Постійні пристрої, що запам'ятовують (ПЗУ). Типи пзу Найважливішими функціями постійного пам'яті пристрою є

Всі постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗП) можна розділити на такі групи:

● програмовані під час виготовлення (позначають як ПЗП або ROM);

● з одноразовим програмуванням, що дозволяє користувачеві одноразово змінити стан матриці пам'яті електричним шляхом за заданою програмою (позначають як ППЗП або PROM);

● перепрограмовані (репрограмовані), з можливістю багаторазового електричного перепрограмування, з електричним або ультрафіолетовим стиранням інформації (позначають як РПЗП або RPROM).

Для забезпечення можливості об'єднання по виходу при нарощуванні пам'яті, всі ПЗУ мають виходи з трьома станами або відкриті колекторні виходи.

(xtypo_quote) У ППЗУ накопичувач побудований на запам'ятовуючих осередках з плавкими перемичками, виготовленими з ніхрому або інших тугоплавких матеріалів. Процес запису полягає у вибірковому перепалюванні плавких перемичок. (/xtypo_quote)
У РПЗУ осередки, що запам'ятовують, будуються на основі МОП-технологій. Використовуються різні фізичні явища зберігання заряду на кордоні між двома різними діелектричними середовищами або провідним та діелектричним середовищем.

У першому випадку діелектрик під затвором МОП-транзистора роблять із двох шарів: нітриду кремнію та двоокису кремнію (SiN 4 - SiO 2). Було виявлено, що в складній структурі SiN 4 - SiO 2 при зміні електричної напруги виникає гістерезис заряду на межі розділу двох шарів, що і дозволяє створювати осередки, що запам'ятовують.

У другому випадку основою пам'ятного осередку є лавинно-інжекційний МОП-транзистор з плаваючим затвором (ЛІПЗ МОП). Спрощена структура такого транзистора наведена на рис. 3.77.
У лавинно-інжекційному транзисторі з плаваючим затвором при досить великій напрузі на стоку відбувається оборотний лавинний пробій діелектрика, і область плаваючого затвора інжектуються носії заряду. Оскільки плаваючий затвор оточений діелектриком, струм витоку малий і зберігання інформації забезпечується протягом тривалого проміжку часу (десятки років). При подачі напруги на основний затвор відбувається розсмоктування заряду з допомогою тунельного ефекту, тобто. стирання інформації.

Наведемо деякі характеристики ПЗП (табл. 3.1).

Промисловість випускає велику кількість мікросхем ПЗП. Наведемо як приклад дві мікросхеми ПЗП (рис. 3.78).

На схемах використано такі позначення: A i - адресні входи; D i - інформаційні виходи; CS - Вибір мікросхеми; РЄ – дозвіл виходу.

Мікросхема К573РФ5 - це репрограмоване ПЗП (РПЗП) з ультрафіолетовим стиранням, що має структуру 2Кх8. По входу та виходу ця мікросхема сумісна з ТТЛ-структурами. Мікросхема К556РТ5 - це одноразово програмована ПЗУ, виконана на основі ТТЛШ-структур, по входу та виходу сумісна з ТТЛ-структурами, що має структуру 512біт х8.

Запам'ятовуючий пристрій - носій інформаціїпризначений для запису та зберігання даних. В основі роботи пристрою може лежати будь-який фізичний ефект, що забезпечує приведення системи до двох або більш стійких станів.

Класифікація пристроїв, що запам'ятовують

За стійкістю запису та можливості перезапису ЗУ діляться на:

· постійні ЗУ (ПЗУ ), зміст яких не може бути змінено кінцевим користувачем (наприклад, DVD-ROM ). ПЗП у робочому режимі допускає лише зчитування інформації.

· записуються ЗУ, в які кінцевий користувач може записати інформацію лише один раз (наприклад, D VD-R).

· багаторазово перезаписуються ЗУ (наприклад, DVD-RW).

· Оперативні ЗУ (ОЗУ ) забезпечує режим запису, зберігання та зчитування інформації в процесі її обробки.

За типом доступу ЗУ поділяються на:

· пристрої із послідовним доступом (наприклад, магнітні стрічки).

· пристрої із довільним доступом (RAM) (наприклад, оперативна пам'ять).

· пристрої прямого доступу (наприклад, жорсткі магнітні диски).

· пристрої з асоціативним доступом (спеціальні пристрої для підвищення продуктивності БД)

За геометричним виконанням:

· Дискові (магнітні диски , оптичні, магнітооптичні);

· Стрічкові (магнітні стрічки, перфострічки);

· барабанні ( магнітні барабани);

· карткові (магнітні карти , перфокарти, флеш-карти та ін.)

· друковані плати (карти DRAM).

За фізичним принципом:

· Перфораційні (перфокарта; перфострічка);

· з магнітним записом (феритові сердечники, магнітні диски,магнітні стрічки , магнітні картки);

· Оптичні (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray Disc);

· що використовують ефекти в напівпровідниках (флеш-пам'ять) та інші.

За формою записаної інформації виділяютьаналогові і цифрові пристрої.

Постійний запам'ятовуючий пристрій

ПЗУ призначене для зберігання постійної програмної та довідкової інформації. Дані до ПЗП заносяться під час виготовлення. Інформацію, що зберігається у ПЗП, можна лише зчитувати, але не змінювати.

У ПЗУ знаходяться:

· програма керування роботою процесора;

· програма запуску та зупинки комп'ютера;

· програми тестування пристроїв, які перевіряють при кожному включенні комп'ютера правильність роботи його блоків;

· програми керування дисплеєм, клавіатурою, принтером, зовнішньою пам'яттю;

· інформація про те, де на диску є операційна система.

ПЗП є енергонезалежною пам'яттю, при відключенні живлення інформація у ньому зберігається.

Оперативний пристрій

Оперативна пам'ять (також оперативне запам'ятовуючепристрій , ОЗУ) - призначена для тимчасового зберігання даних та команд, необхіднихпроцесору до виконання ним операцій (рисунок 19). Оперативна пам'ять передає процесору дані безпосередньо, або черезкеш-пам'ять . Кожен осередок оперативної пам'яті має свою індивідуальну адресу.

ОЗП може виготовлятися як окремий блок або входити в однокристальну конструкцію.ЕОМ або мікроконтролера.

Малюнок 19 - Зовнішній вигляд оперативної пам'яті

На сьогодні найбільшого поширення мають два види ОЗУ: SRAM (Static RAM) та DRAM (Dynamic RAM).

SRAM - ОЗУ, зібране натригерах називається статичною пам'яттю з довільним доступом або просто статичною пам'яттю. Вартість цього виду пам'яті - швидкість. Оскільки тригери зібрані навентилях а час затримки вентиля дуже мало, то і перемикання стану тригера відбувається дуже швидко. Цей вид пам'яті не позбавлений недоліків. По-перше, групатранзисторів , що входять до складу тригера, обходиться дорожче, навіть якщо вонивитравляються мільйонами на одній кремнієвій підкладці. Крім того, група транзисторів займає набагато більше місця, оскільки між транзисторами, які утворюють тригер, мають бути витрачені лінії зв'язку.

