Kõik kirjutuskaitstud mäluseadmed (ROM) võib jagada järgmistesse rühmadesse:
● valmistamisel programmeeritav (tähistatud kui ROM või ROM);
● ühekordse programmeerimisega, mis võimaldab kasutajal ühe korra muuta mälumaatriksi olekut elektriliselt vastavalt etteantud programmile (tähistatud kui PROM või PROM);
● ümberprogrammeeritav (ümberprogrammeeritav), mitme elektrilise ümberprogrammeerimise võimalusega, teabe elektrilise või ultraviolettkiirguse kustutamisega (edaspidi RPROM või RPROM).
Väljundite kombineerimise võimaluse tagamiseks mälu laiendamisel on kõigil ROM-idel kolme olekuga väljundid või avatud kollektori väljundid.
(xtypo_quote) EEPROM-is on draiv ehitatud nikroomist või muust tulekindlast materjalist sulatatavate linkidega salvestuselementidele. Salvestusprotsess koosneb sulavate linkide valikulisest põletamisest. (/xtypo_quote)
ROM-is on salvestuselemendid ehitatud MOS-tehnoloogiate alusel. Kasutatakse erinevaid laengu salvestamise füüsikalisi nähtusi kahe erineva dielektrilise kandja või juhtiva ja dielektrilise keskkonna piiril.
Esimesel juhul on MOS-transistori värava all olev dielektrik valmistatud kahest kihist: räninitriid ja ränidioksiid (SiN 4 - SiO 2). Avastati, et keerulises SiN 4 - SiO 2 struktuuris tekib elektripinge muutumisel kahe kihi vahelisel liidesel laengu hüsterees, mis võimaldab luua mälurakke.
Teisel juhul on mäluelemendi aluseks ujuvväravaga (AFL MOS) laviinisüstiga MOSFET-transistor. Sellise transistori lihtsustatud struktuur on näidatud joonisel fig. 3.77.
Ujuvväravaga laviini süstimise transistoris toimub piisavalt kõrge äravoolupinge korral dielektriku pöörduv laviini purunemine ja laengukandjad süstitakse ujuvvärava piirkonda. Kuna ujuvvärav on ümbritsetud dielektrikuga, on lekkevool väike ja info säilitamine on tagatud pikaks perioodiks (kümneteks aastateks). Peaväravale pinge andmisel lahustub laeng tunneliefekti tõttu, s.t. teabe kustutamine.
Siin on mõned ROM-i omadused (tabel 3.1). 
Tööstus toodab suurel hulgal ROM-kiipe. Võtame näiteks kaks ROM-kiipi (joonis 3.78).
Diagrammidel kasutatakse järgmisi tähistusi: A i - aadressi sisendid; D i — infoväljundid; CS — kiibi valik; CE - väljumisluba.
Kiip K573RF5 on ümberprogrammeeritav ROM (RPM), millel on 2Kx8 struktuur ja ultraviolett kustutamine. Sisendi ja väljundi osas ühildub see mikroskeem TTL-struktuuridega. Kiip K556RT5 on ühekordne programmeeritav ROM, mis on valmistatud TTLSH struktuuride baasil, sisend ja väljund ühilduvad TTL struktuuridega, millel on 512-bitine x8 struktuur.
Mäluseade - andmekandja, mõeldud andmete salvestamiseks ja salvestamiseks. Salvestusseadme töö võib põhineda mis tahes füüsilisel efektil, mis viib süsteemi kahte või enamasse stabiilsesse olekusse.
Salvestusseadmete klassifikatsioon
Salvestusstabiilsuse ja ümberkirjutamisvõimaluste põhjal jagatakse mälud järgmisteks osadeks:
püsimälu (ROM) ), mille sisu lõppkasutaja muuta ei saa (näiteks DVD-ROM ). Töörežiimis olev ROM võimaldab ainult teavet lugeda.
· kirjutatavad mälud, kuhu lõppkasutaja saab teavet kirjutada ainult üks kord (näiteks D VD-R).
· korduvalt ümberkirjutatavad mälestused (näiteks DVD-RW).
· operatiivmälu (RAM) ) pakub režiimi teabe salvestamiseks, salvestamiseks ja lugemiseks selle töötlemise ajal.
Vastavalt juurdepääsu tüübile jagunevad salvestusseadmed järgmisteks osadeks:
· Jadajuurdepääsuseadmed (näiteks magnetlindid).
· muutmälu (näiteks muutmälu).
· otsejuurdepääsuga seadmed (näiteks kõvakettad).
· assotsiatiivse juurdepääsuga seadmed (spetsiaalsed seadmed andmebaasi jõudluse parandamiseks)
Vastavalt geomeetrilisele kujundusele:
ketas (magnetkettad , optiline, magneto-optiline);
· lint (magnetlindid, perforeeritud lindid);
· trummid ( magnetilised trummid);
· kaart (magnetkaardid , perfokaardid, välkmälukaardid jne)
· trükkplaadid (DRAM-kaardid).
Füüsikalise põhimõtte kohaselt:
· perforeeritud (perfokaart; perfoteip);
· magnetsalvestusega (ferriitsüdamikud, magnetkettad, magnetlindid , magnetkaardid);
· optiline (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray plaat);
· efektide kasutamine pooljuhtides ( välkmälu) ja teised.
Salvestatud teabe vormi alusel eristatakse neid analoog ja digitaalsed salvestusseadmed.
Kirjutuskaitstud mälu
ROM on loodud püsiva programmi- ja viiteteabe salvestamiseks. Andmed sisestatakse ROM-i valmistamise ajal. ROM-i salvestatud teavet saab ainult lugeda, kuid mitte muuta.
ROM sisaldab:
· protsessori juhtimisprogramm;
· arvuti käivitamise ja sulgemise programm;
· seadmete testimise programmid, mis kontrollivad selle üksuste õiget tööd iga kord, kui arvuti sisse lülitate;
· programmid kuvari, klaviatuuri, printeri, välismälu juhtimiseks;
· teave selle kohta, kus operatsioonisüsteem kettal asub.
ROM on püsimälu; teave säilib selles, kui toide välja lülitatakse.
Muutmälu
RAM (ka muutmälu) seade , RAM) - mõeldud andmete ja vajalike käskude ajutiseks salvestamiseks protsessor toimingute tegemiseks (joonis 19). RAM edastab andmed protsessorile otse või selle kaudu vahemälu . Igal RAM-i rakul on oma individuaalne aadress.
RAM-i saab toota eraldi üksusena või lisada ühe kiibi kujundusse arvuti või mikrokontroller.
Joonis 19 - RAM-i välimus
Tänapäeval on kõige levinumad RAM-i tüübid SRAM (Static RAM) ja DRAM (Dynamic RAM).
SRAM - RAM kogutud käivitajad , nimetatakse staatiliseks muutmäluks või lihtsalt staatiliseks mäluks. Seda tüüpi mälu eeliseks on kiirus. Kuna päästikud kogutakse ventiilid , ja värava viivitusaeg on väga lühike, siis toimub päästiku oleku ümberlülitamine väga kiiresti. Seda tüüpi mälul pole ka puudusi. Esiteks grupp transistorid käivitusse kuuluvad on kallimad, isegi kui need on söövitatud miljoneid ühel ränisubstraadil. Lisaks võtab transistoride rühm palju rohkem ruumi, kuna klapi moodustavate transistoride vahele tuleb söövitada sideliinid.
DRAM - säästlikum mälutüüp. Heite säilitamiseks ( bita või trita ) ahel, mis koosneb ühest kondensaator ja üks transistor (mõnes variatsioonis on kaks kondensaatorit). Seda tüüpi mälu lahendab esiteks kõrge hinna (üks kondensaator ja üks transistor on odavamad kui mitu transistor) ja teiseks kompaktsuse (kus SRAM-i on paigutatud üks triger, see tähendab üks bitt, saab kaheksa kondensaatorit ja transistorit). on ka mõned puudused. Esiteks töötab kondensaatoripõhine mälu aeglasemalt, sest kui SRAM-is toob pingemuutus trigeri sisendil kohe kaasa selle oleku muutuse, siis kondensaatoripõhise mälu ühe numbri (ühe biti) määramiseks ühele, kondensaator peab olema laetud ja tühjenemise nullimiseks tühjendage vastavalt. Ja need on palju pikemad toimingud (10 korda või rohkem) kui päästiku lülitamine, isegi kui kondensaator on väga väike. Teine oluline puudus on see, et kondensaatorid võivad laengut "tühjendada"; Lihtsamalt öeldes tühjenevad kondensaatorid aja jooksul. Veelgi enam, mida väiksem on nende võimsus, seda kiiremini nad tühjenevad. Seoses selle asjaoluga, et mälu sisu mitte kaotada, tuleb kondensaatorite laeng teatud ajaintervalli järel - taastamiseks - regenereerida. Regenereerimine toimub laengu lugemisega (transistori kaudu). Mälukontroller peatab perioodiliselt kõik mälutoimingud selle sisu taastamiseks, mis vähendab oluliselt seda tüüpi RAM-i jõudlust. Kondensaatorite mälu sai oma nime Dynamic RAM (dünaamiline mälu) just seetõttu, et selles olevaid bitte ei salvestata staatiliselt, vaid need tühjenevad aja jooksul dünaamiliselt.
