Что такое микросхема памяти?

Что такое ИС памяти?

ИС памяти — это полупроводниковое устройство, которое отвечает за запись данных в системе на базе процессора.

ИС памяти можно в целом разделить на ПЗУ и ОЗУ. ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — это память, которая ограничена чтением данных, записанных во время производства. Однако ПЗУ также включает в себя такие устройства, как EEPROM и флэш-память, которые позволяют перезаписывать данные.

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) — это память, которая может записывать/считывать данные с высокой скоростью. ОЗУ ограничено временными приложениями хранения данных, поскольку записанные данные исчезают при отключении питания, управляющего устройством памяти.

Существует два типа структур памяти: SRAM (статическое оперативное запоминающее устройство) и DRAM (динамическое оперативное запоминающее устройство), что обеспечивает более высокий уровень интеграции.

Использование ИС памяти

Микросхемы памяти используются в сочетании с процессорами для хранения данных программы и сохранения данных во время арифметических операций. Микросхемы памяти устанавливаются во всех устройствах и компьютерах, оснащенных процессором, от сотовых телефонов, планшетных терминалов и персональных компьютеров до мэйнфреймов.

Обычно ПЗУ хранит данные программы, а процессор выполняет различные процессы в соответствии с этими данными программы. В это время данные и информация, которые должны быть временно сохранены, записываются в ОЗУ. Поскольку данные ОЗУ часто перезаписываются, важно, чтобы ОЗУ работало на высокой скорости.

EEPROM, которая классифицируется как часть ROM, также используется для записи данных настройки и других данных, особенно в электронных устройствах. Флэш-память используется как элемент хранения в картах памяти и SSD (твердотельных накопителях), используя свои характеристики как ROM, которая может достигать большой емкости памяти и может быть перезаписана.

Принцип ИС памяти

Микросхемы памяти оснащены областью записи, в которой упорядоченно размещено множество элементов памяти, адресными линиями для указания данных отдельных элементов памяти, линиями выходных сигналов для передачи данных элементов памяти во внешний мир и линиями входных сигналов для ввода данных извне.

Процессор, используемый в сочетании с микросхемой памяти, также отвечает за управление областью записи данных микросхемы памяти, так что когда необходимые данные считываются, данные этого элемента памяти выводятся на выходную линию сигнала путем манипулирования адресной линией. Для записи данных в память, адресная линия манипулируется для указания элемента записи, и данные передаются на входную линию сигнала.

Выше приведен поток сигналов чтения и записи в микросхему памяти. Однако внутренняя конфигурация схемы и метод управления микросхемами памяти полностью различаются в зависимости от типа.

Типы микросхем памяти

Микросхемы памяти можно в целом классифицировать на ПЗУ и ОЗУ, каждая из которых имеет несколько типов.

1. ПЗУ

Масковое ПЗУ
В масочном ПЗУ специальная маска изготавливается в соответствии с данными, которые должны быть записаны, и данные записываются с использованием этой маски в процессе производства устройства. Поэтому записанные данные не могут быть изменены.

PROM (программируемое постоянное запоминающее устройство)
PROM — это записываемое/стираемое ПЗУ, которое сохраняет содержимое своей памяти даже при отключении питания.

EPROM состоят из массива MOSFET с плавающими затворами, и данные записываются в них с помощью специального инструмента записи. Однако эти устройства редко используются сегодня, поскольку они требуют ультрафиолетового облучения при стирании данных.

Вместо этого используются EEPROM (электрически стираемое PROM) и флэш-память. Обе могут быть записаны или стерты путем получения управляющего сигнала от контроллера, но флэш-память стала широко использоваться в картах памяти и других устройствах из-за своей структуры, которая может достигать особенно большой емкости хранения.

Данные устанавливаются в 0 или 1 в зависимости от наличия или отсутствия заряда, инжектированного в плавающий затвор MOSFET. Поскольку инжекция и стирание заряда осуществляются с использованием эффекта туннелирования, в ИС встроена высоковольтная схема питания.

2. ОЗУ

SRAM
SRAM использует триггерную схему или аналогичное устройство в качестве элемента хранения, и после записи содержимое сохраняется до тех пор, пока подается питание. Поскольку ему не требуется операция обновления, как DRAM (см. ниже), он потребляет меньше энергии, чем DRAM той же емкости памяти, и может считываться/записываться на высоких скоростях.

Однако сложная структура элементов памяти затрудняет достижение высокой плотности, а себестоимость изготовления блока высока. Поэтому DRAM подходит для приложений, где важны энергосбережение и высокая скорость. Например, он часто используется в качестве высокоскоростной кэш-памяти в компьютерах, где он размещается между процессором и основной памятью.

DRAM
DRAM использует один транзистор и один конденсатор для хранения данных. Другими словами, состояние конденсатора с/без заряда определяется как данные 0/1. Транзистор действует как переключатель для накопления заряда в конденсаторе.

Конфигурация схемы проста, что обеспечивает высокий уровень интеграции. Однако, поскольку заряд постепенно утекает из конденсатора, даже когда переключатель находится в состоянии ВЫКЛ, перезапись данных периодически выполняется для предотвращения повреждения данных из-за утечки заряда. Это называется операцией обновления и является функцией, уникальной для DRAM.