 |
Многократно программируемые ПЗУ
|
|
|
|
Процедура программирования таких ПЗУ обычно предполагает два этапа: сначала производится стирание содержимого всех или части ячеек, а затем производится запись новой информации.
В этом классе постоянных запоминающих устройств выделяют несколько групп:
• EPROM (Erasable Programmable ROM - стираемые программируемые ПЗУ);
• EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM - электрически стираемые программируемые ПЗУ);
• флэш-память.
Микросхемы EPROM. В EPROM запись информации производится электрическими сигналами, так же как в PROM, однако перед операцией записи содержимое всех ячеек должно быть приведено к одинаковому состоянию (стерто) путем воздействия на микросхему ультрафиолетовым облучением. Кристалл заключен в керамический корпус, имеющий небольшое кварцевое окно, через которое и производится облучение. Чтобы предотвратить случайное стирание информации, после облучения кварцевое окно заклеивают непрозрачной пленкой. Процесс стирания может выполняться многократно. Каждое стирание занимает порядка 20 мин.
Данные хранятся в виде зарядов плавающих затворов МОП-транзисторов, играющих роль конденсаторов с очень малой утечкой заряда. Заряженный ЗЭ соответствует логическому нулю, а разряженный - логической единице. Программирование микросхемы происходит с использованием технологии инжекции горячих электронов. Цикл программирования занимает нескольких сотен миллисекунд. Время считывания близко к показателям ROM и DRAM.
По сравнению с PROM микросхемы EPROM дороже, но возможность многократного перепрограммирования часто является определяющей. Данный вид ИМС выпускался в рамках серии К573 (зарубежный аналог — серия 27ххх).
Микросхемы EEPROM. Более привлекательным вариантом многократно программируемой памяти является электрически стираемая программируемая постоянная память EEPROM. Стирание и запись информации в эту память производятся побайтово, причем стирание - не отдельный процесс, а лишь этап, происходящий автоматически при записи. Операция записи занимает существенно больше времени, чем считывание — несколько сотен микросекунд на байт. В микросхеме используется тот же принцип хранения информации, что и в EPRОM. Программирование EPRОM не требует специального программатора и реализуется средствами самой микросхемы.
|
|
|
Выпускаются два варианта микросхем: с последовательным и параллельным доступом, причем на долю первых приходится 90% всех выпускаемых ИМС этого типа. В EEPROM с доступом по последовательному каналу (SEEPROM — Serial EEPROM) адреса, данные и управляющие команды передаются по одному проводу и синхронизируются импульсами на тактовом входе. Преимуществом SEEPROM являются малые габариты и минимальное число линий ввода/вывода, а недостатком — большое время доступа. SEEPROM выпускаются в рамках серий микросхем 24Сххх, 25Сххх и 93Сххх, а параллельные EEPROM — в серии 28Сххх.
В целом EEPROM дороже, чем EPROM, а микросхемы имеют менее плотную упаковку ячеек, то есть меньшую емкость.
Флэш-память. Относительно новый вид полупроводниковой памяти - это флэш-память (название flash можно перевести как «вспышка молнии», что подчеркивает относительно высокую скорость перепрограммирования). Впервые анонсированная в середине 80-х годов, флэш-память во многом похожа на EEPROM, но использует особую технологию построения запоминающих элементов. Аналогично EEPROM, во флэш-памяти стирание информации производится электрическими сигналами, но не побайтово, а по блокам или полностью. Здесь следует отметить, что существуют микросхемы флэш-памяти с разбивкой на очень мелкие блоки (страницы) и автоматическим постраничным стиранием, что сближает их по возможностям с EEPROM. Как и в случае с EEPROM, микросхемы флэш-памяти выпускаются в вариантах с последовательным и параллельным доступом.
|
|
|
По организации массива ЗЭ различают микросхемы типа:
• Bulk Erase (тотальная очистка) — стирание допустимо только для всего массива ЗЭ;
• Boot Lock — массив разделен на несколько блоков разного размера, содержимое которых может очищаться независимо. У одного из блоков есть аппаратные средства для защиты от стирания;
• Flash File — массив разделен на несколько равноправных блоков одинакового размера, содержимое которых может стираться независимо.
Полностью содержимое флэш-памяти может быть очищено за одну или несколько секунд, что значительно быстрее, чем у EEPROM. Программирование (запись) байта занимает время порядка 10 мкс, а время доступа при чтении составляет 35-200 нс.
Как и в EEPROM, используется только один транзистор на бит, благодаря чему достигается высокая плотность размещения информации на кристалле (на 30% выше чем у DRAM).
Наиболее распространенные серии микросхем флэш-памяти - 28Fxxx, 29F/C/ ЕЕххх, 39SFxxx (параллельные) и 45Dxxx (последовательные).
Энергонезависимые оперативные
Запоминающие устройства
Под понятие энергонезависимое ОЗУ (NVRAM - Non-Volatile RAM) подпадает несколько типов памяти. От перепрограммируемых постоянных ЗУ их отличает отсутствие этапа стирания, предваряющего запись новой информации, поэтому вместо термина «программирование» для них употребляют стандартный термин «запись».
Микросхемы BBSRAM. К рассматриваемой группе относятся обычные статические ОЗУ со встроенным литиевым аккумулятором и усиленной защитой от искажения информации в момент включения и отключения внешнего питания. Для их обозначения применяют аббревиатуру BBSRAM (Battery-Back SRAM).
Микросхемы NVRAM. Другой подход реализован в микросхеме, разработанной компанией Simtec. Особенность ее в том, что в одном корпусе объединены статическое ОЗУ и перепрограммируемая постоянная память типа EEPROM. При включении питания данные копируются из EEPROM в SRAM, а при выключении — автоматически перезаписываются из SRAM в EEPROM. Благодаря такому приему данный вид памяти можно считать энергонезависимым.
Микросхемы FRAM. FRAM (Ferroelectric RAM - ферроэлектрическая память) разработана компанией Ramtron и представляет собой еще один вариант энергонезависимой памяти. По быстродействию данное ЗУ несколько уступает динамическим ОЗУ и пока рассматривается лишь как альтернатива флэш-памяти. Причисление FRAM к оперативным ЗУ обусловлено отсутствием перед записью явно выраженного цикла стирания информации.
|
|
|
Запоминающий элемент FRAM похож на ЗЭ динамического ОЗУ, то есть состоит из конденсатора и транзистора. Отличие заключено в диэлектрических свойствах материала между обкладками конденсатора. В FRAM этот материал (несмотря на название, он не содержит железа и имеет химическую формулу ВаТiO3) обладает большой диэлектрической постоянной и может быть поляризован с помощью электрического поля. Поляризация сохраняется вплоть до ее изменения противоположно направленным электрическим полем, что и обеспечивает энергонезависимость данного вида памяти. Данные считываются за счет воздействия на конденсатор электрического поля. Величина возникающего при этом тока зависит от того, изменяет ли приложенное поле направление поляризации на противоположное или нет, что может быть зафиксировано усилителями считывания.
В процессе считывания содержимое ЗЭ разрушается и должно быть восстановлено путем повторной записи, то есть как и DRAM, данный тип ЗУ требует регенерации. Количество циклов перезаписи для FRAM обычно составляет 10 млрд.
Главное достоинство данной технологии в значительно более высокой скорости записи по сравнению с EEPRОM. В то же время относительная простота ЗЭ позволяет добиться высокой плотности размещения элементов на кристалле, сопоставимой с DRAM. FRAM выпускаются в виде микросхем, полностью совместимых с последовательными и параллельными EEPROM. Примером может служить серия 24Схх.
|
|
|
