Физикалық көрінісі

Қазіргі компьютерлердегі физикалық DRAM жады аналық платаға модуль қосуда қолданылатын жады микросхемасы мен ажыратқыш орналасқан электрондық плата - модуль түрінде бейнеленеді. Жады микросхемасы ішінде ұяшықтар ролін атқаратын конденсатор мен транзисторлар бар. Конденсатор ұяшыққа бірлік бит енгізсе, зарядталады, ал ұяшыққа нолдік бит енгізілсе разрядталады. Транзистор конденсатор ішіндігі зарядты ұстап тұру үшін қажет. Оперативтік жадыға электр энергиясы берілмеген болса конденсатордың зарядталуы тоқтатылып, жады босайды.

DRAM жадының сипаттамасы.

DRAM-ның негізгі сипаттамасы болып тайминг пен жұмыстық жиілік болып табылады. Ұяшыққа назар салу үшін контрллер банк номерін, бет номерін, жол мен баған номерін енгізеді, осы сұраныстың бәріне уақыт бөлінеді. Бұл уақыттан бөлек банкты ашып жабу үшін операторлар орындалғаннан кейін үлкен мерзімді уақыт өтеді. Әр әрекет үшін уақыт қажет, оны тайминг деп атайды. DRAM-ның негізгі таймингі болып баған мен жол номерін енгізуге кеткен кідіріс болып табылады, оны толық мүмкіндік уақыты деп атайды. Тайминг наносекундпен өлшенеді, тайминг өлшемі неғұрлым аз болса, оперативті жады соғұрлым тез жұмыс жасайды.

Жұмыс жиілігі мегагерцпен өлшенеді және жады жұмыс жиілігінің ұлғайтылуы оның жылдам жұмыс істеуіне түрткі болады.

Ндірушілер

2008 жылғы қорытынды бойынша ең ірі өндірушілер бестігіне Samsung, Hynix, Elpida, Micron, Qimonda кірді. Samsung рыноктың 27% қамтиды. Алайда, дайын DRAM модульді өндірушінің ішінде өндіріс көлемі бойынша лидер болып американдық Kingston есептеледі.

Шы дәріс. Тақырыбы: Маскалық, бағдарланатын және қайта бағдарланатын (репрограммаланатын) тұрақты есте сақтау жадылары (ROM, PROM, EPROM ЕЕРROM). Флэш жады.

Есте сақтау құрылғылары (ЕСҚ) ақпараттты сақтау және басқа сандық (цифрлық) құрылғылармен ақпарат алмасу қызметін атқарады. Сақтау микросызбалары (микросхема) интегралды сызбаның жалпы көлемінің 40-70 % орнын алады және әр түрлі бағыттағы көптеген жүйелерде маңызды қызмет атқарады. Сақтау микросызбаның негізгі қызметі мекендік (адресный) жазбада ақпаратты санау және оны сақтау болып табылады. Схемотехнология және жаңа архитектураларды дамыту салалары микросызбалар мен сақтау жүйелерін әруақытта жетілдіріп отырады. Қазіргі уақытта ЕСҚ-ның көп түрлері жасалып, қолданысқа енген. ЕСҚ-ның маңызды көрсеткіштері қарама-қайшы болып келеді. Мысалы: үлкен ақпаратты сыйымдылық тез жылдамдылықпен сәйкес келмейді, ал тез жылдамдылық өз кезігінде төмен бағамен сәйкес келмейді. Сондықтан сақтау жүйелеріне көпсатылы иерархиялық құрылым тән және ЕСҚ-ның қызметіне байланысты олардың жасалуында үлкен айырмашылықтар болуы мүмкін. Есептеу техникасының техникалық көрсеткіштері ЕСҚ-ның көрсеткіштеріне тәуелді болып табылады.

ЕСҚ-ын жіктеуде деректерді алу мүмкіндіктерінің әдістері маңызды сипаттама болып табылады. Жартылай өткізгішті ЕСҚ-лары мекендік, тізбектік, ассоциативті болып үшке бөлінеді. Мекендік деректерді алу мүмкіндігінде мекендік енудегі кілт алмасу жүріп жатқан ұяшықты көрсетеді. Мекендік жадыдағы барлық ұяшықтар сұраныс мезетінде бірдей қолжетімді. Бұл ЕСҚ-лары өте жақсы дайындалған және жадының басқа түрлері сәйкес өзгертулер жасалған мекендік жадының негізінде жасалады. Мекендік жадылар RAM (Read Access Memory, Оперативті есте сақтау құрылғылары) және ROM (тұрақты есте сақтау құрылғылары) болып екіге бөлінеді.

