2.1.4.4. Сигналы прерывания
Группа сигналов прерывания используется для запроса на прерывание центрального процессора.
IRQ<15,14,12,11,10> [8/16] IRQ<9,7...3> [8]
2.1.4.5. Сигналы режима пдп
Эти сигналы поддерживают циклы пересылки данных при прямом доступе в память.
ПРИМЕЧАНИЕ: Каналы ПДП <3...0> поддерживают только пересылки 8-разрядных данных. Каналы ПДП <7...5> поддерживают пересылки только 16-разрядных данных.
DRQ<7...5,0> [8] [8/16] DRQ<3,2,1> [8]
Сигналы DRQ (DMA Request - запрос на ПДП) разрешаются ресурсами на материнской плате или внешними платами для запроса на обслуживание контроллером ПДП или для захвата шины. Сигнал DRQ должен быть разрешен до тех пор, пока контроллер ПДП не разрешит соответствующий сигнал -DACK.
ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПЛАТ.
-DACK<7...5,0> [8] [8/16] -DACK<3,2,1> [8]
Сигналы -DACK (DMA Acknowledge - подтверждение ПДП) разрешаются контроллером ПДП как подтверждение сигналов запросов DRQ<7...5,3...0>. Разрешение соответствующего сигнала -DACK означает, что либо циклы ПДП будут начаты, либо внешняя плата захватила шину.
T/C [8] [8/16]
Сигнал T/C (Terminal Count - Окончание счета) разрешается контроллером ПДП тогда, когда по какому-либо из каналов ПДП будет окончен счет числа пересылок данных, то есть все пересылки данных выполнены.
2.1.4.6. Питание
Для питания внешних плат на шине ISA используются 5 напряжений питания постоянного тока: +5 В, -5 В, +12 В, -12 В, 0 В (корпус - Ground). Все линии питания заведены на 8-разрядный разъем, кроме одной линии по +5 В и одной линии корпуса на дополнительном разъеме.
Асинхронный принцип реализуется с помощью обратной связи от приемника к источнику (см. рисунок 1.13). Обратная связь может быть однопроводной и двухпроводной. При однопроводной используется сигнал "готовности приемника" (ГП), при двухпроводной добавляется сигнал "данные приняты" (ДП).На рисунке 1.13б показана временная диаграмма переключения состояний источника и приемника при однопроводной связи. Сигнал ГП является инверсным. Он имеет низкий уровень, когда приемник свободен и может принимать данные от источника, переход ГП в высокий уровень означает, что приемник зафиксировал данные, поэтому занят, и не может принимать новые данные от источника.
В момент t1 источник выставляет данные, через время Т они фиксируются в приемнике, и он устанавливает сигнал ГП в высокое состояние. Источник, получив этот сигнал через время Т, сбрасывает данные и ждет установки ГП в низкое состояние, чтобы выставить новые данные. Приемник через время Т после сброса данных устанавливает ГП в низкое состояние, сигнализируя источнику, что он может выставлять новые данные. Таким образом, для надежной работы источник должен держать данные на шине данных время 2Т. Период смены информации на выходе источника 2, но величина переменная, она зависит от характера линии связи и скорости работы приемников. Асинхронный принцип при работе источника со многими приемниками, имеющими широкий диапазон скоростей передачи информации, обеспечивает большую общую пропускную способность, чем синхронный.
Асинхронный принцип не означает, что синхронизация отсутствует, при асинхронном принципе период синхронизации является переменным, а при синхронном этот период постоянен и определяется частотой работы самого медленного устройства.
Синхронизация может осуществляться не только с помощью импульсов синхронизации, но и программным способом с помощью определенных кодов синхронизации (меток, маркеров и т.д.).
В соответствии с используемыми принципами синхронизации интерфейсы могут быть синхронные и асинхронные.
Если шина синхронная, то переключение всех сигналов на линиях шины производится по фронту импульсов синхронизации. Эти шины могут быть быстрыми и дешевыми. Но частота работы параллельных интерфейсов ограничивается из-за проблем перекоса сигналов на разных линиях шины, что накладывает серьезные ограничения на длину этих шин. Обычно системные шины синхронные, шины расширения могут быть синхронные (PCI) или асинхронные (ISA). В последовательных интерфейсах такие ограничения существенно меньше.
В асинхронных интерфейсах переключение сигналов на линиях шины не привязана к фронтам импульсов синхронизации. Эта шина позволяет гораздо проще приспособить широкое разнообразие устройств и удлинить шину без беспокойства о перекосе сигналов синхронизации и о системе синхронизации. Асинхронная шина легче масштабируется.