Seega on DRAM odavam kui SRAM ja selle tihedus on suurem, mis võimaldab paigutada ränisubstraadi samale ruumile rohkem bitte, kuid samas on selle kiirus väiksem. SRAM, vastupidi, on kiirem mälu, kuid ka kallim. Sellega seoses ehitatakse tavamälu DRAM-moodulitele ja SRAM-i kasutatakse näiteks mikroprotsessorites vahemälu ehitamiseks.
Kõva magnetketas
Kõvaketas või kõvaketas ( Inglise Kõva (magnet)ketas), kõvaketas -salvestusseade, mis põhineb magnetsalvestuse põhimõttel. On enamikus peamine andmesalvestusseade arvutid
Kõvakettal olev teave (joonis 20) salvestatakse kõvakettale ( alumiiniumist keraamiline või klaas) kihiga kaetud plaadid ferromagnetilinematerjalist, enamasti dioksiidist kroom . Kõvakettad kasutavad ühel teljel ühte kuni mitut plaati.Lugemispeadtöörežiimis ei puuduta nad plaatide pinda kiirel pöörlemisel pinna lähedale moodustunud sissetuleva õhuvoolu kihi tõttu. Pea ja ketta vaheline kaugus on mitu nanomeetrid , ja mehaanilise kontakti puudumine tagab seadme pika tööea. Kui kettad ei pöörle, on pead spindel või väljaspool ketast turvalises kohas, kus on välistatud nende ebanormaalne kokkupuude ketaste pinnaga.
Joonis 20 - HDD-seade
Kõvaketaste peamised omadused:
Liides liides) - sideliinide komplekt, mööda neid liine saadetud signaalid, neid liine toetavad tehnilised vahendid ja vahetusreeglid (protokoll). Müügil olevad kõvakettad võivad kasutada liideseid ATA (teise nimega IDE ja PATA), SATA, SCSI, SAS, FireWire, USB, SDIO ja Fibre Channel.
Mahutavus mahtuvus) – andmete hulk, mida draiv saab salvestada. Kaasaegsete seadmete maht ulatub 2000 GB-ni (2 TB). Erinevalt aastal vastu võetud arvutiteadus 1024 kordset tähistavate eesliidete süsteemid kasutavad tootjad kõvaketaste mahu määramisel kordseid 1000. Seega on "200 GB" märgisega kõvaketta maht 186,2 GB.
Füüsiline suurus ( vormitegur) (ing. mõõde). Peaaegu kõik kaasaegsed draividpersonaalarvutid ja serverid laius on kas 3,5 või 2,5 tolli . Levinud on ka 1,8-, 1,3-, 1- ja 0,85-tollised formaadid. 8- ja 5,25-tollise kujuga draivide tootmine on lõpetatud.
Juhusliku juurdepääsu aeg ( Inglise suvapöördusaeg) - aeg, mille jooksul kõvaketas sooritab magnetketta mis tahes osas lugemis- või kirjutamistoimingu. Selle parameetri vahemik on väike - 2,5 kuni 16 Prl.
Spindli kiirus ( Inglise spindli kiirus) - spindli pöörete arv minutis. Sellest parameetrist sõltuvad suuresti juurdepääsuaeg ja keskmine andmeedastuskiirus. Praegu toodetakse kõvakettaid järgmiste standardsete pöörlemiskiirustega: 4200, 5400 ja 7200 (sülearvutid), 5400, 7200 ja 10 000 (personaalarvutid), 10 000 ja 15 000 pööret minutis (serverid ja suure jõudlusega tööjaamad).
Töökindlus usaldusväärsus) - määratletud kuikeskmine aeg ebaõnnestumiste vahel(MTBF).
I/O toimingute arv sekundis – tänapäevaste ketaste puhul on see u 50 op./s juhusliku juurdepääsuga draivile ja umbes 100 op./s järjestikuse juurdepääsuga.
Energiatarbimine on mobiilseadmete jaoks oluline tegur.
Müra tase - müra, mida ajami mehaanika selle töötamise ajal tekitab. Näidatud sisse detsibellid . Vaikseid draive peetakse seadmeteks, mille müratase on umbes 26 dB või madalam. Müra koosneb spindli pöörlemismürast (ka aerodünaamilisest mürast) ja positsioneerimismürast.
Löögikindlus ( Inglise G-šoki reiting) - ajami vastupidavus äkilistele rõhutõusudele või löökidele, mõõdetuna sisse- ja väljalülitatud olekus lubatud ülekoormuse ühikutes.
Andmeedastuskiirus ( Inglise Ülekandekiirus) järjestikuse juurdepääsu jaoks:
Sisemine kettaala: 44,2 kuni 74,5 MB/s;
Välimine ketta tsoon: 60,0 kuni 111,4 MB/s.
Puhvermaht – puhver on vahemälu, mis on loodud liidese kaudu lugemis-/kirjutuskiiruse ja edastuskiiruse erinevuste tasandamiseks. Kaasaegsetes ketastes varieerub see tavaliselt 8–64 MB.
Kõvaketas koosneb hermeetilisest tsoonist ja elektroonikaplokist.
Hermeetiline tsoon sisaldab vastupidavast sulamist korpust, magnetkattega kettaid (plaate), positsioneerimisseadmega peaplokki, spindli elektriajam.
Peaplokk on vedruterasest valmistatud hoobade pakett (iga ketta jaoks paar). Ühest otsast on need kinnitatud telje külge ketta serva lähedal. Pead on kinnitatud teiste otste külge (ketaste kohal).
Kettad (plaadid) on reeglina valmistatud metallisulamist. Kuigi neid üritati valmistada plastikust ja isegi klaasist, osutusid sellised plaadid hapraks ja lühiajaliseks. Plaatide mõlemad tasapinnad on nagu lint kaetud kõige peenema tolmuga. ferromagnetilised - raua, mangaani oksiidid ja muud metallid. Täpset koostist ja kasutustehnoloogiat hoitakse saladuses. Enamik eelarveseadmeid sisaldab 1 või 2 plaati, kuid on ka mudeleid, millel on suurem arv plaate.
Kettad on jäigalt spindli külge kinnitatud. Töötamise ajal pöörleb spindel kiirusega mitu tuhat pööret minutis. Sellel kiirusel tekib plaadi pinna lähedal võimas õhuvool, mis tõstab pead ja paneb need plaadi pinna kohal hõljuma. Peade kuju arvutatakse nii, et töötamise ajal oleks plaadist optimaalne kaugus. Kuni kettad kiirendavad peade „äratõusmiseks“ vajaliku kiiruseni, hoiab parkimisseade pead parkimistsoonis. See hoiab ära plaatide peade ja tööpinna kahjustamise. Kõvaketta spindlimootor on kolmefaasiline, mis tagab mootori teljele (spindlile) paigaldatud magnetketaste pöörlemise stabiilsuse. Mootori staator sisaldab kolme mähist, mis on ühendatud tärniga, mille keskel on kraan, ja rootor on sektsiooni püsimagnet. Madala väljajooksu tagamiseks suurtel pööretel kasutab mootor hüdrodünaamilisi laagreid.
