ПЗУ

Разница ПЗУ, ОЗУ в смартфоне

Любой владелец смартфона на Андроиде когда-нибудь сталкивался с неприятной ситуацией в виде засорения памяти устройства и последствий этого в виде замедленной работы, медленного запуска некогда моментально включавшихся приложений и раздражающего сообщения о том, что память девайса переполнена. Проблема обусловлена тем, что большинство приложений по умолчанию устанавливаются на внутреннюю память смартфона, разумеется со временем ее объем уменьшается, и чтобы решить проблему необходимо перенести приложение на съемный носитель. Прежде чем приниматься за дело, необходимо выяснить, какие виды памяти есть у Андроида, или любого другого смартфона, т.к. разница ПЗУ, ОЗУ в смартфоне и отличие их от функций съемного носителя имеет принципиальное значение.

ВИДЫ ПАМЯТИ В СМАРТФОНАХ АНДРОИД

1. Оперативная память

Данный вид памяти обеспечивает работу всех выполняемых в устройстве процессов. Она требует непрерывного источника питания, в том случае если питание отключается, память очищается. Смартфоны на Андроиде умеют управлять ОЗУ (оперативным запоминающим устройством), учитывая ее объем. Устройство само «решает» какое количество программ можно запустить параллельно и в каком порядке их обрабатывать. Текущие данные работы о состоянии ОЗУ находятся в менеджере задач: актуальные на данный момент процессы, объем занимаемой ими памяти и количество свободного объема.
В том случае, если Андроид-устройство сообщает вам о недостатке памяти при попытке запустить какое-либо приложение, необходимо выключить все процессы, в которых на данный момент вы не нуждаетесь: «Настройки»-«Приложения»-«Работающие приложения». Таким образом осуществляется оптимизация оперативной памяти.

2. Постоянная память

Разница ПЗУ, ОЗУ в смартфоне заключается в том, что постоянная память в отличие от оперативной не требует непрерывного источника энергии для своей работы. Поэтому ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) является нестираемым. Преимуществом ее является и то, что этот тип памяти предоставляет данные только для чтения, защищая их от случайного удаления в обычных условиях. ПЗУ смартфонов на Андроиде состоит из нескольких частей, в одной из которых храниться сама операционка. Все приложения, которые загружаются на устройства, автоматически устанавливаются здесь и переносить на карту памяти их необходимо вручную.

3. Карта памяти

Или по-другому флеш-карта предназначена для расширения объема пользовательской памяти. В зависимости от слота бывает разных типов и размеров, сегодня наиболее популярными и распространенными являются Micro SD. Все данные, которые хранятся на флешке доступны к изменениям и хранятся при любом состоянии смартфона, как включенном, таки и выключенном. Степень ее заполнения легок узнать аналогичным способом для объема постоянной памяти.
Карта памяти может поддерживать 32, 64 Гб объема данных, а последние модели смартфонов Хайскрин предлагают расширение до 256 Гб, также все смартфоны Highscreen имеют слот для карты памяти.

ЭВОЛЮЦИЯ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ

В 2011 году смартфонам вполне хватало оперативной памяти объемов 215 Мб, а буквально через год на рынок вышли обновленные девайсы с внушительным по тем меркам объемом оперативки в 1 Гб. Разумеется, наращивание объемов продолжилось. И к 2014 году производители представили удвоенный объем 2 Гб, флагманские аппараты оснащались 3 Гб оперативки и в 2015 таким показателем уже было сложно кого-либо удивить. Получается, что за каких-то пять лет объем оперативной памяти в смартфоне вырос с 512 Мб до 4 Гб. А сегодня на рынке уже есть девайсы с объемами ОЗУ 6 Гб и 8 Гб, понятно, что расти есть куда.
Не будем повторяться о том, какую функцию несет оперативная память, влияя на общую скорость работы смартфона при разной степени загруженности и так ясно, что стремительное увеличение объемов оперативки вполне логично и позволит одновременно работать огромному количеству приложений, а это весьма явно отражается на конечном ценнике такого смартфона. Между тем, не стоит заблуждаться насчет обеспечиваемого быстродействия и уровнем мобильного устройства, т.к. очень многие смартфоны среднего класса обеспечивают приличную работу своих устройств, не последнее место на рынке занимают и смартфоны на Андроиде Хайскрин.
При этом и вовсе невероятным, но достаточно реальным моментом является тот факт, что покупая девайса с высокими показателями объема оперативной памяти в итоге ее не используют в полную силу или делают это крайне редко. Таким образом, смартфоны дают своим владельцам такие возможности, которые им просто не нужны. Не забываем и о том, что оперативная память очень энергоемка, и чем она больше, тем быстрее разряжается аккумулятор.

