Запоминающее устройство (память) - это матрица простейших запоминающих элементов, предназначенная для хранения массива двоичных данных, снабженная средствами ввода-вывода информации.
Запись и считывание информации производится порциями, которые принято называть словами, а группу запоминающих элементов для хранения одного слова - ячейкой памяти. Если слово содержит 8 бит, то оно называется байтом. Каждая ячейка памяти имеет свой адрес.
Оперативные запоминающие устройства
Запоминающие устройства, предназначенные для оперативной записи и считывания данных называют оперативными запоминающими устройствами (ОЗУ или RAM - random access memory).
Различают два основных типа ОЗУ: статические и динамические. В статических ОЗУ биты хранятся в матрицах триггеров, в то время как в динамических ОЗУ - в заряженных конденсаторах. Бит, записанный в статическое ОЗУ, остается в нем до тех пор, пока не будет перезаписан, или не выключен источник питания.
Длительность хранения заряда конденсаторами динамического ОЗУ ограничена. Для продолжительного сохранения данных приходится периодически опрашивать строки двумерной матрицы битов в микросхеме памяти. При этом происходит подзаряд конденсаторов.
Достоинством динамических ОЗУ является высокая плотность упаковки. Поэтому основная область их применения - персональные компьютеры, которым необходимы большие объемы памяти.
Достоинствами статических ОЗУ является их простота (не нужно заботиться о регенерации) и высокое быстродействие. Поэтому они используются в большинстве встраиваемых микропроцессорных устройств.
Постоянные запоминающие устройства
Запоминающие устройства, в которых информация сохраняется при отключении питания называют энергонезависимыми или постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ или ROM - read only memory). Они используются в микропроцессорных системах для хранения неизменяемых данных. Во встраиваемых микропроцессорных системах в большинстве случаев вся программа является неизменяемой и ее хранят в ПЗУ. В персональных компьютерах в ПЗУ хранятся команды начальной загрузки программного обеспечения. Кроме того, ПЗУ используются для хранения таблиц знакогенераторов, генераторов сигналов специальной формы, таблиц линеаризации.
Базовая структура ПЗУ представляет собой заготовку комбинационной цепи, программирование которой заключается в создании или удалении перемычек между заданными схемой точками. По технологии создания перемычек различают следующие типы ПЗУ:
- ПЗУ программируемые в процессе изготовления (масочные ПЗУ);
- однократно программируемые (PROM - Programmable ROM);
- ПЗУ с возможностью стирания и перепрограммирования (репрограммируемые) РПЗУ (EPROM erasable programmable ROM);
- электрически стираемые ПЗУ ЭРПЗУ (EEPROM);
- моментальные ПЗУ (FLASH ROM).
Масочные ПЗУ обычно программируются на одном из последних этапов их производства. Проводящие перемычки формируются путем металлизации поверхности кристалла (основы ПЗУ) по маске-фотошаблону.
Однократно программируемые ПЗУ имеют соединения в виде плавких перемычек, которые можно избирательно пережечь с помощью внешнего источника тока.
В перепрограммируемой постоянной памяти используются элементы коммутации, которые можно устанавливать в одно состояние избирательно, а в другое коллективно. Программирование таких ПЗУ сводится к первоначальной коллективной установке всех перемычек в одно состояние (что равносильно стиранию ранее записанной информации) и последующей выборочной установке нужных перемычек в другое состояние.
Перемычками в перепрограммируемых ПЗУ служат МОП-транзисторы с изолированным затвором без вывода от затвора. Проводимость канала МОП-транзистора зависит от заряда содержащегося на затворе. Затворы могут получать заряд путем инжекции электронов через слой диэлектрика, если на исток соответствующего транзистора подается достаточно большой положительный потенциал. Этот заряд может постоянно сохраняться на затворе. Воздействие на кристалл ультрафиолетовым излучением, которое снабжает электроны энергией достаточной, чтобы преодолеть слой диэлектрика, вызывает стекание заряда в канал.
Поэтому стирание информации производят путем облучения кристалла ультрафиолетовым светом, что соответствует записи логических 1 во все элементы памяти. Такую микросхему памяти можно вновь запрограммировать (прошить) электрическим способом. Обычно это делается на специальных устройствах, называемых программаторами ПЗУ.
В ПЗУ с электрическим стиранием ЭРПЗУ (EEPROM) информация может быть стерта выборочно электрическим способом. Следовательно их можно перепрограммировать непосредственно в устройстве, где они используются в качестве памяти. Такого рода ЭРПЗУ идеально подходят для энергонезависимого хранения данных, которые необходимо менять в самой системе, например, параметров конфигурации, калибровочных коэффициентов, уставок.
Удобной модификацией EEPROM являются последовательные EEPROM. Это микросхемы EEPROM дополнительно снабженные блоком ввода/вывода, который преобразует входную информацию поступающую в последовательном виде в параллельную и наоборот при выводе данных преобразует их в последовательный код.
Новой разновидностью электрически стираемых ПЗУ являются FLASH ROM (моментальные ПЗУ), которые отличаются высокой плотностью упаковки. Однако недостатком FLASH ROM является отсутствие возможности выборочного стирания отдельных байт, как это позволяют делать EEPROM.