№2
|
При чтении, в отсутствие заряда на "плавающем" затворе, под воздействием положительного заряда на управляющем затворе, образуется n-канал в подложке между истоком и стоком, и возникает ток – состояние «единица». |
|
Наличие заряда на "плавающем" затворе меняет вольтамперные характеристики транзистора таким образом, что при обычном, для чтения, напряжении, канал не появляется, и тока между истоком и стоком ток не возникает – состояние «ноль». |
|
При программировании, на сток и управляющий затвор подаётся высокое напряжение, причём на управляющий затвор напряжение подаётся приблизительно в два раза выше. "Горячие" электроны из канала инжектируются на плавающий затвор и изменяют вольт - амперные характеристики транзистора. Такие электроны называют "горячими" за то, что они обладают высокой энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, создаваемого тонкой плёнкой диэлектрика. |
|
При стирании высокое напряжение подаётся на исток. На управляющий затвор подаётся высокое отрицательное напряжение. Электроны туннелируют на исток. |
Существует три основных типа доступа:
обычный (Conventional) - произвольный асинхронный доступ к ячейкам памяти. Специфика флэш-памяти такова, что сначала нужно удалить старую информацию, а затем уже можно записывать новую. При этом флэш-память содержит только три операции - запись, чтение, стирание. На каждую из операций требуется определенное время. Например, для чтения одного блока затрачивается примерно 60 нс, а для записи 9 мкс. На операцию стирания информации в среднем затрачивается от 0,6 до 4,5 секунды. Это самая долгая операция.
Запись (программирование) флэш-памяти – это замена "1" на "0", а стирание - замена "0" на "1". В качестве "0" и "1" во флэш-памяти используются блоки, которые имеют фиксированные адреса. Каждый блок содержит несколько ячеек, в которых и располагается информация. При записи различной информации количество ячеек постоянно меняется. При стирании информации на модуле флэш-памяти стираются сами блоки. Их стирание влечет за собой удаление всех ячеек, находящихся в блоке.
страничный (Page) - асинхронный, блоками по 4 или 8 слов. Преимущества: очень быстрый произвольный доступ в пределах текущей страницы. Недостаток: относительно медленное переключение между страницами. Иными словами, страничный доступ это режим, который организуется с целью ускорения доступа. Суть его в том, что в пределах выбранной страницы (например 8 байт) доступ может выполняться в ускоренном режиме. Страницей являются 4 или 8 смежных ячеек; первое чтение в странице выполняется со временем доступа порядка 70 нс.
Доступ к одиночным ячейкам не отличается от обычного типа доступа (Conventional). Естественно, что при этом время доступа к памяти увеличивается. Это происходит из-за необходимости смены начального адреса и переустановки сигналов управления при переходе на другую страницу. В момент снятия управляющих сигналов начинается цикл восстанавливающего чтения, длительностью порядка 300 нс. При этом приостанавливаются дальнейшие обращения к памяти и средний темп доступа снижается.
пакетный (Burst) - синхронный, данные читаются параллельно, блоками по 16 или 32 слова. Считанные данные передаются последовательно, передача синхронизируется. Преимущество перед обычным типом доступа - быстрое последовательное чтение данных. Недостаток - медленный произвольный доступ.
Микросхемы флэш-памяти с пакетным режимом (Burst Mode) вдобавок к одиночному и страничному режимам (асинхронным) могут работать и в синхронном режиме. Для этого они имеют специальный вход синхронизации CLK. Адрес начала пакета фиксируются по положительному перепаду CLK. Первые данные на выходе появятся через 3 такта, после чего в каждом следующем такте будут выдаваться очередные данные.
Примечание: В настоящее время выпускаются микросхемы флэш-памяти, позволяющие одновременную запись и стирание (RWW - Read While Write) в разные банки памяти.
Адресное пространство NOR-памяти позволяет работать с отдельными байтами или словами (2 байта). В NAND-памяти ячейки группируются в небольшие блоки (по аналогии с кластером жесткого диска). Из этого следует, что при последовательном чтении и записи преимущество по скорости будет у NAND. Однако с другой стороны NAND значительно проигрывает в операциях с произвольным доступом и не позволяет напрямую работать с байтами информации.
К примеру, для изменения одного байта требуется:
Считать в буфер блок информации, в котором он находится.
В буфере изменить нужный байт.
Записать блок с измененным байтом обратно.
Следует учесть, так же задержки на выборку блока и на доступ. Поэтому показатели хуже, чем для NOR (но это только для случая побайтовой записи).
В режиме последовательной записи/чтения NAND наоборот показывает более высокие скоростные характеристики. Поэтому, а также из-за возможностей увеличения объема памяти без увеличения размеров микросхемы, NAND нашел применение в качестве хранителя больших объемов информации и для ее переноса.
Что касается NOR - флэш, то чипы с такой организацией используются в качестве хранителей программного кода (BIOS, RAM карманных компьютеров, мобильных устройств и т.п.), иногда реализовываются в виде интегрированных решений (ОЗУ, ПЗУ и процессор на одной мини-плате, а то и в одном чипе).
Суммируя вышесказанное:
Флэш-память имеет несколько типов организации массива.
Наибольшее распространение получила память типов И-НЕ (NAND), ИЛИ-НЕ (NOR).
По архитектуре эти два типа имеют существенные различия.
Тип ИЛИ-НЕ содержит ячейки, включенные параллельно друг другу и обеспечивает быстрый произвольный доступ к данным, возможность побайтной записи информации. Однако этот тип архитектуры имеет ячейки относительно большого размера, потому плохо масштабируется. Время стирания или записи больше, чем у других типов флэш-памяти.
Тип И-НЕ содержит ячейки, включенные последовательно (гирляндой), между двумя линиями выборки. Группы ячеек объединяются в страницы. Страницы в блоки. Стоки разных транзисторов такой гирлянды находятся на разных страницах. Поэтому произвольный доступ к ячейкам невозможен. Чтение, запись осуществляются одновременно только в пределах одной страницы, а стирание, осуществляются одновременно только в пределах одного или нескольких блоков. Однако, осуществляется быстрее, чем у типа ИЛИ-НЕ.
Другие типы архитектуры являются комбинацией этих двух.
Другим направлением совершенствования флэш является уменьшение энергопотребления и размеров с одновременным увеличением объема и быстродействия памяти. В большей степени это касается микросхем с NOR архитектурой, поскольку с развитием мобильных компьютеров, поддерживающих работу в беспроводных сетях, именно NOR - флэш, благодаря небольшим размерам и малому энергопотреблению, станет универсальным решением для хранения и выполнения программного кода. Это чипы NOR фирмы Renesas. Напряжение питания их составляет 3.3 В (напомним, что хранить информацию они могут и без подачи тока), а скорость в операциях записи — 4 Мбайт/сек.
В то же время, Intel уже представила разработку StrataFlash Wireless Memory System («Слоеная» беспроводная система памяти) (LV18/LV30) – универсальную систему флэш-памяти для беспроводных технологий. Объем ее памяти достигает гигабайтов, а рабочее напряжение равно 1.8 В. Технология изготовления чипов – 0.13 нм, в планах переход на 0.09 нм техпроцесс. Среди инноваций данной компании также стоит отметить организацию пакетного режима работы с NOR-памятью. Он позволяет считывать информацию не по одному байту, а блоками — по 16 байт: с использованием 66 МГц шины данных. Скорость обмена информацией с процессором достигает 92 Мбит/с.
Одна из важных тенденций развития флэш-памяти является использование результатов исследований в области нанотехнологий.
Многие специалисты считают, что нанотехнологии выведут флэш-память на новый качественный уровень.
Понятно, что с увеличением ёмкости увеличиваются и габариты микросхем флэш-памяти.
Оригинальное решение этой проблемы предложила калифорнийская компания Nanosys, которая специализируется на исследованиях в области нанотехнологий и обладает несколькими патентами на перспективные технологии выпуска полупроводниковых чипов. Среди партнёров Nanosys - корпорации Intel и Micron Technologies.
Эта разработка, позволяет использовать металлические нанокристаллы при производстве микросхем памяти, не внося практически никаких изменений в технологический процесс.
Разработан материал, способный удвоить ёмкость обычных чипов флэш-памяти путём добавления на стадии производства микросхем самоформирующихся металлических нанокристаллов.
При этом плавающий затвор заменен нанокристаллами. Металлические нанокристаллы способны удерживать больший заряд в ячейке памяти, чем кремниевые нанокристаллы. Кроме того, для записи и стирания данных во флэш-память с металлическими частицами необходимо пониженное напряжение, что позволит экономить электроэнергию. Наконец, что важнее всего, в отличие от полупроводниковой флэш-памяти, количество циклов записи и стирания памяти с металлическими нанокристаллами практически неограниченно.
Принципиальная проблема, которую необходимо решить для внедрения этой технологии в производство, заключается в том, как поместить в полупроводниковую пластину нанокристаллы высокой плотности и стандартных размеров.
Nanosys предлагает такое решение. Нанокристаллы выращивают в растворе, а химический состав этого раствора позволяет задавать размеры кристаллов. После формирования нанокристаллов в раствор добавляются другие вещества, благодаря которым на частицах вырастают особые молекулы. Эти молекулы, называемые лигандами, заставляют нанокристаллы держаться друг от друга на определённом расстоянии. Жидкость с нанокристаллами, напоминающая чернила, выливается на кремниевые пластины, которые в дальнейшем и станут микросхемами флэш-памяти.