Микросхемы памяти

Описание
Документация

Большая часть современной электроники, за исключением устройств со встроенной внутренней памятью, основана на работе микросхем памяти — оперативных и энергонезависимых. Остановимся на классификации микросхем и рассмотрим их основные отличия.

Классификация и характеристики микросхем памяти

Данные устройства классифицируются по нескольким основным параметрам:

  • Энергонезависимость памяти — необходимость наличия внешнего источника питания для сохранения записанной в ней информации.
  • Возможность перезаписи информации.
  • Способ доступа к информации.

К основным характеристикам микросхем памяти можно отнести:

  • Энергонезависимость.
  • Наибольший объём записываемой информации (информационная ёмкость).
  • Организация. Один и тот же объём памяти в разных микросхемах может быть в различных сочетаниях, например 65 536 может быть поделено на 8, 16 или более частей. При этом внутренняя организация матрицы памяти неизменна, различен лишь внешний интерфейс и количество внешних выводов.
  • Энергопотребление микросхем памяти — зависит от требуемой электрической мощности необходимой для работы устройства в каждом из режимов.
  • Быстродействие памяти — определяется временем считывания информации, временем цикла обращения к памяти в устройствах с произвольным доступом. В устройствах с последовательным доступом быстродействие определяется временем необходимым на поиск и объёмом переданной в единицу времени информации в режиме чтения или записи.
  • Напряжение питания микросхем памяти. Современные тенденции по уменьшению напряжения источников питания привели к разработке устройств требующих 3.3, 2.5 и 1.8 В.
  • Диапазон температур — температура между минимальным и максимальным значениями, при которой микросхема сохраняет свои параметры.

Помимо вышеуказанных характеристик есть ещё и специфические параметры, как например: продолжительность хранения, время стирания информации, количество циклов перезаписи и т. д. А наиболее важной характеристикой является энергонезависимость микросхемы памяти — возможность сохранения записанной информации без источника питания. На этом мы остановимся более подробно, рассмотрев особенности двух основных групп микросхем памяти — оперативную и энергонезависимую.

Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ)

Оперативные микросхемы памяти — это устройства, рассчитанные для работы с переменными потоками информации необходимыми для текущей работы устройств, например промежуточных показателей при математических расчетах. Данный тип памяти позволяет максимально быстро осуществлять перезапись информации.

Оперативные микросхемы памяти или ОЗУ подразделяются на статические и динамические, что обусловлено наличием или отсутствием D-триггеров. Статическое ОЗУ (Static RAM, SRAM) основано на использовании D-триггеров, информация в которых сохраняется в течение всего времени, пока подаётся электропитание. Статические оперативные микросхемы характеризуются быстрой скоростью работы, время доступа составляет несколько наносекунд. Благодаря этому статическая память часто применяется для кэша второго уровня.

Динамическое ОЗУ (Dynamic RAM, DRAM), напротив, не имеет в своей конструкции триггеры, представляя собой массив ячеек, в каждой из которых имеется транзистор и конденсатор. В зависимости от наличия/отсутствия заряда на конденсаторе в ячейке хранится 1 или 0 двоичной системы информации. Так как электрический заряд непостоянен, то каждый бит в динамической оперативной памяти перезаряжается каждые несколько миллисекунд, что предотвращает потерю данных. По той причине, что обновление зависит от внешних устройств, динамические микросхемы оперативной памяти имеют более сложное сопряжение, чем статические. Главным же достоинством данной конструкции являются большие объёмы хранимой информации.

По мере развития электроники, повышения быстродействия процессов и, соответственно, необходимости обработки больших массивов информации в единицу времени, возникла потребность увеличить быстродействие микросхем памяти. Появились синхронные динамические оперативные запоминающие (Synchronous DRAM, SDRAM) управляемые одним синхронизирующим сигналом. По сути — это объединение свойств статической и динамической ОЗУ, главным достижением которых стала независимость микросхемы от управляющих сигналов. Процессор задаёт ОЗУ количество выполняемых циклов и запускает процесс выполнения. На выходе каждого из циклов выдаётся 4, 8 или 16 бит в соответствии с количеством выходных строк. Благодаря отсутствию зависимости от управляющих сигналов значительно повысилась скорость обмена информацией между процессором и памятью.

