agazyn lektroniki żytkowej



Podobne dokumenty
Pamięci magnetorezystywne MRAM czy nowa technologia podbije rynek pamięci RAM?

Dyski półprzewodnikowe

Temat: Pamięci. Programowalne struktury logiczne.

Zastosowanie GMR w dyskach twardych HDD i pamięci MRAM

Architektura komputerów

Obsługa kart pamięci Flash za pomocą mikrokontrolerów, część 1

43 Pamięci półprzewodnikowe w technice mikroprocesorowej - rodzaje, charakterystyka, zastosowania

Architektura komputerów

Architektura systemu komputerowego

Cyfrowe układy scalone

Struktura i funkcjonowanie komputera pamięć komputerowa, hierarchia pamięci pamięć podręczna. System operacyjny. Zarządzanie procesami

Potrzeba instalacji w napędach SSD akumulatorów ograniczała jednak możliwości miniaturyzacji takich napędów.

Komputer IBM PC niezależnie od modelu składa się z: Jednostki centralnej czyli właściwego komputera Monitora Klawiatury

Pamięć wirtualna. Przygotował: Ryszard Kijaka. Wykład 4

Przygotowanie do etapu szkolnego Wojewódzkiego Konkursu Informatycznego w roku szkolnym 2016/2017. Budowa komputera, część 1.

Podstawy Informatyki JA-L i Pamięci

Test dysku Intel SSD DC S GB. Wpisany przez Mateusz Ponikowski Wtorek, 22 Październik :22

Cyfrowe układy scalone

Pamięć flash i dyski SSD. Pudełko UTK

PROJEKTOWANIE UKŁADÓW VLSI

dr hab. Joanna Jędrzejowicz Podstawy informatyki i komputeryzacji Gdańska Wyższa Szkoła Humanistyczna

Dydaktyka Informatyki budowa i zasady działania komputera

Technika mikroprocesorowa. W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08

Technologia informacyjna. Urządzenia techniki komputerowej

Podstawy Mikroelektroniki

Artykuł zawiera opis i dane techniczne

Twardy dysk. -urządzenie pamięci masowej

Od palmtopa do laptopa

Badanie działania bramki NAND wykonanej w technologii TTL oraz układów zbudowanych w oparciu o tę bramkę.

RODZAJE PAMIĘCI RAM. Cz. 1

Popularne pamięci FLASH firmy GigaDevice

Badanie przerzutników astabilnych i monostabilnych

(13) B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1 G06F 12/16 G06F 1/30 H04M 1/64. (57)1. Układ podtrzymywania danych przy

Część 3. Przegląd przyrządów półprzewodnikowych mocy. Łukasz Starzak, Przyrządy i układy mocy, studia niestacjonarne, lato 2018/19 51

W książce tej przedstawiono:

Pamięci półprzewodnikowe w oparciu o książkę : Nowoczesne pamięci. Ptc 2013/

Elementy przełącznikowe

Pamięci RAM i ROM. R. J. Baker, "CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation", Wiley-IEEE Press, 2 wyd. 2007

BADANIE PRZERZUTNIKÓW ASTABILNEGO, MONOSTABILNEGO I BISTABILNEGO

Elektronika. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

Elektronika i techniki mikroprocesorowe

płytka montażowa z tranzystorami i rezystorami, pokazana na rysunku 1. płytka montażowa do badania przerzutnika astabilnego U CC T 2 masa

Architektura komputerów

Systemy operacyjne i sieci komputerowe Szymon Wilk Superkomputery 1

NB Sweex Card Reader 16 in 1 USB 2.0

Pamięć. Podstawowe własności komputerowych systemów pamięciowych:

(54) (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 PL B1 C23F 13/04 C23F 13/22 H02M 7/155

Podstawy obsługi komputerów. Budowa komputera. Podstawowe pojęcia

Kondensatory. Konstrukcja i właściwości

Technika mikroprocesorowa

BUDOWA KOMPUTERA. Monika Słomian

Składowanie danych. Tomasz Lewicki. maj WWSIS, Wrocław. Tomasz Lewicki (WWSIS, Wrocław) Archiwizacja dokumentów i danych maj / 17

Lampy operacyjne FAM-LUX LO-23. Produkt został wykonany z materiałów, o właściwościach antybakteryjnych.

