6 Memori Semikonduktor ram, rom, prom, eprom, eeprom

6
Tujuan
Memori Semikonduktor
ram, rom, prom, eprom, eeprom, eaprom
: Setelah mempelajari Memori Semikonduktor diharapkan dapat,
1. Memahami pemakaian memori dalam suatu sistem mikrokomputer
2. Mampu mengorganisasi sel - sel memori tanpa dan dengan decoder
3. Mampu
menyebutkan
perbedaan
antara
volatile
memori
dan
nonvolatile memeori
4. Mampu menyebutkan kapasitas EPROM dari typenya
5. Mampu menyebutkan banyaknya bit alamat sesuai dengan jenis dan
kapasitas memori
6. Memahami perbedaan antara Statis dan Dinamis RAM
7. Memahami konsep refresh pada dinamis RAM
8. Memahami sinyal - sinyal kontrol yang dipergunakan dalam memori
9. Memahami siklus baca - tulis pada volatile dan nonvolatile memori
10. Mampu mendesain sistem memori yang terdiri dari RAM - EPROM
sesuai dengan lokasi memori yang telah ditetepkan.
Prasyarat : Untuk mempelajari Pembelajaran 6 diperlukan kegiatan dan kemampuan
seperti di bawah ini ,
1. Telah mengerjakan latihan-latihan pada Pembelajaran 5.
2. Semua latihan pada Pembelajaran 5 dijawab dengan Benar.
6. Memori Semikonduktor
Secara umum memori semikonduktor dibagi dalam beberapa bagian yaitu :
1. Menurut Fungsinya, dibedakan menjadi Memori Baca - Tulis dan Memori Hanya
Dibaca.
2. Menurut cara Aksesnya, yaitu Memori yang diakses secara acak dan memori
yang yang diakses secara serie.
3. Menurut jenis Sel Memori, dapat dibedakan menjadi Statis RAM dan Dinamis
RAM.
4. Menurut Teknologinya, dibedakan menjadi Bipolar Memori dan MOS Memori.
Teknik Mikroprosessor
86
Memori Semikonduktor
Keempat ciri ini mempunyai ketergantungan satu dengan yang lain sehinga secara
teoritis ada 24 = 16 type memori yang berbeda - beda. Memori Baca Tulis yang
dalam pemakaian sehari-sehari disebut RAM. Dengan menunjuk lokasi sel memori
melalui jalur alamat ( address ) informasi 1 atau 0 dapat dituliskan, disimpan dan
sewaktu-waktu dapat dibaca kembali selama RAM bekerja dalam keadaan normal.
Segera setelah sumber tegangan dimatikan informasi yang telah tersimpan akan
hilang.
Pada Memori yang Hanya Dapat Dibaca, data yang telah tersimpan di
dalamnya akan tetap tersimpan walaupun sumber tegangan yang terpasang dimatikan.
Memori
Semikonduktor
Memori
Secara Serial
( REGISTER )
Memori
Baca - Tulis
( RAM )
Statis RAM
( SRAM )
Dinamis RAM
( DRAM )
Memori
Hanya di Baca
( ROM )
ROM
Dapat Di Program
ROM Dapat
Di Hapus- Di Program
EPROM
RAM
ROM
PROM
EPROM
EEPROM
EAPROM
:
:
:
:
:
:
EEPROM
EAPROM
Random Acces Memory
Read Only Memory
Programmable ROM
Erasable PROM ( dihapus dengan Sinar Ultra Violet )
Electrical Erasable PROM ( dihapus secara elektrik )
Electrical Alterable ROM ( dirubah secara elektrik )
6. 1. 1. RAM ( Random Acces Memori )
Untuk semua sistem mikrokomputer harus mempunyai sejumlah tempat penyimpanan
data yang biasanya digunakan adalah memori baca - tulis atau disebut RAM. Tempat
penyimpanan data di dalam RAM tidak hanya dapat ditulisi dan dibaca sesuai yang kita
inginkan tetapi juga digunakan untuk penyimpan variabel-variabel dan hasil-hasil
sementara dari suatu proses. RAM juga disebut Volatile Memory karena jika sumber
tegangan yang ada padanya dimatikan maka semua data yang telah tersimpan di
dalam RAM akan hilang. Di dalam kenyataannya RAM dibedakan antara Statis dan
Teknik Mikroprosessor
Memori Semikonduktor
87
Dinamis RAM. Sebuah SRAM elemen penyimpannya terdiri dari bistabile Flip-Flop,
sedangkan DRAM elemen penyimpannya terdiri dari elemen Kondensator.