КАЖДОМУ ПО ПОТРЕБНОСТЯМ

Вполне логично осуществлять свой выбор пропорционально своим потребностям, если выбирать девайс с более мощными показателями и «оставить их не у дел», тогда будет просто жаль потраченных средств, если же наоборот слишком сэкономить – пользоваться таким устройством будет одно мучение.
Если вся ваша жизнь не заключается в смартфоне и устройство необходимо для совершения звонков, использования органайзера, просмотра почты, новостей, погоды и не более, тогда нет смысла отдавать за телефон больше 8 000 рублей. Подходящими вариантами будут мобильные с 1 Гб ОЗУ, 8 Гб ПЗУ и microSD.
Лирическое отступление для всеобщего понимания: Объема оперативной памяти 2 Гб хватает для стабильной работы порядка двадцати приложений средней емкости и если вы не отчаянный юзер, то навороченный девайс с объемом оперативки 4 Гб задействовать на полную катушку еще нужно потрудиться.
Вполне очевидным становиться вывод, что для нормальной работы смартфона среднестатистическому пользователю достаточно будет объема ОЗУ 2-3 Гб. Этого хватит для комфортного просмотра видео в хорошем разрешении, достаточно мощных игрушек и работы в многозадачном режиме. У Хайскрин есть прекрасные варианты, к примеру телефон Highscreen Power Five Max 2 (смартфон, доступный к покупке в 2019 году) имеет две модификации с большой памятью на 4ГБ/64 ГБ + слот для карты и 3ГБ/32ГБ + слот для карты.
Фирменный магазин мобильных телефонов Хайскрин

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ)

Ячейка представляет собой МОП транзистор, в котором затвор выполняется из поликристаллического кремния. Затем в процессе изготовления микросхемы этот затвор окисляется и в результате он будет окружен оксидом кремния — диэлектриком с прекрасными изолирующими свойствами. В описанной ячейке при полностью стертом ПЗУ, заряда в плавающем затворе нет, и поэтому транзистор ток не проводит. При программировании ПЗУ, на второй затвор, находящийся над плавающим затвором, подаётся высокое напряжение и в плавающий затвор за счет туннельного эффекта индуцируются заряды. После снятия программирующего напряжения индуцированный заряд остаётся на плавающем затворе, и, следовательно, транзистор остаётся в проводящем состоянии. Заряд на плавающем затворе подобной ячейки может храниться десятки лет.

Структурная схема описанного постоянного запоминающего устройства не отличается от описанного ранее масочного ПЗУ. Единственное отличие — вместо плавкой перемычки используется описанная выше ячейка. Такой вид ПЗУ называется репрограммируемыми постоянными запоминающими устройствами (РПЗУ) или EPROM. В РПЗУ стирание ранее записанной информации осуществляется ультрафиолетовым излучением. Для того, чтобы этот свет мог беспрепятственно проходить к полупроводниковому кристаллу, в корпус микросхемы ПЗУ встраивается окошко из кварцевого стекла.


Рисунок 8. Внешний вид стираемого постоянного запоминающего устройства (EPROM)

При облучении микросхемы РПЗУ, изолирующие свойства оксида кремния теряются, накопленный заряд из плавающего затвора стекает в объем полупроводника, и транзистор запоминающей ячейки переходит в закрытое состояние. Время стирания микросхемы РПЗУ колеблется в пределах 10 … 30 минут.

Количество циклов записи-стирания микросхем EPROM находится в диапазоне от 10 до 100 раз, после чего микросхема РПЗУ выходит из строя. Это связано с разрушающим воздействием ультрафиолетового излучения на оксид кремния. В качестве примера микросхем EPROM можно назвать микросхемы 573 серии российского производства, микросхемы серий 27сXXX зарубежного производства. В РПЗУ чаще всего хранятся программы BIOS универсальных компьютеров. РПЗУ изображаются на принципиальных схемах как показано на рисунке 8.


