3. Запам’ятовувальні пристрої для зберігання оперативної інформації (озп)

Такі ЗП RAM типу (Random Acces Memory – ОЗП) поділяються на статичні і динамічні.

У статичних ЗП – SRAM (Static RAM) – за ЗЕ використовуються тригери з ланцюгами установки і встановлення нуля. При К-МОН-технології тригер складається з шести транзисторів. Тому такі ЗП досить дорогі і займають багато місця на кристалі, але мають велику швидкодію.

У динамічних ЗП – DRAM (Dynamic RAM) – дані зберігаються у вигляді зарядів ємностей МОН-структур. Основою ЗЕ тут є просто конденсатор невеликої ємності. Такий ЗЕ значно простіший за тригерний, що дозволяє розмістити на кристалі значно більше ЗЕ. Оскільки конденсатор з часом втрачає свій заряд, то зберігання даних вимагає їхньої періодичної регенерації (через кожні декілька мікросекунд) за допомогою спеціальних підсилювачів-регенераторів. Зараз ємність динамічних ЗП становить до 128 Мбіт, у стані розроблення ЗП на 256 Мбіт (з числом транзисторів на кристалі до 300 мільйонів. Динамічні ЗП у 4-5 разів дешевші за статичні й у стільки ж разів мають більшу інформаційну ємність.

Обидва ці типи пам’яті є енергозалежними – при вимкненні джерела живлення ІМС інформація безповоротно губиться.

1. Запам’ятовувальні пристрої для зберігання постійної інформації (пзп)

Є декілька типів ЗП для зберігання постійної інформації – ROM типу (Read On Memory – ПЗП). Як в них використовують перемички, діоди, біполярні і МОН-транзистори.

У масочні ЗП типу ROM(M) інформація записується при виготовленні ІМС за допомогою спеціального шаблона – маски. Матриця діодного ЗП такого типу являє собою координатну сітку з горизонтальних ліній вибірки слів і вертикальних ліній зчитування. Код слова визначається наявністю діода (що відповідає одиниці) або його відсутності (відповідає нулю) у вузлах координатної сітки.

Такі ЗП компактні і дешеві. Їх застосовують для зберігання інформації масового призначення – кодів літер і цифр, таблиць типових функцій, стандартного програмного забезпечення і т.п. Користувач змінити інформацію, що зберігається, не може.

Мікросхеми ЗП типу PROM (Programmable ROM – програмовані ПЗП) програмують одноразово видаленням або створенням перемичок у вузлах координатної сітки. У вихідній заготовці наявні (або відсутні) всі перемички. При програмуванні користувачем за допомогою спеціального програмуючого пристрою залишаються (або видаляються) тільки необхідні. Перемички можуть являти собою або плавкі елементи, ввімкнені послідовно з діодом, або два зустрічно увімкнених діоди, один з яких пробивається при програмуванні.

ЗП типу ЕPROM дозволяють не тільки записувати в них інформацію, а й стирати її та замінювати на нову – вони є репрограмовуваними. Як ЗЕ в них використано транзистори ЛІЗМОН типу (МОН- транзистори з лавинною інжекцією заряду). Такі транзистори мають так званий плаваючий затвор – обмежену з усіх боків діелектриком провідну зону. Введений у неї як у пастку в результаті лавинного пробою під дією імпульсу напруги у 20-25 В заряд зберігається дуже тривалий час. Цей заряд забезпечує закритий стан транзистора. Стирання інформації відбувається під дією ультрафіолетового опромінення, для чого корпус ІМС має спеціальне прозоре віконце. Виникнення фото- і теплових струмів дозволяє заряду покинути плаваючий затвор. Стирання триває декілька хвилин, одразу стирається вся інформація. Опромінення веде до змін властивостей матеріалів транзисторів, тому число циклів перепрограмування становить 10-100.

Новітні ЗП типу EEPROM також є репрограмованими. Їхньою основою є МНОН-транзистори, що на відміну від звичайних МОН-транзисторів мають двошаровий підзатворний діелектрик – окрім тонкого шару SiO2 є ще більш товстий шар нітриду кремнію Si3N4 (звідси літера Н в абревіатурі). Під дією електричного поля достатньо високої напруженості носії заряду проходять через тонкий шар і скупчуються на межі поділу шарів. Після зняття поля заряд залишається у примежевому шарі нітриду кремнію і вже не розсмоктується, що і забезпечує зберігання інформації впродовж десятків років. Для стирання інформації необхідно видалити носії заряду з примежевого шару, для чого подається напруга, що створює електричне поле протилежної направленості. При цьому інформацію можна стирати не зі всього кристалу, а вибірково. Тривалість процесу досить коротка. Кількість циклів перепрограмування становить 104-106 разів.

Найвищим досягненням у розробленні напівпровідникових програмованих ЗП є створення флеш-пам’яті. Її ЗЕ подібні до елементів пам’яті типу EEPROM, але в схемах флеш-пам’яті не передбачене стирання окремих слів. Інформація може стиратися або вся одразу, або досить великими блоками за єдиним сигналом, миттєво (flash – спалах). За своєю дією флеш-пам’ять вже подібна до пам’яті ОЗУ, але є енергонезалежною. Пристрої флеш-пам’яті зі збільшенням кількості запам’ятовуваної інформації (з розвитком технології) поступово витісняють такі накопичувачі, як жорсткі магнітні диски, оптичні диски та інші носії. Вони у сотні разів скорочують споживану потужність, мають велику надійність, невеликі розміри і вагу та у декілька разів збільшують швидкодію пристроїв пам’яті. Однією з найважливіших властивостей є також відсутність в ЗП цього типу рухомих механічних частин, в тому числі таких, що обертаються, і повна технологічна сумісність із ІМС. Флеш-пам’ять може бути частиною багатьох типів ІМС-мікроконтролерів (що забезпечує універсальність їхнього застосування за рахунок можливості багатократного перепрограмування) та ін. Також зазначимо, що це є одним із прикладів поступової відмови людства від колеса у багатьох застосуваннях.