Przekaźnik sygnalizacyjny PS-1 DTR_2011_11_PS-1

SYSTEMY OPERACYJNE I SIECI KOMPUTEROWE

Wykład II. Pamięci półprzewodnikowe. Studia Podyplomowe INFORMATYKA Architektura komputerów

Opracował: Grzegorz Cygan 2012 r. CEZ Stalowa Wola. Pamięci półprzewodnikowe

Obwody prądu stałego. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12)Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

PAMIĘCI. Część 1. Przygotował: Ryszard Kijanka

Zadania z podstaw elektroniki. Zadanie 1. Wyznaczyć pojemność wypadkową układu (C1=1nF, C2=2nF, C3=3nF):

Rozwiązywanie umów o pracę

Jak funkcjonuje nagrywarka DVD

Pamięci półprzewodnikowe

Pamięci RAM i ROM. Pamięć RAM 2. R. J. Baker, "CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation", Wiley-IEEE Press, 2 wyd (C mbit.

Dielektryki polaryzację dielektryka Dipole trwałe Dipole indukowane Polaryzacja kryształów jonowych

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

Jednostka centralna. Miejsca na napędy 5,25 :CD-ROM, DVD. Miejsca na napędy 3,5 : stacja dyskietek

SYMBOLE GRAFICZNE. Tyrystory. Struktura Charakterystyka Opis

1. Budowa komputera schemat ogólny.

Podręcznik użytkownika

TEORIA TRANZYSTORÓW MOS. Charakterystyki statyczne

Spis treści. UTK Urządzenia Techniki Komputerowej. Temat: Napędy optyczne

Kopiowanie, przenoszenie plików i folderów

Układy pamięci firmy Microchip w ofercie TME

Test wiedzy z UTK. Dział 1 Budowa i obsługa komputera

WPROWADZENIE Mikrosterownik mikrokontrolery

1. ZASTOSOWANIE 2. BUDOWA

Logiczne układy bistabilne przerzutniki.

Lekcja 59. Histereza magnetyczna

urządzenie elektroniczne służące do przetwarzania wszelkich informacji, które da się zapisać w formie ciągu cyfr albo sygnału ciągłego.

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

Elementy cyfrowe i układy logiczne

Materiały pomocnicze 10 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

DYSKI SSD. Skrót SSD pochodzi od Solid State Disk (albo Drive), co po polsku można przetłumaczyć jako dysk (lub napęd) stały.

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

Politechnika Białostocka

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 PL B1 H04M 11/00 H04L 12/16 G06F 13/00 RZECZPOSPOLITA POLSKA. (21) Numer zgłoszenia:

Wzmacniacze operacyjne

G H J E PL. C A: Oznaczenia kart B: Gumowe nóżki C: Rzepy D: Kontrolka aktywności E: Kontrolka zasilania

IV. TRANZYSTOR POLOWY

ELEMENTY UKŁADÓW ENERGOELEKTRONICZNYCH

Mikrokontrolery AVR techniczne aspekty programowania

Magistrala systemowa (System Bus)

(43)Zgłoszenie ogłoszono: BUP 24/98

SDD287 - wysokoprądowy, podwójny driver silnika DC

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Architektura komputera. Cezary Bolek. Uniwersytet Łódzki. Wydział Zarządzania. Katedra Informatyki. System komputerowy

Test z Urządzenia Techniki Komputerowej - klasa II FI

Podstawy użytkowania i pomiarów za pomocą MULTIMETRU

Transkrypt:

agazyn lektroniki żytkowej U M dodatek do miesięcznika P o z n a ć i z r o z u m i e ć s p r z ę t To warto wiedzieć Opowieść o wyłączniku światła w łazience i o gotowaniu mleka, czyli powrót pamięci magnetycznych część 2 FLASH W roku 1979 przedstawiono inną koncepcję, która pojawiła się jako komercyjny produkt w roku 1984. Pamięć FLASH jest w sumie bardzo podobna do pamięci EEPROM: moż na ją zapisywać i kasować elektrycznie. Róż nica polega na tym, że w pamięci EEPROM selektywnie zapisuje się i automatycznie ka suje pojedyncze bity czy bajty, a w pamięci FLASH zapis nowych danych wymaga wcześ niejszego skasowania całego sektora (kilkaset lub więcej bajtów). Skasowanie to przy wrócenie stanu, powiedzmy, spoczynkowego. Choć w pamięci FLASH nie można zmie niać dowolnie zawartości pojedynczych ko mórek, jak w pamięciach RAM i EEPROM, jednak wbrew pozorom nie jest to wadą, po nieważ w większości zastosowań nie ma po trzeby indywidualnego kasowania i zapisy wania pojedynczych bajtów. A rezygnacja z kasowania pojedynczych komórek pozwala uprościć komórkę (jeden tranzystor), a tym samym uzyskać większą gęstość upakowania i pojemność, porównywalną z pamięciami EPROM oraz zmniejszyć cenę. Pamięć FLASH to też matryca komórek, zorganizowanych w rzędy i kolumny. Rysu nek 8 pokazuje uproszczoną budowę prostej pamięci, zwanej FLASH NOR. Podstawą jest zawsze komórka pamięci, zawierająca tranzy stor MOSFET i wykorzystująca pojemność pływającej bramki. Ta pojemność jest w pa mięci FLASH zadziwiająco mała, wynosi drobny ułamek pikofarada (rzędu 1 femtofa rada). Pływająca bramka, całkowicie odizolo wana od pozostałych elementów, pełni rolę pułapki potencjału (potential well). Odczyt pamięci to po prostu sprawdzenie stanu nała dowania tej pojemności. Odczyt polega w su mie na podaniu odpowiedniego napięcia na bramkę sterującą (control gate) i stwierdze niu, czy tranzystor przewodzi, czy nie. Jest to możliwe wskutek pojemnościowego sprzęże nia obu bramek i kanału tranzystora (patrz rys. 5 w EdW 10/2002.) Stan tranzystora pod czas odczytu zależy ostatecznie od stanu nała dowania pływającej bramki. Rys. 8 Natomiast zapis i odczyt to zmiana ilości ładunku elektrycznego (elektronów) w ob szarze tej pływającej bramki. Do kasowania, czyli usuwania elektronów z obszaru pływa jącej bramki, na pewno wykorzystuje się oso Rys. 9 bliwe zjawisko tunelo wania (Fowler Nor dheim tunneling), zo brazowane wcześniej za pomocą przykładu z mlekiem. Poważnym problemem wytwór ców jest dobranie gru bości materiału izola cyjnego (dwutlenku krzemu, azotku krzemu) pływającej bramki oraz napięcia kasowania, by proces tunelo wania zachodził z akceptowalną szybkością i jednocześnie nie doprowadził do trwałego uszkodzenia warstwy tlenku. Czym grubsza warstwa tlenku, tym większa niezawodność, ale też większe napięcie jest wymagane do wystąpienia zjawiska tunelowania o odpo wiednim natężeniu i dłuższy czas programo wania/kasowania. We współczesnych pamię ciach FLASH grubość warstwy izolacyjnego tlenku wynosi zwykle tylko 10 nanometrów, a natężenie pola elektrycznego wymagane do powstania efektu tunelowego jest rzędu 700...1000V/mm. Wymagana jest tu zaska kująco duża precyzja. Użytkownik pamięci FLASH nie zdaje sobie sprawy, że potrzebne napięcia i czasy muszą być starannie dobrane oraz dostosowane do precyzyjnie dobranej, znikomej grubości izolacji bramki. Potrzebne podwyższone napięcia (zwykle ok. 12V) są generowane wewnątrz układu scalonego, a inne obwody zapewniają potrzebne se kwencje czasowe impulsów kasujących, pro gramujących i odczytujących. Na rysunku 9 64 MEU Listopad 2002 Elektronika dla Wszystkich