Следующей ступенью конструкции памяти SDRAM стала разработка и внедрение памяти DDR (Double Data Rate — передача информации с двойной скоростью). Далее появились DDR2, DDR3, DDR4 — микросхемы синхронной динамической оперативной памяти с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи информации. DDR2 — это микросхема второго поколения, DDR3 — третьего и т. д. Внедрение данных микросхем дало возможность существенно повысить скорость обмена информацией в современных электронных устройствах.

Энергонезависимые микросхемы памяти

Энергонезависимые микросхемы памяти (NonVolatileRandomAccessMemory, NVRAM) или ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) — это устройства памяти которые могут хранить данные независимо от наличия либо отсутствия внешнего источника питания.

Первыми появились устройства энергонезависимой памяти, рассчитанные на работу исключительно в режиме чтения, память ROM (Read Only Memory — память только для чтения). Запись информации в ROM-память производилась или при изготовлении кристалла в заводских условиях, или перед установкой в аппаратуру с помощью специального, сложного и недешёвого прибора — программатора.

В последствии, по мере дальнейшего совершенствования методик производства, а также упрощения способов и алгоритмов записи информации, появились современные энергонезависимые микросхемы памяти, имеющие возможность работать в режимах записи, стирания и перезаписи. Появились такие типы энергонезависимой памяти как:

  • ППЗУ — программируемые постоянные запоминающие устройства.
  • СППЗУ — стираемые ППЗУ.
  • РПЗУ — репрограммируемые постоянные запоминающие устройства и др.

Современным и перспективным типом энергонезависимой репрограммируемой памяти является — Flash память . В отличие от других типов, информация в которых стирается по байтам или под воздействием ультрафиолетовых лучей, в Flash память информация стирается и записывается блоками. Более широкому внедрению флеш-памяти, в настоящее время, препятствует ограниченный ресурс работы, современная Flash память теряет свои свойства после 100 000 циклов стирания.

Ещё одним перспективным современным типом постоянной памяти являются микросхемы созданные на основе специальных материалов — ферроэлектриков. Данный тип памяти (FRAM) является полностью энергонезависимым и демонстрирует впечатляющие показатели стойкости характеристик. Гарантии безупречной работы составляют, как правило, порядка 1014 циклов записи и стирания.

Самым же перспективным типом энергонезависимой памяти в настоящее время можно считать MRAM. Это магниторезистивная память (MRAM —англ. magnetoresistiverandom-accessmemory) в которой хранение данных обеспечивается не за счет электрических зарядов, а за счет магнитных моментов. Преимуществом независимых магнитных микросхем является высокое быстродействие, сравнимое с SRAM, а также неограниченное количество циклов записи и стирания данных.

Использование магнитных моментов для хранения информации имеет два важных преимущества:

  • Отсутствие утечек с течением времени при отсутствии внешнего питания.
  • Переход магнитной поляризации между двумя состояниями не влечёт за собой изменение направления движения электронов и, соответственно, полностью отсутствует причина износа ячеек памяти.

Производители
Обучающее видео
ОЗУ Alliance Memory
17.04.2017, 14:35
Обучающие статьи
Магниторезистивная память MRAM компании Everspin Technologies
История компании Everspin Technologies началась 9 июня 2008 г., когда корпорация Freescale объявила о решении создать самостоятельную компанию по производству новейшей на то время магниторезестивной памяти с произвольным доступом — MRAM.
Новости
16.11.2017, 12:00
Low Power SRAM 64 Мбит в корпусах TSOP-I и TFBGA от Alliance Memory
Alliance Memory анонсировала выпуск микросхемы Low Power SRAM на 64 Мбит с организацией 4М × 16 бит – AS6C6416-55. Микросхема доступна в двух корпусах – TSOP-I 48-pin габаритами 12×20 мм и 48-ball TFBGA. Появление новой микросхемы является ответом Alliance Memory на…
02.11.2017, 11:45
Защищенная Trust Me Secure Flash от Winbond
Компания Winbond Electronics расширила номенклатуру микросхем флэш памяти семейством TrustME Secure Flash на основе системы составления идентификаторов устройств TCG DICE (Trusted Computing Group Device Identifier Composition Engine).
13.06.2017, 17:15
Изменения в производстве и поставках памяти MRAM от Everspin Technologies
Компания Everspin Technologies, производитель микросхем памяти MRAM, объявила о важных изменениях в своей производственной программе.