Многоуровневые ячейки

В последнее время многие компании проводят исследования микросхем флэш-памяти, в которых одна ячейка хранит не один, а два и более бит. Такие ячейки называются многоуровневыми (в английском варианте МЬС - МиШ Ьеуе1 Се11). Флэш-память, в которой используются двухбитовые ячейки, уже анонсированы. Кроме того, уже известно, что в лабораторных условиях получены прототипы, хранящие 4 бита в одной ячейке. В настоящее время активно ведутся исследования, связанные с поиском предельного числа бит, которое способна хранить многоуровневая ячейка.

В технологии МЬС используется аналоговая природа ячейки памяти. Как известно, обычная однобитная ячейка памяти может принимать два состояния - «0» или «1». Во флэш-памяти эти два состояния различаются по величине заряда, помещенного на «плавающий» затвор транзистора. В отличие от «обычной» флэш- памяти, МЬС способна различать более двух величин зарядов, помещенных на «плавающий» затвор, и, соответственно, большее число состояний. При этом каждому состоянию в соответствие ставится определенная комбинация значений бит. Например, для того, чтобы емкость ячейки была равна двум битам, необходимо различать четыре уровня заряда.

Во время записи на «плавающий» затвор помещается количество заряда, соответствующее необходимому состоянию. От величины заряда на «плавающем» затворе зависит пороговое напряжение транзистора. Пороговое напряжение транзистора можно измерить при чтении и определить по нему записанное состояние, а значит и записанную последовательность бит.

Идеология построения МЬС микросхем определяет их основное преимущество по сравнению с обычными микросхемами флэш-памяти: при равном размере микросхем и одинаковом техпроцессе «обычной» и МЬС-памяти, последняя способна хранить больше информации (размер ячейки тот же, а количество хранимых в ней бит - больше).

К основным недостаткам МЬС можно отнести следующие:

• снижается помехоустойчивость этих ячеек и, соответственно, надежность хранения по сравнению с однобитными ячейками. Это приводит к необходимости встраивать более сложный механизм коррекции ошибок, что в свою очередь приводит к усложнению схемы;

• быстродействие микросхем на основе МЬС зачастую ниже, чем у микросхем на основе однобитных ячеек;

• поскольку компьютерная система целиком работает с двоичными цифровыми сигналами, необходимо разработать и встроить в устройство памяти специфические схемы чтения/записи многоуровневых ячеек.

Контрольные вопросы и задания

1. Для чего служат регистры данных и как они устроены?

2. Что такое регистр сдвига? Как строится регистр сдвига и для чего его можно использовать?

3. Опишите принцип работы двоичного счетчика.

4. Чем различаются ячейки статической и динамической памяти? Какие различные виды постоянных запоминающих устройств существуют?

5. Как устроена ячейка флэш-памяти?

6. В чем достоинства и недостатки флэш-памяти?

Список литературы к лекциям 4-8

1. Шоломов Л. А. Основы теории дискретных логических и вычислительных устройств. - М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1980. - 400 с.

2. Фрике К. Вводный курс цифровой электроники. М. : Техносфера,

   2003. - 432 с.

3. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб. : БХВ-Петербург,

2004. - 528 с. : ил.

147