pokazano w uproszczeniu komórkę pamięci FLASH i napięcia na elektrodach podczas poszczególnych operacji. Pamięci FLASH są realizowane w roz maity sposób, stąd określenia NAND, AND, NOR, DINOR, itd. Przykładowo pamięci FLASH NOR są najprostsze. Zapis następu je z użyciem gorących elektronów (HEI), kasowanie wskutek efektu tunelowego, szybkość zapisu i odczytu jest dobra, ale wielkość komórki uniemożliwia uzyska nie dużych pojemności. Pamięci FLASH NAND do zapisu i odczytu wykorzystują efekt tunelowy. Umiarkowana wielkość ko mórki, niskie napięcie zasilania (3,3...5V), szeregowy dostęp do danych, niewielki po bór mocy są w wielu zastosowaniach istot nymi zaletami. Z kolei pamięci FLASH AND umożliwiają osiągnięcie większych pojemności (ponad 32MB) przy zachowaniu wielu innych zalet. Fotografie 5a...5c pokazują przykłady scalonych pamięci FLASH. Foto grafia 5a poka zuje nowoczesne pamięci w minia turowych obudo wach BGA z wy prowadzeniami kulkowymi. Fot. 5b Fot. 5c Co prawda nie sprawdziły się oczekiwania z końca lat 80., że pamięci FLASH błyskawicznie wyprą EPROM y, a to głównie ze względu na problemy z niezawod nością wczesnych wersji. Pamięci FLASH okazały się jednak na tyle atrakcyjne, że są obecnie szeroko stosowane. Głównie jako wy mienne nośniki danych. Podsta wowymi zaletami współczesnych pamięci FLASH są: trwały zapis (zwykle ponad 20 lat), możliwość wielokrotnego kasowania i zapisu (co najmniej tysiące razy), szybki odczyt. Pamięci Flash zastępują twarde dyski patrz fotografia 6, poka zująca stały dysk o pojemności 1GB. Dysk o znacznej pojemności niemający ruchomych części, pra cujący bez szumu, oferujący szyb ki dostęp do danych, mający małe wymiary i masę jest niewątpliwie atrakcyjny do wielu zastosowań. Niestety, koszt w przeliczeniu na jednostkę pamięci jest dużo wy ższy niż w dyskach twardych. Pamięć FLASH pełni rolę pa mięci programu w mniejszych mi kroprocesorach. Wspomniane pro cesory zawierają też pamięć EE PROM oraz RAM. Fotografia 7 pokazuje trzy takie mikrokontrole ry z rodziny AVR firmy ATMEL. Coraz popularniejsze karty SD (Secure Digital) oraz konkuren cyjne Memory Stick to nic inne go, jak pamięć FLASH w specy Fot. 6 Fot. 7 ficznej obudowie patrz fotografia 8. Wyko rzystywane są powszechnie w cyfrowych aparatach fotograficznych i kamerach. Karty pa mięci do gier komputero wych Nintendo N64 (fotogra fia 9), PlaySta tion czy Dre amcast firmy Fot. 9 Sega to także Fot. 5a Foto Intel Fot. 8 Elektronika dla Wszystkich Listopad 2002 ME U 65

