Контрольні питання
У якому вигляді зберігається інформація в динамічній пам'яті типу DRAM?
Яким чином відбувається запис інформації в DRAM?
Яким чином відбувається зчитування інформації в DRAM?
4.5 Елемент флеш- пам'яті
Флеш-пам'ять (Flash Memory) використовує елемент пам'яті на ЛІЗМОН з електричним стиранням і записом інформації. Флеш- пам'ять ставиться до постійної пам'яті й використовує разом із традиційними адресними й керуючими сигналами спеціальні команди. Інформація в мікросхемах флеш- пам'яті записується й зберігається в блоках певного розміру, іноді - призначення. Стирання інформації відбувається або для всієї пам'яті відразу, або для більших блоків.
Існує кілька видів флеш- пам'яті:
- файлова флеш- пам'ять (Flash Fіle);
- флеш - пам'ять із несиметричною архітектурою (Boot Block);
- флеш - пам'ять із можливістю стирання тільки всього масиву елемента пам'яті(Bulk Erase);
- флеш - пам'ять із можливістю запису інформації при різних напругах програмування(Start Voltage);
- пам'ять із використанням нових елементів пам'яті із чотирма станами, які можуть зберігати по два біта інформації(Strata Flash).
Файлова флеш - пам'ять (Flash Fіle) являє собою масив елемента пам'яті, розділений на блоки однакового розміру (симетрична структура). Вона орієнтована на заміну твердих магнітних дисків. Запам'ятовувальні пристрої на основі флеш - пам'яті зменшують споживану електроенергію, збільшують механічну міцність і надійність, зменшують їхні габаритні розміри й масу й на кілька порядків збільшують швидкодію зчитування даних.
Флеш - пам'ять із несиметричною архітектурою (Boot Block) являє собою масив елементі пам'яті розділений на блоки неоднакового розміру; один із блоків має апаратні засоби для захисту інформації в ньому. Мікросхеми флеш - пам'ять із несиметричною архітектурою призначені для зберігання компонентів системного програмного забезпечення. Мікросхеми такої флеш - пам'яті використовують однобайтову або перемикаючу одно- або двухбайтову організацію й складаються з декількох блоків різної величини. Один із блоків призначений для зберігання інформації, що не міняється при модифікації даних в інших блоках. Він містить додаткові апаратні засобів захисту даних. Привілейований блок містить програму - завантажник, що записує з диска необхідні дані для ініціалізації пристроїв комп'ютера.
Мікросхеми флеш- пам'яті з можливістю стирання тільки всього масиву (Bulk Erase) елемента пам'яті мають однобайтову організацію ємністю 32-256 Кбайт, час доступу 65-200 нс і представляють єдиний масив, що стирається відразу.
Контрольні питання
Що таке флеш-пам'ять?
Наведіть класифікацію флеш- пам'яті.
Що являє собою файлова флеш - пам'ять (Flash Fіle)?
Що являє собою флеш - пам'ять із несиметричною архітектурою (Boot Block)?
Що являє собою мікросхеми флеш- пам'яті з можливістю стирання тільки всього масиву (Bulk Erase)?
4.6 Фероелектрична пам'ять
Перші елементи фероелектричної пам'яті (FRAM) були створені в 1984р.
В елементах FRAM застосовується сегнетоелектрична плівка на основі сплавів оксидів металів (титану, цирконію, свинцю й т.п. ) - звідси й назва "феро".
Принцип роботи запам'ятовувального осередку FRAM (рис. 4.10) заснований на тім, що зовнішнє електричне поле переміщає атом сегнетоелектрика в кристалі в одне із двох стабільних положень. Головна особливість FRAM — збереження інформації при вимиканні електроживлення. Фізичний принцип зберігання інформації осередком FRAM полягає в тривалому енергонезалежному збереженні поляризації фероелектричним матеріалом, придбаної в електричному полі при записі.
Осередок FRAM складається з пари транзистор-конденсатор, як у динамічній пам'яті. Але як діелектрик у конденсаторі використаний фероелектрик. У результаті, відпадає необхідність у частій регенерації, забезпечене енергонезалежне зберігання, істотно знижується енергоспоживання, і, потенційно, досяжні швидкодія й щільність динамічної пам'яті Поляризація сегнетоелектрика характеризується петлею гістерезису, отже, існують два пороги напруги, при досягненні яких можна змінити напрямок поляризації на протилежне. Звичайно проводять аналогію з електричним конденсатором, що має два стійких стани (заряджений і розряджений 0 і 1).
Електричне поле
Рисунок 4.10 - Принцип роботи пам’яті FRAM
Кристал FRAM має нескладну структуру й високий коефіцієнт щільності розміщення елементів. Комірка пам'яті елементів FRAM включає звичайно два транзистори й два конденсатори (2T/2C) або один транзистор і один конденсатор (1Т/1С). Умовне графічне позначення й структурна схема елементів наведені на рисунку 4.11.
Таким чином, основа FRAM — це конденсатор, що представляє собою дві пластини з тонким шаром фероелектрика між ними. Накладений на обкладки конденсатора потенціал поляризує фероелектрик. Напрямок поляризації являє собою двійкову інформацію, що зберігається в осередку. При повторному накладенні потенціалу заряд, що затрачується на реполярізацію, буде залежати від того, чи збігається напрямок електричного поля з тим, що поляризувало фероелектрик минулого разу. Якщо напрямок поля не збігається, то на зміну поляризації потрібен значний заряд. Таким чином, якщо при повторному накладенні потенціалу спостерігається електричний струм, то напрямок не збігається з попереднім.
FRAM не вимагає очікування перед початком запису. І читання, і запис FRAM може вироблятися із частотою шини процесора так само як SRAM. Однак, на відміну від SRAM, після вимикання електроживлення, записана інформація не губиться. У температурному діапазоні від -40° до +85°С дані зберігаються більше 10 років без необхідності в резервному живленні або регенерації.
Швидкодія FRAM с паралельним интерфейсом відповідає стандартній асинхронній статичній пам’яті.
FRAM, розраховані на 3-вольтовий діапазон живлячої напруги, витримують практично несконченну кількість звертань. FRAM, специфіковані дл янапругиживлення 4,5-5,5 В забеспечують ресурс від 10 млрд. до 1 трлн. циклів звертань.
Рисунок 4.11 - Умовне графічне позначення та структурні схеми елементів
Присторої FRAM поступово починають замінювати кристали SRAM і флеш-пам’яти у відповідних товарах. Однак незабаром фероелектричній пам’яти треба буде конкурувати з іншим поколінням енергозалежної магнітної пам’яті - MRAM.
Контрольні питання
Наведіть принцип роботи запам'ятовувального осередку FRAM.
Наведіть структуру осередок FRAM.
Наведіть кристалу FRAM.
Перерахуйте характеристики FRAM.