DRAM - Найбільш економічний вид пам'яті. Для зберігання розряду (біта чи трита ) використовується схема, що складається з одногоконденсатора та одного транзистора (у деяких варіаціях конденсаторів два). Такий вид пам'яті вирішує, по-перше, проблему дорожнечі (один конденсатор і один транзистор дешевше кількох транзисторів) і по-друге, компактності (там, де в SRAM розміщується один тригер, тобто один біт, можна вмістити вісім конденсаторів та транзисторів). Є свої мінуси. По-перше, пам'ять на основі конденсаторів працює повільніше, оскільки якщо SRAM зміна напруги на вході тригера відразу ж призводить до зміни його стану, то для того щоб встановити в одиницю один розряд (один біт) пам'яті на основі конденсатора, цей конденсатор потрібно зарядити , А для того щоб розряд встановити в нуль, відповідно, розрядити. А це набагато більш тривалі операції (у 10 і більше разів), ніж перемикання тригера, навіть якщо конденсатор має невеликі розміри. Другий суттєвий мінус – конденсатори схильні до «стікання» заряду; простіше кажучи, згодом конденсатори розряджаються. Причому розряджаються вони тим швидше, що менше їх ємність. У зв'язку з цією обставиною, щоб не втратити вміст пам'яті, заряд конденсаторів необхідно регенерувати через певний проміжок часу - для відновлення. Регенерація виконується шляхом зчитування заряду (через транзистор). Контролер пам'яті періодично припиняє всі операції з пам'яттю для регенерації вмісту, що значно знижує продуктивність даного виду ОЗУ. Пам'ять на конденсаторах отримала свою назву Dynamic RAM (динамічна пам'ять) за те, що розряди в ній зберігаються не статично, а «стікають» динамічно в часі.

Таким чином, DRAM дешевше SRAM і її щільність вище, що дозволяє на тому ж просторі кремнієвої підкладки розміщувати більше бітів, але при цьому її швидкість нижче. SRAM, навпаки, швидша пам'ять, зате й дорожче. У зв'язку з цим звичайну пам'ять будують на модулях DRAM, а SRAM використовується для побудови, наприклад, кеш-пам'яті мікропроцесорах.

Жорсткий магнітний диск

Накопичувач на жорстких магнітних дисках або НЖМД (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive), жорсткий диск -пристрій зберігання інформації, заснований на принципі магнітного запису. Є основним накопичувачем даних у більшостікомп'ютерів.

Інформація в НЖМД (рисунок 20) записується на жорсткі (алюмінієві , керамічні або скляні)пластини, покриті шаром феромагнітногоматеріалу, найчастіше двоокисухрому . У НЖМД використовується від однієї до кількох пластин однієї осі.Головки для читанняв робочому режимі не торкаються поверхні пластин завдяки прошарку потоку повітря, що набігає, що утворюється у поверхні при швидкому обертанні. Відстань між головкою та диском становить декількананометрів а відсутність механічного контакту забезпечує довгий термін служби пристрою. При відсутності обертання дисків головки знаходяться ушпинделя або за межами диска в безпечній зоні, де виключено їхній нештатний контакт з поверхнею дисків.

Малюнок 20 - Пристрій НЖМД

Основні характеристики жорстких дисків:

Інтерфейс (англ. interface) - сукупність ліній зв'язку, сигналів, що посилаються цими лініями, технічних засобів, що підтримують ці лінії, і правил (протоколу) обміну. Жорсткі диски, що серійно випускаються, можуть використовувати інтерфейси ATA (він же IDE і PATA), SATA, SCSI, SAS, FireWire, USB, SDIO та Fibre Channel.

Місткість (англ. capacity) – кількість даних, які можуть зберігатися накопичувачем. Місткість сучасних пристроїв досягає 2000 Гб (2 Тб). На відміну від прийнятої вінформатики системи приставок, що позначають кратну величину 1024, виробниками при позначенні ємності жорстких дисків використовуються величини, кратні 1000. Так, ємність жорсткого диска, маркованого як «200 ГБ», становить 186,2ГБ.

Фізичний розмір (форм-фактор) (англ. dimension). Майже всі сучасні накопичувачі дляперсональних комп'ютерівта серверів мають ширину або 3,5 або 2,5дюйми . Також набули поширення формати 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм та 0,85 дюйма. Припинено виробництво накопичувачів у форм-факторах 8 та 5,25 дюймів.

Час довільного доступу (англ. random access time) – час, за який вінчестер гарантовано виконає операцію читання або запису на будь-якій ділянці магнітного диска. Діапазон цього параметра невеликий – від 2,5 до 16мс.

Швидкість обертання шпинделя (англ. spindle speed) - кількість обертів шпинделя за хвилину. Від цього параметра значною мірою залежить час доступу і середня швидкість передачі. В даний час випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200, 5400 та 7200 (ноутбуки), 5400, 7200 та 10 000 (персональні комп'ютери), 10 000 та 15 000 об/хв (сервери та високо)

Надійність (англ. reliability) - визначається яксередній час напрацювання на відмову(MTBF).

Кількість операцій вводу-виводу в секунду - у сучасних дисків це близько 50 оп./с при довільному доступі до накопичувача та близько 100 оп./с при послідовному доступі.

Споживання енергії – важливий чинник для мобільних пристроїв.

Рівень шуму - шум, який здійснює механіка накопичувача під час його роботи. Вказується вдецибелах . Тихими накопичувачами є пристрої з рівнем шуму близько 26 дБ і нижче. Шум складається з шуму обертання шпинделя (у тому числі аеродинамічного) та шуму позиціонування.

Опірність ударам (англ. G-shock rating) - опір накопичувача різким стрибкам тиску або ударам, вимірюється в одиницях допустимого навантаження у включеному та вимкненому стані.

Швидкість передачі даних (англ. Transfer Rate) при послідовному доступі:

Внутрішня зона диска від 44,2 до 74,5 Мб/с;

Зовнішня зона диска від 60,0 до 111,4 Мб/с.

Об'єм буфера - буфером називається проміжна пам'ять, призначена для згладжування відмінностей швидкості читання/запису та передачі за інтерфейсом. У сучасних дисках він зазвичай варіюється від 8 до 64 Мб.

Жорсткий диск складається з гермозони та блоку електроніки.

Гермозона включає корпус з міцного сплаву, власне диски (пластини) з магнітним покриттям, блок головок з пристроєм позиціонування,електропривод шпинделя.

Блок головок - пакет важелів із пружної сталі (по парі на кожен диск). Одним кінцем вони закріплені на осі поруч із краєм диска. На інших кінцях (над дисками) закріплені головки.

Диски (пластини), як правило, виготовлені із металевого сплаву. Хоча були спроби робити їх із пластику і навіть скла, але такі пластини виявилися крихкими та недовговічними. Обидві площини пластин, подібно до магнітофонної стрічки, покриті найтоншим пилом.феромагнетика - оксидів заліза, марганцю та інших металів. Точний склад та технологія нанесення тримаються в секреті. Більшість бюджетних пристроїв містять 1 або 2 пластини, але є моделі з більшим числом пластин.