Рисунок 9. Условно-графическое обозначение РПЗУ (EPROM)

Репрограммируемые ПЗУ достаточно длительное время применялись в компьютерах для хранения BIOS. Их содержимое называется прошивкой микросхемы. В настоящее время они в основном вытеснены микросхемами FLASH памяти. Ряд комплектующих компьютера, такие как видеокарты, звуковые карты, дополнительные порты тоже комплектуются микросхемами EPROM памяти.

ПЗУ — где хранится и зачем нужна

Доброго времени суток. Если вы хотите заполнить пробел в знаниях относительно того, что такого ПЗУ, то попали по адресу. В нашем блоге вы сможете прочитать об этом емкую информацию на языке, доступном для простого пользователя.

Расшифровка и объяснение

Буквы ПЗУ являются заглавными в формулировке «постоянное запоминающее устройство». Его еще можно равноправно назвать «ROM». Английская аббревиатура расшифровывается как Read Only Memory, а переводится — память только для чтения.

Эти два названия раскрывают суть предмета нашей беседы. Речь идет об энергонезависимом типе памяти, которую можно только считывать. Что это значит?

  • Во-первых, на ней хранятся неизменяемые данные, заложенные разработчиком при изготовлении техники, то есть те, без которых ее работа невозможна.
  • Во-вторых, термин «энергонезависимый» указывает на то, что при перезагрузке системы данные с нее никуда не деваются, в отличие от того, как это происходит с оперативной памятью.

Стереть информацию с такого устройства можно только специальными методами, к примеру, ультрафиолетовыми лучами.

Примеры

Постоянная память в компьютере — это определенное место на материнской плате, в котором хранятся:

  • Тестовые утилиты, проверяющие правильность работы аппаратной части при каждом запуске ПК.
  • Драйвера управления главными периферийными девайсами (клавиатурой, монитором, дисководом). В свою очередь, те слоты на материнской плате, в функции которых не входит включение компьютера, не хранят свои утилиты в ROM. Ведь место ограничено.
  • Прогу начальной загрузки (BIOS), которая при включении компа запускает загрузчик операционной системы. Хотя нынешний биос может включать ПК не только с оптических и магнитных дисков, но и с USB-накопителей.

В мобильных гаджетах постоянная память хранит в себе стандартные приложения, темы, картинки и мелодии. При желании пространство для дополнительной мультимедийной информации расширяют с помощью перезаписываемых SD-карт. Однако если устройство используется только для звонков, в расширении памяти нет необходимости. В целом, сейчас ROM есть в любой бытовой технике, автомобильных плеерах и прочих девайсах с электроникой.

Физическое исполнение

Чтобы вы лучше могли познакомиться с постоянной памятью, расскажу больше о ее конфигурации и свойствах:

  • Физически представляет собой микросхему со считывающим кристаллом, если входит в комплект компьютера, к примеру. Но бывают и самостоятельные массивы данных (компакт-диск, грампластинка, штрих-код и т. д.).
  • ПЗУ состоит из двух частей «А» и «Э». Первая — диодно-трансформаторная матрица, прошиваемая при помощи адресных проводов. Служит для хранения программ. Вторая предназначена для их выдачи.
  • Схематически состоит из нескольких одноразрядных ячеек. При записи определенного бита данных выполняется запайка к корпусу (ноль) или к источнику питания (единица). В современных устройствах схемы соединяются параллельно для увеличения разрядности ячеек.
  • Объем памяти варьируется от нескольких килобайт до терабайт, в зависимости от того, к какому устройству она применена.

Виды

Разновидностей ПЗУ несколько, но чтобы не терять ваше время, назову только две основных модификации:

  • Первая буква добавляет слово «programmable» (программируемое). Это значит, что пользователь может один раз самостоятельно прошить устройство.

  • Еще две буквы впереди скрывают под собой формулировку «electrically erasable» (электрически стираемое). Такие ПЗУ можно перезаписывать сколько угодно. К этому типу относится флеш-память.

Your browser doesn’t support objects

2002 №4

Энергонезависимое ОЗУ

При проектировании современных микропроцессорных систем разработчики зачастую сталкиваются с проблемами выбора подходящего типа запоминающего устройства. Зачастую к запоминающему устройству предъявляются противоречивые требования.

