Домашний компьютер № 9 (123) 2006 - "Домашний_компьютер"

В 1974 году в Intel под непосредственным руководством Джорджа Перлегоса (George Perlegos), будущего основателя компании Atmel, была разработана микросхема EEPROM 2816 – электрически перепрограммируемое ПЗУ. Это и был прообраз сегодняшней флэш-памяти. Основой и EPROM, и EEPROM стал транзистор с плавающим затвором, изобретенный в той же Intel Доном Фрохманом (Don Frohman). И в последующем, несмотря на смены технологических эпох, принцип устройства ячейки энергонезависимой памяти остался неизменным – какой бы способ стирания и записи информации в ней не использовался.

RAM(random access memory) – память с произвольным доступом. В чистом виде, без приставок, сокращение RAM часто применяется для обозначения основной памяти ПК. Это любая память, содержимое которой уничтожается при выключении питания. Русское наименование «Оперативное Запоминающее Устройство» (ОЗУ) следует признать более соответствующим по смыслу, так как понятию «с произвольным доступом» соответствуют и многие типы EPROM.

DRAM(dynamic ram) – динамическая ram. Это электронная память, которая требует постоянного восстановления (регенерации) своего содержимого даже при включенном питании. Русский эквивалент этого названия – динамическое ОЗУ или ЗУПВ – «Запоминающее Устройство с Произвольной Выборкой». Хотя последнее есть фактически перевод более общего термина RAM, но применяется обычно к динамической ее разновидности

SRAM(static ram) – статическая ram, статическое ОЗУ. Энергозависимая память, построенная на триггерах и потому, в отличие от DRAM, регенерации не требующая. Намного более дорогая и менее емкая в расчете на микросхему.

SDRAM(synchronous dram) – синхронная dram. Отличается наличием специального логического блока и двухбанковой структуры. Все операции записи/чтения синхронизированы с основным тактовым сигналом. Практически вся оперативная память в современных ПК относится именно к этой разновидности.

RDRAM(rambus direct ram) – разновидность dram компании rambus.

VRAM(video ram) – видеоram или «видеопамять»; специально разработанная для использования в видеоадаптерах разновидность DRAM с двухпортовой организацией (то есть с возможностью обращения от двух разных устройств одновременно).

WRAM(windows ram) – не поверите, но есть и такая! На самом деле это просто торговая марка одной из разновидностей VRAM, якобы оптимизированная для работы под Windows.

NRAM(nano ram) – экспериментальный тип энергонезависимой памяти на основе углеродных нанотрубок.

FRAM, FeRAM (ferroelectric ram) – экспериментальная энергонезависимая память на основе ферроэлектрического принципа хранения информации.

MRAM(magnetic ram) – экспериментальная разновидность скоростной энергонезависимой памяти на основе магниторезистивного эффекта.

NVRAM(nonvolatile ram) – буквально «безвольтовая», то есть энергонезависимая RAM. В принципе охватывает все разновидности EPROM и EEPROM (в том числе и Flash). NVRAM– более корректный термин, чем все остальные, так как «памятью только для чтения» ни одна из современных разновидностей ROM, строго говоря, не является. Иногда NVRAM употребляют для обозначения специальной разновидности SRAM со встроенной прямо в микросхему литиевой батарейкой (до последнего времени такие выпускались фирмой Dallas Semiconductor, ныне – подразделением Maxim).

ROM(read-only memory) – память только для чтения. Русское название – «Постоянное Запоминающее Устройство» (ПЗУ) – более соответствует смыслу, так как термин относится ко всем видам энергонезависимой памяти, а не только к тем, что «для чтения» (и к перезаписываемым тоже – CD-ROM или EEPROM). В чистом виде сокращение ROM употребляется редко.

PROM(programmable rom) – программируемое ПЗУ (ППЗУ), обычно относят к OTPROM (One Time Programmable ROM) – «Однократно Программируемое ПЗУ». К PROM также относят и «Масочное ПЗУ» – вариант OTPROM, который программируется не самим пользователем, а на фабрике в процессе изготовления.

EPROM(erasable programmable rom) – стираемая/программируемая rom. По-русски иногда называют ПППЗУ («Перепрограммируемое ПЗУ»). Иногда употребляется как синоним UV-EPROM.

EEPROM(electrically erasable programmable rom) – электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ, ЭСППЗУ.

UV-EPROM (ultra-violet eprom) – ультрафиолетовая eprom, УФППЗУ. Исторически первая коммерческая разновидность EPROM, операция стирания в которой производится ультрафиолетом через специальное окошко.

Flash memory – первоначально термин придуман для обозначения прогрессивной разновидности EEPROM, в которой чтение/запись для ускорения процесса производятся сразу целыми блоками. Позднее (когда медленная EEPROM исчезла из обращения) стал фактическим синонимом EEPROM и теперь обозначает ее любые разновидности.

Чтобы лучше понять принцип работы EEPROM, начнем с самого простого – ячейки обычной DRAM. Как вы можете убедиться, взглянув на рис. 2,

– схема состоит из одного транзистора и одного конденсатора, занимающего места раза в четыре больше транзистора (в основном вглубь кристалла). Потому ячейки DRAM довольно просто сделать очень малых размеров, а следовательно, «упаковать» их большее количество на один кристалл, не теряя в быстродействии. Отсюда и распространенность DRAM в качестве компьютерных ОЗУ – при всем кажущемся неудобстве процессов, связанных с непрерывной регенерацией содержимого.

А как происходит чтение данных с такой ячейки? Для этого подается высокий уровень напряжения на линию строк (рис. 2), транзистор открывается, и заряд, хранящийся на конденсаторе данной ячейки, поступает на вход усилителя, установленного на выходе столбца. Отсутствие заряда на обкладках соответствует логическому нулю на выходе, а его наличие – логической единице. Обратите внимание, что подача высокого уровня напряжения на линию строк откроет все транзисторы выбранной строки, и данные окажутся на выходе усилителей по всем столбцам сразу. Естественно, при этом все подключенные конденсаторы почти немедленно разрядятся (если они были заряжены), отчего процедура чтения из памяти обязана заканчиваться регенерацией данных – так и происходит, причем автоматически. На практике в первых IBM PC регенерация и заключалась в осуществлении «фиктивной» операции чтения данных.

Я так подробно остановился на принципах работы ячейки DRAM потому, что любая современная память всегда хранит информацию в виде зарядов. И знание принципа работы самого простого элемента памяти нам поможет теперь понять, что же пришлось изменить в этой конструкции для обеспечения хранения заряда достаточно длительный срок.

Вы можете спросить – а с чего, собственно, столь быстро утекают заряды в ячейке DRAM? Неужели нельзя обкладки конденсатора изолировать получше? Изолировать-то можно, однако это делу не поможет – быстрая утечка зарядов обусловлена наличием транзистора, который состоит вовсе не из изолятора, а из хоть и полу-, но проводника, потому даже в запертом виде имеет мизерные, но конечные токи утечки. В паре с неизбежно маленькой емкостью самого конденсатора это и приводит к очень быстрому разряду (и токи утечки, и емкости измеряются в единицах с приставкой «пико»). В идеале следовало бы конденсатор изолировать полностью, но как тогда его перезаряжать при записи информации?

Замечательное изобретение сотрудника Intel Дона Фрохмана как раз и состояло в том, что он придумал, как это сделать. Но сначала давайте посмотрим, как работает сконструированный им полевой транзистор с плавающим затвором при чтении информации.