Классификация и основные характеристики полупроводниковых ЗУ

По способу хранения информации все полупроводниковые ЗУ можно классифицировать следующим образом:

В статических ОЗУ элементом памяти является триггер на биполярных или МДП транзисторах. В микросхемах памяти динамического типа (ДОЗУ) функции элемента памяти выполняет электрический конденсатор, образованный внутри МДП структуры. Наличие заряда на этом конденсаторе соответствует одному состоянию элемента памяти, отсутствие – другому. Поскольку заряд конденсатора имеет тенденцию к рассасыванию, хранимую информацию необходимо периодически восстанавливать (регенерировать). В этом состоит основная отличительная особенность ДОЗУ. Кроме того, функциональная организация ДОЗУ требует определенной последовательности включения-выключения (синхронизации работы) внутренних узлов. Динамические ОЗУ по сравнению со статическими ОЗУ имеют меньшую удельную стоимость, меньшую удельную потребляемую мощность (ток потребляется только при записи или считывании).

Регистровые ОЗУ могут иметь несколько каналов (портов) доступа для записи и чтения. Как правило, они небольшой емкости (несколько десятков слов) и используются, например, для построения регистров общего назначения (РОН) при проектировании специализированных вычислителей.

Масочные ПЗУ отличаются тем, что программируются на заводе изготовителе в процессе изготовления по способу заказного фотошаблона (маски) и не подлежат перепрограммированию. Например, множество модификаций со стандартными прошивками имеет микросхема К505РЕ3: коды букв русского и латинского алфавитов, функции синуса от 0 до 90⁰ с определенной дискретностью 10', прошивки функций Y=X² и др.

Однократно программируемые ПЗУ отличаются тем, что программируются самим пользователем путем прожигания (разрушения) плавких перемычек импульсами тока. В исходном состоянии матрица такого ПЗУ в зависимости от серии и типа ИМС будет состоять из нулей или единиц. Программирование микросхемы, матрица которой в исходном состоянии заполнена «0», состоит в прожигании «1». И, наоборот, если матрица заполнена «1», то прожигаются «0». Среди микросхем ПЗУ этой группы преобладающее положение занимают серии К556, 1556, выполненные по ТТЛШ технологии. Меньшая часть микросхем этого типа представлена другими технологиями: И²Л (К541), n-МДП (К565), ЭСЛ (К500), КМДП (К1623) и др.

ПЗУ допускающие возможность многократного программирования (EPROM) пользователем представлены сериями К573, К1626 (с ультрафиолетовым стиранием), КР558, КР1609 (с электрическим стиранием). ПЗУ этого типа допускают до нескольких сотен циклов перепрограммирования. При ультрафиолетовом стирании перед очередным циклом программирования в ПЗУ направляется мощный поток ультрафиолетового излучения на время указанное в паспорте микросхемы. Например, микросхема КР573 РФ 2(5) имеет организацию 2К*8 – разрядных слов, суммарная емкость 16Кбит, микросхема 573 РФ 4(6) 8Кх8 - разрядных слов, 573 РФ 9 16Кх8 – разрядных слов. В микросхемах этой серии цикл выборки порядка ≤450нс. С электрическим стиранием КМ 1609 РР 3А, 3Б быстродействие порядка 100нс, 8Кх8 – разрядных слов; 558 РР3 8Кх8 – разрядных слов, К1624 РР1 32К-8-разрядных слов.

FLASH память применяется с 89 г. и является развитием технологии EPROM (ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием). Наиболее совершенная линия развития FLASH строится по технологии ETOX – III (Epuot Tunnel Oxide). Запись как в EPROM, стирание за счет туннельного эффекта. Цикл чтения порядка 85нс, запись 4мкс, стирания 1,5с, количество циклов записи/стирания 100000. Микросхемы этой группы отличаются низким энергопотреблением в активном режиме (25-35мА), наличием режима микропотребления (в этом случае на соответствующий вход подается управляющий сигнал и микросхема переходит в режим микропотребления, 20мкА). При переходе из пассивного режима в активный дополнительные затраты времени составляют порядка 4нс.

При использовании ПЗУ EPROM процесс модификации «зашитых» данных требует продолжительной процедуры стирания. FLASH-память можно перепрограммировать под управлением процессора самой системы. Если же система не имеет источника напряжения перепрограммирования, то можно предусмотреть технологический разъем для подключения внешнего источника.

Микросхемы группы FLASH могут использоваться для хранения информации большого объема в так называемых FLASH-картах. Следует ожидать, что FLASH-память в ближайшем будущем заменит жесткие магнитные диски во многих областях применения. Например, в системах, подвергающихся механическим воздействиям, при которых жесткие диски не могут применяться, т.к. выходят из строя. По времени доступа FLASH-память в несколько сотен раз быстрее жесткого диска, но пока уступает ему по информационной емкости.

ПЛМ – частный случай ПЗУ. От ПЗУ они отличаются тем, что операционная часть состоит из матрицы «И» (аналог дешифратора адреса в ПЗУ) и матрицы «ИЛИ» (аналог накопителя в ПЗУ), причем программируются либо обе матрицы, либо - только матрица «И». Матрица «И» выполняет операции конъюнкции над входными переменными (адресные входы) и их инверсными значениями. Матрица «ИЛИ» выполняет дизъюнкции над логическими произведениями (выходы), сформированными матрицей «И». Матрицы программируются так же, как ПЗУ, путем выжигания ненужных перемычек, но в отличие от ПЗУ в ПЛМ матрица «И» и матрица «ИЛИ» неполные.