В результате во многих случаях область памяти разбивается на ряд отдельных блоков:

  • Постоянное запоминающее устройство. Относительно медленная память, предназначенная в первую очередь для хранения рабочей программы при отключении питания. В высокопроизводительных системах в процессе работы осуществляется копирование содержимого ПЗУ в быстродействующее ОЗУ.
  • Быстродействующее ОЗУ. Предназначено для оперативного хранения данных в процессе работы. В ряде случаев для повышения быстродействия системы в эту область ОЗУ копируется полностью или частично содержимое ПЗУ программ.
  • Энергонезависимое ОЗУ или электрически программируемое ПЗУ. Предназначено в первую очередь для длительного хранения данных (например, конфигурации системы) при отключении питания.

На протяжении многих лет делались неоднократные попытки объединения различных областей памяти в составе одного устройства. Одним из самых удачных решений можно признать разработку энергонезависимого ОЗУ с батарейным питанием.

Энергонезависимое ОЗУ с батарейным питанием

В состав такой микросборки обычно входит микросхема сверхмалопотребляющего ОЗУ, литиевый источник питания и цепи управления, осуществляющие подключение встроенного источника и блокировку записи в микросхему при снижении напряжения питания ниже допустимого предела. Типичная блок-схема такого устройства представлена на рис. 1.

Разработка энергонезависимого ОЗУ позволила использовать одну и ту же микросхему как для хранения оперативных данных, так и для долговременного хранения программ и свела до минимума количество отдельных микросхем памяти. Однако такому типу запоминающего устройства присущи и собственные недостатки:

  • Необходимость включения источника питания в состав микромодуля привела к увеличению его габаритов. И если по разводке выводов и посадочным размерам такой модуль полностью совместим со стандартными микросхемами статического ОЗУ и ПЗУ, то его высота значительно превышает высоту аналогичного корпуса микросхемы. Это затруднило применение модулей энергонезависимого ОЗУ в миниатюрной аппаратуре. Кроме того, для обеспечения возможности коллективной пайки микросхем был разработан модуль памяти со съемным элементом питания, требующим установки после окончания высокотемпературных процессов пайки.
  • Для обеспечения длительного срока хранения информации при отключенном питании микросхема ОЗУ, входящая в состав такого модуля, должна быть оптимизирована на достижение минимального энергопотребления. Это находится в противоречии с требованиями обеспечения высокого быстродействия. В результате быстродействие такого запоминающего устройства не очень велико. Лучшие микросхемы с объемом памяти 64 Кбит имеют время доступа 70–100 нс. Кроме того, малое энергопотребление приводит к ограничению выходного тока на уровне 1–2 мА, что отрицательно сказывается на работе микросхемы с большой емкостной нагрузкой.
  • Хотя для большинства микросхем энергонезависимого батарейного ОЗУ нормируется сохранность данных при отключении питания на протяжении 5–10 лет, это относится только к использованию микросхемы при комнатной температуре. При повышении температуры окружающей среды время жизни батареи значительно сокращается. Уже при 70 °С срок службы батареи определяется только испарением электролита и не зависит от подключения к батарее самого запоминающего устройства, а при температуре 85 °С срок службы большинства батарей не превышает 2-х лет. Значительное снижение емкости батареи происходит и при снижении температуры окружающей среды.

Сегнетоэлектрическое ОЗУ

Другое решение проблемы энергонезависимого хранения данных было предложено фирмой Ramtron и получило воплощение в виде микросхем сегнетоэлектрического оперативного запоминающего устройства.

Микросхемы сегнетоэлектрического ОЗУ, подобно микросхемам энергонезависимого ОЗУ, сочетают в себе свойства статического ОЗУ и энергонезависимого хранения данных. Однако технологии производства этих двух типов запоминающих устройств коренным образом различаются, что и определяет различные особенности работы и различные области применения.

Сегнетоэлектрический эффект состоит в способности отдельных материалов сохранять состояние электрической поляризации при отсутствии внешнего электрического поля. Устойчивая поляризация возникает в результате ориентации внутренних электрических диполей в сегнетоэлектрическом материале под действием внешнего электрического поля. Приложение внешнего электрического поля с напряженностью, превышающей определенное пороговое значение, приводит к ориентации внутренних электрических диполей. Изменение направления внешнего поля на обратное приводит к соответствующей переориентации внутренних диполей. Поскольку для поддержания поляризованного состояния материала не требуется наличия внешнего электрического поля, сегнетоэлектрическая ячейка может использоваться для хранения двоичных данных даже при отсутствии электропитания.