Pea positsioneerimisseade koosneb fikseeritud paarist tugevast neodüümistpüsimagnetid, samuti mähised liikuval peaplokil. Vastupidiselt levinud arvamusele ei ole sees isoleeritud tsooni vaakum . Mõned tootjad teevad selle pitseeritud (seega ka nimi) ja täidavad selle puhastatud ja kuivatatud õhu või neutraalsete gaasidega, eriti lämmastik ; ja rõhu ühtlustamiseks paigaldatakse õhuke metall- või plastmembraan. (Sellisel juhul on kõvaketta ümbrise sees väike tasku koti jaoks silikageel , mis neelab pärast selle sulgemist korpuse sisse jäänud veeauru). Teised tootjad võrdsustavad survet läbi väikese augu filtriga, mis suudab väga peenelt kinni püüda (mitu mikromeetrid ) osakesed. Kuid sel juhul võrdsustub ka õhuniiskus ja kahjulikud gaasid võivad samuti tungida. Rõhu ühtlustamine on vajalik isolatsioonitsooni korpuse deformatsiooni vältimiseks atmosfäärirõhu ja temperatuuri muutuste tõttu, samuti seadme soojenemisel töötamise ajal.
Tolmuosakesed, mis satuvad kokkupanemisel hermeetilisesse tsooni ja maanduvad ketta pinnale, kantakse pöörlemise ajal teise filtrisse - tolmukogujasse.
IN varajased kõvakettadjuhtimisloogika viidi üle MFM või RLL arvutikontroller ning elektroonikaplaat sisaldas ainult mooduleid analoogtöötluseks ja spindlimootori, asendiregulaatori ja pealüliti juhtimiseks. Andmeedastuskiiruste suurenemine sundis arendajaid vähendama analoogtee pikkust piirini ja tänapäevastes kõvaketastes sisaldab elektroonikaseade tavaliselt: juhtseadet,ainult lugemiseks mõeldud mälu(ROM), puhvermälu, liidese plokk ja plokkdigitaalne signaalitöötlus.
Liideseseade liidestab kõvaketta elektroonika ülejäänud süsteemiga.
Juhtseade onkontrollsüsteem, mis võtab vastu elektrilisi pea positsioneerimissignaale ja genereeribkontrollitoimingud ajami tüüp" hääle mähis", infovoogude vahetamine erinevatest peadest, kõigi teiste komponentide töö juhtimine (näiteks spindli pöörlemissageduse juhtimine), seadmeanduritelt signaalide vastuvõtmine ja töötlemine (andurisüsteem võib sisaldada üheteljelist kiirendusmõõturit, mida kasutatakse löögiandurina, kolmeteljeline kiirendusmõõtur , kasutatakse vaba langemise andurina, rõhuandurina, nurkkiirenduse andurina, temperatuuriandurina).
ROM-i plokk salvestab juhtplokkide ja digitaalse signaalitöötluse juhtimisprogrammid, samuti kõvaketta teenindusteabe.
Puhvermälu silub kiiruse erinevust liidese osa ja draivi vahel (kasutades kiiretstaatiline mälu). Puhvermälu suuruse suurendamine võimaldab mõnel juhul suurendada draivi kiirust.
Digitaalne signaalitöötlusseade puhastab loetud analoogsignaali ja selle dekodeerimine (digitaalne info ammutamine). Digitaalseks töötlemiseks kasutatakse erinevaid meetodeid, näiteks PRML meetodit (Partial Response Maximum Likelihood – maksimaalne tõenäosus mittetäieliku vastuse korral). Vastuvõetud signaali võrreldakse näidistega. Sel juhul valitakse näidis, mis on kuju ja ajastusomaduste poolest kõige sarnasem dekodeeritava signaaliga.
Plaadipinna seadme kokkupaneku viimases etapis vormindatud - neile moodustuvad rajad ja sektorid. Konkreetse meetodi määrab kindlaks tootja ja/või standard, kuid vähemalt on iga rada tähistatud magnetmärgiga, mis näitab selle algust.
Ruumi käsitlemiseks on kettaplaatide pinnad jagatud radadeks – kontsentrilisteks rõngakujulisteks aladeks (joonis 21). Iga rada on jagatud võrdseteks osadeks – sektoriteks.
Silinder on kõvakettaplaatide kõigil tööpindadel keskelt võrdselt paigutatud rööbaste kogum. Pea number määrab kasutatava tööpinna (st konkreetne rada silindrist) ja sektori number määrab konkreetse sektori rajal.
Joonis 21 - Magnetketta geomeetria
CHS adresseerimismeetodiga adresseeritakse sektorit selle füüsilise asukoha järgi kettal 3 koordinaadiga – silindri number, pea number ja sektori number
LBA adresseerimismeetodi puhul määratakse andmeplokkide aadress andmekandjal loogilise lineaarse aadressi abil.
Optilised kettad
Optiline ketas optiline ketas) on koondnimetusandmekandjad, valmistatud ketaste kujul, millest lugemine toimub kasutadesoptiline kiirgus. Plaat on tavaliselt tasane, selle alus on valmistatud polükarbonaat , millele kantakse spetsiaalne kiht, mis on mõeldud teabe salvestamiseks. Info lugemiseks kasutatakse tavaliselt kiirt laser , mis on suunatud spetsiaalsele kihile ja peegeldub sealt. Peegeldumisel moduleerivad kiirt väikesed sälgud (süvendid, alates Inglise süvend - auk, süvend, joonis 22) spetsiaalsel kihil, mis põhineb nende muutuste dekodeerimisel lugemisseadme poolt, taastatakse kettale salvestatud teave. Kettal olev teave on kirjutatud vormile spiraal polükarbonaadist alusesse pressitud nn süvendite (süvendite) rajad. Igas süvendis on umbes 100 nm sügavusel ja 500 nm laiuses. Kaevu pikkus varieerub vahemikus 850 nm kuni 3,5 nmµm . Kaevude vahelisi ruume nimetatakse maadeks. Spiraalis olevate radade samm on 1,6 mikronit.
Joonis 22 - CD elektronmikroskoobi all
Optilisi plaate on mitut tüüpi: CD, DVD, Blu-Ray jne (joonis 23).
CD-ROM CD-plaadi kirjutuskaitstud mälu) - tüüp CD-sid neile kirjutatud kirjutuskaitstud andmetega. Ketas oli algselt mõeldud helisalvestiste salvestamiseks, kuid hiljem muudeti seda muude salvestamiseks digitaalsed andmed . Seejärel töötati välja CD-ROM-põhised plaadid nii ühe kui ka mitme ümberkirjutamisega ( CD-R ja CD-RW).
Joonis 23 – Optiline kettaseade
CD-ROMid on populaarsed ja odavamad levitamisvahendid.tarkvara, Arvutimängud, multimeedia ja andmed. CD-ROM (ja hiljem DVD-ROM) sai peamiseks teabekandjaks teabe edastamiseks arvutid.
CD onpolükarbonaatsubstraat paksusega 1,2 mm, kaetud kõige õhema metallikihiga ( alumiinium, kuld, hõbe jne) ja kaitsev lakikiht, millele tavaliselt kantakse plaadi sisu graafiline kujutis. Substraadi lugemise põhimõte võeti kasutusele, kuna see võimaldab väga lihtsalt ja tõhusalt kaitsta teabestruktuuri ja eemaldada see ketta välispinnalt. Tala läbimõõt ketta välispinnal on umbes 0,7 mm, mis suurenebmürakindlussüsteemid tolmu ja kriimustuste eest. Lisaks on välispinnal rõngakujuline 0,2 mm kõrgune eend, mis võimaldab tasasele pinnale asetatud kettal seda pinda mitte puudutada. Ketta keskel on 15 mm läbimõõduga auk. Plaadi kaal ilma karbita on ligikaudu 15,7 grammi. Ketta kaal tavalises karbis on ligikaudu 74 g.
CD-de läbimõõt on 12 cm ja algselt mahutati 650-ni MB teavet. Alustades aga ligikaudu 2000 700 MB kettad hakkasid üha laiemalt levima, asendades seejärel täielikult 650 MB ketta. On ka 800-megabaidise või isegi suurema mahuga meediume, kuid need ei pruugi mõnel CD-draivil loetavad olla. Samuti on olemas 8 cm kettad, mis mahutavad umbes 140 või 210 MB andmeid.
Seal on kirjutuskaitstud kettad (“alumiinium”), CD-R - ühekordseks salvestamiseks, CD-RW - mitmekordseks salvestamiseks. Viimased kaks tüüpi kettad on mõeldud salvestamiseks spetsiaalsetele põletidraividele.
CD-ROM-draivide edasiarenduseks olid kettad DVD-ROM.
