Принцип работы микросхемы памяти: основы и терминология

В аналоговой электронике для временного хранения информации используются линии задержки. Для сохранения больших объемов записываемого сигнала использовались сначала виниловые, а затем оптические диски и магнитные ленты. Эти устройства успешно применяются и для хранения цифровой информации. Вместе с развитием цифровой программной электроники разрабатывались и усовершенствовались твердотельные хранители информации на базе интегральных микросхем. Сейчас эти компоненты успешно вытесняют все остальные носители цифровых данных. Вместе с экспертами «ЗУМ-СМД» рассмотрим виды микросхем памяти, их процесс работы и терминологию.

Содержание:

1. Устройство интегральных компонентов памяти
2. Усовершенствование и классификация микросхем памяти
3. Виды микросхем памяти и терминология

Устройство интегральных компонентов памяти

С ростом интеграции микросхем появилась возможность создавать большие массивы ячеек памяти. Чем меньше запоминающая ячейка, тем большее их количество можно вместить на кристалле, а значит и объемнее информацию можно запомнить.

Самым простым и скоростным является сегмент динамической памяти. Он состоит из конденсатора и полупроводникового ключа — полевого транзистора. При обращении к ячейке памяти (считывании) информация содержимого ячейки опустошается (стирается). Поэтому следующим шагом процессора является ее восстановление (запись). В промежуточном шаге возможно изменение байта информации, но не всегда.

Статическая память в качестве элементарной ячейки содержит триггер из 2 и более транзисторов. Она требует постоянного напряжения питания для сохранности информации. Настоящей революцией стало изобретение флэш-памяти. Для записи кода используется заряд крошечной детали, который действует на изолированный затвор выходного каскада сегмента памяти. Молниеносно записанные данные быстро считываются и могут храниться десятилетиями без питания. Их технология изготовления стоит сравнительно недорого.

При работе процессора, микропроцессора или микроконтроллера ему очень часто требуется где-то сохранять информацию машинных кодов и данных ввода/вывода. Вот для этого и используется динамическая или статическая кэш-память. Чем больше байт она содержит, тем больше времени надо ее контроллеру, чтобы включить нужный адрес.

Чтобы процессор работал максимально оперативно, прямо на его кристалле создают многоуровневую кэш-память. Сегменты первого уровня содержат максимально высокоскоростные ключи с конденсаторами малой емкости. Объем такого хранилища делают небольшим. Кэш-память второго и третьего уровня более объемная, но менее скоростная. ОЗУ работает еще на меньшей скорости. Но чем больше ее размер, тем больше процессов может одновременно запустить CPU-устройство.

Статическая память по сравнению с динамической отличается такими качественными свойствами:

• лучшая скорость записи/перезаписи;
• большая экономичность;
• не требуется постоянная регенерация (перезапись).

Зато статическая память нуждается в питании. Основной ее недостаток — большее число элементов в ячейке и, соответственно, стоимость ее будет всегда выше. Процессоры и микроконтроллеры содержат преимущественно статическую кэш-память.

Усовершенствование и классификация микросхем памяти

Первые процессоры были собраны на вакуумных лампах, а носители информации строились на ферритовых сердечниках и электромеханических реле. Но эти приборы были громоздкими и медленными с большим потреблением и тепловыделением. Усовершенствование процессоров по этим параметрам продолжается до сих пор. Оно касается перехода всех устройств, в том числе запоминающих, на интегральные компоненты.

Любому процессору и некоторым микропроцессорам и микроконтроллерам для реализаций разноплановых задач требуется одновременно несколько типов памяти.

Основные их виды выполняют такие функции:

• ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) — временное сохранение данных шины машинных циклов, от записи информации до их считывания. Последнее обнуляет регистры динамической памяти. Поэтому, после каждого обращения к ячейкам оперативной памяти процессор заново вливает туда переработанную либо неизмененную информацию.
• ППЗУ (программируемое постоянное запоминающее устройство) — используется, преимущественно, для хранения программ и неизменных данных, участвующих в системной работе. Устройства такого типа бывают без возможности стирания. Но для универсальности применения эти системы могут иметь свойство перезаписывания данных.
• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — изделие для длительного хранения данных ввода/вывода. Для создания емких приборов используются оптические жесткие и гибкие диски совместно с микросхемами, которые являются буферами. Они систематизируют и ускоряют доступ к наиболее часто используемой информации. Гибридные жесткие диски содержат оптический диск с приводом и объемный набор микросхем памяти, а SSD-диски состоят только из полупроводниковых кристаллов.

Современные интегральные ПЗУ могут обладать большими емкостями при доступной стоимости. SSD-диски, выполненные на основе микросхем флэш-памяти, значительно превосходят по скорости обмена данных оптические устройства. ППЗУ тоже может быть выполнено с интегральными компонентами флэш-памяти.

Все же микросхемы, например, видеопамяти, отличаются параметрами от запоминающих чипов, используемых для вычисления или кэширования данных. Поэтому классификация микросхем памяти построена еще и по функционалу их применения. Также ОЗУ может быть статическая или динамическая в зависимости от типа микропроцессора/микроконтроллера.

Виды микросхем памяти и терминология

Для программной электронной и компьютерной техники применяются микросхемы памяти:

• Динамические ОЗУ (ДОЗУ) — память сохраняется в электрических емкостях, сравнительно дешевая, но требует сложной топологии интерфейса.
• Статические ОЗУ (СОЗУ) — позиционирует высокой скоростью записи/считывания, но имеет относительно малый объем и стоит дороже.
• Энергонезависимые СОЗУ — для поддержания сохранности данных содержат крошечную встроенную батарею питания.
• Псевдостатические ОЗУ — содержит динамические ячейки и встроенную логику регенерации, поэтому обладает свойствами статической памяти.
• Флэш-память — электрически стираемая/записываемая ячейка очень долго хранит информацию даже при отсутствии питания.
• ППЗУ (EEPROM) — используется, преимущественно, для постоянной записи программ и неизменных данных. Чтобы перезаписать, необходимо повышенное напряжение (со стандартных +5В до +12,5В). Есть компоненты такого типа, которые стирают записанную информацию ультрафиолетовым излучением.
• ППЗУ с однократным программированием — отличаются невысокой стоимостью. Данные вводятся однократно и не могут быть изменены.
• Линейка DDR — используется для серверов и персональных компьютеров как ОЗУ.
• Графическая память — основана на DDR или HBM, также других технологиях, но максимально адаптирована только к записи видео.
• Многослойная память линейки HBM — высокоскоростная память 3D-конфигурации.

Купить микросхемы от известных производителей можно в компании «ЗУМ-СМД». Действует доставка по всей России. Чтобы уточнить подробности, звоните по телефону: +7 (800) 333-48-97 или закажите звонок в форме обратной связи.