Запоминающие ячейки энергонезависимой памяти ассиметричны и позволяют записывать только нули в нужные биты предварительно стерты ячеек, в которых изначально были записаны только единицы. Для стирания ячеек требуются значительные затраты энергии (12-26 В) и эта процедура занимает больше времени, чем сама запись. Стирание ячеек выполняется либо для всей микросхемы, либо для определенной блока, либо для одного байта. Для однократного программирования (прожига) микросхем (кроме ТТЛ) применяется интерфейс управления. После программирования требуется верификация – сравнение записанной информации с оригиналом. Стирание и программирование микросхем может производиться либо в программаторе, либо в целевом устройстве. Микросхемы различают по способу программирования:
1. Ферроэлектрическая память FRAM – энергонезависимая память с произвольным доступом, запись и чтение осуществляются как в обычных микросхемах статической памяти. Ячейки FRAM по структуре напоминают DRAM, но информация хранится не в виде заряда конденсатора, а в виде напряжения поляризации кристаллов. Запись производится непосредственно, предварительного стирания не требуется. Микросхемы FRAM имеют интерфейс КМОП, питание 5 или 2,7 В. Ячейки FRAM гарантируют 1010 циклов перезаписи.
2. Микросхемы, программируемые при изготовлении – масочные ПЗУ (ROM), содержимое которых определяется рисунком технологического шаблона. Имеют высокое быстродействие (время доступа 30-70 нс). Однако широкого распространения не получили ввиду сложности модификации содержимого ячеек.
3. Микросхемы, программируемы однократно после изготовления перед установкой в целевое устройство – Программируемые ПЗУ (PROM). Программирование осуществляется прожиганием отдельных элементов в программаторах. Применяются для хранения кодов BIOS и в графических адаптерах. Эти микросхемы не чувствительны к электромагнитным полям, в том числе и к рентгеновскому облучению. Нельзя произвольно изменить содержимое ячеек памяти.
4. Микросхемы, стираемые и программируемые многократно, – Репрограммируемые ПЗУ (EPROM). Также применялись в качестве носителей BIOS как на системных платах, так и в адаптерах, а также использовались в качестве знакогенераторов. Применяются для изготовления микросхем CMOS-памяти емкостью от 2 до 256 Кбайт, время доступа лежит в диапазоне от 50 до 250 нс. Для стирания и программирования в них используется ультрафиолетовое облучение или электрический ток в течение нескольких минут. Для проведения процедуры стирания в корпусе микросхемы имеется окошко. Время стирания зависит от расстояния до источника облучения, его мощности и объема микросхемы. Для программирования применяются специальные программаторы с интерфейсами COM или LPT. Время программирования зависит от типа и объема микросхемы. Например за минуту можно записывать по 8 килобайт информации при использовании LPT-порта на скорости 9600 бод.
5. Микросхемы, перепрограммируемые много кратно в целевом устройстве, используя программу его процессора. К этому классу относятся электрически перепрограммируемые устройства, в том числе и флэш-память. В простейшем случае программирование сводится к записи байта по требуемому адресу, после чего некоторое время микросхема не способна выполнять операции чтения/записи и по другим адресам до окончания выполнения внутренней операции программирования со встроенным стиранием. Микросхемы могут поддерживать режим страничной записи, в котором они принимают поток байт записи смежных ячеек в страничный буфер на скорости интерфейса, после чего вся страница сразу записывается в энергонезависимую память. Размер страничного буфера от 4 до 256 байт. Для процедуры стирания применяется напряжение 12 В.
Флэш-память использует технологию электрического стирания, причем может стирать поблочно либо сразу весь объем памяти. Ячейки флэш-памяти на 30% меньше ячеек DRAM. Каждая ячейка состоит из одного униполярного (полевого) транзистора. Ячейки организованы в матрицу, разрядность данных внешнего интерфейса – 8 или 16 бит. Стертые ячейки содержат единицы, при записи ячейки обнуляются. Напряжение питания 2,7-3,3 В, время доступа при чтении 35-200 нс. Имеется встроенная аппаратная и программная защита от ошибочного стирания/записи.