Диски жорстко закріплені на шпинделі. Під час роботи шпиндель обертається зі швидкістю кілька тисяч обертів за хвилину. За такої швидкості поблизу поверхні пластини створюється потужний повітряний потік, який піднімає головки і змушує їх ширяти над поверхнею пластини. Форма головок розраховується так, щоб під час роботи забезпечити оптимальну відстань від пластини. Поки диски не розігналися до швидкості, необхідної для зльоту головок, паркувальний пристрій утримує головки в зоні паркування. Це запобігає пошкодженню головок та робочої поверхні пластин. Шпиндельний двигун жорсткого трифазного диска, що забезпечує стабільність обертання магнітних дисків, змонтованих на осі (шпинделі) двигуна. Статор двигуна містить три обмотки, включені зіркою з відведенням посередині, а ротор – постійний секційний магніт. Для забезпечення малого биття на високих оборотах двигуні використовуються гідродинамічні підшипники.

Пристрій позиціонування головок складається з нерухомої пари сильних неодимовихпостійних магнітів, а також котушки на рухомому блоці головок. Всупереч поширеній думці, усередині гермозони немаєвакууму . Одні виробники роблять її герметичною (звідси і назва) і заповнюють очищеним та осушеним повітрям або нейтральними газами, зокрема,азотом ; а для вирівнювання тиску встановлюють тонку металеву чи пластикову мембрану. (У такому разі всередині корпусу жорсткого диска передбачається маленька кишеня для пакетикасилікагелю , який абсорбує водяну пару, що залишилися всередині корпусу після його герметизації). Інші виробники вирівнюють тиск через невеликий отвір з фільтром, здатним затримувати дуже дрібні (кількамікрометрів ) Частки. Однак у цьому випадку вирівнюється і вологість, а також можуть проникнути шкідливі гази. Вирівнювання тиску необхідно, щоб запобігти деформації корпусу гермозони при перепадах атмосферного тиску та температури, а також при прогріванні пристрою під час роботи.

Пилинки, що опинилися при складанні в гермозоні і потрапили на поверхню диска, при обертанні зносяться на ще один фільтр - пиловловлювач.

У ранніх жорстких дискахкеруюча логіка була винесена на MFM або RLL контролер комп'ютера, а плата електроніки містила лише модулі аналогової обробки та управління шпиндельним двигуном, позиціонером та комутатором головок. Збільшення швидкостей передачі даних змусило розробників зменшити до довжини аналогового тракту, і в сучасних жорстких дисках блок електроніки зазвичай містить: керуючий блок,постійний пристрій(ПЗУ), буферну пам'ять, інтерфейсний блок та блокцифрової обробки сигналу.

Інтерфейсний блок забезпечує пару електроніки жорсткого диска з іншою системою.

Блок управління єсистему управління, що приймає електричні сигнали позиціонування головок, та виробляєкеруючі впливиприводом типу « звукова котушка», комутації інформаційних потоків з різних головок, управління роботою всіх інших вузлів (наприклад, управління швидкістю обертання шпинделя), прийому та обробки сигналів з датчиків пристрою (система датчиків може включати в себе одновісний акселерометр, що використовується як датчик удару, тривіснийакселерометр , що використовується як датчик вільного падіння, датчик тиску, датчик кутових прискорень, датчик температури).

Блок ПЗУ зберігає керуючі програми для блоків керування та цифрової обробки сигналу, а також службову інформацію вінчестера.

Буферна пам'ять згладжує різницю швидкостей інтерфейсної частини та накопичувача (використовується швидкодіючастатична пам'ять). Збільшення розміру буферної пам'яті в деяких випадках дозволяє збільшити швидкість накопичувача.

Блок цифрової обробки сигналу здійснює очищення ліченого аналогового сигналу та йогодекодування (Вилучення цифрової інформації). Для цифрової обробки застосовуються різні методи, наприклад метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимальна правдоподібність при неповному відгуку). Здійснюється порівняння прийнятого сигналу із зразками. При цьому вибирається зразок, найбільш схожий за формою та тимчасовими характеристиками з сигналом, що декодується.

На заключному етапі складання пристрою поверхні пластинформатуються - на них формуються доріжки та сектори. Конкретний спосіб визначається виробником та/або стандартом, але, як мінімум, на кожну доріжку наноситься магнітна мітка, що означає її початок.

З метою адресації простору поверхні пластин диска поділяються на доріжки - кільцеві концентричні області (рисунок 21). Кожна доріжка поділяється на рівні відрізки – сектори.

Циліндр - сукупність доріжок, рівновіддалених від центру, всіх робочих поверхнях пластин жорсткого диска. Номер головки задає робочу поверхню (тобто конкретну доріжку з циліндра), а номер сектора - конкретний сектор на доріжці.

Малюнок 21 - Геометрія магнітного диска

При способі адресації CHS сектор адресується за його фізичним положенням на диску 3 координатами - номером циліндра, номером головки та номером сектора

При способі адресації LBA адреса блоків даних на носії задається за допомогою лінійної лінійної адреси.

Оптичні диски

Оптичний диск (англ. optical disc) - збірна назва дляносіїв інформації, виконаних у вигляді дисків, читання з яких ведеться за допомогоюоптичного випромінювання. Диск зазвичай плоский, його основа зроблена зполікарбонату , на який нанесений спеціальний шар, який служить для зберігання інформації. Для зчитування інформації використовується зазвичай проміньлазера , який прямує на спеціальний шар і відбивається від нього. При відображенні промінь модулюється дрібними виїмками (питами, відангл. pit - ямка, поглиблення, малюнок 22) на спеціальному шарі, на підставі декодування цих змін пристроєм читання відновлюється записана на диск інформація. Інформація на диску записується у виглядіспіральної доріжки про пити (поглиблень), видавлених у полікарбонатної основі. Кожен піт має приблизно 100нм у глибину та 500 нм у ширину. Довжина піта варіюється від 850 нм до 3,5мкм . Проміжки між питами називаються ленд. Крок доріжок у спіралі становить 1,6 мкм.

Малюнок 22 - CD під електронним мікроскопом

Існує кілька видів оптичних дисків: CD, DVD, Blu-Ray та ін. (Малюнок 23).

CD-ROM (англ. compact disc read-only memory) - різновидкомпакт-дисків із записаними на них даними, доступними лише для читання. Спочатку диск був розроблений для зберігання аудіозаписів, але згодом був доопрацьований для зберігання та іншихцифрових даних . Надалі на базі CD-ROM були розроблені диски як з одноразовим, так і з багаторазовим перезаписом ( CD-R та CD-RW).

Рисунок 23 – Дисковод для читання оптичних дисків

Диски CD-ROM - найпопулярніший і найдешевший засіб для поширенняпрограмного забезпечення, комп'ютерних ігор, мультимедіа та даних. CD-ROM (а пізніше і DVD-ROM) став основним носієм для перенесення інформації міжкомп'ютерами.

Компакт-диск єполікарбонатнупідкладку товщиною 1,2 мм, покритого найтоншим шаром металу (алюміній, золото, срібло та ін) і захисним шаром лаку, на якому зазвичай наноситься графічне уявлення змісту диска. Принцип зчитування через підкладку був прийнятий, оскільки дозволяє дуже просто та ефективно здійснити захист інформаційної структури та видалити її від зовнішньої поверхні диска. Діаметр пучка на зовнішній поверхні диска становить близько 0,7 мм, що підвищуєперешкодостійкістьсистеми до пилу та подряпин. Крім того, на зовнішній поверхні є кільцевий виступ висотою 0,2 мм, що дозволяє диску, покладеному на рівну поверхню, не торкатися цієї поверхні. У центрі диска розташований отвір діаметром 15 мм. Вага диска без коробки становить приблизно 15,7 грн. Вага диска у звичайній коробці приблизно дорівнює 74 гр.