6. 1 . 2. ROM ( Read Only Memory )
Apabila informasi yang disimpan tidak boleh hilang walaupun sumber tegangan
dimatikan maka informasi tersebut disimpan di dalam ROM. Perubahan program atau
program bagian yang lain tidak mungkin lagi dilakukan di dalam memori jenis ini.
Dalam sistem komputer ROM biasanya digunakan untuk menyimpan program monitor.
Program yang akan disimpan di ROM biasanya program pesanan dari komunitas
tertentu, sedangkan pemrogramannya dilakukan di tempat pabrik pembuatnya. ROM
biasanya juga berisi program yang dapat dipakai secara umum misalnya karakter
Generator, Dekoder atau fungsi – fungsi lain yang lazim dipakai. Jenis memori ini tidak
memungkinkan diisi program oleh pengguna.
6. 1. 3.
PROM ( Programmable Read Only Memory )
Memori jenis ini hanya memberikan kesempatan kepada pengguna untuk memprogram
sekali saja. Jika terjadi kesalahan data atau kesalahan penempatan alamat maka tidak
mungkin lagi melakukan perubahan karena setiap bit pada masing - masing lokasi
memori tidak mungkin dapat dihapus oleh karena hal tersebut maka memori jenis ini di
pasaran secara umum tidak lagi digunakan.
6. 1. 4. EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory )
EEPROM ( Electrical Erasable Programmable Read Only Memory )
Memori jenis ini memberi kesempatan kepada para pemakai untuk melakukan
pemrograman ulang secara total. Pemrograman di lakukan dengan Eprom
Writer,
dalam keadaan memori kosong ( isinya telah dihapus terlebih dahulu ). Pada EPROM
menghilangkan / menghapus isi program dengan cara menyinari cendela yang ada
padanya dengan sinar Ultra Violet ( UV ), sedangkan pada EEPROM dengan cara
memberikan tegangan yang ditetapkan pada kaki yang telah ditetapkan.
6. 1. 5. EAPROM ( Erasable Alterable Programmable Read Only Memory )
Memori jenis ini memungkinkan untuk dirubah isinya yang berada di setiap sel memori
tanpa harus menghapus semua isinya terlebih dahulu. Bentuk dan rangkaian dari
memori ini sangat jarang ditemui.
6. 2. Memori Baca - Tulis
Teknik Mikroprosessor
88
Memori Semikonduktor
Pada memori jenis ini, setiap saat informasi baru dapat dituliskan di sel memori,
disimpan dan dibaca ulang. Dari organisasi memori di bedakan dalam organisasi Bit
dan organisasi “Word” yang biasanya “Word” terdiri dari sejumlah Bit yang disatukan /
dipadukan. RAM yang mempunyai kapasitas kecil biasanya adalah statis RAM,
sedangkan RAM yang mempunyai kapasitas besar biasanya dinamis RAM.
6. 2. 1. Organisasi Memori
Susunan dari sel – sel memori RAM dibentuk dalam matrik. Di bawah ini adalah
sebuah memori 64 bit dan setiap sel memori menempati koordinatnya masing-masing.