DVD Digital Versatile Disc) - digitaalne mitmeotstarbeline ketas -andmekandja, valmistatud ketta kujul, välimuselt sarnane CD lühema lainepikkusega laseri kasutamise tõttu on see aga võimeline salvestama suuremat hulka teavet kui tavaliste CD-de puhul.
Blu-ray Disc, BD (inglise blue ray disk) - formaat optilised kandjad, mida kasutatakse digitaalsete andmete salvestamiseks ja säilitamiseks, sealhulgaskõrglahutusega videosuurenenud tihedusega. Blu-ray standardi töötas ühiselt välja konsortsium B.D.A.
Blu-ray (sõna otseses mõttes "blue-ray") on saanud oma nime selle kasutamisest kirjutamiseks ja lugemisekslühilaine(405 nm ) "sinine" (tehniliselt sinakasvioletne) laser . Ühekihiline Blu-ray plaat (BD) suudab salvestada 23.3/25/27 või 33 GB , kahekihiline ketas mahutab 46,6/50/54 või 66 GB.
Solid State Drive
pooljuhtketas ( Inglise SSD, pooljuhtketas, pooljuhtketas) – püsiv, uuesti kirjutatavarvuti salvestusseadepuuduvad liikuvad mehaanilised osad. On vaja eristada pooljuhtkettaid, mis põhinevad lenduvate (RAM SSD) ja mittelenduvate ( NAND või Flash SSD) mälu.
RAM SSD-draive, mis on ehitatud lenduvale mälule (sama, mida kasutatakse personaalarvuti RAM-is), iseloomustab ülikiire teabe lugemine, kirjutamine ja otsimine. Nende peamine puudus on nende äärmiselt kõrge hind. Neid kasutatakse peamiselt suurte andmebaasihaldussüsteemide ja võimsate graafikajaamade töö kiirendamiseks. Sellised draivid on tavaliselt varustatud patareidega, et säästa andmeid voolukatkestuse korral, ning kallimad mudelid varu- ja/või veebikoopiasüsteemidega.
Püsimälul põhinevad NAND SSD-draivid ilmusid suhteliselt hiljuti, kuid nende palju madalamate kulude tõttu hakkasid nad enesekindlalt turgu vallutama. Kuni viimase ajani jäid need lugemise ja kirjutamise osas traditsioonilistele draividele märkimisväärselt alla, kuid kompenseerisid selle (eriti lugemisel) suure teabeotsingu kiirusega (võrreldes RAM-i kiirusega). Nüüd toodetakse välkmäluseadmeid, mille lugemis- ja kirjutamiskiirus on võrreldav traditsiooniliste kiirustega, ning on välja töötatud mudeleid, mis neid oluliselt ületavad. Neid iseloomustab suhteliselt väike suurus ja madal energiatarve. Nad on peaaegu täielikult vallutanud keskmise taseme andmebaasikiirendite turu ja hakkavad mobiilirakendustes välja tõrjuma traditsioonilisi kettaid.
Eelised võrreldeskõvakettad:
· vähem süsteemi alglaadimisaega;
· puuduvad liikuvad osad;
· jõudlus: lugemis- ja kirjutamiskiirus kuni 270 MB/s;
· madal energiatarve;
· liikuvate osade ja jahutusventilaatorite müra täielik puudumine;
· kõrge mehaaniline vastupidavus;
· lai töötemperatuuride vahemik;
· praktiliselt stabiilne failide lugemisaeg, olenemata nende asukohast või killustatusest;
· väike suurus ja kaal.
Välkmälu
Välkmälu Välkmälu) on tahkis-pooljuhtide püsimälu tüüp.
Seda saab lugeda nii palju kordi kui soovitakse, kuid sellesse mällu saab kirjutada vaid piiratud arv kordi (maksimaalselt - umbes miljon tsüklit). Välkmälu on tavaline ja talub umbes 100 tuhat ümberkirjutustsüklit – palju rohkem, kui suudab vastu pidada diskett või CD-RW.
Ei sisalda liikuvaid osi, seega erinevalt kõvakettad , usaldusväärsem ja kompaktsem.
Tänu oma kompaktsusele, madalale hinnale ja väikesele energiatarbimisele kasutatakse välkmälu digitaalsetes kaasaskantavates seadmetes laialdaselt (joonis 24).
Joonis 24 – Välkmäluseadmete tüübid
Välkmälu salvestab teabe massiivinaujuvvärava transistorid, mida nimetatakse rakkudeks. Traditsioonilistes ühetasandiliste rakkudega seadmetes saab iga rakk salvestada ainult ühe biti. Mõned uued mitmetasandilised rakuseadmed suudavad salvestada rohkem kui ühe biti, kasutades transistori ujuvväraval erineval tasemel elektrilaengut.
NOR välkmälu tüüp põhineb NOR elemendil ( Inglise NOR), sest transistoris Ujuva värava puhul tähistab madal paisu pinge üht.
Transistoril on kaks väravat : juhtimine ja ujumine. Viimane on täielikult isoleeritud ja on võimeline hoidma elektrone kuni 10 aastat. Lahtris on ka äravool ja allikas. Pingega programmeerimisel tekib juhtväravas elektriväli ja atunneli efekt. Mõned elektronid tunnelevad läbi isolaatorikihi ja satuvad ujuvväravale, kuhu nad jäävad. Ujuvvärava laeng muudab äravooluallika kanali "laiust" ja selle juhtivus , mida kasutatakse lugemisel.
Programmeerimis- ja lugemiselemendid on väga erineva energiatarbimisega: välkmäluseadmed tarbivad kirjutamisel üsna palju voolu, lugemisel on energiatarve väike.
Teabe kustutamiseks rakendatakse juhtväravale kõrge negatiivne pinge ja ujuvvärava elektronid liiguvad (tunnelisse) allikasse.
NOR-arhitektuuris peab iga transistor olema ühendatud individuaalse kontaktiga, mis suurendab vooluringi suurust. See probleem lahendatakse NAND-arhitektuuri abil.
NAND-tüüp põhineb NAND-elemendil ( Inglise NAND). Tööpõhimõte on sama, see erineb NOR-tüübist ainult lahtrite ja nende kontaktide paigutuse poolest. Selle tulemusena ei ole enam vaja iga rakuga individuaalset kontakti luua, mistõttu saab NAND-kiibi suurust ja maksumust oluliselt vähendada. Samuti on kirjutamine ja kustutamine kiirem. Kuid see arhitektuur ei võimalda juurdepääsu suvalisele lahtrile.
NAND- ja NOR-arhitektuurid eksisteerivad nüüd paralleelselt ega konkureeri üksteisega, kuna neid kasutatakse andmete salvestamise erinevates valdkondades.
Kaasaskantavates seadmetes kasutatakse mitut tüüpi mälukaarte:
Kompaktne välklamp- CF-mälukaardid on vanim välkmälukaardi standard. Esimese CF-kaardi tootis SanDisk Corporation 1994. aastal. Tänapäeval kasutatakse seda kõige sagedamini professionaalsetes foto- ja videoseadmetes, kuna selle suuruse (43 × 36 × 3,3 mm) tõttu on Compact Flash kaartide laienduspesa mobiiltelefonidesse või MP3-mängijatesse füüsiliselt raske paigutada.
Multimeedia kaart. MMC-vormingus kaart on väikese suurusega - 24x32x1,4 mm. SanDiski ja Siemensi ühiselt välja töötatud. MMC-l on mälukontroller ja see ühildub suurel määral paljude seadmetega. Enamasti toetavad MMC-kaarte SD-pesaga seadmed.
MMCmicro - miniatuurne mälukaart mobiilseadmetele mõõtmetega 14x12x1,1 mm. Standardse MMC-pesaga ühilduvuse tagamiseks tuleb kasutada adapterit.
SD Kaart(Turvaline digikaart on MMC standardi edasiarendus. Suuruse ja omaduste poolest on SD-kaardid väga sarnased MMC-ga, ainult veidi paksemad (32x24x2,1 mm). Peamine erinevus MMC-st seisneb autoriõiguste kaitse tehnoloogias: kaardil on krüptograafiline kaitse volitamata kopeerimise eest, teabe kõrgendatud kaitse juhusliku kustutamise või hävitamise eest ning mehaaniline kirjutuskaitse lüliti.