ROM(Read Only Memory).Тұрақты есте сақтау құрылғысының (ТЕСҚ) мазмұны өзгермейді немесе арнайы режимде ғана өзгереді. Бұл жады тек оқу үшін арналған. ROM типті тұрақты жады интегралды технологияларды жасау әдістерінде сонда қолданылатын бір маска көмегімен бағдарланады. ROM типті тұрақты жады қолданушылар үшін расында да тұрақты жады болып табылады. Себебі ол жадының мазмұнын өзгерте алмайды. Келесі ROM типті жадылардың үш түрлерінде P әрпі кездеседі. Ол – қолданушымен бағдарланатын жады. Оның мазмұны бір рет немесе ескі ақпаратты жойып, жаңа ақпаратты жазу арқылы өзгертуге болады. EPROM-да ультракүлгін сәуле көмегімен кристалды сәулелендіру арқылы ескі мәлімет жойылады. EEPROM-да ақпаратты жою электрлік сигнал көмегімен орындалады. Flash типті жады сақтау элементтері бойынша EEPROM типті жадыға ұқсас, бірақ құрылымды және технологиялық ерекшеліктер болғандықтан оны бөлек тип ретінде қарастыруға болады.

PROM (Programmable ROM).Бағдарланатын тұрақты есте сақтау құрылғысы (БЕСҚ)-деректер тек қана бір рет жазылатын жады микросызбасы. RAM типті жадыдан айырмашылығы өзінің мазмұнын компьютердің электр қорегі сөнген кезде де сақталады. PROM-ның ROM-нан айырмашылығы жасалған кезде оның жадысы бос болады. PROM микросызбасына жазба жазу PROM программатор атты арнайы құрылғы арқылы жасалады. MaskROM-ды алмастырған алғашқы бағдарланатын ТЕСҚ жанып кететін сақтандырғыш базасында жасалды. Өздігінен ақпаратты жаза алу мүмкіндігі оларды бір-бірлеп және ұсақ тиражбен өндіруге жарамды қылды. Ең маңызды кемшіліктері ретінде ақаулардың үлкен пайыздылығы және арнайы ұзақ термикалық жаттығудың қажеттілігі, себебі онсыз деректерді сақтаудың сенімділігі төмен болатын еді.

EPROM(Erasable Programmable ROM) –ультракүлгін сәулелер көмегімен деректерді кетіретін PROM-ның арнайы түрі. Кетірілгеннен кейін микросызба кері бағдарлана алады. EPROM-ң PROM-нан айырмашылығы PROM-дағы жазба бір рет қана жазылып, кетірілмейді. EPROM дербес компьютерлерде кеңінен қолданылады, себебі олар өндірушілерге PROM мазмұнын өзгерту мүмкіндігін береді. EPROM-да биттер 0 бит қаланатын field-effect транзистордың еркін қақпаларында жоғарғы кернеу бар электрондар инжекциясымен бағдарланады. Бұнда электрондар қақпанға түседі, себебі өткізілмейтін транзистор 0 ретінде оқылады. EPROM-ды кетіру үшін ұсталған электрондарға кварцтық терезе арқылы ультракүлгін сәулелендірумен микросызбаны бомбылау жолымен еркін қақпадан өтуге қажет энергия беріледі. Қарапайым қолданыс кезінде екі-үш жыл бойы жай тазаруды күндік және флуросценттік жарықтан қорғау үшін кварцтік терезе мөлдір емес қабықпен жабылады.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM).Олар PROMсекілді,бірақ электрлік кетіруді қолданады.EEPROM - PROM-ның арнайы түрі.PROM-ның басқа түрлері секілді мазмұны сақталады. EEPROM FLASH жады секілді бірақ EEPROM деректерді байттап санау немесе жазу жүргізеді, ал FLASH жады деректерді бок бойынша жойып немесе жаза алады. Сондықтан FLASH жады тез болып табылады.

FLASH жады: байт бойынша емес, блок бойынша бағдарланатын немесе жойылатын ЕEPROM-ның арнайы түрі. BIOS көптеген дербес компьютерлерде FLASH жадыда орналасқан, сондықтан ол қажет жағдайда жаңартылуы мүмкін. Бұндай BIOS FLASH BIOS деп аталады. FLASH жады модемдерде қолданады және өндірушілерге жаңа протоколдарды олардың стандарттары бойынша қолдануға мүмкіндік береді. FLASH жады (Flash Memory) – қатты денелі жартылай өткізгіш энерго тәуелсіз кері бағдарланатын жады түрі. Ол қанша болса да оқылады, бірақ оны жазу шектелген. (максималды – миллион цикл шамасында) Оның қозғалатын бөліктері болмағандықтан қатты дисктерге қарағанда FLASH жады шағын және сенімді. Өзінің шағындылығы, төмен энерго қолдануы мен арзандығының арқасында FLASH жады батарейка және аккумуляторда жұмыс істейтін протативті құрылғыларда кеңінен қолданылады. Протативті құралдар: сандық фотокамера, сандық диктофон, MP3-плеер, ұялы телефон, смартфон, коммуникатор. Одан басқа ол қосылған (встроенный) бағдарламаны қамтамасыз етуге әр түрлі құрылғыларда, әр түрлі бақылаушыларда (контроллерах) қолданылады және соңғы уақыттарда USB флэш брелоктар көп таралған.