Sel Memori ( 1 Bit )
X1
X2
1 Nibble = 4 Bit
X3
X4
1 Byte = 8 Bit
X5
X6
X7
X8
1 kBit = 1024 Bit
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Y8
64 BIT Matrik Memori
Untuk menunjuk ( Meng-access ) sel memori tertentu dibutuhkan koordinat yang
terbentuk dari X dan Y yang biasanya juga disebut jalur alamat (address). Contoh di
atas adalah sel memori yang berlokasi pada koordinat X3, Y7. Cara di atas jumlah jalur
alamatnya dapat diperkecil jumlahnya dengan decoder yang akan dibicarakan
berikutnya.
Teknik Mikroprosessor
89
Memori Semikonduktor
6. 2. 2. Sel Memori Statis
Rangkaian dasar dari sel memori statis adalah bistabil Flif – Flop. Bistabil Flif-Flop
dapat dibangun dari Bipolar Transistor atau teknologi MOS.
6. 2. 2. 1. Sel Memori Statis Teknologi Bipolar
Sebuah sel memori statis bipolar menggunakan 2 ( dua ) buah multi Emitter Transistor
yang dalam teknik TTL ( Transistor Transistor Logik ) sudah tidak asing lagi. Di bawah
ini adalah gambar prinsip sebuah sel memori .
SL 1
SL 1
US
RL1
T1
RL 2
T2
X - Adress
Y - Adress
Sel Memori Statis Bipolar
Sebuah sel memori dinyatakan dalam keadaan istirahat jika jalur x dan y ( jalur alamat )
yang membentuk titik silang diberikan sinyal L. Dalam keadaan ini arus Emittor dari
dua Emitter masing-masing transistor melalui jalur alamat ke ground ( massa ). Kaki
Emitter yang ketiga dari masing-masing transistor tidak ada arus yang mengalir dan
melalui jalur baca tulis ( SL ) informasi dapat dibaca atau ditulis Untuk mengaktipkan
salah satu sel memori, kedua jalur x dan y harus mendapatkan sinyal H. Dalam
keadaan ini dua dari tiga Emitter pada masing-masing transistor mendapat sinyal H
dan arus Emitter dari salah satu transistor yang aktif dapat mengalir melalui jalur SL
yang sesuai. Sel memori statis bipolar hampir tidak mempunyai penundaan waktu tulis
dan waktu baca, tetapi mempunyai kelemahan karena setiap bit yang tersimpan
Teknik Mikroprosessor
Memori Semikonduktor
90
menimbulkan kerugian daya yang relatif besar, karena satu diantara dua transistor
selalu aktif ( ON ).
6. 2. 2. 2. Sel Memori Statis Teknologi MOS
Kerugian daya akibat bit yang tersimpan pada memori ini relatif kecil dibanding bipolar
memori.
VB
T1
T2
A
B
T3
T4
T5
T6
X - Adress
T7
T8
SL1
SL2
Y - Adress
Sel Memori Statis NMOS
Sebuah sel memori telah terpilih jika pada jalur x dan y diberikan sinyal H. Dengan
keadaan ini maka pasangan transistor T5 / T6 dan juga T7 / T8 menjadi ON, sehingga
informasi yang berada pada titik A dan titik B dilalukan ke jalur SL 1 dan SL 2. Untuk
melakukan perintah baca agar informasi sampai sampai ke output masih membutuhkan
Driver. Untuk melakukan perintah tulis informasi dari luar yang telah melalui Driver
dikirimkan melalui jalur SL. Transistor T5, T6, T7 dan T8 yang ON dan tergantung dari
keadaan yang diinginkan akan mempengaruhi keadaan bistabil T1,T2, T3, dan T4.
6. 2. 3. Sel Memori Dinamis Teknologi MOS
Sel memori dinamis hanya dibuat dalam teknologi MOS. Informasi yang tersimpan
dalam memori ini tidak dalam bentuk bistabile, tetapi sebagai tegangan pengisian
Teknik Mikroprosessor
91
Memori Semikonduktor
kondensator. Karena adanya arus bocor yang tidak bisa dihindari maka kondensator kondensator pada memori ini selalu dalam keadaan pengosongan, sehingga agar
isinya dapat bertahan harus selalu dilakukan pengisian ulang setiap saat. Proses yang
demikian dinamakan penyegaran ( refresh ) yang waktu penyegaranya pada
kebanyakan memori adalah T = 2 ms.
+
Input
A
RG
CG
Generator
Pulsa
Model Fungsi Sel Memori Dinamis
Untuk luasan chip yang sama, memori dinamis ini dapat dibangun lebih banyak sel
memori dibanding memori statis, oleh karena itu untuk memori yang mempunyai
kapasitas besar biasanya terbuat dalam dinamis memori. Input sinyal disambungkan
langsung dengan model fungsi AND MOS. Sebuah pulsa positif pada input kapasitor
CG akan melakukan pengisian. Tahanan bocor pada RG menyebabkan kapasitas CG
melakukan pengosongan. Agar supaya tegangan kondensator tidak turun dibawah
tegangan sinyal H, pulsa penyegaran harus dipersiapkan tepat waktu. Seperti yang
ditunjukkan pada gambar, pulsa penyegaran mempunyai hubungan konjunktiv dengan
level sinyal tersimpan. Selama titik A pada level sinyal H, pada output Gerbang AND
akan selalu sama dengan pulsa penyegaran, sehingga kondensator CG selalu
melakukan penyegaran pengisian secara poriodik. Jika titik A dihubungkan dengan
Ground ( sinyal 0 ) maka kondensator CG akan melakukan pengosongan dengan cepat
dan output pada Gerbang AND selalu L ( sinyal 0 ), sehingga pulsa penyegaran
terputus ( tidak terjadi penyegaran ).
6. 3. Memori Hanya Dibaca ( ROM )
Teknik Mikroprosessor
92
Memori Semikonduktor
Seperti penjelasan terdahulu bahwa informasi yang telah ada di dalam ROM hanya
dapat dibaca, sedangkan pengguna sama sekali tidak dapat merubah isinya karena
informasi yang ada pada ROM terbentuk bersamaan dengan pembuatan ROM di
pabrik pembuatannnya.
UB
R1
R2
R3
R4
D1
A
1
D2
B
1
Q1
Q2
Q3
Q4
Gambar ROM dengan Dioda Matrik
Melalui D1 dan D2, Input A dan B dan Output Q, dalam hubungan Gerbang AND,
sehingga pada Q1 akan berlogika H jika A = 1 dan B = 1. Dari hubungan dioda matrik
di atas program yang ada pada ROM dapat dinyatakan dalam Tabel Kebenaran di
bawah ini.
B
A
Q1
Q2
Q3
Q4
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
0
0
0
Selain cara di atas, terdapat juga ROM yang terbuat dari Gerbang-gerbang logik yang
lain, tetapi ada juga yang terbuat dari Multi Emitter Transistor.
Teknik Mikroprosessor
93
Memori Semikonduktor
6. 4. ROM Dapat Diprogram ( PROM )
Pada PROM yang terbuat dari dioda matrik dan belum diprogram setiap persilangan
antara kolom dan baris terisi dioda. Tergantung dari typenya PROM yang belum
diprogram pada outputnya hanya berlogika 1 atau 0. Pada penghantar setiap dioda
dipasang secara seri sebuah tahanan terbuat dari NiCr ( Nickel Chrom ) yang mudah
terbakar jika dialiri arus lebih. Pemrograman PROM dilakukan dengan cara
memberikan pulsa arus lebih pada dioda yang dikehendali sehingga tahanan yang
terpasang terbakar (terputus) dan dengan demikian dioda yang bersangkutan tidak
berfungsi. Proses pemrograman seperti ini disebut proses “ FUSE - LINK “.
E0
E0
E1
E1
E2
E2
X2
X1
X0
X2
Keadaan Belum Terprogram
X1
X0
Keadaan Telah Terprogram
Fusible - Link PROM Dengan Matrik Dioda
Proses yang sama dengan pembakaran tahanan NiCr digunakan juga pada matrik
dengan Multi – Emitter Transistor seperti gambar dibalik. Transistor yang digunakan
pada jenis ini adalah Transistor NPN. Pada transistor ini emittor yang disambung
dengan jalur y dan kolektor disambungkan pada jalur x dari matrik, basisnya tidak
terhubung selama dalam keadaan belum terprogram. Untuk memprogram sel memori
dengan cara memberikan arus pulsa yang besar pada transistor yang sesuai maka
akan terbentuk "Basis-Emitor Dioda", yang sebelum diprogram lintasan basis emittor
hanya mempunyai tahanan 100 kΩ, dan setelah di program lintasan Basis-Emitornya-
Teknik Mikroprosessor
94
Memori Semikonduktor
hanya mempunyai tahanan ± 200 Ω.
X1
X1
X2
X2
X3
X3
Y1
Y2
Y3
Y1
Keadaan Belum Terprogram
Y2
Y3
Keadaan Telah Terprogram
Prinsip AIM PROM
Proses pemrograman seperti ini disebut proses AIM ( Avalanche Induced Migration ≈
menghubung singkat "Basis-Emitter-Dioda" sebuah transistor ).
6. 5. ROM Dapat Dihapus dan Diprogram
Ada dua cara untuk menghapus isi program pada memori ini yaitu menyinari jendela
memori dengan Ultra Violet dan menghapus isinya secara elektronik. ( EEPROM,
EAPROM ).Memori yang dapat dihapus dengan Ultra Violet disebut EPROM. Sel
memori pada EPROM dibangun dari dua Transistor MOS. Salah satu dari Transistor
disambung langsung dengan jalur alamat x, sedangkan pada D dan S disambung
dengan jalur alamat y.
G2
D
S
G2
S
D
KOLOM
Prinsip Sebuah Sel EPROM
Teknik Mikroprosessor
95
Memori Semikonduktor
Bentuk penyambungan yang seperti pada gambar dibalik disebut FAMOS - Transistor
( FAMOS = Floating gate Avalanche injection Metal Oxide Semiconductor ≈ memori
MOS dengan Gerbang Mengambang ).
6.6. Decoder Alamat
Sel memori biasanya disusun dalam matrik kuadrat. Sebuah sel memori secara eksak
dapat ditentukan tempatnya
melalui baris dan kolomnya, dan untuk mengetahui
Jumlah jalur memori dapat digunakan perhitungan sejenis dibawah ini
=2x
Jumlah Jalur Alamat n
Jumlah Sel Memori
= 2 x 16
=2x4
X0
X0 Y0
X0 Y1
X0 Y2
X0 Y3
H L
H L
H L
H L
H L
H L
H L
H L
X1 Y0
X1 Y1
X1 Y2
X1 Y3
X2 Y0
X2 Y1
X2 Y2
X2 Y3
H L
H L
H L
H L
X1
X2
H L
H L
H L
H L
X3 Y0
X3 Y1
X3 Y2
X3 Y3
X3
Y0
Y1
Y2
Y3
Tulis
Baca
16 Bit Memori dengan Organisasi 4 x 4
Gambar dibalik adalah 64 Bit RAM yang membutuhkan 8 jalur x dan 8 jalur y untuk
pengalamatan setiap Bit memori . Melalui address decoder jumlah jalur alamat dapat
direduksi menjadi 2 x 3 = 6 jalur dan dengan 6 jalur alamat yang telah di decoder ini,
setiap sel memori dari 64 sel memori yang ada dapat dituju. Address decoder biasanya
tidak nampak secara fisik dari luar karena telah disatukan di dalam 1 chip memori.
Dengan address decoder maka telah tereduksi jumlah jalur
alamatnya. Address
decoder maka terreduksi jumlah alamatnya. Address decoder ini sangat bermanfaat
Teknik Mikroprosessor
96
Memori Semikonduktor