Устройства памяти не имеющие произвольной выборки (стековая память)

Этот тип памяти имеет строго определенную схему выборки, зависящую от того в какой последовательности в память заносятся записи. Такую память часто называют стековой (от англ. stek – стопка). Она обладает более простой организацией, чем RAM, поскольку адресация в такой памяти упрощена. Этот тип памяти широко используется для хранения промежуточных в результатов в процессе решения различных задач. Классификация различных типов этой памяти осуществляется по способу записи в стек и извлечения из него. Поскольку записи из стека извлекаются только с одного конца, то занесенные записи образуют очередь на извлечение.
FIFO ( акроним от англ. First In, First Out ). Этот тип памяти реализует случай, когда последняя помещенная в стек запись информация извлекается первой. Таким образом, порядок извлечения и обработки является обратным по отношению к порядку записи. Обслуживание очереди начинается с её хвоста. Вместо FIFO иногда используют акроним LIFO (От англ. Last In, First Out ). Работа этого типа памяти напоминает работу насоса ( pipe ), которой первой извлекает вещество, которое поступило в контейнер последним, поэтому такую память иногда называют “ pipe ”.
FIFO используется для буферизации данных, и контроля потоков. Этот тип памяти иногда называют кольцевым, поскольку по мере заполнения буфера хвост очереди перемещается к началу и соответственно запись производится в перемещающийся хвост. При работе с FIFO используются два указателя, один на адрес записи, второй – на адрес считывания. Вначале адреса записи и считывания совпадают. При записи соответствующий адрес уходит вперед. При считывании адрес считывания догоняет адрес записи, когда адреса сравняются генерируется сигнал, что буфер пуст. Если при записи соответствующий адрес догоняет адрес считывания, то генерируется сигнал – буфер полон.
FILO ( акроним от англ. First - In, Last - Out ) Этот тип памяти реализует случай, когда первая, помещенная в стек запись, первой же и извлекается, обслуживание очереди начинается с её головы. В этом случае все происходит как в очереди людей, когда человек, попавший в хвост должен дожидаться того момента, когда он перейдет в голову очереди. Этот тип памяти обычно используется в контролерах дисков, когда обслуживание запросов осуществляется по мере их поступления.

Сдвиговые регистры

Сдвиговые регистры представляют линейную последовательность триггеров, в которой вход последующего регистра соединяется с выходом предыдущего. Перемещение за один такт осуществляется на одну ячейку. Сдвиговые регистры могут быть двунаправленными, кроме, они могут запускаться параллельно, иметь разветвления ( SIPO от англ. serial-in, parallel-out) и объединения ( PISO от англ. parallel-in, serial-out ). Если объединить и выход регистра, от образуется кольцевой регистр. more complex computation. На рисунке 1 показан пример сдвигового регистра 4-Bit SIPO.

 

Рисунок 1 – сдвиговый регистр 4-Bit SIPO

На рисунке 2 показан пример сдвигового регистра 4-Bit PISO.

Сдвиговые регистры широко применяются для преобразований, осуществляемых между последовательными и параллельными интерфейсами, в качестве линий задержки. Соединенные параллельно сдвиговые регистры используются для создания стека. Сдвиговый регистр может быть использован для генерации импульсов. В этом случае он должен иметь внешние часы.

Энергонезависимые устройства памяти

EPROM, PROM

Энергонезависимая память на протяжении многих лет оставалась мечтой разработчиков. Действительно в целом ряде приложений запись производится очень редко (например при конфигурации компьютера пользователем) и до недавнего времени после выключения устройства необходимо было чтобы какой то источник оставался в работе и поддерживал хранение информации. Устройства с редкой перезаписью должны обеспечивать – энергонезависимость хранения и возможность быстрого считывания в любой момент. Стираемая, предназначенная только для считывания память EPROM ( от англ. E rasable P rogrammable R ead- O nly M emory )хранит данные при отключенном питании. Для записи информации ячейки памяти требуют специального режима с повышенным напряжением. Поэтому запись осуществляется чрезвычайно редко и устройство работает, в основном, только на считывание. Записанначя информация может быть стерта вся одновременно при освещении микросхемы ультрафиолетовым излучением. ( 235 нм) в течение определенного времени. Для доступа излучения к чипу над ним в корпусе монтировалось тонкое кврцевое окошко (см. рис. справа). EPROM могут хранить информацию не менее 10 - 20 лет и обеспечиваю не ограниченное число считываний. Первые микросхемы этого типа были предложены изрильским инженером D Frohman в 1971г. Каждая хапоминающая ячейка EPROM содержала один МДП транзистор с многослойным подзатворным диэлектриком, в который инжектировался статический заряд.
Для целого ряда применений требуется только однократная запись информации (например словари, карты и т.п.). Это архивный тип памяти PROM (от Progtammable ROM), предназначенный тоько для считывания. Запись ROM, как правило, осуществляется производителем путем плавления перемычек между адресной шиной и шиной слов. Этот микросхемы сравнительно просты в производстве, т.е. дешевы, надежны, имеют высокое быстродействие. Однако, однажды записанная информация не может быть стерта. Этот тип памяти иногда называют постоянным запоминающими устройтвами ( ПЗУ ), в отличие от перезаписываемых ПЗУ (ППЗУ) к которым относятся EPROM. Этот тип памяти был предложен в 1956 Wen Tsing Chow, рабоатавшем в Нью-Йоркском отелении " Bosch Arma Corporation" над заказом для ВВС США. Первое время эти схемы были засекречены и использовались для программирования целей.