Компакт-диски мають діаметр 12 см і спочатку вміщали до 650Мбайт інформації. Однак, починаючи приблизно з 2000 року , все більшого поширення стали отримувати диски об'ємом 700 Мбайт, які згодом повністю витіснили диск об'ємом 650 Мбайт. Зустрічаються й носії об'ємом 800 мегабайт і навіть більше, проте вони можуть не читати деякі приводи компакт-дисків. Бувають також 8-сантиметрові диски, куди вміщується близько 140 чи 210 Мб даних.

Розрізняють диски лише для читання («алюмінієві»), CD-R - для одноразового запису, CD-RW - для багаторазового запису. Диски останніх двох типів призначені для запису на спеціальних приводах, що пишуть.

Подальшим розвитком CD-ROM-дисків стали диски DVD-ROM.

DVD (англ. Digital Versatile Disc) - цифровий багатоцільовий диск -носій інформації, виконаний у вигляді диска, зовні схожий накомпакт-диском , проте має можливість зберігати більший обсяг інформації рахунок використання лазера з меншою довжиною хвилі, ніж звичайних компакт-дисків.

Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray disk) - формат оптичного носія, що використовується для запису та зберігання цифрових даних, включаючивідео високої чіткостііз підвищеною щільністю. Стандарт Blu-ray був спільно розроблений консорціумом BDA.

Blu-ray (буквально «синій-промінь») отримав свою назву від використання для запису та читаннякороткохвильового(405 нм ) «синього» (технічно синьо-фіолетового)лазера . Одношаровий диск Blu-ray (BD) може зберігати 23,3/25/27 або 33Гб , двошаровий диск може вмістити 46,6/50/54 або 66 Гб.

Твердотільний накопичувач

Твердотільний накопичувач (англ. SSD, Solid State Drive, Solid State Disk) - енергонезалежне, що перезаписуєтьсякомп'ютерний запам'ятовуючий пристрійбез механічних частин, що рухаються. Слід розрізняти твердотільні накопичувачі, засновані на використанні енергозалежної (RAM SSD) та енергонезалежної ( NAND або Flash SSD) пам'яті.

Накопичувачі RAM SSD, побудовані на використанні енергозалежної пам'яті (така ж, яка використовується в ОЗУ персонального комп'ютера) характеризуються надшвидкими читанням, записом та пошуком інформації. Основним їх недоліком є надзвичайно висока вартість. Використовуються в основному для прискорення роботи великих систем управління базами даних та потужних графічних станцій. Такі накопичувачі, як правило, оснащені акумуляторами для збереження даних при втраті живлення, а дорожчі моделі - системами резервного та/або оперативного копіювання.

Накопичувачі NAND SSD, побудовані на використанні енергонезалежної пам'яті, з'явилися відносно недавно, але у зв'язку зі значно нижчою вартістю почали впевнене завоювання ринку. Донедавна істотно поступалися традиційним накопичувачам у читанні та записи, але компенсували це (особливо під час читання) високою швидкістю пошуку інформації (порівняна зі швидкістю оперативної пам'яті). Зараз вже випускаються твердотільні накопичувачі Flash зі швидкістю читання та запису, порівнянної з традиційними, і розроблені моделі, які суттєво їх перевершують. Характеризуються відносно невеликими розмірами та низьким енергоспоживанням. Вже практично повністю завоювали ринок прискорювачів баз даних середнього рівня і починають тіснити традиційні диски мобільних додатків.

Переваги в порівнянні зжорсткими дисками:

· менший час завантаження системи;

· відсутність рухомих частин;

· продуктивність: швидкість читання та запису до 270 МБ/с;

· низька споживана потужність;

· повна відсутність шуму від частин, що рухаються, і охолоджуючих вентиляторів;

· висока механічна стійкість;

· широкий діапазон робочих температур;

· практично стійкий час зчитування файлів незалежно від їх розташування чи фрагментації;

· малий розмір та вага.

Флеш пам `ять

Флеш-пам'ять (англ. Flash-Memory) - різновид твердотільної напівпровідникової енергонезалежної пам'яті, що перезаписується.

Вона може бути прочитана скільки завгодно разів, але писати в таку пам'ять можна лише обмежену кількість разів (максимально – близько мільйона циклів). Поширена флеш-пам'ять, що витримує близько 100 тисяч циклів перезапису – набагато більше, ніж здатна витриматидискета чи CD-RW .

Не містить рухомих частин, так що, на відміну віджорстких дисків , більш надійна та компактна.

Завдяки компактності, дешевизні та низькому енергоспоживання флеш-пам'ять широко використовується в цифрових портативних пристроях (рисунок 24).

Рисунок 24 – Різновиди флеш-накопичувачів

Флеш-пам'ять зберігає інформацію у масивітранзисторів із плаваючим затвором, званих осередками. У традиційних пристроях з однорівневими осередками кожна з них може зберігати тільки один біт. Деякі нові пристрої з багаторівневими осередками можуть зберігати більше одного біта, використовуючи різний рівень електричного заряду на затворі транзистора.

В основі типу флеш-пам'яті NOR лежить АБО-НЕ елемент (англ. NOR), тому що в транзисторі з плаваючим затвором низька напруга на затворі означає одиницю.

Транзистор має два затвори : керуючий та плаваючий. Останній повністю ізольований та здатний утримувати електрони до 10 років. У комірці є також стік та виток. При програмуванні напругою на затворі, що управляє, створюється електричне поле і виникаєтунельний ефект. Деякі електрони тунелюють через шар ізолятора і потрапляють на затвор, що плаває, де і будуть перебувати. Заряд на плаваючому затворі змінює «ширину» каналу сток-витік та йогопровідність , що використовується під час читання.

Програмування та читання осередків дуже різняться в енергоспоживання: пристрої флеш-пам'яті споживають досить великий струм при записі, тоді як при читанні витрати енергії малі.

Для стирання інформації на затвор, що управляє, подається висока негативна напруга, і електрони з плаваючого затвора переходять (тунелюють) на виток.

У NOR-архітектурі до кожного транзистора необхідно підвести індивідуальний контакт, що збільшує розміри схеми. Ця проблема вирішується за допомогою NAND-архітектури.

В основі NAND-типу лежить І-НЕ елемент (англ. NAND). Принцип роботи такий самий, від NOR-типу відрізняється лише розміщенням осередків та його контактами. В результаті вже не потрібно підводити індивідуальний контакт до кожного осередку, так що розмір і вартість NAND-чіпа може бути значно меншим. Також запис та стирання відбувається швидше. Однак ця архітектура не дозволяє звертатися до довільного осередку.

NAND та NOR-архітектури зараз існують паралельно і не конкурують один з одним, оскільки знаходять застосування у різних галузях зберігання даних.

Існує кілька типів карт пам'яті, що використовуються в портативних пристроях:

Compact Flash- карти пам'яті CF є найстарішим стандартом карток флеш-пам'яті. Перша CF карта була зроблена корпорацією SanDisk в 1994 році. Найчастіше в наші дні він застосовується у професійному фото та відео обладнанні, оскільки зважаючи на свої розміри (43×36×3,3 мм) слот розширення для Compact Flash-карт фізично проблематично розмістити в мобільних телефонах або MP3-плеєрах.

Multimedia Card. Карта у форматі MMC має невеликий розмір – 24×32×1,4 мм. Розроблена спільно компаніями SanDisk та Siemens. MMC містить контролер пам'яті і має високу сумісність з пристроями різного типу. У більшості випадків картки MMC підтримуються пристроями зі слотом SD.

MMCmicro - мініатюрна карта пам'яті для мобільних пристроїв розмірами 14×12×1,1 мм. Для сумісності зі стандартним слотом MMC необхідно використовувати перехідник.

SD Card(Secure Digital Card є подальшим розвитком стандарту MMC. За розмірами та характеристиками карти SD дуже схожі на MMC, тільки трохи товщі (32×24×2,1 мм). Основна відмінність від MMC - технологія захисту авторських прав: карта має криптозахист від несанкціонованого копіювання, підвищений захист інформації від випадкового стирання або руйнування та механічний перемикач захисту від запису.

SDHC(SD High Capacity): Старі карти SD (SD 1.0, SD 1.1) та нові SDHC (SD 2.0) (SD High Capacity) та пристрої їх читання відрізняються обмеженням на максимальну ємність носія, 4 Гб для SD та 32 Гб для SD High Capacity (Високої ємності). Пристрої читання SDHC обернено сумісні з SD, тобто SD-карта буде без проблем прочитана у пристрої читання SDHC, але в пристрої SD карта SDHC не читатиметься зовсім. Обидва варіанти можуть бути представлені у будь-якому із трьох форматів фізичних розмірів (стандартний, mini та micro).

MiniSD(Mini Secure Digital Card): Від стандартних карт Secure Digital відрізняються меншими розмірами 21,5×20×1,4 мм. Для роботи картки в пристроях, оснащених звичайним SD-слотом, використовується адаптер.

MicroSD(Micro Secure Digital Card): є зараз найкомпактнішими знімними пристроями флеш-пам'яті (11×15×1 мм). Використовуються, в першу чергу, в мобільних телефонах, комунікаторах і т.п., оскільки завдяки своїй компактності дозволяють істотно розширити пам'ять пристрою, не збільшуючи при цьому його розміри.

Memory Stick Duo: даний стандарт пам'яті розроблявся та підтримується компанією Sony . Корпус досить міцний. На даний момент – це найдорожча пам'ять із усіх представлених. Memory Stick Duo був розроблений на базі широко поширеного стандарту Memory Stick від тієї ж Sony, що відрізняється малими розмірами (20×31×1,6 мм).

Memory Stick Micro(M2): Цей формат є конкурентом microSD (за аналогічним розміром), зберігаючи переваги карт пам'яті Sony.

xD-Picture Card: використовуються у цифрових фотоапаратах фірм Olympus, Fujifilm та деяких інших.

Типи ПЗУ

ПЗУ – розшифровується як постійний пристрій, що забезпечує енергонезалежне зберігання інформації на якому-небудь фізичному носії. За способом зберігання інформації ПЗП можна поділити на три типи:

1. ПЗП, засновані на магнітному принципі зберігання інформації.

Принцип роботи цих пристроїв заснований на зміні напрямку вектора намагніченості ділянок феромагнетика під впливом змінного магнітного поля відповідно до значень бітів інформації, що записується.

Феромагнетик – речовина, здатна при температурі нижче певного порога (точки Кюрі) мати намагніченість за відсутності зовнішнього магнітного поля.

Зчитування даних, що записуються в таких пристроях, засноване на ефекті електромагнітної індукції або магніторезистивного ефекту. Цей принцип реалізується у пристроях з рухомим носієм у вигляді диска чи стрічки.

Електромагнітною індукцією називається ефект виникнення електричного струму в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку, що проходить через нього.

Магніторезистивний ефект ґрунтується на зміні електричного опору твердотільного провідника під дією зовнішнього магнітного поля.

Основна перевага даного типу – великий обсяг інформації, що зберігається, і низька вартість одиниці збереженої інформації. Основний недолік – наявність рухливих частин, великі габарити, низька надійність та чутливість до зовнішніх впливів (вібрація, удари, переміщення тощо)

2. ПЗП, засновані на оптичному принципі зберігання інформації.

Принцип роботи цих пристроїв заснований на зміні оптичних властивостей ділянки носія, наприклад, за рахунок зміни прозорості або коефіцієнта відображення. Прикладом ПЗП, заснованому на оптичному принципі зберігання інформації, можуть бути CD-, DVD-, BluRay-диски.

Основна перевага даного типу ПЗП – низька вартість носія, зручність транспортування та можливість тиражування. Недоліки – низька швидкість читання/запису, обмежена кількість перезаписів, потреба в пристрої зчитування.

3. ПЗП, що базуються на електричному принципі зберігання інформації.

Принцип роботи цих пристроїв ґрунтується на порогових ефектах у напівпровідникових структурах – можливості зберігання та реєстрації наявності заряду в ізольованій області.

Цей принцип використовується в твердотільній пам'яті – пам'яті, яка не вимагає використання рухомих частин для читання/запису даних. Прикладом ПЗУ, що ґрунтується на електричному принципі зберігання інформації, може бути flash – пам'ять.

Основна перевага даного типу ПЗП – висока швидкість читання/запису, компактність, надійність, економічність. Недоліки – обмежена кількість перезапису.

На даний момент існують або знаходяться на етапі розробки та інші «екзотичні» типи постійної пам'яті, такі як:

Магнітно-оптична пам'ять- Пам'ять, що поєднує властивості оптичних та магнітних накопичувачів. Запис на такий диск здійснюється шляхом нагрівання комірки лазером до температури близько 200 про С. Розігріта комірка втрачає магнітний заряд. Далі комірку можна остудити, що означатиме, що в комірку записаний логічний нуль, або зарядити заново магнітною головкою, що означатиме, що в комірку записана логічна одиниця.

Після охолодження магнітний заряд комірки змінити не можна. Зчитування проводиться лазерним променем меншої інтенсивності. Якщо в комірки міститься магнітний заряд, то лазерний промінь поляризується, а пристрій, що зчитує, визначає, чи є лазерний промінь поляризованим. За рахунок «закріплення» магнітного заряду при охолодженні магнітно-оптичні мають високу надійність зберігання інформації і теоретично можуть мати щільність запису більшу, ніж ПЗУ засноване тільки на магнітному принципі зберігання інформації. Однак замінити жорсткі диски вони не можуть через дуже низьку швидкість запису, обумовлену необхідністю високого нагрівання осередків.

Широкого поширення магнітно-оптична пам'ять не набула і використовується дуже рідко.

Молекулярна пам'ять- Пам'ять, заснована на технології атомної тунельної мікроскопії, що дозволяє вилучати або додавати в молекули окремі атоми, наявність яких може зчитуватися спеціальними чутливими головками. Дана технологія була представлена в середині 1999 року компанією Nanochip, і теоретично дозволяла досягти щільності упаковки близько 40 Гбіт/см 2 , що в десятки разів перевершує існуючі серійні зразки «Жорстких» дисків, проте дуже низька швидкість запису та надійність технології не дозволяє говорити про практичне використання молекулярної пам'яті в найближчому майбутньому.

Голографічна пам'ять- відрізняється від існуючих найбільш поширених типів постійної пам'яті, що використовують для запису один або два поверхневі шари, можливістю записувати дані по «всьому» об'єму пам'яті за допомогою різних кутів нахилу лазера. Найімовірніше застосування такого типу пам'яті в ПЗУ на базі оптичного зберігання інформації, де вже не в новинку оптичні диски з кількома інформаційними шарами.

Існують і інші, зовсім екзотичні типи постійної пам'яті, але вони навіть у лабораторних умовах балансують на межі наукової фантастики, тому згадувати про них не буду, поживемо – побачимо.

Постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ) - енергонезалежна пам'ять, використовується для зберігання масиву незмінних даних.

Постійні ЗУ призначені для зберігання інформації, яка залишається незмінною протягом усього часу роботи пристрою. Ця інформація не зникає під час зняття напруги живлення.

Тому у ПЗУ можливий лише режим зчитування інформації, причому зчитування не супроводжується її руйнуванням.

Клас ПЗУ не однорідний і, як зазначалося раніше, може бути розбитий на кілька самостійних підкласів. Проте всі ці підкласи використовують один і той самий принцип подання інформації. Інформація в ПЗП подається у вигляді наявності або відсутності з'єднання між шинами адреси (ША) та даних. У цьому сенсі ЕЗЕ ПЗУ подібний до ЕЗЕ динамічного ОЗУ, в якому конденсатор пам'яті Сп або закорочений, або виключений зі схеми.

2. Історична хронологія розвитку ПЗП. Технології ПЗП за принцепом запису\перезапису його вмісту: ROM, PROM, EPROM, EEPROM, flashROM. Навести характеристику цих технологій і малюнки, що показують будову осередків.

Дуже часто у різних застосуваннях потрібне зберігання інформації, яка не змінюється у процесі експлуатації пристрою. Це така інформація як програми у мікроконтролерах, початкові завантажувачі та BIOS у комп'ютерах, таблиці коефіцієнтів цифрових фільтрів у сигнальних процесорах. Майже завжди ця інформація не потрібна одночасно, тому найпростіші пристрої для запам'ятовування постійної інформації можна побудувати на мультиплексорах. Схема такого постійного пристрою наведена на малюнку 1.

Малюнок 1. Схема постійного пристрою, побудована на мультиплексорі.

У цій схемі побудовано постійний пристрій на вісім однорозрядних осередків. Запам'ятовування конкретного біта в однорозрядну комірку проводиться запаюванням дроту до джерела живлення (запис одиниці) або запаюванням дроту до корпусу (запис нуля). На важливих схемах такий пристрій позначається як показано малюнку 2.

Малюнок 2. Позначення постійного пристрою на принципових схемах.

Для того, щоб збільшити розрядність осередку пам'яті ПЗУ, ці мікросхеми можна з'єднувати паралельно (виходи і записана інформація природно залишаються незалежними). Схема паралельного з'єднання однорозрядних ПЗП наведено малюнку 3.

Малюнок 3. Схема багаторозрядного ПЗП.

У реальних ПЗУ запис інформації здійснюється за допомогою останньої операції виробництва мікросхеми – металізації. Металізація здійснюється за допомогою маски, тому такі ПЗУ отримали назву масочних ПЗУ. Ще одна відмінність реальних мікросхем від спрощеної моделі, наведеної вище, - це використання крім мультиплексора ще й демультиплексора. Таке рішення дозволяє перетворити одновимірну структуру, що запам'ятовує, в багатовимірну і, тим самим, істотно скоротити обсяг схеми дешифратора, необхідного для роботи схеми ПЗУ. Ця ситуація ілюструється наступним малюнком:

Малюнок 4. Схема масочного постійного пристрою.

Масочні ПЗУ зображуються на важливих схемах як показано малюнку 5. Адреси осередків пам'яті у цій мікросхемі подаються висновки A0 ... A9. Мікросхема вибирається сигналом CS. За допомогою цього сигналу можна нарощувати обсяг ПЗП (приклад використання сигналу CS наведено при обговоренні ОЗП). Читання мікросхеми провадиться сигналом RD.

Малюнок 5. Позначення масочного постійного пристрою на принципових схемах.

Програмування масочного ПЗУ проводиться на заводі-виробнику, що дуже незручно для дрібних та середніх серій виробництва, не кажучи вже про стадії розробки пристрою. Природно, що для великосерійного виробництва масочні ПЗП є найдешевшим видом ПЗП, і тому широко використовуються в даний час. Для дрібних та середніх серій виробництва радіоапаратури були розроблені мікросхеми, які можна програмувати у спеціальних пристроях – програматорах. У цих мікросхемах постійне з'єднання провідників у матриці запам'ятовується замінюється плавкими перемичками, виготовленими з полікристалічного кремнію. При виробництві мікросхеми виготовляються всі перемички, що еквівалентно запису у всі осередки пам'яті логічних одиниць. У процесі програмування на виводи живлення та виходи мікросхеми подається підвищене живлення. При цьому якщо на вихід мікросхеми подається напруга живлення (логічна одиниця), то через перемичку струм протікати не буде і перемичка залишиться неушкодженою. Якщо ж на вихід мікросхеми подати низький рівень напруги (приєднати до корпусу), то через перемичку протікатиме струм, який випарує цю перемичку і при подальшому зчитуванні інформації з цієї комірки зчитуватиметься логічний нуль.

Такі мікросхеми називаються програмованимиПЗУ (ППЗУ) і зображуються на принципових схемах як показано на малюнку 6. Як приклад можна назвати мікросхеми 155РЕ3, 556РТ4, 556РТ8 та інші.

Малюнок 6. Позначення програмованого постійного пристрою на принципових схемах.

Програмовані ПЗУ виявилися дуже зручними при дрібносерійному та середньосерійному виробництві. Однак при розробці радіоелектронних пристроїв часто доводиться змінювати програму, що записується в ПЗУ. ППЗУ при цьому неможливо використовувати повторно, тому якщо записане ПЗУ при помилковій або проміжній програмі доводиться викидати, що природно підвищує вартість розробки апаратури. Для усунення цього недоліку було розроблено ще один вид ПЗУ, який міг би стиратися та програмуватися заново.

ПЗУ з ультрафіолетовим стираннямбудується на основі пам'яті матриці побудованої на осередках пам'яті, внутрішній пристрій якої наведено на наступному малюнку:

Малюнок 7. Запам'ятувальний осередок ПЗУ з ультрафіолетовим та електричним стиранням.

Осередок є МОП транзистор, в якому затвор виконується з полікристалічного кремнію. Потім у процесі виготовлення мікросхеми цей затвор окислюється і в результаті буде оточений оксидом кремнію - діелектриком з прекрасними ізолюючими властивостями. В описаному осередку при повністю стертому ПЗУ заряду в затворі плаваючому немає, і тому транзистор струм не проводить. При програмуванні мікросхеми на другий затвор, що знаходиться над плаваючим затвором, подається висока напруга і плаваючий затвор за рахунок тунельного ефекту індукуються заряди. Після зняття програмуючого напруги на плаваючому затворі індукований заряд залишиться і, отже, транзистор залишиться у провідному стані. Заряд на плаваючому затворі може зберігатися десятки років.

Структурна схема постійного пристрою не відрізняється від описаного раніше масочного ПЗУ. Єдино замість перемички використовується описана вище комірка. У репрограмованих ПЗУ стирання раніше записаної інформації здійснюється ультрафіолетовим випромінюванням. Для того, щоб це світло могло безперешкодно проходити до напівпровідникового кристала, в корпус мікросхеми вбудовується віконце з кварцового скла.

При опроміненні мікросхеми, ізолюючі властивості оксиду кремнію губляться і накопичений заряд з плаваючого затвора стікає в об'єм напівпровідника і транзистор клітинки, що запам'ятовує, переходить в закритий стан. Час стирання мікросхеми коливається не більше 10 - 30 хвилин.

Кількість циклів запису - стирання мікросхем перебуває у діапазоні від 10 до 100 разів, після чого мікросхема виходить з ладу. Це з руйнівним впливом ультрафіолетового випромінювання. Як приклад таких мікросхем можна назвати мікросхеми 573 серії російського виробництва, мікросхеми серій 27сXXX зарубіжного виробництва. У цих мікросхемах найчастіше зберігаються програми BIOS універсальних комп'ютерів. Репрограмовані ПЗУ зображуються на важливих схемах як показано малюнку 8.

Рисунок 8. Позначення репрограмованого постійного пристрою на принципових схемах.

Так так корпуси з кварцовим віконцем дуже дорогі, а також мала кількість циклів запису - стирання привели до пошуку способів стирання інформації з ППЗ електричним способом. На цьому шляху зустрілося багато труднощів, які наразі практично вирішені. Зараз досить поширені мікросхеми з електричним стиранням інформації. Як запам'ятовує комірки в них використовуються такі ж комірки як і в РПЗУ, але вони стираються електричним потенціалом, тому кількість циклів запису - стирання для цих мікросхем досягає 1000000 разів. Час стирання осередку пам'яті таких мікросхемах зменшується до 10 мс. Схема управління для таких мікросхем вийшла складною, тому намітилося два напрями розвитку цих мікросхем:

2. FLASH-ПЗУ

Електрично стираються ППЗУ дорожче і менше за об'ємом, зате дозволяють перезаписувати кожну комірку пам'яті окремо. В результаті ці мікросхеми мають максимальну кількість циклів запису - стирання. Область застосування ПЗП, що електрично стираються, - зберігання даних, які не повинні стиратися при вимиканні живлення. До таких мікросхем відносяться вітчизняні мікросхеми 573РР3, 558РР та зарубіжні мікросхеми серії 28cXX. ПЗУ, що електрично стираються, позначаються на схемах як показано на малюнку 9.

Малюнок 9. Позначення електрично стирається постійного пристрою на принципових схемах.

Останнім часом намітилася тенденція зменшення габаритів ЕСППЗП за рахунок зменшення кількості зовнішніх ніжок мікросхем. Для цього адреса та дані передаються в мікросхему та з мікросхеми через послідовний порт. При цьому використовуються два види послідовних портів - SPI порт та I2C порт (мікросхеми 93xXX і 24cXX серій відповідно). Зарубіжній серії 24cXX відповідає вітчизняна серія мікросхем 558РРX.

FLASH - ПЗУ відрізняються від ЕСППЗУ тим, що стирання проводиться не кожного осередку окремо, а всієї мікросхеми в цілому або блоку матриці запам'ятовує цієї мікросхеми, як це робилося в РПЗУ.

Рисунок 10. Позначення FLASH пам'яті на важливих схемах.

При зверненні до постійного пам'яті пристрою спочатку необхідно виставити адресу осередку пам'яті на шині адреси, а потім зробити операцію читання з мікросхеми. Ця часова діаграма наведено малюнку 11.

Малюнок 11. Тимчасова діаграма читання інформації з ПЗП.

На малюнку 11 стрілками показана послідовність, в якій повинні формуватися сигнали, що управляють. На цьому малюнку RD - це сигнал читання, A - сигнали вибору адреси комірки (оскільки окремі біти в шині адреси можуть набувати різних значень, то показані шляхи переходу як в одиничний, так і в нульовий стан), D - вихідна інформація, зчитана з обраного осередку ПЗУ.

· ROM- (Англ. read-only memory, постійний пристрій, що запам'ятовує), масочне ПЗУ, виготовляється фабричним методом. Надалі немає можливості змінити записані дані.

· PROM- (Англ. programmable read-only memory, програмоване ПЗУ (ППЗУ)) - ПЗУ, що одноразово «прошивається» користувачем.

· EPROM- (Англ. erasable programmable read-only memory, що перепрограмується/репрограмується ПЗУ (ПППЗУ/РПЗУ)). Наприклад, вміст мікросхеми К537РФ1 перевся за допомогою ультрафіолетової лампи. Для проходження ультрафіолетових променів до кристала в корпусі мікросхеми було передбачено віконце з кварцовим склом.

· EEPROM- (Англ. electrically erasable programmable read-only memory, що електрично стирається перепрограмоване ПЗУ). Пам'ять такого типу може стиратися та заповнюватися даними кілька десятків тисяч разів. Використовується у твердотільних накопичувачах. Одним з різновидів EEPROM є флеш пам `ять(англ. flash memory).

· flashROM - (англ. flash read-only memory) - різновид напівпровідникової технології електрично перепрограмованої пам'яті (EEPROM). Це ж слово використовується в електронній схемотехніці для позначення технологічно закінчених рішень постійних пристроїв у вигляді мікросхем на базі цієї напівпровідникової технології. У побуті це словосполучення закріпилося за широким класом твердотільних пристроїв для зберігання інформації.

| Постійний пристрій (ROM)

Мікросхема EPROM Intel 1702 з ультрафіолетовим стиранням
Постійний пристрій (ПЗУ)- енергонезалежна пам'ять, що використовується для зберігання масиву незмінних даних.

Історичні типи ПЗУ

Постійні пристрої, що запам'ятовують, стали знаходити застосування в техніці задовго до появи ЕОМ і електронних приладів. Зокрема, одним із перших типів ПЗУ був кулачковий валик, що застосовувався в шарманках, музичних скриньках, годинниках з боєм.

З розвитком електронної техніки та ЕОМ виникла потреба у швидкодіючих ПЗУ. В епоху вакуумної електроніки знаходили застосування ПЗП на основі потенціалоскопів, моноскопів, променевих ламп. У ЕОМ з урахуванням транзисторів як ПЗУ невеликий ємності широко використовувалися штепсельні матриці. За необхідності зберігання великих обсягів даних (для ЕОМ перших поколінь - кілька десятків кілобайт) застосовувалися ПЗП з урахуванням феритовых кілець (не слід плутати їх із схожими типами ОЗУ). Саме від цих типів ПЗП і бере свій початок термін «прошивка» - логічний стан осередку задавалася напрямом навивки дроту, що охоплює кільце. Оскільки тонкий провід потрібно протягувати через ланцюжок феритових кілець для виконання цієї операції застосовувалися металеві голки, аналогічні швейним. Та й сама операція наповнення ПЗП інформацією нагадувала процес шиття.

