கப்படுகிறது. DRAM நினைவத்தின் அணுகலில் ஒரு குறிப்பிட்ட வரிசைமுறையில் செயல்படுத்தப்படுகிறது. திறன் நிகழ்ந்தவுடன் ஒரு குறன்ந்த பட்ச காலத்திற்கு-பல 100ms வரை எழுதவோ படிக்கவோ இயலாது. ஒரு DRAM தரவுத்தாளில் ஸகஜமாக காணப்படும் எண்விவரங்களில் வருமாறு குறிப்பிட்டுளன:

குறைந்தபட்ச புதுப்பித்தல் வீதம் - Minimum Refresh Rate - Fref - நினைவக கல மின்தேக்கி தரவு முழுதாக வடியப்படும் நேரம்

கிடக்கம் செயல்படுத்தும் சுணக்கம் - Row Activation Delay - Tact - கிடக்கம் முதல்முறை அணுகலில் திறக்கப்படும் நேரம்



கிடக்க அணுகல் சுணக்கம் - Row Access Delay - என்பது ஒரு கிடக்கம் செயல்படுத்தப்பட (ACTIVATION) தொடக்கத்திலிருந்து செயல்விலகபடுவரையான (DEACTIVATION) நேரம். கிடக்கத்தின் செயல்படுத்துதல் செயல்படுத்து ஆணை (ACTIVATE COMMAND) மூலமாகவும் செயல்விலகல் முன்மின்னூட்டு ஆணை (PRECHARGE COMMAND) மூலமாக நிகழ்கிறது.

நெடுக்க அணுகல் சுணக்கம் - Column Access Delay - Tcas - உணர் மிகைப்பியிலிருந்து நினைவக இயக்கிவரை சுணக்கம்





கிடக்க ஆணைச் சுணக்கம் - Row Command Delay - Trcd - நினைவக அணியிலிருந்து உணர் மிகைப்பிவரையான சுணக்கம்





குறிப்பிலா அணுகல் சுணக்கம் - Random Access Delay - DRAM நினைவகக் கலத்திலிருந்து நினைவக இயக்கிவரை சுணக்கம் - Trac = Trcd + Tcas



கிடக்க முன்மின்னூட்டல் சுணக்கம் - Row Precharge Delay Trp - ஒரு கிடக்கத்தின் அணுகல் முடித்து அடுத்த கிடக்க அணுகல் தொடங்கும் குறைந்தபட்ச இடைவேளை



கிடக்கங்கள் படிப்பு வீதம் - Row reading speed - Trc = Trac + Trp



DRAMஇன் கட்டமைப்பு கீழே வரைந்துள்ளது:

DRAM நினைவகங்களில் ஒரு முக்கியமானத் தேவை புதுப்பித்தல் (Refreshing). முன்பு கூறப்பட்டது ஒரு DRAM கலத்தில் தரவு மின் தேக்கி மூலமாக சேகரிக்கப்படுகிறது. DRAM நினைவத்தின் அணுகலில் ஒரு குறிப்பிட்ட வரிசைமுறையில் செயல்படுத்தப்படுகிறது. திறன் நிகழ்ந்தவுடன் ஒரு குறன்ந்த பட்ச காலத்திற்கு-பல 100ms வரை எழுதவோ படிக்கவோ இயலாது. ஒரு DRAM தரவுத்தாளில் ஸகஜமாக காணப்படும் எண்விவரங்களில் வருமாறு குறிப்பிட்டுளன:

குறைந்தபட்ச புதுப்பித்தல் வீதம் - Minimum Refresh Rate - Fref - நினைவக கல மின்தேக்கி தரவு முழுதாக வடியப்படும் நேரம்

கிடக்கம் செயல்படுத்தும் சுணக்கம் - Row Activation Delay - Tact - கிடக்கம் முதல்முறை அணுகலில் திறக்கப்படும் நேரம்



நெடுக்க அணுகல் சுணக்கம் - Column Access Delay - Tcas - உணர் மிகைப்பியிலிருந்து நினைவக இயக்கிவரை சுணக்கம்





கிடக்க ஆணைச் சுணக்கம் - Row Command Delay - Trcd - நினைவக அணியிலிருந்து உணர் மிகைப்பிவரையான சுணக்கம்





குறிப்பிலா அணுகல் சுணக்கம் - Random Access Delay - DRAM நினைவகக் கலத்திலிருந்து நினைவக இயக்கிவரை சுணக்கம் - Trac = Trcd + Tcas





கிடக்க முன்மின்னூட்டல் சுணக்கம் - Row Precharge Delay Trp - ஒரு கிடக்கத்தின் அணுகல் முடித்து அடுத்த கிடக்க அணுகல் தொடங்கும் குறைந்தபட்ச இடைவேளை



கிடக்கங்கள் படிப்பு வீதம் - Row reading speed - Trc = Trac + Trp



மூலங்கள்:

டேவிட் வாங் விரிவுறைகள், மேரிலாந்து பல்கலைக்கழகம், மின்பொறியியல் பிரிவு

Memory Types, டேவிட் ரிஸ்லி

GSI Technology

(c) பதிப்புரிமை தொழில்நுட்பம்/THOZHILNUTPAM.COM

புதுப்பிப்பு ஞாயிறு, 4 ஏப்ரில், 2004