Mémoires mortes
Dans son mode d’utilisation normal, une mémoire morte peut seulement
être lue. Il n’est donc pas nécessaire de préciser l’opération qui
sera effectuée. Il y aura donc des entrées pour les adresses et un
signal de contrôle de type CS.
La figure suivante montre l’essentiel d’une mémoire ROM de 16 mots de 4 bits. Un décodeur d’adresse permet de sélectionner quel mot sera lu, et la sortie est disponible sur les lignes \(A_3, \ldots, A_0\).
Modèle d’une mémoire ROM
Pour simplifier la représentation de ce genre de configuration, on utilise une schématisation symbolique compacte pour les portes OU de sortie, dans laquelle chacune des 16 lignes horizontales représente en fait 16 entrées d’une porte OU. La présence d’une croix à l’intersection d’une ligne horizontale et d’une ligne verticale signifie que le signal de la ligne horizontale est connecté à une des entrées de la porte. Avec cette schématisation, on peut voir que les deux premiers mots stockés dans la mémoire illustrée dans l’exemple seraient 0101 et 1101. La même schématisation compacte s’emploie aussi pour des portes ET.
Cette mémoire relativement petite comporte ainsi 64 intersections programmables, permettant de définir la valeur des 16 mots de mémoire de 8 bits chacun.
Implémentation de fonctions combinatoires
Comme on l’a vu précédemment, un décodeur permet de générer les \(2^k\) minterms possibles avec ses \(k\) entrées. Regrouper avec une porte OU les minterms d’une fonction permet d’implémenter cette fonction. Une mémoire ROM permet de faire exactement cela sans avoir rien à ajouter, car elle est munie d’un décodeur d’entrée et la porte OU de sortie fait déjà partie de la ROM. On peut donc interpréter le fonctionnement d’une mémoire ROM de \(k\) bits d’adresse et avec des mots de taille \(m\) comme un dispositif qui permet, pour les entrées qui sont ses adresses, de mettre en oeuvre \(m\) fonctions combinatoires différentes (une par bit de mot) de \(k\) entrées.
Par exemple, la sortie \(A_2\) de la mémoire de la figure précédente implémente la fonction \(A_2 = \sum (0,1,4,8)\) exprimée en somme de minterms.
Tableau de correspondance
Cette approche qui consiste à réaliser une fonction logique combinatoire au moyen d’une mémoire qui spécifie, pour chaque combinaison d’entrée possible, une valeur de sortie, est largement utilisée dans les composants programmables. On parle alors de tableau de correspondance (en anglais, LookUp Table (LUT)). Il s’agit ni plus ni moins que de stocker en mémoire le tableau de vérité de la fonction à réaliser. Dans les composants programmables, on utilise plutôt des mémoires RAM pour les tableaux de correspondance, afin que la configuration des fonctions puisse être changée selon l’application.
Catégories de mémoires ROM
On distingue quatre grandes approches technologiques pour réaliser des mémoires mortes. Leurs usages typiques sont surtout déterminés par la façon de les configurer (on dit couramment programmer, même s’il s’agit d’une intervention sur le plan matériel).
Dans la programmation par masque, la mémoire est programmée lors de la fabrication de la puce. Le fabricant se base sur un tableau de vérité fourni par le client pour établir des connexions qui seront implémentées (ou pas) dans le procédé de fabrication via des masques qui empêchent le dépôt de matériau conducteur sur les couches du circuit intégré. Cette approche convient à la production de masse à grand volume.
Dans la programmation sur mesure, on utilise un type de mémoire qui comporte initialement des connexions entre toutes les sorties du décodeur et toutes les entrées des portes OU de sortie (la mémoire en configuration initiale comporte des 1 partout). La programmation, qui peut se faire chez le développeur au moyen d’un dispositif de programmation (ou programmeur) spécialement conçu à cette fin, consiste à supprimer les connexions qui ne sont pas nécessaires en envoyant des impulsions à forte tension pour faire fondre les fusibles de connexions spécifiques. Un fusible fondu (pas de connexion) correspond à un bit 0 dans la mémoire. Cette programmation est bien entendu irréversible: impossible de rétablir la connexion une fois que le fusible est fondu.
Avec une PROM (pour Programmable ROM), il est possible d’effacer la configuration dans son ensemble en soumettant la puce à une lumière ultraviolette pendant un certain temps. Ce bombardement énergétique permet de décharger les grilles flottantes des dispositifs qui implémentent les connexions. La mémoire PROM peut être configurée de nouveau.
Avec la programmation électrique, il est possible de reconfigurer l’ensemble d’une mémoire dite EEPROM (Electrically Erasable PROM) en la soumettant à un signal électrique d’effacement.
Les ROM à programmation flash sont semblables aux EEPROM, mais la reconfiguration peut se faire adresse par adresse. Il est notamment possible de reconfigurer une mémoire sans la retirer de son circuit. Fonctionnellement, ces mémoires sont à mi-chemin entre la mémoire RAM et la mémoire sur disque. Les mémoires flash tendent d’ailleurs de plus en plus à remplacer ce dernier type dans les systèmes portables: téléphones, ordinateurs portables, etc.