У цифрових системах використовуються зовнішні і внутрішні запам'ятовуючі пристрої (ЗУ). Зовнішні ЗУ реалізують на жорстких магнітних (hard drive), інтегрально-напівпровідникових (флеш-диски), оптичних і магнітооптичних дисках (CD, DVD). Внутрішні ЗУ в основному - напівпровідникові - призначені для зберігання проміжних даних і програм обробки даних. Внутрішні ЗУ діляться на оперативні ЗУ і постійні ЗУ.
Оперативні запам'ятовуючі пристрої (ОЗУ) характеризуються можливістю швидкого введення / виведення (записи / зчитування) інформації у вигляді двійкових чисел в свою будь-яку окрему клітинку. Тому синонімом ОЗУ є пам'ять з довільною вибіркою (RAM-Random Access Memory).
Постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗУ) на відміну від ОЗУ використовуються в основному для зчитування записаної в них інформації. Запис же здійснюється або "раз і назавжди", або відносно рідко. Цей клас ЗУ в зарубіжній літературі називають ROM (Read-Only Memory - пам'ять тільки для зчитування).
Існує також значна кількість ПЗУ з можливістю багаторазового запису в них інформації - перепрограмовані ПЗП (ППЗУ).
1. Структура мікросхем пам'яті
Напівпровідникові ОЗУ, ПЗУ складаються з двох основних частин: накопичувача і схеми управління, або периферії. Накопичувач - це основна частина ПЗУ, де зберігаються дані (двійкові коди). Периферія призначена для введення і виведення цих даних. У неї входять дешифратори, підсилювачі, регістри, різного роду ключові схеми, комутатори та інше.
Накопичувач складається з елементів пам'яті (ЕП), кожна з них зберігає один біт інформації. Основу ЕП становлять бістабільні осередки, основною властивістю яких є наявність двох стійких станів - 0, 1.
На рис. 57 представлена типова структура запам'ятовує з матричної організацією.
Мал. 57. Структура мікросхеми ОЗУ
На наведеній схемі використовуються такі скорочення:
При мікросхема знаходиться в режимі зберігання, т. Е. Стан ЕП не змінюється при будь-яких сигналах на входах (A m ... A0), DI,. Вихід DO знаходиться в відключеному стані.
Типові тимчасові діаграми, що ілюструють роботу мікросхем пам'яті, наведені на рис. 58.
Мал. 58. Тимчасові діаграми роботи мікросхем пам'яті з довільною вибіркою
Мікросхеми, призначені тільки для зчитування інформації, не містять вузлів, що відповідають за її запис.
Пристрої, що запам'ятовують з довільною вибіркою служать для оперативного запам'ятовування інформації і здатні зберігати її тільки при включеному харчуванні. За принципом дії розрізняють статичні і динамічні ОЗУ. Елементом пам'яті статичних ОЗУ (SRAM) служать тригери, які можуть бути реалізовані за будь-якої технології. У динамічних ОЗУ (DRAM) носієм інформації є ємність між затвором МОП-транзистора і корпусом, яка може бути заряджена або розряджена.
2. Елементи пам'яті БІС ОЗУ, ПЗУ
Елементи пам'яті статистичного ОЗУ.
ЕП біполярного ОЗУ є асинхронний RS-тригер, побудований з двох логічних елементів І-НЕ. виконаних на двох двухеміттерних транзисторах.
Біполярні SRAM мають найвищою швидкодією, однак у порівнянні з SRAM, виконаними по МОП-технологій, мають значно меншу ємність і більше енергоспоживання. Це пояснюється тим, що МОП-транзистор займає в кілька разів меншу площу на кристалі, ніж біполярний, і споживає менший струм. Останні досягнення МОП-технологій забезпечують наближення МОП ЗУ за швидкодією до біполярним.
Найменшим енергоспоживанням відрізняються ЗУ, виконані на комплементарних МОП-транзисторах (КМОП-технологія). В ЕП КМОП-типу транзистори Т1 і Т2 мають канали p-типу, а транзистори Т3 - Т6- канали n-типу.
В результаті споживана потужність в режимі зберігання визначається струмами витоку канали n- і p-переходів. У режимі перемикання потрібно значно бульш потужність, так як при цьому струм протікає через обидва прочинених транзистора Т1, Т4 і Т2, Т5. Однак, що витрачається потужність КМОП ЗУ на порядок менше, ніж у біполярних.
Елемент пам'яті динамічного ОЗУ.
Накопичувач займає більшу частину площі кристала мікросхем пам'яті, тому для збільшення їх інформаційної ємності необхідно зменшувати розміри ЕП. Це досягається при використанні динамічного способу зберігання інформації у вигляді заряду, накопиченого на паразитної ємності. Зазвичай динамічні ЕП реалізуються на МДП-транзисторах, так як при цьому забезпечується досить тривалий час зберігання інформації (приблизно 10 мілісекунд) без її регенерації.
Щоб уникнути втрати інформації через зменшення з плином часу заряду ємності Пн. виробляється його періодична регенерація (відновлення).
Ще меншу площу на кристалі займає однотранзісторний ЕП (рис. 62).
Динамічні мікросхеми пам'яті забезпечують найбільш високу інформаційну ємність при досить хороших значеннях інших параметрів. Однак, необхідність регенерації інформації ускладнює структуру ЗУ на їх основі і вимагає додаткових витрат часу. Сучасні динамічні мікросхеми пам'яті мають внутрішню регенерацію, яка реалізується в проміжках часу між вибірками.
Елементи пам'яті ПЗУ (РПЗУ).
Основна вимога до такої осередку - збереження інформації при відключеному харчуванні. Розглянемо схему однотранзісторний ЗЯ для біполярного ПЗУ.
У емітерний ланцюга транзистора передбачена плавка перемичка (П), яка в необхідних випадках може руйнуватися при первинному програмуванні.
Елемент пам'яті ПЗУ може бути виконаний і на МОП-транзисторах. Однак біполярні ПЗУ мають більш високу швидкодію (час звернення 20 ... 60 нс), але і велику рассеиваемую потужність, ніж ПЗУ на МОП-транзисторах (час звернення 200 ... 600 нс).
Для стирання записаної інформації, тобто видалення заряду захопленого шаром нітриду кремнію, на затвор МНОП-транзистора необхідно подати імпульс напруги протилежний, ніж при запису полярності.
Інші варіанти ЕП РПЗУ виконуються на МНОП-транзисторах плаваючим (ізольованим) затвором. Подача високої напруги між витоком і стоком викликає накопичення в плаваючому затворі заряду, що створює провідний канал між стоком і витоком. Стирання інформації здійснюється опроміненням транзисторів через кварцове вікно ультрафіолетовим випромінюванням, яке розряджає затвори транзисторів і переводить їх в непроводящее стан.
Стирання інформації таким способом має ряд очевидних недоліків, які відсутні при електричному стирання. Для цього в транзисторі виконується другий керуючий затвор. Однак, зважаючи на велику площі ЕП, мікросхеми РПЗУ з електричним стиранням мають в 2 ... 4 рази меншу інформаційну ємність, ніж мікросхеми зі стиранням ультрафіолетовим світлом.
Параметри інтегральних ЗУ.
У номенклатуру параметрів ЗУ входять наступні основні величини:
Інформаційна ємність в бітах - параметр, що характеризує ступінь інтеграції.
Питома потужність - загальна потужність, споживання енергії в режимі зберігання, віднесена до 1 біту.
Максимальна частота звернення при зчитуванні.
Питома вартість одного біта інформації. Цей параметр - один з визначальних при порівняльних оцінках.
МОП - транзисторні ОЗУ в цілому перевищують біполярні з інформаційної ємності, питомої потужності і питомої вартості, але поступаються їм за швидкодією. Мінімальна питома потужність властива КМОП-схем, а мінімальна вартість - динамічним типам ОЗУ. Серед біполярних різновидів максимальну швидкодію характерно ОЗУ в базисі ЕСЛ.
НОВИНИ ФОРУМУ
Лицарі теорії ефіру