В результате проведенных исследований специалистам фирмы Ramtron удалось разработать технологию производства тонкопленочного сегнетоэлектрического материала, совместимую со стандартными технологиями производства полупроводниковых запоминающих устройств. Энергонезависимая ячейка запоминающего устройства представляет собой конденсатор, образованный двумя металлическими электродами и тонкой пленкой сегнетоэлектрика, расположенный между элементами транзистора и слоем металлизации стандартного КМОП-процесса.

Данные, сохраненные в сегнетоэлектрической ячейке запоминающего устройства, могут быть прочитаны при приложении электрического поля к конденсатору. Если направление электрического поля совпадает с ориентацией электрических диполей в ячейке, то через конденсатор протекает определенный заряд. В случае же противоположной ориентации диполей часть энергии уходит на изменение состояния поляризации, что приведет к изменению протекающего заряда. Входящий в состав микросхемы зарядочувствительный усилитель измеряет протекающий заряд и устанавливает на соответствующем выходе сигнал логического 0 или 1.

Поскольку чтение данных связано с принудительной установкой определенного состояния поляризации, то цикл чтения разрушает информацию, сохраненную в ячейке памяти. Поэтому после чтения необходимо восстановить исходные данные. Это осуществляется встроенными цепями регенерации. Цикл регенерации осуществляется аппаратно после каждого чтения и не требует никакого дополнительного управления.

Особенности сегнетоэлектрического ОЗУ

Поскольку ячейка сегнетоэлектрического ОЗУ обладает способностью сохранения информации при отсутствии внешнего питания, то и разработанные сегнетоэлектрические ОЗУ предназначены в первую очередь для использования в областях применения, связанных с необходимостью энергонезависимого хранения данных. Используемый в микросхемах сегнетоэлектрического ОЗУ эффект поляризации определяет особенности работы сегнетоэлектрического ОЗУ.

Во-первых, достижение напряженности электрического поля, необходимой для надежной поляризации тонкой сегнетоэлектрической пленки, становится возможным при низковольтном питании микросхемы. Все внутренние цепи микросхемы работают от одного источника питания напряжением 3–5 В как в режиме чтения, так и в режиме записи.

Во-вторых, для того, чтобы записать информацию в ячейку сегнетоэлектрического ОЗУ, электрическое поле должно быть приложено на время менее 100 нс. Этим обеспечивается сравнительно высокое быстродействие запоминающего устройства.

В-третьих, сегнетоэлектрическое ОЗУ, как и большинство других типов энергонезависимой памяти, обладает ограничениями на допустимое число циклов записи информации. Аналогично микросхемам ЭППЗУ при записи информации в ячейку памяти происходит постепенная деградация диэлектрика. Но меньшее значение напряженности электрического поля в режиме записи приводит к значительному увеличению допустимого числа циклов записи. Если работа микросхем ЭППЗУ гарантируется при максимальном числе циклов записи в диапазоне 105–107, в зависимости от конкретного типа микросхемы, то микросхема сегнетоэлектрического ОЗУ сохраняет работоспособность при числе циклов записи до 1010–1012.

Однако, принцип действия сегнетоэлектрического ОЗУ налагает и значительные ограничения на возможные области его применения. Это связано, в первую очередь, с ограничениями на допустимое число циклов записи информации.

Здесь необходимо напомнить об одной особенности микросхем сегнетоэлектрического ОЗУ, зачастую специально замалчиваемой в большинстве публикаций, посвященных этому типу запоминающего устройства. Дело в том, что принцип чтения информации из микросхемы сегнетоэлектрического ОЗУ является разрушающим. Поэтому каждый цикл чтения данных обязательно сопровождается последующей записью восстановленных данных обратно в ту же ячейку ОЗУ. Благодаря этому для микросхемы сегнетоэлектрического ОЗУ существует ограничение и на допустимое число циклов чтения.

Не останавливаясь подробно на возможных областях применения микросхем сегнетоэлектрического ОЗУ, мы приведем только небольшую таблицу, которая поможет читателю оценить возможность применения таких микросхем в конкретном устройстве. В этой таблице приведена взаимосвязь между средней частотой обращений к микросхеме и допустимым временем ее жизни при условии, что схема работает на протяжении 24 часов в сутки 365 дней в году. Серым цветом в таблице выделена область допустимых применений микросхем с максимальным числом циклов обращения 1010.

