О системах команд (пишется)

транзисторов в интегральном исполнении. В неинтегральном, т.е. на отдельных

элементах — только два, но зато еще кучу мелких деталек. Потому-то и стремились

сделать ОЗУ на чем-то подешевше — регистры процессора так делать можно,

"массовую" память — дороговато даже в виде микросхемы. За то быстродействие -

максимально высокое (какое вообще обеспечивает элементная база), и главное -

никакого "обслуживания" не требует (потому и "статическая") — хранит записанную

информацию до тех пор, пока не будет записано что либо другое, или пока не

пропадёт питание. (Т.е. такая память, увы, энергозависимая.)

Работает триггер как детские качели в виде доски на опоре, с которых

согнали ребятишек, а вместо них положили круглую железную болванку: она

перекатится на тот край, который внизу и будет удерживать качели в таком вот

состоянии до тех пор, пока этот край кто ни будь не приподнимет и не перекатит

таким образом болванку на другую сторону. (Но разумеется надо принять меры,

чтобы она совсем с этой доски не скатилась.) А вообще-то там два логических

элемента включены так, что выход каждого из них подключен к одному из входов

другого. Логические элементы взяты "с инверсией", т.е. переворачивающие входной

сигнал, превращающие логический ноль в единицу и наоборот. В результате единица

на выходе одного из них удерживает соседа в состоянии "ноль" (и наоборот) — в

точности как железная болванка качели. И "перекатывается" оно через состояние

равновесия максимально быстро, стоит только один из элементов привести с помощью

дополнительных входов в состояние, противоположное текущему. А вот а момент

начальной подачи питания триггер перевалится на одну из сторон случайным

образом — усиливая малейшую асимметрию. Чем кстати иногда и пользуются, создавая

эту асимметрию искусственно — как в "динамической" памяти.

В этой самой "динамической" памяти запоминающий элемент — конденсатор. Если

он заряжен — "единица", если нет — соответственно "ноль". Но заряд с

конденсатора постепенно утекает, и его приходится время от времени проверять, и

если там была "единица" — заряжать по-новой. Не очень часто — пару тысяч раз в

секунду. Именно по-этому память и называется "динамической", а этот процесс -

"регенерацией". Расположены такие конденсаторы тоже в виде матрицы; к каждому

из них прилагается ключ из одного полевого транзистора, подключающий его к шине,

проходящей через всю строку. Или не подключающий. Затворы всех транзисторов

одного столбца подключены к управляющей шине. А на конце информационной шины

находится такой вот триггер. К другому его выходу (он же вход) подключено нечто,

выглядящее (электрически выглядящее!) почти так-же как строка этой матрицы -

для симметрии. А вся микросхема, так же как и одна матрица ферритового куба,

хранит один бит.

Работает оно так: если мы хотим что-то записать — записываем каким-то

образом нужные нам биты в столбец триггеров, после чего выбираем один из

столбцов запоминающей матрицы — все ключи столбца открываются и находящиеся за

ними конденсаторы заряжаются. Или разряжаются — в зависимости от того, что на

соответствующем триггере — ноль или единичка. Если мы хотим что-то считать, то

сначала выбираем один из столбцов и только после этого подаём питание на

триггера. В результате чего, будучи в начальный момент времени в неопределенном

состоянии, они устанавливаются в ноль или в единицу в зависимости от того, был

ли на подключенном к шине конденсаторе хоть какой-то заряд. Вернее от того,

хватило ли этого заряда придать информационной шине потенциал, хоть чуть чуть

выше опорного, поданного на вторую половину триггера. И сразу-же — как только

триггер окончательно перевернулся, напряжение с него заряжает конденсатор до

полного. Или не заряжает — если ноль. (Т.е. при считывании сразу же

автоматически происходит и регенерация.) Теперь осталось выбрать с помощью

выходного мультиплексора значение с одного из триггеров и выдать его наружу.

