\section{Speicher}


\subsection{Schieberegister}

Ein Schieberegister ist ein Seriell-Parallel Wandler. Es ist eine Kette von D-FFs, durch welche die Seriellen Daten getaktet 'durchgeschoben' werden.

\begin{center}
	\includegraphics[width = 0.32\textwidth]{images/Schieberegister.jpg}
\end{center}

Schieberegister finden unter anderem Verwendung als Speicherregister um Daten zwischen 2 'Orten' zu speichern.


\subsection{Halbleiterspeicher}

Bei Halbleiterspeicher muss unterschieden werden zwischen:

\begin{tabular}{r p{170pt}}
	ROM:            & 'Read only memory' (Nur lesen)                                 \\
	RAM:            & 'Random access memory' (Schreiben \& Lesen, Wahlfreier Zugang) \\
	Flüchtig:       & Abhängig von Versorgungsspannung                               \\
	Nicht flüchtig: & Unabhängig von Versorgungsspannung                             \\
\end{tabular} \medskip

Halbleiterspeicher werden oft als Zellenarray oder Matrizen organisiert, die von einem Zeilen-Decoder und einem Spalten-Decoder angesteuert werden.

\begin{center}
	\includegraphics[width = 0.2\textwidth]{images/SpeicherOrg.jpg}
\end{center}

Dank den Decoder ist jede Speicherzelle einzeln ansprechbar mit nur linearem Wachstum in Adressleitungen bei höherer Zeilen-/Spaltenanzahl. Das Konstruktionsprinzip ist ein 'AND-Baum', wo jedes AND ein Minterm bildet. So besitzt jede Speicherzelle eine \emph{eindeutige} Adresse.
\vfill


\subsection{SRAM (Statische-RAM)}

SRAMs sind flüchtige Speicher, welche überall Anwendung finden, wo schneller Datenzugriff notwendig ist. Eine SRAM Zelle besteht aus 6 Transistoren. Mit der Adressleitung selektiert man die Speicherzelle.

\begin{center}
	\includegraphics[width = 0.2\textwidth]{images/SRAM.jpg}
\end{center}

An $V_L$ liegt der gespeicherte Wert der Speicherzelle und an $V_R$ der invertierte Wert. \medskip

CMOS sind symmetrische Bauteile, Source und Drain hängen vom Elektronenstrom ab. Dementsprechend schaltet der CMOS, wenn vom Gate zu einem der beiden symmetrischen Anschlüssen ein Spannungsabfall vorhanden ist.


\subsubsection{Schreibevorgang}

Die Bitleitung wird beim Schreibevorgang fest auf GND/VCC geschaltet.

\begin{center}
	\includegraphics[width = 0.32\textwidth]{images/SRAM_Write.jpg}
\end{center}
\vfill


\subsubsection{Lesevorgang}

Die Bitleitung ist \emph{nicht} fest auf GND/VCC geschaltet und verhält sich wie ein Kondensator. Sie übernimmt deswegen den Wert der Speicherzelle.

\begin{center}
	\includegraphics[width = 0.32\textwidth]{images/SRAM_Read.jpg}
\end{center}

Links wird eine 1 ausgelesen und Rechts eine 0.


\subsection{DRAM (Dynamische-RAM)}

DRAMs sind flüchtige Speicher, welche periodisch (20ms) wieder aufgefrischt werden müssen aufgrund des Leckstroms vom Kondensator. DRAMs besitzen eine höhere Dichte als SRAMs aber langsämere Zugriffszeiten.

\begin{center}
	\includegraphics[width = 0.15\textwidth]{images/DRAM.jpg}
\end{center}

Der Kondensator agiert als Speicher. Beim Schreibevorgang wird die Bitleitung fest auf GND/VCC geschaltet und der Kondensator aufgeladen (1) bzw. entladen (0). \medskip

Beim Lesevorgang ist die Bitleitung \emph{nicht} fest auf GND/VCC geschaltet und verhält sich wie ein Kondensator. Sie übernimmt deswegen den in der Zelle gespeicherten Wert.


\subsection{MROMs (Maskable ROM)}

ROMs sind nichtflüchtige Speicher. Sie werden überall dort benötigt, wo ein System unveränderliche Daten-/Programmstrukturen benötigt. \medskip

MROM Speicherzellen werden durch spezielle 'Masken' bei der Herstellung als 0 oder 1 programmiert (Ideal für Massenproduktion).

\begin{center}
	\includegraphics[width = 0.32\textwidth]{images/MROM.jpg}
\end{center}


\subsection{PROMs (Programmable ROM)}

PROMs sind für kleinere Produktionsvolumen geeignet, weil sie durch den Benutzer einmalig programmiert werden können.

\begin{center}
	\includegraphics[width = 0.15\textwidth]{images/PROM.jpg}
\end{center}

Die Programmierung erfolgt durch die Schmelzsicherung. Für eine '0' muss man nichts machen und für eine '1' wird die Schmelzsicherung durch eine hohe Spannung durchgebrannt.


\subsection{EPROM (Erasable PROM)}

EPROMs lassen sich durch UV-Bestrahlung optisch löschen und werden durch Anlegen einer hohen Spannung programmiert. Sie sind also mehrfach beschreibbar ($\approx$1'000-Mal).

\begin{center}
	\includegraphics[width = 0.32\textwidth]{images/EPROM.jpg}
\end{center}

Floating-Gate Transistoren können negative Ladungen speichern, was die Kennline der für das Schalten notwendigen Gate-Source Spannung nach rechts verschiebt, als Folge reicht die $V_{DD} \approx 0.8V$ Spannung nicht mehr aus für das Schalten des Transistors.

\begin{center}
	\includegraphics[width = 0.32\textwidth]{images/EPROM_2.jpg}
\end{center}

Nach etwa 20 minütiger Bestrahlung durch UV-Licht sind die negativen Ladungen wieder aus dem Floating-Gate entfernt und der Transistor zeigt erneut normales Verhalten.


\subsection{EEPROM (Electrically erasable PROM)}

Mit einer dünneren Oxidschicht beim Floating-Gate Transistor können die Gate Ladungen auch elektrisch gelöscht werden. Solche EEPROMs können ohne Probleme $10^6$-Mal neubeschrieben werden. \medskip

EEPROMs sind, unter anderem, die Grundbausteine von den heutzutage weit verbreiteten FLASH Speicher.