2008 жылдың соңында флэш жады негізінде жасалған құрылғыларға қатты дискті нарықтан ығыстыруға оның баға мен көлем арасындағы қатынастың үлкен болуы кедергі болып отыр. Бірақ бұл бағытта жұмыстар істелуде, бәсекелестік күшейіп, технологиялық үрдіс арзандап жатыр. Көптегн фирмалар көлемі 255ГБ және одан артық SSD жинақтағыштарының шығарылғаны жайлы хабарлады. Флэш жадының қатты дискке қарағанда тағы бір кемшілігі төмен жылдамдық болып табылады.

Жұмыс істеу әрекеттері

Флэш жадыны бағдарлау Флэш жадыны кетіру

Флэш жады ақпаратты ұяшық деп аталатын еркін затворлары бар транзистрлар массивінде сақтайды. Бір деңгейлі ұяшықтардан тұратын дәстүрлі құрылғылардың әр қайсысы бір битті сақтай алады. Көп деңгейлі ұяшықтардан тұратын жаңа құрылғылар транзистордың еркін затворында электрлік зарядтың әр түрлі деңгейін қолданып бір биттен көбін сақтауы мүмкін. Флэш жадының бұл типі НЕМЕСЕ-ЕМЕС (NOR) элементі негізінде жасалған, себебі еркін затворлы транзистрде затвордағы төмен кернеу бірді білдіреді. Транзисторда екі затвор бар: басқаратын және еркін. Соңғысы толығымен оқшауланған және он жылға дейін электронды ұстай алады. Ұяшықтың ағыны және бастауы бар. Кернеумен бағдарланған кезде басқаратын затворда электрлік өріс пайда болады және туннельді эффект құрылады. Кейбір электрондар изолятор қабаты бойынша туннелденеді және еркін затворға түсіп, сонда болады. Еркін затвордағы заряд оқу кезінде қолданылатын ағын-бастау каналының «енін» және өткізгіштігін өзгертеді. Ұяшықты бағдарлау және оқу энергия қолдану бойынша бөлінеді: флэш жады құрылғысы жазба кезінде көп ток қолданылады, ал оқу кезінде энергия аз кетеді. Ақпаратты жою үшін басқаратын затворға жоғарғы теріс кернеу беріледі және электрондар еркін затвордан бастауға ауысады. NOR архитектурасында әр транзистрге сызбаның көлемін арттыратын жеке контакт орнату қажет. Бұл мәселе NAND архитектурасы көмегімен шешіледі.

NAND негізінде ЖӘНЕ-ЕМЕС элементі жатыр. Жұмыс принципі тап сондай, NOR типінен тек ұяшықтарды орналастырумен және олардың байланысымен ерекшеленеді. Қорытындысында әр ұяшыққа жеке байланыс орнатпауға болады, сондықтан NAND чипінің көлемі мен бағасы айтарлықтай төмен. Бірақ бұл архитектура дербес ұяшықты қарау мүмкіндігін бермейді. NAND және NOR қазір қатар қолданылады және деректерді сақтаудың әр түрлі саласында қолданылатындықтан бір-бірімен бәсекеге түспейді.

Статья I. Флэш жадыны 1984 жылы Toshiba қызметкері Фудзи Масуока (Fujio Masuoka) ойлап тапты. «Флэш» деген атауды Toshiba қызметкері Фудзидің жұмыстас серігі Седзи Ариизуми (Shoji Ariizumi) ойлап тапты, ақпаратты жою үрдісі оған фотожарқынды еске түсірді. 1984 жылы Масуока өзінің жұмысын Сан-Францискода өткен International Electron Devices Meeting (IEDM)-да таныстырды. Intel бұл жаңалықтан үлкен әлеует көріп, 1988 жылы алғаш рет коммерциялық NOR типті флэш-чипті шығарды.

NAND типті флэш жады 1989 жылы Toshiba компания International Solid-state Circuits Conference-та жариялады. Онда жазудың үлкен жылдамдығы мен чиптің кішкентай көлемі болды.

2008 жылдың соңында флэш жады шығару бойынша көшбасшылар Samsung (31%) және Toshiba(19%) болып табылады. NAND типті флэш жадының чипін стандарттаумен Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI) айналасады. Ағымды стандарт болып 28 желтоқсан 2006 жылы шығарылған ONFI спецификациясының бір нұсқасы саналады. NAND чипін өндіру бойынша Samsung пен Toshiba-ның бәсекелестері: Intel, Hynix, Micron Technology ONFI тобын қолдайды.

Флэш жадылы кейбір құрылғылардың жылдамдығы 100 мб/с-қа жетуі мүмкін. Флэш жадының чипінің көлемі килобайт- гигабайтпен өлшенеді.

Қазіргі таңда қатты дискті флэш жадыға ауыстыру мүмкіндіктері қарастырылуда. Соның арқасында компьютер қосу жылдамдығы артады және қозғалатын бөліктердің болмауы жұмыс істеуін мерзімін кеңейтеді.

Бақылау сұрақтары:

1. Жартылай өткізгішті ЕСҚ-лары нешеге бөлінеді және қалай аталады?

2. Мекендік (адрестік) жадылар нешеге бөлінеді және қалай аталады?

3. ROM дегеніміз не?

4. RAM дегеніміз не?