Таблица 1. Число обращений к микросхеме запоминающего устройства при различной периодичности

nvSRAM — энергонезависимое статическое ОЗУ

Альтернативное решение при разработке энергонезависимого ОЗУ было предложено фирмами ZMD и Simtek. Совместно разработанное этими фирмами запоминающее устройство получило название nvSRAM (энергонезависимое статическое ОЗУ). В основу этой микросхемы было положено быстродействующее статическое ОЗУ, каждая ячейка которого соединена с дополнительным ПЗУ с электрической записью и стиранием информации. В состав микросхемы входит также специальная схема управления, осуществляющая копирование данных из области ОЗУ в область ЭППЗУ при снижении напряжения питания микросхемы и в обратном направлении при восстановлении номинального значения напряжения питания (рис. 2). Таким образом, микросхема сочетает в себе преимущества быстродействующего статического ОЗУ в нормальном рабочем режиме и ЭППЗУ в режиме энергонезависимого хранения данных.

Такие микросхемы быстродействующего энергонезависимого статического ОЗУ могут найти широкое применение в промышленной и автомобильной электронике, измерительной технике и других областях применения, требующих обеспечения сохранности данных при экстремальных условиях работы.

Технология изготовления и принципы работы

В настоящий момент микросхемы nvSRAM производятся по 0,8-микронной технологии с двумя слоями поликремния и двумя слоями металлизации. Энергонезависимое хранение данных осуществляется благодаря дополнительному слою кремний — нитрид — окисел — кремний. Кроме того, в состав микросхемы входят высоковольтные МОП-транзисторы, предназначенные для генерации повышенных напряжений, необходимых в процессе записи данных в ЭППЗУ.

Входящее в состав микросхемы статическое ОЗУ построено на основе четырехтранзисторных ячеек памяти с высокоомными нагрузочными элементами. Это позволило обеспечить высокую плотность размещения элементов ОЗУ на кристалле и высокое быстродействие запоминающего устройства, достигающее 25 нс.

Энергонезависимое хранение данных осуществляется при помощи двух элементов ЭППЗУ, интегрированных в каждую ячейку статического ОЗУ. Благодаря использованию дифференциального метода была обеспечена возможность продолжительного и надежного сохранения данных в широком температурном диапазоне.

Во всех выпускаемых на настоящий момент микросхемах nvSRAM сохранение данных в область ЭППЗУ осуществляется параллельно для всех ячеек памяти. В результате полное время сохранения данных в энергонезависимом ЭППЗУ не превышает 10 мс при наихудших условиях. Сохранение данных в энергонезависимой памяти осуществляется в два этапа:

На первом этапе происходит полная очистка области ЭППЗУ путем подачи на нее отрицательного напряжения порядка –10 В. На этом этапе элементы ЭППЗУ остаются отключенными от соответствующих элементов ОЗУ.

На втором этапе, после полной очистки области энергонезависимой памяти, элементы ЭППЗУ и ОЗУ соединяются, и осуществляется сохранение данных путем подачи импульса программирования напряжением более 12 В.

Напряжения стирания и программирования вырабатываются встроенными преобразователями напряжения и их значения определяются внутренними источниками опорного напряжения, обеспечивающими высокую стабильность выходных напряжений в широком диапазоне температур и напряжений питания.

Восстановление данных из области ЭППЗУ при включении питания микросхемы также осуществляется параллельно для всех ячеек памяти и в два этапа. На первом этапе происходит полная очистка области ОЗУ. Затем элементы ЭППЗУ и ОЗУ соединяются и происходит копирование данных из ЭППЗУ в ОЗУ. При этом на программирующих затворах ячеек ЭППЗУ поддерживается строго нулевой потенциал, что позволяет избежать какого-либо влияния цепей программирования на процесс восстановления данных.

Восстановление данных в ОЗУ всегда происходит автоматически при подаче питания на микросхему. В случае необходимости процесс восстановления может быть инициализирован программно путем подачи на микросхему специальной последовательности команд.

Некоторые микросхемы nvSRAM содержат также встроенный датчик напряжения питания, обеспечивающий автоматическую инициализацию цикла сохранения данных в ЭППЗУ при снижении напряжения питания.

Режимы работы микросхем энергонезависимого статического ОЗУ

Режимы работы микросхем энергонезависимого СОЗУ можно условно разделить на две группы: режимы статического ОЗУ, к которым относится чтение и запись ОЗУ, и энергонезависимые режимы работы, к которым можно отнести как собственно хранение данных в ЭППЗУ, так и процессы обмена данными между ОЗУ и ЭППЗУ.

Режимы статического ОЗУ

В режимах работы статического ОЗУ область ЭППЗУ, входящая в состав микросхемы, отключена от ОЗУ и не принимает участия в работе микросхемы. Поэтому работа микросхемы ничем не отличается от любой микросхемы быстрого статического ОЗУ. Большинство микросхем nvSRAM полностью совместимы по выводам со стандартными микросхемами СОЗУ и могут использоваться для прямой их замены без каких либо переделок в оборудовании.

Микросхемы nvSRAM выпускаются в настоящий момент со временем доступа 25–55 нс. Ведутся также работы по дальнейшему повышению быстродействия микросхем. По этому параметру им значительно уступают даже самые быстродействующие микросхемы ОЗУ с батарейным питанием и сегнетоэлектрические ОЗУ, имеющие время доступа 70–100 нс. Выходной ток микросхем nvSRAM составляет обычно 4 и 8 мА для логической 1 и 0 соответственно. Благодаря этому быстродействие микросхемы при работе на большую емкостную нагрузку остается достаточно высоким.

Особенностью работы микросхем в режимах статического ОЗУ являются меры, направленные на снижение энергопотребления. При высоком логическом уровне на входе выбора микросхемы она потребляет только незначительный ток покоя. Дополнительное снижение энергопотребления осуществляется в режиме чтения СОЗУ путем автоматического отключения внутренних цепей микросхемы, не участвующих в процессе чтения. Приблизительно через 55 нс после установки на входе выбора микросхемы низкого логического уровня ток, потребляемый микросхемой, снижается до уровня тока покоя.

Средняя мощность, рассеиваемая микросхемой, зависит от ряда факторов, наиболее значимым из которых является длительность цикла обращения. При уменьшении длительности цикла потребляемый ток увеличивается. Кроме того, ток потребления микросхемы зависит от входных логических уровней. При управлении КМОП-уровнями микросхема потребляет немного меньший ток, чем при управлении ТТЛ-уровнями. И наконец, ток потребления зависит от напряжения питания и температуры окружающей среды.

Энергонезависимые режимы работы

Программное сохранение данных

При необходимости данные, находящиеся в области ОЗУ, могут быть сохранены в энергонезависимом ЭППЗУ. Это осуществляется путем выполнения специальной последовательности команд, состоящей из шести последовательных циклов чтения по определенным адресам ОЗУ. После выполнения последнего цикла этой последовательности все дальнейшие обращения к микросхеме блокируются и инициируется цикл сохранения данных из области ОЗУ в ЭППЗУ. Дальнейшее выполнение цикла сохранения данных осуществляется полностью автономно. Все необходимые для его осуществления цепи, включая тактовый генератор и источники программирующего напряжения, входят в состав микросхемы. Поскольку сохранение данных осуществляется параллельно для всех ячеек ОЗУ, то полная длительность цикла сохранения данных не зависит от объема памяти микросхемы и не превышает 10 мс.

Адреса командной последовательности подобраны так, чтобы обеспечить минимальную вероятность случайной инициализации цикла сохранения данных. Таким образом, вероятность непреднамеренного сохранения данных составляет не более 10-25.

Аппаратное сохранение данных

Ряд микросхем nvSRAM имеет дополнительный вывод HSB, предназначенный для управления аппаратным сохранением данных. Подача на этот вывод импульса низкого логического уровня инициирует цикл сохранения данных. Если же низкий уровень на входе поддерживается в течение продолжительного периода времени, то после окончания цикла сохранения данных микросхема перейдет в состояние покоя с пониженным энергопотреблением и будет находиться в этом режиме до тех пор, пока на входе HSB не будет восстановлен высокий логический уровень.

Автоматическое сохранение данных

В большинстве микросхем nvSRAM предусмотрен режим автоматического сохранения данных при снижении напряжения питания. Внутренние цепи управления осуществляют автоматическую инициализацию цикла сохранения данных при снижении напряжения питания ниже порогового уровня (около 4,25 В). Для успешного завершения цикла автоматического сохранения данных необходимо, чтобы за время сохранения (<10 мс) напряжение питания не опустилось ниже 3,5 В. Если основной источник питания не обеспечивает выполнение этого условия, то для питания микросхемы на время цикла сохранения данных может использоваться дополнительный электролитический конденсатор, подключенный либо к выводу питания микросхемы и развязанный от источника питания диодом с малым падением напряжения (диодом Шоттки), либо к дополнительному выводу микросхемы и развязанный от источника питания внутренним ключом на полевом транзисторе. Конденсатор емкостью не менее 100 мкФ на каждую микросхему памяти обеспечивает необходимую скорость снижения напряжения питания (рис. 3).