Впрочем запись происходит так же в точности: снаружи устанавливается значение

только одного из битов столбца, а все остальные остаются без изменения. (Более

того — регенерируются.) Если требуется только регенерация — элемент из столбца

выбирать не надо. Адрес на такую микросхему (для экономии выводов) обычно

подаётся в два приёма — сначала номер столбца, а потом номер элемента в нём. Ну

так при регенерации подают только первую часть адреса.

Быстродействие такой памяти прямо скажем — не очень; причем она не просто

энергозависимая, а еще и требует постоянной регенерации. На что тоже тратится

некоторое время и заниматься этим должно специальное устройство. (Хотя в

последнее время механизм регенерации встраивают в саму микросхему.) Но всё

окупается предельной простотой и регулярностью — всего один транзистор на бит,

а значит и максимально большой емкостью.

ПЗУ в виде микросхем делятся на "совсем постоянные" — информация в которые

прошивается еще в процессе изготовления (их еще называют "масочные" ПЗУ);

однократно программируемые ("пережоговые"); а так же многократно — с

ультрафиолетовым и с электрическим стиранием. К последним относится т.н.

"флеш-память", отличающаяся от всех прочих в основном тем, что чатать её можно

как угодно, а вот записывать — только довольно большими страницами. Стирать-же

вообще блоками из множества (например из 128) страниц. Слово "флешь" дурацкое -

совершенно ни с чем не ассоциируется ни по звучанию ни по смыслу — в переводе

обозначает "вспышка". Типа чпок — и всё стерлось, что неправда: это чтение

происходит максимально быстро, запись — долго, а стирание — очень долго — до

единиц миллисекунд.

Масочные ПЗУ обычно имеют вид матрицы, в которой на пересечении строки и

столбца стоит диод — если этот бит "единица", или не стоит — если "ноль".

Наличие или отсутствие соответствующего диода определяется рисунком на одной

(последней) или нескольких масках, используемых в технологическом цикле

производства данной микросхемы.

Если кто не помнит: микросхемы изготавливаются методом "фотолитографии.

Сначала из расплава и без того чистого кремния выращивается монокристалл -

этакая колбаса, толщиной сантиметров пятнадцать и длиной метра два с половиною.

Далее материал дополнительно очищается методом зонной плавки: нагреватель и

вместе с ним расплавленная зона медленно движется вдоль кристалла; примеси,

нарушающие структуру растущего кристалла, стремятся остаться в расплаве и

перемещаются вместе с ним. А потом конец кристалла, где они все собрались,

просто отрезают и выбрасывают. Далее кристалл режут на тоненькие пластинки,

шлифуют их, полируют, и вот после этого оно и начинается: на поверхность

наносят специальный светочувствительный материал ("фоторезист"); накладывают эту

самую маску, имеющую вид стеклянной пластинки с непрозрачным рисунком, и сквозь

неё этот фоторезист засвечивают. Далее его "проявляют" — незасвеченные участки

смываются специальным раствором а засвеченные остаются (хотя может быть и

наоборот). После чего пластина помещается в печку, где через окна в слое

фоторезиста в материал пластины проникают примеси и образуют таким макаром

области с "p" или "n" проводимостью (напомню: материал пластины — сверхчистый,

т.е. ничего кроме собственно кремния в ней просто нет) из которых в конечном

итоге и получаются составляющие микросхему диоды и транзисторы. (Нагревание в

печке — чтобы диффузия атомов примесей в глубь материала занимала не годы, а

часы.) Далее фоторезист смывают; наносят новый; накладывают следующую маску и

всё по-новой для другой примеси... Есть в арсенале методов фотолитографии так-же

травление для "прокапывания" канавок, выращивание материала (хоть того же

самого, хоть другого) из газовой фазы; окисление для образования изоляции (оксид

кремния — хороший диэлектрик), осаждение металла — для создания проводников...