Як працює ПЗП. Сучасні типи ПЗП

Схема постійного пристрою, побудована на мультиплексорі
У цій схемі побудовано постійний пристрій на вісім однорозрядних осередків. Запам'ятовування конкретного біта в однорозрядну комірку проводиться запаюванням дроту до джерела живлення (запис одиниці) або запаюванням дроту до корпусу (запис нуля). На важливих схемах такий пристрій позначається як показано на малюнку

Позначення постійного пристрою на принципових схемах
Для того, щоб збільшити розрядність осередку пам'яті ПЗУ, ці мікросхеми можна з'єднувати паралельно (виходи і записана інформація природно залишаються незалежними). Схема паралельного з'єднання однорозрядних ПЗП наведено на наступному малюнку

Схема багаторозрядного ПЗП
У реальних ПЗУ запис інформації здійснюється за допомогою останньої операції виробництва мікросхеми – металізації. Металізація здійснюється за допомогою маски, тому такі ПЗУ отримали назву масочних ПЗУ. Ще одна відмінність реальних мікросхем від спрощеної моделі, наведеної вище, - це використання крім мультиплексора ще й демультиплексора. Таке рішення дозволяє перетворити одновимірну структуру, що запам'ятовує, в багатовимірну і, тим самим, істотно скоротити обсяг схеми дешифратора, необхідного для роботи схеми ПЗУ. Ця ситуація ілюструється наступним малюнком:

Схема масочного постійного запам'ятовуючого пристрою
Масочні ПЗУ зображуються на важливих схемах як показано малюнку. Адреси осередків пам'яті у цій мікросхемі подаються на висновки A0...A9. Мікросхема вибирається сигналом CS. З допомогою цього сигналу можна збільшувати обсяг ПЗУ (приклад використання сигналу CS наведено під час обговорення ОЗУ). Читання мікросхеми провадиться сигналом RD.

Програмування масочного ПЗУ проводиться на заводі-виробнику, що дуже незручно для дрібних та середніх серій виробництва, не кажучи вже про стадії розробки пристрою. Природно, що для великосерійного виробництва масочні ПЗП є найдешевшим видом ПЗП, і тому широко використовуються в даний час. Для дрібних та середніх серій виробництва радіоапаратури були розроблені мікросхеми, які можна програмувати у спеціальних пристроях – програматорах. У цих мікросхемах постійне з'єднання провідників у матриці запам'ятовується замінюється плавкими перемичками, виготовленими з полікристалічного кремнію. При виробництві мікросхеми виготовляються всі перемички, що еквівалентно запису у всі осередки пам'яті логічних одиниць. У процесі програмування на висновки живлення та виходи мікросхеми подається підвищене харчування. При цьому якщо на вихід мікросхеми подається напруга живлення (логічна одиниця), то через перемичку струм протікати не буде і перемичка залишиться неушкодженою. Якщо ж на вихід мікросхеми подати низький рівень напруги (приєднати до корпусу), то через перемичку протікатиме струм, який випарує цю перемичку і при подальшому зчитуванні інформації з цієї комірки зчитуватиметься логічний нуль.

Такі мікросхеми називаються програмованимиПЗП (ППЗП) і зображуються на важливих схемах як показано на малюнку. Як приклад можна назвати мікросхеми 155РЕ3, 556РТ4, 556РТ8 та інші.

Позначення програмованого постійного пристрою на принципових схемах
Програмовані ПЗУ виявилися дуже зручними при дрібносерійному та середньосерійному виробництві. Однак при розробці радіоелектронних пристроїв часто доводиться змінювати програму, що записується в ПЗУ. ППЗУ при цьому неможливо використовувати повторно, тому якщо записане ПЗУ при помилковій або проміжній програмі доводиться викидати, що природно підвищує вартість розробки апаратури. Для усунення цього недоліку було розроблено ще один вид ПЗУ, який міг би стиратися та програмуватися заново.

Запам'ятувальний осередок ПЗУ з ультрафіолетовим та електричним стиранням
Осередок є МОП транзистор, в якому затвор виконується з полікристалічного кремнію. Потім у процесі виготовлення мікросхеми цей затвор окислюється і в результаті буде оточений оксидом кремнію - діелектриком з прекрасними ізолюючими властивостями. В описаному осередку при повністю стертому ПЗУ заряду в затворі плаваючому немає, і тому транзистор струм не проводить. При програмуванні мікросхеми на другий затвор, що знаходиться над плаваючим затвором, подається висока напруга і плаваючий затвор за рахунок тунельного ефекту індукуються заряди. Після зняття програмуючого напруги на плаваючому затворі індукований заряд залишається і, отже, транзистор залишається у провідному стані. Заряд на плаваючому затворі може зберігатися десятки років.

Кількість циклів запису - стирання мікросхем перебуває у діапазоні від 10 до 100 разів, після чого мікросхема виходить з ладу. Це з руйнівним впливом ультрафіолетового випромінювання. Як приклад таких мікросхем можна назвати мікросхеми 573 серії російського виробництва, мікросхеми серій 27сXXX зарубіжного виробництва. У цих мікросхемах найчастіше зберігаються програми BIOS універсальних комп'ютерів. ПЗУ, що репрограмуються, зображуються на принципових схемах як показано на малюнку

Позначення репрограмованого постійного пристрою на принципових схемах
Так так корпуси з кварцовим віконцем дуже дорогі, а також мала кількість циклів запису - стирання привели до пошуку способів стирання інформації з ППЗ електричним способом. На цьому шляху зустрілося багато труднощів, які наразі практично вирішені. Зараз досить поширені мікросхеми з електричним стиранням інформації. Як запам'ятовує комірки в них використовуються такі ж комірки як і в РПЗУ, але вони стираються електричним потенціалом, тому кількість циклів запису - стирання для цих мікросхем досягає 1000000 разів. Час стирання осередку пам'яті таких мікросхемах зменшується до 10 мс. Схема управління для таких мікросхем вийшла складною, тому намітилося два напрями розвитку цих мікросхем:

1. -> ЕСППЗУ
2. -> FLASH – ПЗУ

Позначення електрично стирається постійного пристрою на принципових схемах
Останнім часом намітилася тенденція зменшення габаритів ЕСППЗП за рахунок зменшення кількості зовнішніх ніжок мікросхем. Для цього адреса та дані передаються в мікросхему та з мікросхеми через послідовний порт. При цьому використовуються два види послідовних портів - SPI порт та I2C порт (мікросхеми 93xXX і 24cXX серій відповідно). Зарубіжній серії 24cXX відповідає вітчизняна серія мікросхем 558РРX.

Позначення FLASH пам'яті на принципових схемах
На малюнку стрілочками показано послідовність, у якій мають формуватися управляючі сигнали. На цьому малюнку RD - це сигнал читання, A - сигнали вибору адреси комірки (оскільки окремі біти в шині адреси можуть набувати різних значень, то показані шляхи переходу як в одиничний, так і в нульовий стан), D - вихідна інформація, зчитана з обраного осередку ПЗУ.