Восстановление данных

Восстановление данных из области энергонезависимого ЭППЗУ осуществляется каждый раз при включении питания микросхемы. Цикл восстановления данных инициируется внутренними цепями контроля напряжения питания, когда напряжение на выводе VCC превышает пороговый уровень 4,25 В. Восстановление данных при включении питания осуществляется за время не более 650 мкс после достижения напряжением питания порогового уровня, что требует соответствующей продолжительности импульса сброса микропроцессора, если микросхема nvSRAM используется в качестве памяти программ.

Аналогично процессу сохранения данных, их восстановление может быть также осуществлено под управлением программой последовательности из шести циклов чтения данных по определенным адресам в области памяти. При этом благодаря параллельному переносу данных во всех ячейках памяти для полного восстановления данных требуется не более 20 мкс.

Поскольку восстановление данных не связано с необходимостью осуществления записи в ЭППЗУ, то никаких ограничений на предельное число циклов восстановления данных. При восстановлении данных из области ЭППЗУ предварительно осуществляется полная очистка области ОЗУ, и все изменения в информации, происшедшие с момента осуществления последнего цикла сохранения данных будут потеряны. Это позволяет эффективно использовать микросхему nvSRAM для отладки программ работы микропроцессора. При использовании микросхемы памяти, не обладающей возможностью автоматического сохранения данных, достаточно простого отключения питания системы в случае непредвиденного «зависания», для того чтобы вернуться к первоначальной версии программы, сохраненной в области ЭППЗУ. В случае же удачной работы программы текущая ее версия может быть сохранена в ЭППЗУ путем программной инициализации цикла сохранения данных.

Поведение микросхем в режиме хранения данных

Для микросхем nvSRAM гарантируется минимальное время хранения данных в течение 10 лет с момента каждого из допустимых 105 циклов сохранения данных. При этом для микросхем nvSRAM время хранения данных на протяжении 10 лет гарантируется во всем диапазоне рабочих температур микросхемы, достигающим –55…+125 °C.

Габаритные размеры микросхем

Микросхемы nvSRAM выпускаются в стандартных 28-выводных корпусах DIP шириной 7,5 и 15 мм или в корпусах SOIC-28. Поэтому их можно использовать вместо микросхем стандартной статической памяти без какого-либо увеличения площади печатной платы.

Ассортимент выпускаемых микросхем nvSRAM

Массовое производство микросхем энергонезависимого статического ОЗУ было начато в 1996 году фирмами ZMD и Simtek. Первым коммерческим продуктом стало запоминающее устройство объемом 64 Кбита. В настоящий момент семейство микросхем nvSRAM пополнилось устройствами с объемом памяти 16 и 256 Кбит. Освоено также массовое производство микросхем с объемом памяти 256 Кбит и напряжением питания 3 В. В дальнейшем планируется расширение семейства микросхем nvSRAM устройствами с объемом памяти 1 Мбит.

Скачать статью в формате PDF

Другие статьи по данной теме:

  • Микропроцессор своими руками. Часть 5.1. По поводу начала проекта встроенного в FPGA микроконтроллера
  • Маломощные операционные усилители фирмы Linear Technology. Обзор микросхем и их параметров
  • Система на кристалле с беспроводным каналом передачи аудио
  • Микромощный стабилизатор напряжения 1342ЕН5Т
  • ColdFire — семейство 32-разрядных интегрированных микропроцессоров производства Motorola
  • Быстродействующий двухканальный 16‑разрядный ЦАП серии 1273ПА10Т
  • Новый номер журнала «Компоненты и технологии»
  • LM2267x — микросхема Simple Switcher в пятом поколении

Сообщить об ошибке

Если Вы заметили какие-либо неточности в статье (отсутствующие рисунки, таблицы, недостоверную информацию и т.п.), просьба сообщить нам об этом. Пожалуйста укажите ссылку на страницу и описание проблемы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *