Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта. Благодаря им мы улучшаем сайт!
Принять и закрыть

Читать, слущать книги онлайн бесплатно!

Электронная Литература.

Бесплатная онлайн библиотека.

Читать: - на бесплатной онлайн библиотеке Э-Лит


Помоги проекту - поделись книгой:

— Спектакли — не единственные высокобюджетные проекты. Бывает, что текст читает один человек, а стоит это больших денег. Например, если это брендовый актер. Потом мы не затронули такой вопрос, как авторские права. Права можно купить от нескольких сот до нескольких тысяч долларов. Причем стоимость прав бывает сравнима со стоимостью самой записи. Если, к примеру, один никому не известный актер читает текст, то запись в студии может стоить $150 в час. А за час спектакля сумма может доходить до $1500—2000. При этом произведение может длиться 10 часов. Чтобы наши затраты окупились, надо продавать не меньше нескольких тысяч копий в год, только тогда это направление рентабельно.

Кто в основном покупает аудиокниги?

— Есть достаточно большой круг людей, у которых просто физически нет времени читать бумажные книги. И когда им даешь диски, они ведут себя буквально как маленькие дети. Звонят мне в 5 утра и говорят: «Слушай, я приехал домой и не мог выйти из машины — сидел и слушал. А можно я к тебе утром приеду, и ты мне еще что-нибудь дашь послушать?» На Западе рынок аудиолитературы в среднем составляет 10—15% от бумажной. Для совсем занятых существует подписка на аудиоварианты прессы. Есть специальные компании, которые озвучивают газеты. Этот рынок у них развит намного сильнее — у них порядка 20 тысяч наименований аудиокниг против наших, дай бог, 2 тысяч.

Вашу продукцию не пиратят?

— Пиратят, но мало. Если встречаем — боремся. Существует и интернет-пиратство, но здесь есть вопрос соотношения эффективности и затрат на борьбу. Если наши фонограммы выкладываются в Интернете для свободного скачивания, юристы пишут коротенькое письмо провайдеру и нелегальная продукция достаточно быстро исчезает.

А что лучше продается? Фэнтези, детективы?

— Нет. Вы не поверите: лучше всего продается «Мастер и Маргарита» и «Евгений Онегин». Классику у нас люди любят.

Фундаментальный подход

Автор: Ольга Шемякина.

Освещение темы разработки образовательных продуктов представлялось мне несколько иначе, но, послушав ведущего методиста-проектировщика отдела образовательных программ фирмы «1С» Олега Белайчука, я почувствовала себя девочкой, которая шла по грибы, а вместо этого нашла клад. Речь у нас зашла не об отдельных обучалках, а о том, какие принципиальные изменения произойдут с разработкой образовательных программ уже в самом ближайшем будущем. Мы погрузились в самые недра разработки новых образовательных платформ, и Олег сумел доходчиво и понятно объяснить достаточно сложные и серьезные вещи.

— Нами выпущено более 100 образовательных программных продуктов для школьников и не только. Среди них есть внутренние разработки (к ним относятся продукты серий «1С: Школа» и «1С: Репетитор») и издательские проекты (серии «1С: Образовательная коллекция», «1С: Познавательная коллекция», «1С: Мир компьютера»). Часть внутренних разработок выполняется по заказу государства. У нас есть заказные проекты от Министерства образования и науки и от НФПК (Национального фонда подготовки кадров), который в этом году проводил большой тендер по самым разным разработкам в рамках проекта «Информатизация системы образования», и мы получили заказ на разработку более 30 проектов. В последнее время в России вообще произошло очень резкое увеличение госзаказа.

Мы разрабатываем не только отдельные обучающие диски, но и образовательные платформы, на базе которых уже можно будет реализовывать любой программный продукт. Мы уже создали платформу «1С: Образование 3.0», на которой была выпущена серия «1С: Школа», а сейчас по заказу НФПК занимаемся разработкой совершенно новой платформы, полное название которой звучит как «Система организации и поддержки образовательного процесса».

Дело в том, что основной образовательный тренд в настоящее время заключается в изготовлении образовательных комплексов, построенных на основе определенных международных стандартов: SCORM, IМS. У нас пока мало кто знает, что это такое, а на Западе это норма жизни, и ни один проект не сможет выйти без соблюдения определенных стандартов. Когда я употребляю слово «стандарт», то я не имею в виду стандарт в прямом смысле, как, допустим, стандарт розетки, в случае нарушения которого, я просто не получу сертификацию. Стандарты, о которых я говорю, в каких-то областях более, а в каких-то менее обязательные. Например, для форм дистанционного образования — это будет один набор требований к стандартам, а для форм школьного — другой. Но, тем не менее, есть общая тенденция, которая увязана со многими другими электронными тенденциями. Например, в чем смысл HTML: форма и содержание должны быть отделены. Причем, понятно, что в реальной жизни форма и содержание неотделимы, это некая позитивистская парадигма, что их можно разделить. Такой же позитивистской парадигмой является то, что весь контент можно атомизировать, то есть что существуют атомы информации, которые сшиваются в некие куски. Причем атомы взаимно независимые. Заведомо ясно, что это на самом деле неправда, но дело в том, что компьютер лучше всего работает именно с таким образом построенной медиа. У него появляются возможности статистической обработки, фильтрации, упорядочивания — в общем, выполнения массы рутинных операций.

Так вот, контент недостаточно порезать на кусочки (это условие, но отнюдь не единственное), кроме этого каждый кусок контента тоже нужно привести к определенному стандарту, он может называться по-разному, например, цифровой образовательный ресурс (ЦОР), как в одном из конкурсов НФПК. У того же НФПК есть проекты по разработке ЦОР для существующих бумажных учебников, когда, например, к учебнику геометрии делается динамическая модель к задаче. Это ЦОР. А чтобы он стал ЦОРом в международном понимании, ему необходимо выполнить еще ряд условий: во-первых, он должен иметь атрибутивную карточку, так называемую «карточку мета-описания». Условно говоря, любой файл имеет миниатюрную карточку при себе всегда — этой карточкой является его название. То есть можно не просто поместить картинку животных, можно написать, допустим: «Охота крокодила на антилоп». И это будет маленькая мета-карточка. Еще существует стандарт Learning Object Metadata (LOM) — это едва ли не единственный общепризнанный международный стандарт во всем сборище стандартов по представлению медиаконтента. Там надо заполнять массу полей, помимо названия файла: описательные поля, привязки к стандартному рубрикатору, я могу подписать этому файлу ключевые слова.

Наша система — это один из образцов оболочек, которые существуют. Дело в том, что на Западе все эти моменты уже в достаточной степени реализованы, а у нас к этому только идет — до сих пор все было жестко и неразделимо сшито, как, например, в какой-нибудь мультимедийной энциклопедии, и получался такой диск, который запускается и все. Эдакая «вещь в себе». А у нас сейчас некий промежуточный вариант, когда есть отдельно оболочка (платформа), на которой играются медиаобъекты, и отдельно объекты, которые можно свободно импортировать/экспортировать. Но пока что оболочки «1С» и других российских компаний несовместимы. Для простых объектов (тех же JPEG) — понятно, что совмеcтимы, а вот любой более сложный объект, например, вопрос, который должен обеспечить интерактивность, — это уже не есть стандартный файл. На Западе для совместимости оболочки и контента как раз и были введены стандарты. Есть такой международный консорциум IMS, который вырабатывает некий набор спецификаций для разработчиков. Это делается для того, чтобы контент, который мы создаем, проигрывался любой платформой, удовлетворяющей определенным требованиям. В принципе все должно быть совместимо и абсолютно независимо, чтобы можно было взять любой контент и поместить на любую платформу. Существует система Learning Management System — система управления образованием, и Content Management System — система, в которой могут подобрать контент, разместить, отредактировать. Бывают LCMS-системы, где все в одном. И таких систем много, довольно разных. Получается, что можно производить контент, который не имеет своей оболочки, но при этом соответствует международным стандартам, и тогда, как, например, и делают некоторые российские разработчики, можно продавать его на Запад. Мы же стремимся сейчас создать такую оболочку, которая будет способна поднимать любую медиа любого производителя, которая будет удовлетворять определенным стандартам, тот же LOM — уже принятый в России стандарт.

Еще раз поясню, что же такое стандарт: помимо того, что объект атомизирован, описан атрибутивной карточкой, еще существует некая небольшая программная обвязка, которая позволяет ему взаимодействовать с этими универсальными платформами более-менее стандартным образом. То есть если я делаю, скажем, какой-нибудь тест, то я обязан его сделать так, чтобы любая система могла этот тест подобрать, оценку после прохождения теста отправить в электронный журнал успеваемости, сохранить промежуточные результаты, для того чтобы учитель смог проверить каждый ответ. Минимальные условия этого интерфейса, этого модуля достаточно жестко стандартизированы. И модуль внутри себя может быть организован сколь угодно сложным образом (это может быть хоть целая игра), но на выходе нужно сделать так, чтобы любая оболочка восприняла его как своего.

Вот на такой атомизированный контент все рассчитано. И я считаю, что это единственный возможный путь развития. Сами посудите: обучающий видеоролик на час — это бессмыслица, этот контент не востребован; как правило, никто не учится по электронному учебнику целиком, гораздо чаще используют его отдельные фрагменты. Ну не то чтобы не востребован, понятно, что электронный продукт дешевле живого репетитора, поэтому и берут. А что из этого реально будет полезно — это еще большой вопрос. Современный же контент построен таким образом, чтобы в нем было легко ориентироваться. Это как поисковая машина в Интернете, вы же там спокойно находите информацию, которая вас интересует просто по набору ключевых слов? Причем можно искать как текстовым поиском, так и по картинке. Да хоть для той же картинки животных, где нет слова «крокодил» в названии, но при этом в атрибутивной карточке вручную прописаны ключевые слова: «крокодил», «антилопа», «охота»…

Это все на уровне организации контента. Но заметим, что это никак не говорит о его качестве, точно так же как оттого, что вилка утюга подходит к розетке, нельзя сказать, хороший утюг или плохой. Что касается контента, то тут ситуация такая, что контент в мире не атомизирован. Если курс математики, допустим, разбить на куски, то даже теореме Пифагора не все равно, когда ее проходят, после чего, в связи с чем. Реальный контент всегда очень связан друг с другом. Но компьютер принимает атомизированную модель не потому, что она лучше, а потому, что это единственная возможность для него работать эффективно. Потому что на противоположном полюсе находятся бесконечные лекции, которые имеют массу своих недостатков. Учителю, например, неудобно загружать на уроке большую лекцию, он хочет, чтобы у него была возможность набирать ее из фрагментов. Да и у ученика при самостоятельном изучении предмета возникают проблемы с усвоением материала. Когда учитель разговаривает с учеником, то он очень быстро и гибко может перестроить свою линию, глядя на реакцию ученика. А когда я записываю лекцию даже самого замечательного учителя и отдаю ее ста разным людям, то это становится бессмысленным. В этой ситуации гораздо удобнее разбить контент на куски и отслеживать действия пользователя. Ага, он прочел какой-то кусочек, ответил на какой-то тест (кстати, вопросы и тесты уже дают колоссальный прирост усвояемости материала). Итак, ответил на какой-то тест, ага, не понял, надо ему еще раз это повторить. В идеале начинают строиться ветки, индивидуальное обучение для каждого. И компьютер может делать это автоматически. Он способен по ответу на вопрос простраивать дальнейшее обучение. Но это уже выходит в область развития искусственного интеллекта и пока остается на уровне благих пожеланий, не более.

Имеется и масса других заблуждений по поводу контента. Например, один из «классических» мифов: хотите, чтобы ребенок учился сам, сделайте игрушку. Это пожелание утопическое. Игровой элемент — понятие очень растяжимое. Мы, конечно, пытаемся внедрять его в свои обучающие программы, но на самом деле очень сложно реально сделать так, чтобы он не отвлекал от обучения. Создание дизайна (в широком смысле слова) образовательного контента — навык сложный и он не приобретается на «лету», не ограничивается педагогическим опытом и не может быть тривиально перенесен из области издания бумажных учебников. Нужно учиться грамотно проектировать и уместно применять электронный контент, чтобы он был не просто данью моде, а действенным и эффективным средством современного обучения.

Рубрика: СКОБЯНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

На твердую память

Автор: Юрий Ревич.

В 1999 году на предприятии, где я тогда трудился, встал вопрос о приобретении фотокамеры, которая могла бы без перезарядки сделать порядка нескольких сотен снимков. Максимальная емкость доступных карт для цифровиков была тогда 32 Мбайта, а на них не влезало и сотни «пережатых» JPEG’ов. Представьте себе — нам не хватало каких-то несчастных 100—200 Мбайт памяти на карте, чтобы приобрести вполне приличную по тем временам цифровую камеру. Я тыкал в лицо начальству перепечатанным из «Компьютерры» сообщением от Micron, обещавшей к концу года выпустить карточку аж в 192 Мбайта, но времени не было, и был приобретен дорогущий камкордер от Sony. Который оказался отвратительной машинкой, если его использовать как фотоаппарат.

Флэш-память — из тех самых инноваций, что вписались в нашу действительность легко и непринужденно, и при этом совершенно незаметно. Мобильная связь, КПК, MP3-плееры, цифровые камеры — каждый имел счастье почувствовать на собственной шкуре, как все это возникало, развивалось и входило в повседневную жизнь. Но ничего бы из этого не было, если бы не развитие технологий энергонезависимой памяти, рынок которой в настоящее время растет примерно на 30% в год.

Термин «флэш-память» (flash memory) придумал в июне 1984-го некто Шойи Аризуми (Shoji Ariizumi), сотрудник корпорации Toshiba, уже после того, как его руководитель доктор Фуджио Масуока (Fujio Masuoka) послал сообщение на конференцию разработчиков электронных приборов IEDM в Сан-Франциско о новом, изобретенном им типе энергонезависимой памяти. Причем в сообщении Масуоки содержалось описание сразу обеих современных архитектур этой памяти — как NOR, так и NAND. Так гласит официальная история, однако на рынок флэш-память вывела не Toshiba, а Intel, и только спустя четыре года, в 1988 году (слишком велики оказались трудности внедрения в производство). Однако первые микросхемы энергонезависимой памяти появились значительно раньше — еще в 1971 году. Чем же занимались инженеры в течение столь долгого времени?

Предыстория

Первые постоянные запоминающие устройства (ROM 7 ) не позволяли изменять однажды записанную информацию. В 1956 году сотрудник корпорации American Bosch Arma Йен Чоу (Wen Chow) получил патент на устройство, известное теперь как однократно программируемое ROM (OTPROM). В этом патенте, между прочим, впервые был употреблен термин «прожиг» (burn) — микромодуль состоял из матрицы с плавкими перемычками, которые при программировании пережигались подачей на них высокого напряжения. Любопытно, что этот способ дожил до наших дней — в мире не меньше четверти микроконтроллеров (специализированных микропроцессоров), особенно из тех, что попроще, до сих пор выпускаются именно с такой однократно программируемой встроенной памятью — ввиду крайней ее дешевизны. В самом деле, если программный код какой-нибудь игрушки отработан на опытных образцах, зачем его, однажды записанный, потом менять, и кто этим будет заниматься? Лишь в последние годы «прожигаемая» память стала постепенно вытесняться более удобной флэш-памятью — когда последняя подешевела настолько, что смысл в использовании OTPRAM почти пропал.

В 1967 году в незабвенной Bell Labs был построен первый образец EPROM — энергонезависимой памяти, которую можно было неоднократно перепрограммировать (стирая информацию рентгеном). В 1971 году (одновременно с изобретением первого микропроцессора) Intel разработала первый коммерческий образец EPROM (чип 1701 и его слегка усовершенствованный вариант 1702), который стирался ультрафиолетом через специальное окошко и потому получил название UV-EPROM.


Кристалл типичной UV-EPROM начала 1980-х емкостью 32—64 Кбайта

Такие типы энергонезависимой памяти (в нашей стране — УФППЗУ) выпускались еще примерно лет двадцать пять, вплоть до середины 90-х. Обращаться с ними было не слишком удобно — специальное стирание занимало много времени (и не дай бог недодержать кристалл под лампой!), зато память могла постепенно деградировать на обычном свету, отчего в процессе эксплуатации окошко заклеивали.

В 1974 году в Intel под непосредственным руководством Джорджа Перлегоса (George Perlegos), будущего основателя компании Atmel, была разработана микросхема EEPROM 2816 — электрически перепрограммируемое ПЗУ. Это и был прообраз сегодняшней флэш-памяти. Основой и EPROM, и EEPROM стал транзистор с плавающим затвором, изобретенный в той же Intel Доном Фрохманом (Don Frohman). И в последующем, несмотря на смены технологических эпох, принцип устройства ячейки энергонезависимой памяти остался неизменным — какой бы способ стирания и записи информации в ней не использовался.

Термины и аббревиатуры

RAM(random access memory) — память с произвольным доступом. В чистом виде, без приставок, сокращение RAM часто применяется для обозначения основной памяти ПК. Это любая память, содержимое которой уничтожается при выключении питания. Русское наименование «Оперативное Запоминающее Устройство» (ОЗУ) следует признать более соответствующим по смыслу, так как понятию «с произвольным доступом» соответствуют и многие типы EPROM.

DRAM(dynamic ram) — динамическая ram. Это электронная память, которая требует постоянного восстановления (регенерации) своего содержимого даже при включенном питании. Русский эквивалент этого названия — динамическое ОЗУ или ЗУПВ — «Запоминающее Устройство с Произвольной Выборкой». Хотя последнее есть фактически перевод более общего термина RAM, но применяется обычно к динамической ее разновидности

SRAM(static ram) — статическая ram, статическое ОЗУ. Энергозависимая память, построенная на триггерах и потому, в отличие от DRAM, регенерации не требующая. Намного более дорогая и менее емкая в расчете на микросхему.

SDRAM(synchronous dram) — синхронная dram. Отличается наличием специального логического блока и двухбанковой структуры. Все операции записи/чтения синхронизированы с основным тактовым сигналом. Практически вся оперативная память в современных ПК относится именно к этой разновидности.

RDRAM(rambus direct ram) — разновидность dram компании rambus.

VRAM(video ram) — видеоram или «видеопамять»; специально разработанная для использования в видеоадаптерах разновидность DRAM с двухпортовой организацией (то есть с возможностью обращения от двух разных устройств одновременно).

WRAM(windows ram) — не поверите, но есть и такая! На самом деле это просто торговая марка одной из разновидностей VRAM, якобы оптимизированная для работы под Windows.

NRAM(nano ram) — экспериментальный тип энергонезависимой памяти на основе углеродных нанотрубок.

FRAM, FeRAM (ferroelectric ram) — экспериментальная энергонезависимая память на основе ферроэлектрического принципа хранения информации.

MRAM(magnetic ram) — экспериментальная разновидность скоростной энергонезависимой памяти на основе магниторезистивного эффекта.

NVRAM(nonvolatile ram) — буквально «безвольтовая», то есть энергонезависимая RAM. В принципе охватывает все разновидности EPROM и EEPROM (в том числе и Flash). NVRAM— более корректный термин, чем все остальные, так как «памятью только для чтения» ни одна из современных разновидностей ROM, строго говоря, не является. Иногда NVRAM употребляют для обозначения специальной разновидности SRAM со встроенной прямо в микросхему литиевой батарейкой (до последнего времени такие выпускались фирмой Dallas Semiconductor, ныне — подразделением Maxim).

ROM(read-only memory) — память только для чтения. Русское название — «Постоянное Запоминающее Устройство» (ПЗУ) — более соответствует смыслу, так как термин относится ко всем видам энергонезависимой памяти, а не только к тем, что «для чтения» (и к перезаписываемым тоже — CD-ROM или EEPROM). В чистом виде сокращение ROM употребляется редко.

PROM(programmable rom) — программируемое ПЗУ (ППЗУ), обычно относят к OTPROM (One Time Programmable ROM) — «Однократно Программируемое ПЗУ». К PROM также относят и «Масочное ПЗУ» — вариант OTPROM, который программируется не самим пользователем, а на фабрике в процессе изготовления.

EPROM(erasable programmable rom) — стираемая/программируемая rom. По-русски иногда называют ПППЗУ («Перепрограммируемое ПЗУ»). Иногда употребляется как синоним UV-EPROM.

EEPROM(electrically erasable programmable rom) — электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ, ЭСППЗУ.

UV-EPROM (ultra-violet eprom) — ультрафиолетовая eprom, УФППЗУ. Исторически первая коммерческая разновидность EPROM, операция стирания в которой производится ультрафиолетом через специальное окошко.

Flash memory — первоначально термин придуман для обозначения прогрессивной разновидности EEPROM, в которой чтение/запись для ускорения процесса производятся сразу целыми блоками. Позднее (когда медленная EEPROM исчезла из обращения) стал фактическим синонимом EEPROM и теперь обозначает ее любые разновидности.

Элементарная ячейка DRAM

Чтобы лучше понять принцип работы EEPROM, начнем с самого простого — ячейки обычной DRAM. Как вы можете убедиться, взглянув на рис. 2,


— схема состоит из одного транзистора и одного конденсатора, занимающего места раза в четыре больше транзистора (в основном вглубь кристалла). Потому ячейки DRAM довольно просто сделать очень малых размеров, а следовательно, «упаковать» их большее количество на один кристалл, не теряя в быстродействии. Отсюда и распространенность DRAM в качестве компьютерных ОЗУ — при всем кажущемся неудобстве процессов, связанных с непрерывной регенерацией содержимого.

А как происходит чтение данных с такой ячейки? Для этого подается высокий уровень напряжения на линию строк (рис. 2), транзистор открывается, и заряд, хранящийся на конденсаторе данной ячейки, поступает на вход усилителя, установленного на выходе столбца. Отсутствие заряда на обкладках соответствует логическому нулю на выходе, а его наличие — логической единице. Обратите внимание, что подача высокого уровня напряжения на линию строк откроет все транзисторы выбранной строки, и данные окажутся на выходе усилителей по всем столбцам сразу. Естественно, при этом все подключенные конденсаторы почти немедленно разрядятся (если они были заряжены), отчего процедура чтения из памяти обязана заканчиваться регенерацией данных — так и происходит, причем автоматически. На практике в первых IBM PC регенерация и заключалась в осуществлении «фиктивной» операции чтения данных.

Я так подробно остановился на принципах работы ячейки DRAM потому, что любая современная память всегда хранит информацию в виде зарядов. И знание принципа работы самого простого элемента памяти нам поможет теперь понять, что же пришлось изменить в этой конструкции для обеспечения хранения заряда достаточно длительный срок.

Ячейка EPROM

Вы можете спросить — а с чего, собственно, столь быстро утекают заряды в ячейке DRAM? Неужели нельзя обкладки конденсатора изолировать получше? Изолировать-то можно, однако это делу не поможет — быстрая утечка зарядов обусловлена наличием транзистора, который состоит вовсе не из изолятора, а из хоть и полу-, но проводника, потому даже в запертом виде имеет мизерные, но конечные токи утечки. В паре с неизбежно маленькой емкостью самого конденсатора это и приводит к очень быстрому разряду (и токи утечки, и емкости измеряются в единицах с приставкой «пико»). В идеале следовало бы конденсатор изолировать полностью, но как тогда его перезаряжать при записи информации?

Замечательное изобретение сотрудника Intel Дона Фрохмана как раз и состояло в том, что он придумал, как это сделать. Но сначала давайте посмотрим, как работает сконструированный им полевой транзистор с плавающим затвором при чтении информации.

На рис. 3


представлено устройство элементарной ячейки, лежащей в основе всех современных типов флэш-памяти. Если исключить из нее «плавающий затвор», мы получим самый обычный полевой транзистор — такой же, как тот, что входит в ячейку DRAM. Если подать на управляющий затвор такого транзистора положительное напряжение, он откроется, и через него потечет ток (состояние «логическая единица»).

На рис. 4


и изображен именно такой случай, когда плавающий затвор не оказывает никакого влияния на работу ячейки, — такое состояние характерно для «чистой» флэш-памяти, в которую еще ни разу ничего не записывали.

Если же мы каким-то образом ухитримся разместить на плавающем затворе некоторое количество зарядов — свободных электронов (на рис. 3 они показаны в виде красненьких кружочков), — то они будут экранировать действие управляющего электрода, и такой транзистор вообще перестанет проводить ток. Это состояние — «логический ноль» 8 . Поскольку затвор «плавает» в толще изолятора (двуокиси кремния, SiO2), то сообщенные ему однажды заряды в покое никуда деться не могут. И записанная таким образом информация может храниться десятилетиями (производители обычно давали гарантию 10 лет, но на практике это время значительно больше).

Осталось всего ничего — придумать, как размещать заряды на изолированном от внешних влияний плавающем затворе. И не только размещать — ведь иногда память приходится и стирать, — поэтому должен существовать способ извлекать их оттуда. В первых образцах EPROM (UV-EPROM — тех самых, что стирались ультрафиолетом) слой окисла между плавающим затвором и подложкой был достаточно толстым (если, конечно, величину 50 нанометров можно охарактеризовать словом «толстый»), и работало все это довольно грубо. При записи на управляющий затвор подавали достаточно высокое положительное напряжение — до 36—40 В (что для микроэлектронной техники считается просто катастрофическим перенапряжением), а на сток транзистора — небольшое положительное. При этом электроны, которые двигались от истока к стоку, настолько ускорялись полем управляющего электрода, что барьер в виде изолятора между подложкой и плавающим затвором просто «перепрыгивали». Такой процесс называется еще инжекцией горячих электронов.

Ток заряда при этом достигал миллиампера — можете себе представить, каково было потребление всей схемы, если в ней одновременно заряжать хотя бы несколько тысяч ячеек. И хотя такой ток требовался на достаточно короткое время (хотя с точки зрения быстродействия схемы не такое уж и короткое — миллисекунды), это было крупнейшим недостатком всех старых образцов EPROM-памяти. Еще хуже другое — и изолятор, и сам плавающий затвор такого «издевательства» долго не выдерживали, постепенно деградируя, отчего количество циклов записи/стирания было ограничено несколькими сотнями, максимум — тысячами. Во многих образцах флэш-памяти (даже более поздних) была предусмотрена специальная схема для хранения карты «битых» ячеек — в точности так, как это делается в жестких дисках. В современных моделях такая карта, кстати, тоже имеется — однако число циклов стирания/записи возросло до сотен тысяч и даже миллионов.

Теперь посмотрим, как осуществлялось в этой схеме стирание. В упомянутой UV-EPROM при облучении ультрафиолетом фотоны высокой энергии сообщали электронам на плавающем затворе достаточный импульс, чтобы они «прыгали» обратно на подложку самостоятельно, без каких-либо электрических воздействий. А Джордж Перлегос использовал «квантовый эффект туннелирования Фаулера-Нордхейма» (Fowler-Nordheim) в электрически стираемой памяти (EEPROM). За непонятным названием кроется довольно простое (но очень сложное с физической точки зрения), по сути, явление: при достаточно тонкой пленке изолятора (10 нм) электроны, если их слегка «подтолкнуть» не слишком высоким напряжением в нужном направлении, могут «просачиваться» через барьер, не перепрыгивая его. Процесс показан на рис. 4 (обратите внимание на знак напряжения на управляющем электроде).

Старые образцы EEPROM именно так и работали: запись производилась горячей инжекцией, а стирание — квантовым туннелированием. Оттого они были довольно сложны в эксплуатации; разработчики со стажем помнят, что первые микросхемы EEPROM требовали два, а то и три питающих напряжения, причем подавать их при записи и стирании требовалось в определенной последовательности. Мало того, цена таких чипов была почти запредельной — автор сам покупал в середине 1990-х полумегабитную (то есть 64-килобайтную) энергонезависимую память по $30 за микросхему. Не забудьте и про «битые» ячейки, возникновение которых в процессе эксплуатации приходилось все время отслеживать. Неудивительно, что разработчики предпочитали использовать более дешевую, удобную, скоростную и надежную статическую память (SRAM), пристраивая к ней резервное питание от литиевых батареек, которые к тому времени уже достаточно подешевели. На этой волне компания Dallas Semiconductor даже выпустила специальный тип NVRAM с батарейкой, встроенной прямо в микросхему.

Превращение EEPROM во Flash происходило по трем разным направлениям. Во-первых, усовершенствовалась конструкция самой ячейки. Для начала избавились от самой противной стадии — «горячей инжекции». Вместо нее при записи стали также использовать квантовое туннелирование, как и при стирании.

На рис. 5


показан этот процесс — если при открытом транзисторе подать на управляющий затвор достаточно высокое (но значительно меньшее, чем при «горячей инжекции») напряжение, часть электронов, двигающихся через открытый транзистор от истока к стоку, «просочится» через изолятор и окажется на плавающем затворе. Потребление тока при записи снизилось на несколько порядков. Изолятор, правда, пришлось сделать еще тоньше, что обусловило довольно большие трудности с внедрением этой технологии в производство.

Во-вторых, ячейку сделали несколько сложнее, пристроив к ней второй транзистор (обычный), который разделил вывод стока и считывающую шину всей микросхемы. Благодаря этому (вместе с отказом от горячей инжекции) удалось добиться значительного повышения долговечности — до сотен тысяч, а в настоящее время — до миллионов 9 циклов записи/стирания. Кроме того, схемы формирования высокого напряжения и соответствующие генераторы импульсов записи/стирания перенесли внутрь микросхемы, отчего пользоваться такими типами памяти стало несравненно удобнее — они стали питаться от одного напряжения (5 или 3,3 В).

И наконец, в-третьих, изменилась организация доступа к ячейкам на кристалле, вследствие чего этот тип памяти и заслужил наименование flash, «молния».

Регенерация памяти

Впервые принцип DRAM — хранение информации на конденсаторах с периодической регенерацией — применил еще Дж. Атанасов в своем первом компьютере ABC (1941 г.). А зачем вообще нужна регенерация? Дело в том, что ввиду микроскопических размеров конденсатора (и, соответственно, емкости) в ячейке DRAM записанная информация хранится всего лишь сотые доли секунды. Несмотря на использование высококачественных диэлектриков с огромным электрическим сопротивлением, заряд, состоящий в рядовом случае всего из нескольких сотен, максимум тысяч электронов, успеет утечь так быстро, что вы и глазом моргнуть не успеете.

В первых моделях IBM РС регенерация осуществлялась каждые 15 мкс по сигналу системного таймера. Естественно, в таком решении было много подводных камней — во-первых, регенерация всей памяти занимала много времени, в течение которого ПК был неработоспособен. Потому-то сигнал на регенерацию и подавался с такой большой частотой — каждый раз проверялась всего 1/256 памяти, так что полный цикл восстановления занимал около 3,8 мс. Во-вторых, такое решение потенциально опасно: любая зловредная программа спокойно могла остановить системный таймер, отчего компьютер уже через несколько миллисекунд впадал в полный ступор. Современные микросхемы DRAM занимаются восстановлением данных самостоятельно, да еще и так, чтобы не мешать основной задаче — процессам чтения/записи.

Flash — значит быстрый

Процесс обновления информации в микросхемах EEPROM был очень медленным. Во-первых, каждую ячейку требовалось сначала стереть — ведь запись, то есть помещение на плавающий затвор зарядов, лишь приводило ее в состояние «логического ноля», а восстанавливать «логическую единицу» нужно было отдельно. Во-вторых, из-за большого потребления тока в процессе горячей инжекции каждую ячейку приходилось записывать фактически отдельно, а так как этот процесс занимал миллисекунды, то для перезаписи даже сравнительно небольших массивов (например, тех же 64 Кбайт) уходили уже секунды.

Между тем требовались все большие емкости долговременной памяти. Усовершенствование процедур записи и стирания ускорило процесс, но все же в сравнении с обычными DRAM и SRAM энергонезависимая память принципиально проигрывала в быстродействии. Правда, проигрывает и по сей день — только в последние годы (если не сказать месяцы) появилась надежда, что в будущем вся память компьютеров станет энергонезависимой. Еще совсем недавно «флэшки» уступали в «скорострельности» даже жестким дискам, не то что DRAM — иначе откуда бы взяться таким устройствам, как IBM Microdrive? Давайте посмотрим, как поступили разработчики во главе с Фуджио Масуока, придумывая то, что получило название флэш-память.

Они решили, что раз потребление при записи удалось снизить, то можно записывать ячейки не индивидуально, а блоками — чем крупнее блок, тем быстрее получится. В этой схеме некий массив данных готовится заранее (помещается в специальный временный буфер SRAM — на том же кристалле, что и основная память), затем все нужные ячейки разом стираются, и одновременно же в них записывается информация из буфера. Недостатком такого метода стала необходимость перезаписи целого блока, даже если нужно изменить только один бит в одной-единственной ячейке. Но на практике это не вырастает в проблему — основные задачи, которые выполняет энергонезависимая память в современном мире, как раз и заключаются в разовой записи больших массивов (цифровые камеры, плееры и т.п.). Вот такая разновидность EEPROM и стала называться flash — за многократно выросшую скорость записи информации, ставшей сравнимой со скоростью чтения.

NAND и NOR

По-русски это расшифровывается, как название логических функций — «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ». Термины пришли из схемотехники и прижились в словаре маркетологов. Определяют они принципы соединения ячеек между собой, что отражает довольно существенную разницу и в устройстве, и в функционировании модулей памяти. В некотором роде это напоминает деление фотографических матриц на CCD и CMOS, и, как и в случае с матрицами, разница между типами NAND и NOR постепенно нивелируется.

Первая микросхема флэш-памяти, выведенная на рынок компанией Intel в 1988 году (32 Кбайта, примерно по $20 за штуку), имела организацию NOR (рис. 6).



Поделиться книгой:

На главную
Назад