SDHC(SD suure mahutavusega): vanad SD-kaardid (SD 1.0, SD 1.1) ja uued SDHC (SD 2.0) (SD High Capacity) kaardid ja nende lugejad erinevad maksimaalse salvestusmahu piirangu poolest, SD puhul 4 GB ja SD puhul 32 GB. SD High Capacity (suure võimsusega). SDHC-lugerid on SD-ga tagasiühilduvad, mis tähendab, et SD-kaarti loetakse SDHC-lugejas probleemideta, kuid SD-seadmes ei loeta SDHC-kaarti üldse. Mõlemat valikut saab esitada mis tahes kolmes füüsilises suuruses (standard, mini ja mikro).
MiniSD(Mini Secure Digital Card): Secure Digital erineb tavakaartidest väiksemate mõõtmete poolest (21,5 × 20 × 1,4 mm). Kaardi töö tagamiseks tavalise SD-pesaga seadmetes kasutatakse adapterit.
MicroSD(Micro Secure Digital Card): on praegu kõige kompaktsemad eemaldatavad välkmäluseadmed (11x15x1 mm). Neid kasutatakse peamiselt mobiiltelefonides, kommunikaatorites jne, kuna tänu oma kompaktsusele võivad need oluliselt laiendada seadme mälu ilma selle suurust suurendamata.
Memory Stick Duo: selle mälustandardi töötas välja ja toetas ettevõte Sony . Korpus on üsna vastupidav. Hetkel on see esitletud mälestustest kõige kallim. Memory Stick Duo töötati välja sama Sony laialdaselt kasutatava Memory Sticki standardi alusel ja seda eristavad väikesed mõõtmed (20x31x1,6 mm).
Memory Stick Micro(M2): see formaat on konkurent microSD-vormingule (suuruselt sarnane), säilitades samas Sony mälukaartide eelised.
xD-Picture Card: kasutatakse ettevõtete digikaamerates Olympus, Fujifilm ja mõned teised.
ROM-i tüübid
ROM tähistab kirjutuskaitstud mälu, mis võimaldab teabe püsivat salvestamist mis tahes füüsilisele andmekandjale. Teabe salvestamise meetodi põhjal võib ROM-i jagada kolme tüüpi:
1. ROM-id, mis põhinevad teabe salvestamise magnetilisel põhimõttel.
Nende seadmete tööpõhimõte põhineb ferromagneti sektsioonide magnetiseerimisvektori suuna muutmisel vahelduva magnetvälja mõjul vastavalt salvestatud teabe bittide väärtustele.
Ferromagnet on aine, mis on välise magnetvälja puudumisel võimeline magnetiseeruma temperatuuril alla teatud läve (Curie punkt).
Salvestatud andmete lugemine sellistes seadmetes põhineb elektromagnetilise induktsiooni või magnetoresistiivse efekti mõjul. Seda põhimõtet rakendatakse seadmetes, millel on liikuv kandja ketta või lindi kujul.
Elektromagnetiline induktsioon on elektrivoolu tekke mõju suletud ahelas, kui seda läbiv magnetvoog muutub.
Magnetoresistiivne efekt põhineb tahke juhi elektritakistuse muutumisel välise magnetvälja mõjul.
Seda tüüpi peamine eelis on salvestatud teabe suur maht ja salvestatud teabe madal hind. Peamine puudus on liikuvate osade olemasolu, suured mõõtmed, madal töökindlus ja tundlikkus välismõjude suhtes (vibratsioon, löök, liikumine jne).
2. ROM-id, mis põhinevad teabe salvestamise optilisel põhimõttel.
Nende seadmete tööpõhimõte põhineb kandja osa optiliste omaduste muutmisel, näiteks muutes läbipaistvusastet või peegeldusvõimet. Teabe salvestamise optilisel põhimõttel põhineva ROM-i näide on CD-, DVD-, BluRay-plaadid.
Seda tüüpi ROM-i peamine eelis on andmekandja madal hind, transpordi lihtsus ja replikatsiooni võimalus. Puudused - väike lugemis-/kirjutuskiirus, piiratud arv ümberkirjutusi, vajadus lugemisseadme järele.
3. ROM-id, mis põhinevad teabe salvestamise elektrilisel põhimõttel.
Nende seadmete tööpõhimõte põhineb pooljuhtstruktuuride läviefektidel – võimel salvestada ja registreerida laengu olemasolu isoleeritud alal.
Seda põhimõtet kasutatakse pooljuhtmälus – mälus, mis ei nõua andmete lugemiseks/kirjutamiseks liikuvate osade kasutamist. Teabe salvestamise elektrilisel põhimõttel põhineva ROM-i näide on välkmälu.
Seda tüüpi ROM-i peamine eelis on suur lugemis-/kirjutuskiirus, kompaktsus, töökindlus ja tõhusus. Puudused - piiratud arv ümberkirjutusi.
Praegu on olemas või arenemisjärgus muud, “eksootilised” püsimälu tüübid, näiteks:
Magnet-optiline mälu– mälu, mis ühendab endas optilise ja magnetilise salvestuse omadused. Sellisele kettale kirjutamine toimub raku kuumutamisel laseriga temperatuurini umbes 200 o C. Kuumutatud element kaotab oma magnetlaengu. Järgmisena saab rakku jahutada, mis tähendab, et elemendile kirjutatakse loogiline null või laaditakse uuesti magnetpeaga, mis tähendab, et elemendile kirjutatakse loogiline null.
Pärast jahutamist ei saa elemendi magnetlaengut muuta. Lugemine toimub madalama intensiivsusega laserkiirega. Kui rakud sisaldavad magnetlaengut, on laserkiir polariseeritud ja lugeja määrab, kas laserkiir on polariseeritud. Magnetlaengu "fikseerumise" tõttu jahutamise ajal on magnet-optilistel kõrge teabe salvestamise usaldusväärsus ja teoreetiliselt võib nende salvestustihedus olla suurem kui ROM, tuginedes ainult teabe salvestamise magnetilisele põhimõttele. Kuid need ei saa asendada "kõvakettaid" väga madala salvestuskiiruse tõttu, mis on tingitud elementide suure kuumutamise vajadusest.
Magnet-optilist mälu ei kasutata laialdaselt ja seda kasutatakse väga harva.
Molekulaarne mälu– aatomtunnelmikroskoopia tehnoloogial põhinev mälu, mis võimaldab eemaldada või lisada molekulidele üksikuid aatomeid, mille olemasolu saab seejärel lugeda spetsiaalsete tundlike peadega. Seda tehnoloogiat esitles 1999. aasta keskel Nanochip ja see võimaldas teoreetiliselt saavutada pakenditiheduse umbes 40 Gbit/cm 2, mis on kümneid kordi suurem kui olemasolevad kõvaketaste seerianäidised, kuid liiga madal salvestus tehnoloogia kiirus ja töökindlus ei võimalda lähitulevikus rääkida molekulaarmälu praktilisest kasutamisest.
Holograafiline mälu– erineb olemasolevatest enamlevinud püsimälutüüpidest, mis kasutavad salvestamiseks ühte või kahte pinnakihti, võimalusega salvestada andmeid üle “kogu” mälumahu, kasutades erinevaid lasernurki. Kõige tõenäolisem on seda tüüpi mälu kasutamine optilisel teabesalvestusel põhinevas ROM-is, kus mitme infokihiga optilised kettad pole enam uudne.
On ka teisi, väga eksootilisi püsimälu liike, kuid need balansseerivad isegi laboritingimustes ulme piiril, nii et ma neid ei maini, ootame ja vaatame.
Kirjutuskaitstud mälu (ROM) – püsimälu, mida kasutatakse muutumatute andmete massiivi salvestamiseks.
Püsimälud on loodud salvestama teavet, mis jääb muutumatuks kogu seadme töötamise ajal. See teave ei kao toitepinge eemaldamisel.
Seetõttu on ROM-is võimalik ainult teabe lugemise režiim ja lugemisega ei kaasne selle hävitamist.
ROM-i klass ei ole homogeenne ja, nagu varem märgitud, võib jagada mitmeks sõltumatuks alamklassiks. Kõik need alamklassid kasutavad aga sama teabe esitamise põhimõtet. ROM-is olev teave on esitatud aadressi (A) ja andmesiini vahelise ühenduse olemasolu või puudumise kujul. Selles mõttes on ROM-i EZE sarnane dünaamilise RAM-i EZE-ga, milles mälukondensaator Cn on kas lühises või vooluringist välja jäetud.
2. ROMi arengu ajalooline kronoloogia. Selle sisu salvestamise/ümberkirjutamise põhimõttel põhinevad ROM-tehnoloogiad: ROM, PROM, EPROM, EEPROM, flashROM. Esitage nende tehnoloogiate omadused ja joonised, mis näitavad rakkude struktuuri.
Väga sageli on erinevates rakendustes vaja salvestada teavet, mis seadme töötamise ajal ei muutu. See on teave, näiteks programmid mikrokontrollerites, alglaadurid ja arvutite BIOS, signaaliprotsessorite digitaalfiltrite koefitsientide tabelid. Peaaegu alati ei nõuta seda teavet korraga, seega saab multiplekseritele ehitada lihtsaimad seadmed püsiva teabe salvestamiseks. Sellise püsisalvestusseadme skeem on näidatud joonisel 1.
Joonis 1. Multiplekseril põhinev kirjutuskaitstud mäluahel.
Selles vooluringis on ehitatud kirjutuskaitstud mäluseade kaheksa ühebitise rakuga. Konkreetse biti salvestamine ühekohalisse lahtrisse toimub juhtme jootmisega toiteallika külge (ühe kirjutamine) või juhtme tihendamisega korpuse külge (nulli kirjutamine). Elektriskeemidel on selline seade tähistatud joonisel 2 näidatud viisil.
Joonis 2. Püsisalvestusseadme tähistus lülitusskeemidel.
ROM-mäluelemendi mahu suurendamiseks saab neid mikroskeeme ühendada paralleelselt (väljundid ja salvestatud teave jäävad loomulikult sõltumatuks). Ühebitiste ROM-ide paralleelühendusskeem on näidatud joonisel 3.
Joonis 3. Mitmebitise ROM-i skeem.
Päris ROM-ides salvestatakse teave kiibi tootmise viimase toimingu - metalliseerimise - abil. Metalliseerimine toimub maski abil, mistõttu selliseid ROM-e nimetatakse mask ROM-id. Teine erinevus päris mikroskeemide ja ülaltoodud lihtsustatud mudeli vahel on demultiplekseri kasutamine lisaks multiplekserile. See lahendus võimaldab muuta ühemõõtmelise salvestusstruktuuri mitmemõõtmeliseks ja seeläbi oluliselt vähendada ROM-i vooluahela tööks vajaliku dekoodri ahela mahtu. Seda olukorda illustreerib järgmine joonis:
Joonis 4. Maskeeritud kirjutuskaitstud mäluseadme skeem.
Mask-ROM-id on kujutatud skeemidel, nagu on näidatud joonisel 5. Selle kiibi mäluelementide aadressid antakse kontaktidele A0 ... A9. Kiip valitakse CS-signaali järgi. Selle signaali abil saate suurendada ROM-i helitugevust (näide CS-signaali kasutamise kohta on toodud RAM-i arutelus). Mikrolülitust loetakse RD-signaali abil.
Joonis 5. Maskeeritud kirjutuskaitstud mäluseadme tähistus lülitusskeemidel.
Maski ROM-i programmeerimine toimub tootja tehases, mis on väikeste ja keskmiste tootmispartiide puhul väga ebamugav, seadme arendusetapist rääkimata. Loomulikult on suuremahuliseks tootmiseks mask-ROM-id odavaim ROM-i tüüp ja seetõttu kasutatakse neid praegu laialdaselt. Väikeste ja keskmise suurusega raadioseadmete tootmisseeriate jaoks on välja töötatud mikroskeemid, mida saab programmeerida spetsiaalsetes seadmetes - programmeerijates. Nendes kiipides asendatakse juhtide püsiühendus mälumaatriksis polükristallilisest ränist valmistatud sulavate lülidega. Mikroskeemi valmistamisel tehakse kõik džemprid, mis võrdub loogiliste ühikute kirjutamisega kõikidesse mälurakkudesse. Programmeerimisprotsessi ajal antakse mikrolülituse toitekontaktidele ja väljunditele suurenenud võimsus. Sellisel juhul, kui toitepinge (loogikaüksus) on antud mikrolülituse väljundile, siis voolu läbi hüppaja ei voola ja hüppaja jääb puutumata. Kui mikrolülituse (kestaga ühendatud) väljundile rakendatakse madalpinge tase, siis läbib hüppaja vool, mis aurustab selle hüppaja ja kui sellest elemendist hiljem teavet loetakse, kuvatakse loogiline null. lugeda.
Selliseid mikroskeeme nimetatakse programmeeritav ROM (PROM) ja on kujutatud lülitusskeemidel, nagu on näidatud joonisel 6. Näitena võime nimetada mikroskeeme 155PE3, 556RT4, 556RT8 jt.
Joonis 6. Programmeeritava kirjutuskaitstud mälu tähistus lülitusskeemidel.
Programmeeritavad ROM-id on osutunud väga mugavaks väikese ja keskmise mahuga tootmiseks. Raadioelektroonikaseadmete arendamisel tuleb aga sageli muuta ROM-i salvestatud programmi. Sel juhul ei saa EPROM-i uuesti kasutada, nii et kui ROM on üles kirjutatud, tuleb see vea või vahepealse programmi korral minema visata, mis loomulikult suurendab riistvara arendamise kulusid. Selle puuduse kõrvaldamiseks töötati välja teist tüüpi ROM, mida sai kustutada ja ümber programmeerida.
UV-kiirgusega kustutatav ROM on üles ehitatud mälurakkudele ehitatud salvestusmaatriksi alusel, mille sisemine struktuur on näidatud järgmisel joonisel:
Joonis 7. UV- ja elektriliselt kustutatav ROM-mäluelement.
Element on MOS-transistor, mille värav on valmistatud polükristallilisest ränist. Seejärel mikrolülituse tootmisprotsessi käigus see värav oksüdeeritakse ja selle tulemusena ümbritseb see ränioksiidiga - suurepäraste isoleerivate omadustega dielektrikuga. Kirjeldatud lahtris, kui ROM on täielikult kustutatud, ei ole ujuvväravas laengut ja seetõttu ei juhi transistor voolu. Mikrolülituse programmeerimisel rakendatakse ujuvvärava kohal asuvale teisele väravale kõrgepinge ja tunneliefekti tõttu indutseeritakse ujuvväravasse laengud. Pärast programmeerimispinge eemaldamist ujuvväravalt jääb indutseeritud laeng alles ja seetõttu jääb transistor juhtivasse olekusse. Ujuvvärava laengut saab säilitada aastakümneid.
Kirjutuskaitstud mäluseadme struktuuriskeem ei erine varem kirjeldatud mask-ROM-ist. Ainus asi, mida hüppaja asemel kasutatakse, on ülalkirjeldatud lahter. Ümberprogrammeeritavates ROM-ides kustutatakse varem salvestatud teave ultraviolettkiirguse abil. Et see valgus pooljuhtkristallile vabalt edasi pääseks, on kiibi korpusesse ehitatud kvartsklaasist aken.
Mikrolülituse kiiritamisel kaovad ränioksiidi isoleerivad omadused ja ujuvväravast kogunenud laeng voolab pooljuhi ruumalasse ning mäluelemendi transistor läheb väljalülitatud olekusse. Mikrolülituse kustutamise aeg on vahemikus 10 kuni 30 minutit.
Mikroskeemide kirjutamis-kustutustsüklite arv on vahemikus 10 kuni 100 korda, mille järel mikroskeem ebaõnnestub. See on tingitud ultraviolettkiirguse kahjulikust mõjust. Selliste mikroskeemide näitena võib nimetada Venemaa toodangu seeria 573 mikroskeeme, välismaise toodangu seeria 27cXXX mikroskeeme. Need kiibid salvestavad enamasti üldotstarbeliste arvutite jaoks mõeldud BIOS-i programme. Välgutavad ROM-id on kujutatud lülitusskeemidel, nagu on näidatud joonisel 8.
Joonis 8. Ümberprogrammeeritava kirjutuskaitstud mäluseadme tähistus lülitusskeemidel.
Seega on kvartsaknaga korpused väga kallid, aga ka väike arv kirjutus-kustutustsükleid, mille tõttu otsiti võimalusi, kuidas EPROM-ist teavet elektriliselt kustutada. Sellel teel tuli ette palju raskusi, mis on nüüdseks praktiliselt lahendatud. Tänapäeval on info elektrilise kustutamisega mikroskeemid üsna laialt levinud. Salvestuselemendina kasutavad nad samu rakke, mis ROM-is, kuid need kustutatakse elektripotentsiaali tõttu, seega ulatub nende mikroskeemide kirjutamis-kustutustsüklite arv 1 000 000 korda. Sellistes mikroskeemides mäluelemendi kustutamise aeg väheneb 10 ms-ni. Selliste mikroskeemide juhtimisahel osutus keeruliseks, seega on nende mikroskeemide arendamiseks tekkinud kaks suunda:
2. FLASH ROM
Elektriliselt kustutatavad PROM-id on küll kallimad ja mahult väiksemad, kuid võimaldavad iga mäluelemendi eraldi ümber kirjutada. Selle tulemusena on nendel mikroskeemidel maksimaalne kirjutamis-kustutustsüklite arv. Elektriliselt kustutatava ROM-i rakendusala on andmete salvestamine, mida ei tohiks toite väljalülitamisel kustutada. Selliste mikroskeemide hulka kuuluvad kodumaised mikroskeemid 573РР3, 558РР ja välismaised 28cXX-seeria mikroskeemid. Elektriliselt kustutatavad ROM-id on joonisel 9 näidatud diagrammidel tähistatud.
Joonis 9. Elektriliselt kustutatava lugemismäluseadme tähistus lülitusskeemidel.
Viimasel ajal on olnud tendents vähendada EEPROM-i suurust, vähendades mikroskeemide väliste jalgade arvu. Selleks kantakse aadress ja andmed kiibile jadapordi kaudu üle. Sel juhul kasutatakse kahte tüüpi jadaporte - SPI-porti ja I2C-porti (mikroskeemid vastavalt 93cXX ja 24cXX seeriad). Välismaine seeria 24cXX vastab kodumaisele mikroskeemide seeriale 558PPX.
FLASH - ROMid erinevad EEPROM-idest selle poolest, et kustutamist ei teostata mitte iga raku kohta eraldi, vaid kogu mikroskeemil tervikuna või selle mikroskeemi mälumaatriksi plokil, nagu tehti EEPROM-is.
Joonis 10. FLASH-mälu tähistus lülitusskeemidel.
Püsimäluseadmele juurdepääsu saamiseks peate esmalt määrama aadressi siini mäluelemendi aadressi ja seejärel tegema kiibilt lugemistoimingu. See ajastusskeem on näidatud joonisel 11.
Joonis 11. Ajastusskeem teabe lugemiseks ROM-ist.
Joonisel 11 näitavad nooled juhtsignaalide genereerimise järjestust. Sellel joonisel on RD lugemissignaal, A on raku aadressi valiku signaalid (kuna aadressi siini üksikud bitid võivad omandada erinevaid väärtusi, on näidatud üleminekuteed nii ühe kui ka nulli olekusse), D on loetud väljundinformatsioon valitud ROM-i lahtrist.
· ROM- (Inglise) kirjutuskaitstud mälu, kirjutuskaitstud mälu), mask ROM, on toodetud tehase meetodil. Salvestatud andmeid edaspidi muuta ei ole võimalik.
· PROM- (Inglise) programmeeritav kirjutuskaitstud mälu, programmeeritav ROM (PROM)) - ROM, mille kasutaja on kord "vilgutanud".
· EPROM- (Inglise) kustutatav programmeeritav kirjutuskaitstud mälu, ümberprogrammeeritav/ümberprogrammeeritav ROM (EPROM/RPZU)). Näiteks kustutati ultraviolettlambi abil K537RF1 kiibi sisu. Ultraviolettkiirte kristallile pääsemiseks oli mikroskeemi korpuses kvartsklaasiga aken.
· EEPROM- (Inglise) elektriliselt kustutatav programmeeritav kirjutuskaitstud mälu, elektriliselt kustutatav, ümberprogrammeeritav ROM). Seda tüüpi mälu saab kustutada ja andmetega uuesti täita mitukümmend tuhat korda. Kasutatakse pooljuhtdraivides. Üks EEPROM-i tüüp on välkmälu(Inglise) välkmälu).
· flashROM - (inglise) kirjutuskaitstud välkmälu) on pooljuhtide elektriliselt ümberprogrammeeritava mälu (EEPROM) tehnoloogia. Sama sõna kasutatakse elektroonikalülitustes sellel pooljuhttehnoloogial põhinevate püsivate salvestusseadmete tehnoloogiliselt terviklike lahenduste tähistamiseks mikroskeemide kujul. Igapäevaelus omistatakse see fraas paljudele tahkis-teabesalvestusseadmetele.
| Kirjutuskaitstud mälu (ROM)
Intel 1702 EPROM-kiip UV-kustutusega
Kirjutuskaitstud mälu (ROM)- püsimälu, mida kasutatakse muutumatute andmete massiivi salvestamiseks.
ROM-i ajaloolised tüübid
Kirjutuskaitstud salvestusseadmed hakkasid tehnoloogias rakendust leidma juba ammu enne arvutite ja elektroonikaseadmete tulekut. Eelkõige oli üks esimesi ROM-i tüüpe nukkrull, mida kasutati tünniorelites, muusikakastides ja löökellades.Elektroonikatehnoloogia ja arvutite arenedes tekkis vajadus kiirete ROMide järele. Vaakumelektroonika ajastul kasutati ROM-e, mis põhinesid potentsiaaloskoopidel, monoskoopidel ja valgusvihul. Transistoridel põhinevates arvutites kasutati väikese mahutavusega ROMidena laialdaselt pistikmaatrikse. Kui oli vaja salvestada suuri andmemahtusid (esimese põlvkonna arvutite jaoks - mitukümmend kilobaiti), kasutati ferriitrõngastel põhinevaid ROM-e (neid ei tohiks segi ajada sarnast tüüpi RAM-iga). Seda tüüpi ROM-idest pärineb termin "püsivara" - elemendi loogiline olek määrati rõngast ümbritseva traadi kerimise suuna järgi. Kuna läbi ferriitrõngaste keti tuli tõmmata peenike traat, kasutati selle toimingu tegemiseks õmblusnõeltega sarnaseid metallnõelu. Ja ROM-i teabega täitmine ise meenutas õmblusprotsessi.
Kuidas ROM töötab? Kaasaegsed ROM-i tüübid
Väga sageli on erinevates rakendustes vaja salvestada teavet, mis seadme töötamise ajal ei muutu. See on teave, näiteks programmid mikrokontrollerites, alglaadurid ja arvutite BIOS, signaaliprotsessorite digitaalfiltrite koefitsientide tabelid. Peaaegu alati ei nõuta seda teavet korraga, seega saab multiplekseritele ehitada lihtsaimad seadmed püsiva teabe salvestamiseks. Sellise püsiva salvestusseadme skeem on näidatud järgmisel jooniselMultiplekseril põhinev kirjutuskaitstud mäluahel
Selles vooluringis on ehitatud kirjutuskaitstud mäluseade kaheksa ühebitise rakuga. Konkreetse biti salvestamine ühekohalisse lahtrisse toimub juhtme jootmisega toiteallika külge (ühe kirjutamine) või juhtme tihendamisega korpuse külge (nulli kirjutamine). Elektriskeemidel on selline seade tähistatud joonisel näidatud viisil
Püsisalvestusseadme tähistamine vooluringiskeemidel
ROM-mäluelemendi mahu suurendamiseks saab neid mikroskeeme ühendada paralleelselt (väljundid ja salvestatud teave jäävad loomulikult sõltumatuks). Ühebitiste ROM-ide paralleelühendusskeem on näidatud järgmisel joonisel
Mitmebitine ROM-ahel
Päris ROM-ides salvestatakse teave kiibi tootmise viimase toimingu - metalliseerimise - abil. Metalliseerimine toimub maski abil, mistõttu selliseid ROM-e nimetatakse mask ROM-id. Teine erinevus päris mikroskeemide ja ülaltoodud lihtsustatud mudeli vahel on demultiplekseri kasutamine lisaks multiplekserile. See lahendus võimaldab muuta ühemõõtmelise salvestusstruktuuri mitmemõõtmeliseks ja seeläbi oluliselt vähendada ROM-i vooluahela tööks vajaliku dekoodri ahela mahtu. Seda olukorda illustreerib järgmine joonis:
Maski kirjutuskaitstud mäluahel
Maskide ROM-id on kujutatud vooluringiskeemidel, nagu on näidatud joonisel. Selle kiibi mäluelementide aadressid antakse viigudele A0 ... A9. Kiip valitakse CS-signaali järgi. Selle signaali abil saate suurendada ROM-i helitugevust (näide CS-signaali kasutamise kohta on toodud RAM-i arutelus). Mikrolülitust loetakse RD-signaali abil.