EEPROM (E ²ROM), FLASH

EEPROM ( от англ. E lectrically E rasable P rogrammable R ead- O nly M emory) относятся к программируемым потребителем энергонезависимым устройствам памяти. Основным элементом запоминающей ячейки в них является плавающий транизистор. EEPROM используются для записи небольших объемов информации. В тех случаях, когда требуется записывать большие объемы информации используется Flash память. В ячейке Flash так же используется траннзистор с плавающим затвором, однако применение в этих схемах покадровой (Flash) записи значительно уменьшает её время. Работы в области EEROM были начаты в 1983 George Perlegos (Intel) и продолжаются до настоящего времени.
Поскольку запись информации происходит в режимах близких к предельным при и при хранении информации происходит потеря части информации для E²ROM важное значение имеет проблема надежности хранения информации и срока службы микросхемы. Производители обычно гарантируют х В настоящее время Flash память вобрала в себя основные достижения в области как МОП технологии, так и организации памяти, поэтому рассмотрению этого типа памяти будет уделено особое внимание.

ЗАКОН МУРА

На заре полупроводниковой электронике одним из ведущих специалистов Intel было высказано предположение, что число транзисторов на монтируемом в корпус кристалле (чипе) будет удваиваться примерно каждые два года [ 1]. Это гениальное предсказание, к удивлению потребителей, начало выполняться и получило название “Закона Мура”. Закон Мура не является неким естественным законом природы, выполняющимся вне зависимости от воли человека. Этот закон творят десятки тысяч разработчиков и технологов во всем мире. Он дал разработчикам микросхем цель, к которой надо стремиться, в которую они поверили и заложили во все свои планы. Был тщательно продуманы и увязаны между собой все планы развития физики, технологии и схемотехники полупроводниковой электроники. Такой подход позволил оптимальным образом использовать финансовые, технические и интеллектуальные ресурсы, к которым имеют доступ разработчики. Если на первых парах, для выполнения закона Мура достаточно было усилий отдельных фирм-производителей, то по мере усложнения задач для достижения поставленных целей потребовалась кооперация в рамках всей отрасли, затем страны и сейчас эта задача преобрела международное значение. Чему в немалой степени способствовал снижение угрозы мировой войны и соответственно снижение атмосферы секретности и недоверия.
В законе Мура, в простой и понятной форме указан путь, который должен привести к непрерывному развитию информационной электроники, а именно к неуклонному повышению её быстродействия, снижению мощности, снижению экономических затрат, при повышении вычислительной мощности. В свою очередь повышение вычислительной мощности способствует повышению производительности интеллектуального труда, росту производства и увеличению притока средств в электронную промышленность. Таким образом, круг замкнулся что и обеспечило выполнение этого закона развития полупроводниковой электроники на протяжении многих лет, о чем свидетельствует график, приведенный на рисунке3.

 

МАСШТАБИРОВАНИЕ

Закон Мура не работает автоматически. На каждом шагу приходится преодолевать технологические трудности, изобретать новые приемы. Это и есть принцип развития. Никогда ни один производственная закономерность не задана наперед. Есть общие принципы, которые, в частности, задаются правилами масштабирования. Далее необходим труд, квалификация и талант исполнителей. В качестве примера в таблице продемонстрировано влияние технологических усовершенствований внедренных для " поддержания" закона Мура при сокращении размеров элементов Flash памяти (при использовании принципа масштабирования).

Характеристический размер технологии	Принципиальное т ехнологическое усовершенствование
1, 5 мкм	Создание Flash
1 мкм	Совершенствование изоляции ячейки, улучшающее позицонирование затвора. Повышение качества операций цикирования.
0, 8 мкм	Утопленный LOCOS
0, 6 мкм	Самосовмещенный исток. Масштабирование подзатворного окисла
0, 4 мкм	Intel " Strata" конструкция ячейки. Стирание отрицательным напряжением затвора.
0, 25 мкм	Изоляция канавкой
0, 18 мкм	Самосовмещенный плавающий затвор. Сложный переферийный окисел. Не заземленные контакты
0, 13 мкм	Канальне стирание. Двойная канавка. Двойной затворный разделитель. Беспроводной интернет на чипе.

В настоящее время МОS технология является основной технологией, развитие которой, обеспечивает выполнение закона Мура. На рисунке 4 показаны основные усовершенствования. К таким усовершенствованиям можно отнести: переход от поликремниевого затвора к металлическому (верхние картинки), переход к объемному транзистору с вертикальным каналом - средняя и нижние картинки, совершенствование планарной структуры - переход к объемному транзистору с высокой подвижностью носителей в канале (нижние картинки). Под картинками обозначены основные технологические узлы и годы внедрения соответствующей технологии, в том числе и прогнозируемые в соответствии с законом Мура.

рисунок 4 совершенствование технологий транзисторов

На правом рисунке на основе анализа существующих данных, а так же масштабирования, приведены графики развития по годам устройств на основе МДП транзисторов различными типами технологических усовершенствований. Как видно из графиков к 2015 - 2020 годам длина канала транзистора должна уменьшиться до 10 нм.

Как видно из графиков,

 

Правый график показывает существующее и прогнозируемое изменение тактовой частоты устройств, исподльзующих кремниевую М ДП технологию. Предполагается, что к 2022 году частота должна достигнуть 14. 3 ГГц.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: