Architecture des ordinateurs

Les mémoires mortes

Un cours complet pour maîtriser Les mémoires mortes.

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Objectifs
- Connaitre les types de mémoires mortes et leurs caractéristiques.
Définitions
- La mémoire ROM (read only memory), que l’on nomme en français « mémoire morte ou mémoire à lecture seule », est un type de mémoire capable de stocker des données de façon permanente. C’est une mémoire qui ne peut qu’être lue.
- Une mémoire morte est une mémoire utilisée pour enregistrer des informations qui ne doivent pas être perdues lorsque l'appareil, qui les contient, n'est plus alimenté en électricité.
- La mémoire morte (ROM), en anglais, Read-Only Memory est une classe de support de stockage utilisée dans les ordinateurs et autres appareils électroniques.
- Avec l'évolution des technologies, la définition du terme mémoire morte (en français) ou read only memory (en anglais) a été élargie, pour inclure les mémoires non volatiles dont le contenu est fixé lors de leur fabrication.
- , qui peuvent être lues plusieurs fois par l'utilisateur et qui ne sont pas prévues pour être modifiées.
- La mémoire ROM (Read Only Memory) est une mémoire permanente, non volatile et en lecture seule.
- Le contenu d’une mémoire ROM ne s’efface pas quand l’ordinateur est mis hors tension, c’est une mémoire qui conserve les données qui y sont inscrites quand l’ordinateur n’est plus sous tension.
Description
- Les données stockées dans la ROM ne peuvent pas être modifiées, ou peuvent être modifiées seulement lentement ou avec difficulté.
- Parce que les données stockées dans la ROM ne peuvent pas être modifiées (au moins pas très rapidement ou facilement), c'est principalement utilisé pour distribuer le firmware.
- Les PROM ont été mises au point à la fin des années 70 par la firme Texas Instruments.
- Ces mémoires sont des puces constituées de milliers de fusibles pouvant être "grillés" grâce à un appareil appelé programmateur de ROM, envoyant un fort courant (12V) dans certains fusibles.
- Ainsi, les fusibles grillées correspondent à des 0, les autres à des 1.
- C'est un circuit dit mémoire dont son contenu peut être programmé par l' utilisateur mais qui ne peut plus être effacé ni modifié.
Les différents types de mémoire mortes
- Les ROM ont petit à petit évolué de mémoires mortes figées à des mémoires programmables, puis reprogrammées.
1. La mémoire morte standard ROM (Read Only Memory)
  - Pour laquelle, il n’est pas possible d’écrire.
  - C'est un circuit dont le contenu à été programmé à sa fabrication et qui ne peut plus être effacé ni modifié. Une mise à jour de son contenu implique donc un remplacement du circuit.
  - Le coût relativement élevé de leur fabrication impose une fabrication en grande série. Au départ, ces mémoires étaient utilisées pour stocker les parties bas-niveau du système d'exploitation de l'ordinateur (BIOS du PC par exemple).
  - Une ROM est composée d'une grille dont les lignes sont reliées aux colonnes par des diodes (ou des transistors).
  - L'adresse sélectionne une ligne. Le nombre de lignes donne la capacité en mots de la ROM.
  - La donnée est reçue sur les colonnes. Le nombre de colonnes fixe la taille du mot mémoire.
  - Ainsi une mémoire de 1024 octets aura donc 1024 lignes et 8 colonnes.
2. Les PROM (Programmable Read Only Memory)
  - Les PROM (Programmable Read Only Memory) ont été mises au point à la fin des années 70 par la firme Texas Instruments.
  - Il s'agit d'une ROM dont le contenu est crée par un utilisateur à l'aide d'un programmateur de PROM (ou brûleur).
  - Au départ la puce ne renferme que des «1» et le brûleur transforme les «1» en «0» Ces composants, identiques à l'usage à la ROM, concernent des petites séries ou des essais.
  - Ces mémoires sont des puces constituées de milliers de fusibles pouvant être "grillés" grâce à un appareil appelé programmateur de ROM, envoyant un fort courant dans certains fusibles. Ainsi, les fusibles grillées correspondent à des 0, les autres à des 1.
  - Peut être écrite ou programmée via un dispositif spécial appelé programmeur PROM. Typiquement, ce dispositif utilise des tensions élevées pour détruire définitivement ou créer des liens internes (fusibles ou anti-fusibles) dans la puce. Par conséquent, une PROM ne peut être programmée qu'une seule fois.
  - Les EPROM sont des PROM pouvant être effacées. Ces puces possèdent une petite fenêtre de quartz permettant de laisser passer des rayons ultra-violets provenant d'un "effaceur d'Eprom" ou Brûleur d'Eprom ou Prommer.
  - Lorsque la puce est en présence de rayons ultra-violets d'une certaine longueur d'onde, les liaisons sont reconstitués, c'est-à-dire que tous les bits de la mémoire sont à nouveau à 1. C'est pour cette raison que l'on qualifie ce type de PROM d'effaçable.
  - Ce type de mémoire est placée dans un boîtier céramique avec fenêtre de quartz (windowed)
  - Effaçable aux U.V.
  - Effacement de la mémoire toute entière
  - Constituée de transistors MOS dont la grille est isolée
  - 10 à 20 minutes pour effacer sous une source d'U.V. (effaceur)
  - Haute tension de programmation environ 12,5 à 25 volts
  - Temps de programmation relativement long (environ 50 ms max. par octet, Ex : pour une 27256 soit 32 K Octet x 8 bits, il faut 32*1024*50ms = 1638s = 27 mn). Les constructeurs de mémoires développent des algorithmes de programmation rapide afin de diminuer le temps de programmation.
  2.1.2. Les EEPROM (Electrically Erasable Read Only Memory)
  - Les EEPROM (Electrically Erasable Read Only Memory) sont aussi des PROM effaçables, mais contrairement aux EPROM, celles-ci peuvent être effacées par un simple courant électrique
  - C'est-à-dire qu'elles peuvent être effacées même lorsqu'elles sont en position dans l'ordinateur.
  2.1.3. Les EEPROM flash
  - Il existe une variante de ces mémoires appelée mémoires flash (également ROM Flash ou Flash EPROM).
  - Contrairement aux EEPROM classiques, utilisant 2 à 3 transistors par bit à mémoriser, la Flash EPROM utilise un seul transistor.
  - D'autre part l'EEPROM peut-être écrite et lue mot par mot, alors que la Flash ne peut être effacée que par pages (la taille des pages étant en constante diminution).
  - Enfin la densité de la mémoire Flash est plus importante, ce qui permet la réalisation de puces contenant plusieurs centaines de Mégaoctets.
  - Des EEPROM sont ainsi préférentiellement utilisées pour la mémorisation de données de configuration et la mémoire Flash pour du code programmable (programmes informatiques).
  - La mémoire flash est un type d'EEPROM qui permet la modification de plusieurs espaces mémoires en une seule opération.
  - Cette mémoire est donc plus rapide lorsque le système doit écrire à plusieurs endroits en même temps.
  - La mémoire flash utilise comme cellule de base un transistor MOS possédant une grille flottante enfouie au milieu de l'oxyde de grille, entre le canal et la grille.
  - L'information est stockée grâce au piégeage d'électrons dans cette grille flottante. Deux mécanismes sont utilisés pour faire traverser l'oxyde aux électrons :
    - l'injection d'électrons chauds ;
    - l'effet tunnel obtenu en appliquant une haute tension sur la « vraie » grille (appelée grille de contrôle).
2.2. OTP MEMORY (One Time Programmable MEMORY)
- Programmable une seule fois à l’aide d’un programmateur (Rem : On utilise souvent le terme PROM pour l’ensemble (PROM, FPROM, OTP).
- Mémoire en technologie MOS
- Souvent c’est une UVEPROM mais en boîtier plastique sans fenêtre de quartz (Le coût en est ainsi réduit).
- Elles remplacent donc les UVPROMs lors d’une production en grande série après avoir développé une pré série avec des UVPROMs.
- Elles sont compatibles broches à broches avec les UVPROMs.
2.3. PROM à fusibles ou FPROM (Programmable Read Only Memory ou Fuse PROM)
- ou Field-Programmable Read-Only Memory
- Réalisée à partir de transistors bipolaires dont leurs liaisons entre l'émetteur et la colonne sont effectuées par l'intermédiaire d'un fusible.