Bộ nhớ chỉ đọc được [ROM] là một dạng của bộ nhớ bán dẫn mà nó được thiết kế giữ cho dữ liệu không thay đổi. Khi hoạt động dữ liệu mới không thể viết vào ROM được mà chỉ có thể đọc được.
ROM được sử dụng để lưu trữ dữ liệu và tin tức. Nó không làm thay đổi dữ liệu trong suốt quá trình hoạt động của hệ thống. ROM chủ yếu thực hiện chức năng đọc là chính.
1 Sơ đồ khối của ROM
Hình 4.5 minh họa sơ đồ khối tiêu biểu cho một ROM, gồm có đầu vào địa chỉ, đầu vào điều khiển và đầu ra dữ liệu.
Giả sử ROM đã được lập trình với dữ liệu minh họa như ở hình 4.6. 16 từ dữ liệu khác nhau được ghi vào 16 địa chỉ khác nhau dưới dạng nhị phân. Người ta còn sử dụng số thập lục phân để biểu diễn dữ liệu đã lập trình [hình 4.7].
Hoạt động đọc
Để đọc một từ dữ liệu từ ROM, ta phải làm như sau: áp đầu vào địa chỉ thích hợp, sau đó kích hoạt đầu vào điều khiển.
Ví dụ muốn đọc dữ liệu tại địa chỉ 0111 của ROM [hình 4.5] ta phải áp A3A2A1A0 = 0111 cho đầu vào địa chỉ, sau đó áp dụng trạng thái thấp cho.
Đầu vào địa chỉ được giải mã bên trong ROM để chọn được dữ liệu đúng là 11101101. giá trị này sẽ xuất hiện tại đầu ra D7 đến D0.
2. Cấu trúc của ROM
Cấu trúc bên trong của ROM rất phức tạp. Hình 4.8 là sơ đồ đơn giản mô tả cấu trúc bên trong của một ROM có dung lượng 16×8. Gồm có 4 phần cơ bản: mảng thanh ghi, bộ giải mã hàng, bộ giải mã cột, bộ đệm đầu ra.
Mảng thanh ghi [Resister array] lưu trữ dữ liệu được lập trình vào ROM. Mỗi thanh ghi gồm một ô nhớ bằng số kích thước từ. Trong trường hợp này mỗi thanh ghi chứa một từ 8 bit. Các thanh ghi được sắp xếp theo ma trận vuông, các thanh ghi ở đây là thanh ghi “ chết ”, không ghi thêm được.
Vị trí của từng thanh ghi được định rõ qua số hàng và số cột cụ thể. 8 đầu ra dữ liệu của mỗi thanh ghi được nối vào một đường dữ liệu bên trong chạy qua toàn mạch. Mối thang ghi có hai đầu vào cho phép. Cả hai phải ở mức cao thì dữ liệu ở thanh ghi mới được phép đưa vào dường truyền.
Bộ giải mã địa chỉ
Mã địa chỉ A3A2A1A0 quyết định thanh ghi nào trong dãy được phép đặt từ dữ liệu 8 bit của nó vào đường truyền. Ở đây dùng 2 bộ giải mã: bộ giải mã chọn hàng [chọn 1 trong 4] và chọn cột. Thanh ghi giao giữa hàng và cột được chọn bởi đầu vào địa chỉ sẽ là thanh ghi được kích hoạt [cho phép].
Ví dụ: Địa chỉ vào là 1101 thì thanh ghi nào xuất dữ liệu.
Với A3A2 = 11, bộ giải mã cột sẽ kích hoạt đường chọn cột số 3
Với A1A0 = 01, bộ giải mã hàng sẽ kích hoạt đường chọn hàng số 1
Như vậy kết quả là cả hai đầu vào cho phép thanh ghi số 13 sẽ ở mức cao và dữ liệu của thanh ghi này sẽ được đưa vào đường truyền dữ liệu.
Bộ đệm đầu ra
Thường sử dụng mạch đệm 3 trạng thái, điều khiển bằng chân. Khi ở mức thấp, bộ đệm đầu ra chuyển dữ liệu này ra ngoài. Khiở mức cao, bộ đệm đầu ra sẽ ở trạng thái trở kháng cao. D7 đến D0 thả nổi.
3. Thông số thời gian của ROM
Sẽ có một khoảng thời gian trễ do truyền từ khi yêu cầu được đưa vào qua đầu vào của ROM đến khi dữ liệu xuất hiện ở đầu ra trong hoạt động đọc. Thời gian này gọi là thời gian truy xuất [tACC]. Thời gian truy xuất được biểu diễn ở dạng sóng trong hình 4.9.
Dạng sóng phía trên biểu diễn đầu vào địa chỉ; dạng sóng ở giữa là một tích cực ở mức thấp; dạng sóng dưới cùng biểu diễn đầu ra của dữ liệu.
Một thông số thời gian khác cũng quan trọng đó là thời gian cho phép ra tOE. Đó là thời gian trễ giữa đầu vào và đầu ra dữ liệu hợp lệ.
tACC [ TTL] : 30 – 90ns.
tACC [ NMOS] : 200 – 900ns.
tACC [ CMOS] : 20 – 60ns
tOE [TTL] : ROM 10 – 20ns
tOE [ NMOS] : ROM 25 – 100ns
tOE [ CMOS] : ROM 10 – 20ns
BỘ NHỚ RAM
RAM: Random Access Memory – bộ nhớ truy xuất bất kỳ còn gọi là bộ nhớ đọc viết [RWM: read write memory]. Nghĩa là mọi địa chỉ nhớ đều cho phép dể dàng truy cập như nhau. Trong máy tính RAM được dùng như bộ nhớ tạm hay bộ nhớ nháp.
Ưu điểm chính của RAM đọc hay viết dữ liệu lưu trữ ở RAM bất cứ lúc nào.
Nhược điểm của RAM: do RAM là một dạng bộ nhớ bốc hơi nên khi mất điện dữ liệu sẽ bị xóa do đó cần nguồn nuôi pin – accu dự phòng [back up batterry].
Tương tự như ROM, RAM bao gồm một số thanh ghi, mỗi thanh ghi lưu trữ một từ dữ liệu và có địa chỉ không trùng lập. RAM thường có dung lượng 1K, 4K, 8K, 64K, 128K, 256K và 1024K với kích thước từ 1, 4 hay 8 bit [có thể mở rộng thêm].
Hình 4.16 minh họa cấu trúc của đơn giản của một RAM lưu trữ 64 từ 4 bit [bộ nhớ 64×4]. Số từ này có địa chỉ trong khoảng từ 0 đến 6310. Để chọn 1 trong 64 địa chỉ để đọc hay ghi, một mã địa chỉ nhị phân sẽ được đưa vào mạch giải mã. Vì 64=26 nên bộ giải mã cần mã vào 6 bit.
Hoạt động đọc [Read Operation]
Mã địa chỉ nhận được từ chọn thanh ghi để đọc hoặc viết. Để đọc thanh ghi được chọn thì đầu vào đọc ghi [] phải là logic 1. Ngoài ra đầu vào chip selectphải ở mức logic 0. Sự kết hợp giữa = 1 và= 0 sẽ cho phép bộ đệm đầu ra, sao cho nội dung của thanh ghi được chọn xuất hiện ở bốn đầu ra dữ liệu.
\= 1 cũng cấm bộ đệm đầu vào nên đầu vào dữ liệu không tác động đến bộ nhớ suốt hoạt động đọc.
Hoạt động ghi [Write Operation]
Để viết một từ 4 bit mới vào thanh ghi được chọn, khi đó cần phải có= 0 và= 0. Tổ hợp này cho phép bộ đệm đầu vào, vì vậy từ 4 bit đã đặt vào dữ liệu sẽ được nạp vào thanh ghi đã chọn.= 0 cũng cấm bộ đệm đầu ra. Bộ đệm đầu ra là bộ đệm 3 trạng thái nên đầu ra dữ liệu sẽ ở trạng thái Hi-Z trong hoạt động ghi. Hoạt động ghi sẽ xóa bỏ từ nào đã được lưu trữ tại địa chỉ đó.
Chọn chip [Chip Select]
Hầu hết các chip nhớ đều có một hay nhiều đầu vào CS dùng để cho phép toàn chip hoặc cấm nó hoàn toàn. Trong chế độ cấm, tất cả đầu vào và ra dữ liệu đều bị vô hiệu hóa [Hi-Z], chính vì vậy không hoạt động ghi đọc nào có thể xảy ra. Ngoài tên gọi CHỌN CHIP các nhà sản xuất còn gọi là CHIP ENABLE [CE]. Khi đầu vào CS hay CE ở trạng thái tích cực thì chip nhớ đã được chọn còn ngược lại thì không được chọn. Tác dụng của chân CS hay CE là dùng để mở rộng bộ nhớ khi kết hợp nhiều chip nhớ với nhau.
Các chân vào ra chung [Common Input Output]
Để hạn chế số chân trong một IC, các nhà sản xuất thường kết hợp các chức năng nhập/xuất dữ liệu, dựa vào chân vào/ra [I/O]. Đầu vào điều khiển các chân vào/ra này.
Trong hoạt động đọc, chân I/O đóng vai trò như đầu ra dữ liệu, tái tạo nội dung của ô nhớ được chọn. Trong hoạt động ghi, chân I/O là đầu vào dữ liệu, dữ liệu cần ghi được đưa vào đây.