На одной пластине одновременно образуется много одинаковых микросхем. Далее её

режут на отдельные микросхемы, тестируют с целью отбраковки негодных (села на

маску самая мелкая пылинка, закрыла собою часть рисунка — всё, хана -

микросхему в брак); годные устанавливают в корпус, подключают его выводы

к контактным площадкам с помощью проволочек из сверхчистого золота, корпус

герметизируют. Всё.

Вот комплект картинок на масках и определяет топологию будущей микросхемы, и

в частности информацию, записанную в имеющейся в одном из её уголков ПЗУ.

Пережоговое ПЗУ устроено так же в точности как и масочное, но в нём при

изготовлении есть все диоды (т.е. записаны все единицы), за то последовательно с

каждым из них — "плавкий предохранитель" в виде тоненького места на проводящей

дорожке. А как известно — где тонко, там и рвётся. При программировании, выбрав

подачей адреса нужный бит, пропускают через изображающий его диод большой ток.

Плавкий предохранитель сгорает — материал проводника в этом месте просто

испаряется. И в результате получается "ноль".

Программируется такая микросхема, разумеется, только один раз.

ПЗУ с электрическим и с ультрафиолетовым стиранием устроены почти

одинаково: там в качестве запоминающего элемента используется не диод, а полевой

транзистор с "плавающим" затвором.

Полевой транзистор потому и "полевой", что управляется электрическим полем,

которое обычно создаётся напряжением, приложенным к его "затвору". (А не как

биполярный, где маленький ток базы управляет гораздо большим током коллектора.)

Область кристалла, по которой собственно и протекает ток (от "истока" к "стоку")

называется "канал". Он располагается у самой поверхности кристалла, а над ним,

поверх очень тоненького слоя диэлектрика — вот этот самый "затвор" — полоска

металлизации, к которой и прикладывается управляющее напряжение. (Это наиболее

распространённый транзистор — "с изолированным затвором", он-же МДП-транзистор,

что означает: металл-диэлектрик-полупроводник. Ну или МОП-транзистор — что тоже

самое, разве что диэлектрик — окись кремния.) Работает он так: по каналу течет

ток (при наличии напряжения между истоком и стоком разумеется) — вот сколько

носителей тока в канале, такой и течет. Носителей (электронов или дырок — какой

канал) может быть много, тогда канал называется "встроенным" и ток потечет

солидный. А может не быть совсем, тогда и тока не будет, а канал называется

"индуцированный". Теперь к затвору прикладываем напряжение. Если оно того же

знака, что и носители — электрическое поле их отталкивает, они разбегаются из

области канала (глубина которой — доли микрона) в глубь кристалла и ток через

канал уменьшается. Возможно вообще до нуля. Если напряжение на затворе

противоположного знака — носители притягиваясь к нему, собираются из глубины

кристалла в область канала, в результате чего ток через канал увеличивается.

Ну так вот: в ПЗУшке в качестве запоминающего элемента используется

транзистор, затвор которого сделан из материала (как правило это нитрид

кремния), в коем электрон вязнет как в болоте. Тоесть если приложить напряжение

по-больше (вольт двадцать) — силы, действующей на электрон хватает чтобы

пропихнуть его вглубь нитридного болота... Где он и застревает. И при обычных

рабочих напряжениях (вольт пять) будет выбираться оттуда лет семьдесят -

восемьдесят. Заряд этих застрявших в затворе электронов и открывает (или

напротив — закрывает) транзистор. Но если осветить его ультрафиолетом (для чего

в крышке микросхемы делают прозрачное окошко) — нитридное болото разжижается и

за пол часика все электроны из затворов стекают — ПЗУ переходит в исходное

"стертое" состояние. То же самое происходит если приложить такое же напряжение

как при программировании, но в другую сторону. Впрочем сейчас элементы микросхем

имеют субмикронные размеры и напряжения более двух вольт для программирования

уже достаточно.