pamięci FLASH. Takie nośniki jak Com pactflash (CF), MultiMediaCard (MMC), SmartMedia (SM), PCMCIA memory cards (Type I and Type II) też zawierają pamięć FLASH, a nie pamięć magnetyczną patrz fotografie 10, 11. Fot. 10a Fot. 10b mie obwodów odpowiednio wcześniej wy krywających wyłączenie zasilania. Zaletą jest duża szybkość pracy pamięci SRAM i nieo graniczona trwałość tej pamięci. Trwają próby zbudowania prostszych pa mięci będących połączeniem SRAM i EE PROM, ale nie jest to wiodący kierunek ze względu na niezbędny stopień skomplikowa nia komórki. FRAM Interesującym rozwiązaniem szybkiej pamię ci nieulotnej jest pamięć FRAM opracowana w firmie Ramtron w latach 1984 1992. W ro ku 1993 pojawiła się pamięć FRAM o po jemności 4Kb. Ramtron wszedł w strategicz ne alianse lub udzielił licencji takim firmom jak np. Rohm, Fujitsu, Toshiba, Samsung, Texas Instruments, Hitachi czy Infineon. Od ponad roku dostępna jest pamięć FM24C256 o pojemności 64kB, która jest zamiennikiem standardowej pamięci EEPROM 24C64. Na pięcie zasilania wynosi 3V, czas zapisu/kaso wania jest prawie 300 razy krótszy niż w pa mięci EEPROM, liczba cykli zapisu nieo graniczona (EEPROM 1 milion cykli). Trwałość zapisu wynosi co najmniej 10 lat. Od roku Fujitsu oferuje specjalizowane mikroprocesory jednoukładowe przeznaczo ne do wielofunkcyjnych kart chipowych, za wierające pamięć FRAM (32 bitowa jednost ka centralna, 64kB pamięci FRAM) patrz fotografia 12. pamięć FRAM nie Rys. 10 wykorzystuje ma teriałów ferroma gnetycznych, tylko ferroelektryczne. Są to mało popu larne materiały, które mogą zapa miętać kierunek pola elektrycznego. Dzięki pętli histerezy elektrycznej, poddane działaniu pola elektrycznego zapamiętują je go biegunowość, czyli polaryzację. Charak terystyka też wygląda tak, jak na rysunku 10. W zwykłych dielektrykach poddanych działaniu pola elektrycznego, nośniki ładun ku ulegają przemieszczeniu po wpływem po la, ale po jego zaniku wracają do neutralnego stanu spoczynkowego. W materiałach ferroe lektrycznych działanie pola elektrycznego o odpowiedniej biegunowości trwale zmienia polaryzację cząstek krystalicznego materiału czynnego. W pamięciach FRAM wykorzy stuje się materiał ferroelektryczny zwany PZT będący związkiem ołowiu, cyrkonu i ty tanu Pb(ZrTi)O 3. Zewnętrzne pole elek tryczne powoduje przeskakiwanie central nych atomów (cyrkonu/tytanu) między dwo ma stabilnymi położeniami. Ilustruje to rysu nek 11. Taki materiał ferroelektryczny zacho wuje się jak kondensator trwale ładowany na przemian napięciem o przeciwnej polaryzacji. Fot. 11 Nonvolatile RAM Pamięci FLASH mają liczne zalety, niemniej mała szybkość kasowania i zapisu, rzędu mi lisekund, jest barierą, uniemożliwiającą wy korzystanie ich w szeregu aplikacji. Wszę dzie tam, gdzie potrzebna jest pamięć nieu lotna o dużej szybkości, trzeba szukać innych rozwiązań. Od dawna znane są proste roz wiązania nieulotnych pamięci RAM (NVRAM lub NOVRAM nonvolatile RAM) polegające na zamknięciu w jednej obudowie pamięci RAM w wersji CMOS i baterii litowej. Wewnętrzna (niewymienna) bateria zapewnia podtrzymanie zawartości nawet przez 10 lat. Innym znanym rozwiązaniem jest połącze nie pamięci SRAM i EEPROM. Każda ko mórka pamięci RAM ma pomocniczą komór kę EEPROM. W razie zaniku zasilania zawar tość pamięci RAM zostaje skopiowana do EEPROM w ciągu 10ms. Po powrocie zasila nia, zawartość jest z powrotem kopiowana do RAM u. Wadą rozwiązania jest skompliko wana budowa i konieczność dodania w syste Fot. 12 Generalnie pamięć FRAM ma szybkość zapisu tysiące razy większą niż EEPROM i FLASH (70ns zapis i odczyt) i znacznie mniejszy pobór prądu podczas pracy (nawet 500 krotnie), a trwałość jest nieporównanie większa (co najmniej 100000 razy większa). Predestynuje to ją do pracy w nośnikach, gdzie wymagana jest nie tylko duża szyb kość, ale też niezawodność i bezpieczeństwo danych. Pamięć FRAM jest pamięcią ferroelek tryczną. Powszechnie znane i wykorzystywa ne są materiały ferromagnetyczne. Można po wiedzieć, że materiały ferromagnetyczne po trafią zapamiętać jedną z dwóch polaryzacji pola magnetycznego. Wynika to z charaktery styki magnesowania, która ma kształt pętli jak przypomina to rysunek 10. W materiałach ferromagnetycznych następuje niejako zapa miętanie kierunku pola magnetycznego dzię ki pętli histerezy magnetycznej. Omawiana Rys. 11 Komórka pamięci FRAM zawiera taki kon densator pamiętający i tranzystor MOSFET, analogicznie, jak wcześniej omówiona pa mięć DRAM. Odpowiednio ukształtowane linie adresowe pozwalają zmieniać stan kondensatora pamiętającego. Ponieważ ta ka konstrukcja nie wymaga odświeżania za wartości, zużycie energii, zarówno podczas pracy, jak w spoczynku, jest znikome. Choć pamięci FRAM mają liczne zalety i są do stępne od lat, na razie nie zdobyły wielkiej popularności, gównie ze względu na cenę i ograniczoną pojemność. Poważnym rywa lem dla pamięci FRAM mogą się okazać pa mięci MRAM, które obecnie wychodzą z eta pu prób i pomału wchodzą na rynek. MRAM Pamięć MRAM łączy w sobie bardzo ważne zalety trzech rodzajów pamięci: szybkość po równywalną ze SRAM, gęstość upakowania porównywalną z DRAM i trwałość zapisu pa mięci EPROM. Taka pamięć MRAM mogła by zastąpić w komputerach nie tylko pamięć 66 MEU Listopad 2002 Elektronika dla Wszystkich

RAM, ale i twardy dysk! Według oczekiwań twórców pamięć MRAM mogłaby być tańsza od dzisiejszych twardych dysków. I takie są oczekiwania zarówno twórców, jak i przy szłych odbiorców. Rewolucyjne pamięci MRAM, o ile tylko ich cena okaże się przy stępna, mogłyby szybko i skutecznie wy przeć z rynku wszystkie inne pamięci, w tym SRAM, DRAM i FLASH. Podstawową wadą pamięci MRAM jest... ich brak na rynku. Fo tografia tytułowa i fotografia 13 pokazują struktury pamięci MRAM opracowane w IBM. Fot. 13 Podstawowa komórka MRAM nie zawie ra kondensatorów i tranzystorów. Sercem jest tu ultraminiaturowe magnetyczne złącze tu nelowe (MJT Magnetic Tunnel Junction). Dwie warstwy ferromagnetyczne, np. kobal tu, są przedzielone warstewką dobrego izola tora, np. Al 2O 3.Warstwy ferromagnetyka (ko baltu) można niezależnie magnesować w jed nym z dwóch kierunków. Warstewka izola cyjna ma znikomą grubość rzędu 1nm, czyli grubość kilku atomów. Pomimo obecności cienkiej warstwy izolatora, przez takie złącze może płynąć prąd związany z omówionym wcześniej zjawiskiem tunelowania. Prąd pły nący przez złącze świadczy o rezystancji ta kiego złącza tunelowego wykorzystywane jest to do odczytu. A rezystancja złącza zale ży od wzajemnej orientacji magnetycznej (kierunków namagnesowania) dwóch warstw magnetycznych; orientacja zgodna mała re zystancja; przeciwna duża rezystancja. Na magnesowanie jednej z warstw złącza jest stałe dzięki dodatkowym zabiegom. Nama gnesowanie drugiej można zmieniać za po mocą pola magnetycznego, wytwarzanego przez prąd, płynący przez sąsiadującą linię zapisu. W ten sposób krótki impuls prądu płynącego obok zmienia stan komórki pa mięci, a o stanie o zawartości) komórki świadczy jej rezystancja. Budowę i działanie pamięci MRAM ilustruje rysunek 13. Rys. 12 Idea leżąca u pod staw pamięci MRAM jest prosta i znana od lat. Po czątki pamięci MRAM sięgają ro ku 1984, kiedy to w firmie IBM za częto nad nimi pra ce. IBM jest posia daczem kluczowych patentów. Niedaw no IBM i Infineon zdecydowały się wspólnie pracować nadtymi pamięcia mi. Zainteresowani nimi są też Hewlett Packard i Honey well. Znaczne osią gnięcia ma też Mo torola, która w czerwcu 2002 przedstawiła swój prototyp pamięci MRAM o pojemności Courtesy of International Business Machines Corporation. Unauthorized use not permitted. Rys. 13 Foto Fujitsu 1Mbit i czasie dostępu 50ns. Motorola, podobnie jak IBM/Infineon, przewiduje wprowadzanie pamięci MRAM na masowy rynek w roku 2004. Jeśli pamięci MRAM mają odegrać spodziewaną rolę, muszą być dopracowane do ostatniego szczegółu, a przede wszystkim muszą być bardzo tanie. Pomimo wielu lat badań i przeznaczenia na nie blisko 5 miliar dów dolarów, pamięci MRAM nie są jeszcze gotowe do masowego upowszechnienia. Wprawdzie pierwszy laboratoryjny model ujrzał światło dzienne w roku 1998, jednak droga do masowej produkcji jest nadal odle gła. Właściwości złącza bardzo silnie zależą od jednorodności i równości warstwy izola cyjnej. Wszystkie komórki muszą mieć jed nakowe właściwości. Dużym wyzwaniem jest też odmienna technologia produkcji i konieczność stosowania rzadkich, ko sztownych materiałów. Niemniej dokonany postęp jest ogromny. Udało się zmniejszyć rezystancję złącza 10 milionów razy. Udało się opanować problem zależności rezystancji złącza od grubości warstwy izolatora. Czasy zapisu i odczytu są rzędu 10ns, czyli kilka razy lepiej, niż w pamięciach DRAM. Wo bec tak fantastycznych perspektyw, inten sywne prace badawcze trwają i pojawienie się pamięci MRAM na rynku spodziewane jest w roku 2004. Inne rozwiązania i kierunki Rozwój w dziedzinie pamięci idzie w różnych kierunkach. Ulepszane są popularne dziś pa mięci, zwłaszcza RAM i FLASH. Spotyka się doniesienia o wyko rzystaniu innych mate riałów półprzewodni kowych, na przykład Odczyt Zapis Courtesy of International Business Machines Corporation. Unauthorized use not permitted. węglika krzemu (SiC), który zapewnia w su mie jeszcze lepsze pa rametry niż krzem. Komórki typowych pamięci DRAM, EE PROM i FLASH w rzeczywistości są elementami analogo wymi. Pamięci EE PROM (FLASH) są zresztą wykorzystywa ne w urządzeniach do analogowej rejestracji głosu, na przykład w układach rodziny ISD (Winbond). Sto pień naładowania kon densatora pamiętające go może odzwierciedlać więcej stanów, niż dwa (0, 1). Jeśliby układy za pisu i odczytu rozróż niały cztery stany, ozna czałoby to podwojenie Elektronika dla Wszystkich Listopad 2002 ME U 67

realnej pojemności pamięci. I takie opraco wania istnieją. Przy rozróżnianiu 8 pozio mów, pojemność wzrosłaby 4 krotnie. Proponuje się też zupełnie nowe rozwiąza nia. Na przykład istnieją laboratoryjne proto typy stałych pamięci optycznych. Firma Intel prowadzi badania między innymi nad pamię ciami polimerowymi oraz pamięciami OUM. Pamięć polimerowa nie zawiera tranzy storów. Jest to matryca zbudowana z polime rowych łańcuchów obdarzonych stałym ła dunkiem, umieszczona między rzędami pozio mych i pionowych linii. Podanie napięcia mię dzy jedną linię pionową i jedną poziomą adre suje jedną komórkę i pozwala zmienić polary zację zawartego w niej ładunku. Analogiczne zmierzenie biegunowości napięcia między ty mi dwoma liniami to odczyt zawartości tej ko mórki. Pamięci polimerowe są stosunkowo powolne, jednak ich zaletą jest niski koszt pro dukcji i możliwość zbudowania pamięci wie lowarstwowej o wielkiej pojemności. Po do pracowaniu technologii może to być dobry, bo tani kandydat do stosowania w sprzęcie elek tronicznym powszechnego użytku. Pamięci OUM (Ovonic Unified Memory) mają wiele wspólnego z popularnymi dyskami CD i DVD. W dyskach optycznych promień lasera silnie nagrzewa specjalnie dobrany ma teriał (stop) i zmienia jego właściwości optycz ne powodując zapis informacji. Kontrolowane w czasie podgrzanie tego samego fragmentu do nieco niższej temperatury przywraca pier wotną strukturę i powoduje skasowanie zapisu. W stałych pamięciach OUM wykorzysty wane są podobne materiały (stopy). Podobnie, jak w innych pamięciach stałych, cząstki ma teriału czynnego umieszczone są w węzłach siatki. Różnica w działaniu polega na tym, że materiał jest podgrzewany nie światłem lasera, tylko płynącym przezeń prądem. Także i tu temperatura i czas podgrzewania powodują zmiany struktury materiału między krystalicz ną a amorficzną. Zamiast jednak mierzyć zmianę właściwości optycznych, w pamię ciach OUM mierzy się zmiany rezystancji ma teriału, która jest różna w stanie krystalicznym i amorficznym. Prace nad opanowaniem tech nologii masowej produkcji są zaawansowane. Zaprezentowano nawet 4 magabitowy proto typ i może się okazać, że pamięć OUM jest dobrym konkurentem dla MRAM. Firma Axon zaproponowała jeszcze inne obiecujące rozwiązanie, nazwane PMCm (Programmable Metallisation Cell memo ry). Wykorzystuje ono trwałe zmiany rezy stancji substancji na drodze elektrochemicznej. Podstawą jest wykorzystanie elektrolitu zawie rającego jony srebra. Jony srebra mogą poru szać się bardzo szybko na krótkich dystansach pod wpływem pola elektrycznego. Elektrolit wraz z dwoma elektrodami tworzy komórkę pamięci. W stanie spoczynkowym komórka ma wysoką rezystancję. Podanie niewielkiego napięcia między elektrody (0,2V...0,25V) po woduje szybkie zredukowanie jonów srebra do srebra i utworzenie stabilnych połączeń elek trycznych między elektrodami rezystancja ra dykalnie maleje. Po podaniu napięcia o prze ciwnej biegunowości komórka wraca do stanu wysokiej rezystancji. Prawidłowo dokonany zapis utrzyma się przez wiele miesięcy. Odczyt polega na podaniu bardzo krótkiego impulsu, który sprawdza, czy komórka reprezentuje przerwę (pojemność), czy niską rezystancję. Czas dostępu jest na razie na poziomie 10ns, ale czas ten będzie krótszy w bardziej zminiaturyzowanych wersjach. Możliwości miniaturyzacji są bardzo dobre, osiągnięcie rozmiarów rzędu 10nm dałoby możliwość magazynowania nieprawdopodobnie wielkich ilości informacji. Dodatkową zaletą jest praca przy bardzo małych napięciach zasilania. Ma łe napięcie (200mV) i mały prąd (10µA) ozna czają też zadziwiająco mały wydatek energii na przełączenie czy odczytanie komórki. To też sprzyja dalszej miniaturyzacji. Pojawie nie się pierwszych komercyjnych pamięci PMCm spodziewane jest około roku 2004. Podsumowanie Rozwój w dziedzinie pamięci jest szybki, niemniej na razie podąża utartymi drogami, a kierunki wytyczone zostały na początku lat 70. ubiegłego wieku. Ze względu na rosnące potrzeby, należy się spodziewać, że współ czesne różnorodne rodzaje pamięci mogą zo stać zastąpione nowymi, zupełnie innymi rozwiązaniami. Bardzo poważnym kandyda tem na przyszłego zwycięzcę jest MRAM, ale różnorodność potrzeb może zaowocować współistnieniem kilku rodzajów pamięci. Ze względu na duży udział pamięci w rynku na leży się spodziewać, że przyszłość przyniesie interesujące i najprawdopodobniej zaskaku jące rozwiązania. Zbigniew Orłowski Komputer Narzędzie tortur. Hardware Techniczne określenie dla każdego elementu spokrewnionego z kompute rem, który można rzucić o ścianę i/lub kopnąć. Software Dane (zwykle bezużyteczne) zapisane w pamięci komputera w celu wypro wadzania użytkownika z równowagi komunikatami o błędach. Pamięć Najbardziej różnorodny i najmniej pojemny z komputerowych komponentów. Użytkownicy Profesjonalne określenie ludzi, którzy ciągle gapią się w monitor. Użyt kownicy są podzieleni na cztery podstawowe grupy: początkujący, średnio zaawanso wani, zaawansowani i eksperci. Użytkownicy początkujący Ludzie obawiający się, że naciśnięcie klawisza może ze psuć ich komputer. Użytkownicy średnio zaawansowani Ludzie niewiedzący jak naprawić komputer po naciśnięciu klawisza, który go zepsuł. Użytkownicy zaawansowani Ludzie, którzy wiedzą jak naprawić swój komputer, jed nak nie wiedzą, że inni mogą się do niego włamać. Eksperci Użytkownicy, którzy włamują się do komputerów innych. Co jest najszybsze w twoim komputerze? W moim? Wiatraczek. Sprzedawca zachwala klientowi najnowszy model komputera: Szanowny Panie, ten komputer wykona za pana połowę pracy. Komputerowe humory Hm... w takim razie muszę kupić dwa. Jaką modlitwę odmawia głęboko wierzący użytkownik komputera? W imię Ojca i Syna, i Ducha Świętego..."Enter". Jakie opakowania są najdroższe? Pudełka do gier. Na giełdzie gra bez pudełka kosztuje 25 zł, a w sklepie razem z pudeł kiem 150 zł. Co robi informatyk zanim wysiądzie z samochodu? Zamyka wszystkie okna. Samochodem jedzie chemik, mechanik samochodowy i informatyk. Nagle samochód staje bez powodu w szczerym polu. Każdy z pasażerów próbuje na swój sposób wyja śnić przyczynę awarii... Chemik: To zapewne problem mieszanki paliwowej. Mechanik samochodowy: To z pewnością problem silnika. Informatyk: Panowie, a może po prostu wyjdziemy z samochodu, zamkniemy wszystko i za chwilę spróbujemy uruchomić ponownie? Kolega zwraca się z prośbą do informatyka: Pożycz mi 1000 zł. Dobra, niech będzie okrągłe 1024. 68 MEU Listopad 2002 Elektronika dla Wszystkich