Maski ROM-i programmeerimine toimub tootja tehases, mis on väikeste ja keskmiste tootmispartiide puhul väga ebamugav, seadme arendusetapist rääkimata. Loomulikult on suuremahuliseks tootmiseks mask-ROM-id odavaim ROM-i tüüp ja seetõttu kasutatakse neid praegu laialdaselt. Väikeste ja keskmise suurusega raadioseadmete tootmisseeriate jaoks on välja töötatud mikroskeemid, mida saab programmeerida spetsiaalsetes seadmetes - programmeerijates. Nendes kiipides asendatakse juhtide püsiühendus mälumaatriksis polükristallilisest ränist valmistatud sulavate lülidega. Mikroskeemi valmistamisel tehakse kõik džemprid, mis võrdub loogiliste ühikute kirjutamisega kõikidesse mälurakkudesse. Programmeerimisprotsessi ajal antakse mikrolülituse toitekontaktidele ja väljunditele suurenenud võimsus. Sel juhul, kui toitepinge (loogikaüksus) antakse mikrolülituse väljundisse, siis voolu läbi hüppaja ei voola ja hüppaja jääb puutumata. Kui mikrolülituse (kestaga ühendatud) väljundile rakendatakse madalpinge tase, siis läbib hüppaja vool, mis aurustab selle hüppaja ja kui sellest elemendist hiljem teavet loetakse, kuvatakse loogiline null. lugeda.
Selliseid mikroskeeme nimetatakse programmeeritav ROM (PROM) ja on kujutatud lülitusskeemidel, nagu on näidatud joonisel. Näitena võime nimetada mikroskeeme 155PE3, 556PT4, 556PT8 jt.
Programmeeritava kirjutuskaitstud mälu tähistus lülitusskeemidel
Programmeeritavad ROM-id on osutunud väga mugavaks väikese ja keskmise mahuga tootmiseks. Raadioelektroonikaseadmete arendamisel tuleb aga sageli muuta ROM-i salvestatud programmi. Sel juhul ei saa EPROM-i uuesti kasutada, nii et kui ROM on üles kirjutatud, tuleb see vea või vahepealse programmi korral minema visata, mis loomulikult suurendab riistvara arendamise kulusid. Selle puuduse kõrvaldamiseks töötati välja teist tüüpi ROM, mida sai kustutada ja ümber programmeerida.
UV-kiirgusega kustutatav ROM on üles ehitatud mälurakkudele ehitatud salvestusmaatriksi alusel, mille sisemine struktuur on näidatud järgmisel joonisel:
UV- ja elektriliselt kustutatav ROM-mäluelement
Element on MOS-transistor, mille värav on valmistatud polükristallilisest ränist. Seejärel mikrolülituse tootmisprotsessi käigus see värav oksüdeeritakse ja selle tulemusena ümbritseb see ränioksiidiga - suurepäraste isoleerivate omadustega dielektrikuga. Kirjeldatud lahtris, kui ROM on täielikult kustutatud, ei ole ujuvväravas laengut ja seetõttu ei juhi transistor voolu. Mikrolülituse programmeerimisel rakendatakse ujuvvärava kohal asuvale teisele väravale kõrgepinge ja tunneliefekti tõttu indutseeritakse ujuvväravasse laengud. Pärast programmeerimispinge eemaldamist ujuvväravalt jääb indutseeritud laeng alles ja seetõttu jääb transistor juhtivasse olekusse. Ujuvvärava laengut saab säilitada aastakümneid.
Kirjutuskaitstud mäluseadme struktuuriskeem ei erine varem kirjeldatud mask-ROM-ist. Ainus asi, mida hüppaja asemel kasutatakse, on ülalkirjeldatud lahter. Ümberprogrammeeritavates ROM-ides kustutatakse varem salvestatud teave ultraviolettkiirguse abil. Et see valgus pooljuhtkristallile vabalt edasi pääseks, on kiibi korpusesse ehitatud kvartsklaasist aken.
Mikrolülituse kiiritamisel kaovad ränioksiidi isoleerivad omadused ja ujuvväravast kogunenud laeng voolab pooljuhi ruumalasse ning mäluelemendi transistor läheb väljalülitatud olekusse. Mikrolülituse kustutamise aeg on vahemikus 10 kuni 30 minutit.
Mikroskeemide kirjutamis-kustutustsüklite arv on vahemikus 10 kuni 100 korda, mille järel mikroskeem ebaõnnestub. See on tingitud ultraviolettkiirguse kahjulikust mõjust. Selliste mikroskeemide näitena võib nimetada Venemaa toodangu seeria 573 mikroskeeme, välismaise toodangu seeria 27cXXX mikroskeeme. Need kiibid salvestavad enamasti üldotstarbeliste arvutite jaoks mõeldud BIOS-i programme. Ümberprogrammeeritavad ROM-id on kujutatud lülitusskeemidel, nagu on näidatud joonisel
Ümberprogrammeeritava kirjutuskaitstud mäluseadme tähistus lülitusskeemidel
Seega on kvartsaknaga korpused väga kallid, aga ka väike arv kirjutus-kustutustsükleid, mille tõttu otsiti võimalusi, kuidas EPROM-ist teavet elektriliselt kustutada. Sellel teel tuli ette palju raskusi, mis on nüüdseks praktiliselt lahendatud. Tänapäeval on info elektrilise kustutamisega mikroskeemid üsna laialt levinud. Salvestuselemendina kasutavad nad samu rakke, mis ROM-is, kuid need kustutatakse elektripotentsiaali tõttu, seega ulatub nende mikroskeemide kirjutamis-kustutustsüklite arv 1 000 000 korda. Sellistes mikroskeemides mäluelemendi kustutamise aeg väheneb 10 ms-ni. Selliste mikroskeemide juhtimisahel osutus keeruliseks, seega on nende mikroskeemide arendamiseks tekkinud kaks suunda:
1. -> EEPROM
2. -> FLASH – ROM
Elektriliselt kustutatavad PROM-id on küll kallimad ja mahult väiksemad, kuid võimaldavad iga mäluelemendi eraldi ümber kirjutada. Selle tulemusena on nendel mikroskeemidel maksimaalne kirjutamis-kustutustsüklite arv. Elektriliselt kustutatava ROM-i rakendusala on andmete salvestamine, mida ei tohiks toite väljalülitamisel kustutada. Selliste mikroskeemide hulka kuuluvad kodumaised mikroskeemid 573РР3, 558РР ja välismaised 28cXX-seeria mikroskeemid. Elektriliselt kustutatavad ROM-id on diagrammidel tähistatud, nagu on näidatud joonisel.
Elektriliselt kustutatava kirjutuskaitstud mälu tähistus lülitusskeemidel
Viimasel ajal on olnud tendents vähendada EEPROM-i suurust, vähendades mikroskeemide väliste jalgade arvu. Selleks kantakse aadress ja andmed kiibile jadapordi kaudu üle. Sel juhul kasutatakse kahte tüüpi jadaporte - SPI-porti ja I2C-porti (mikroskeemid vastavalt 93cXX ja 24cXX seeriad). Välismaine seeria 24cXX vastab kodumaisele mikroskeemide seeriale 558PPX.
FLASH - ROMid erinevad EEPROM-idest selle poolest, et kustutamist ei teostata mitte iga raku kohta eraldi, vaid kogu mikroskeemil tervikuna või selle mikroskeemi mälumaatriksi plokil, nagu tehti EEPROM-is.
Püsimäluseadmele juurdepääsu saamiseks peate esmalt määrama aadressi siini mäluelemendi aadressi ja seejärel tegema kiibilt lugemistoimingu. See ajastusskeem on näidatud joonisel
FLASH-mälu tähistus lülitusskeemidel
Joonisel olevad nooled näitavad juhtsignaalide genereerimise järjekorda. Sellel joonisel on RD lugemissignaal, A on raku aadressi valiku signaalid (kuna aadressi siini üksikud bitid võivad omandada erinevaid väärtusi, on näidatud üleminekuteed nii ühe kui ka nulli olekusse), D on loetud väljundinformatsioon valitud ROM-i lahtrist.
