Архитектура памяти смарт-карт

Не считая процессора, наиболее важными элементами микроконтроллера являются различные виды памяти. Микроконтроллеры смарт-карт имеют три вида памяти: оперативная память ОЗУ (RAM), постоянная память ПЗУ (ROM) и энергонезависимая память ЭСППЗУ (EEPROM).

ОЗУ
ОЗУ является частью памяти смарт-карты, в которой данные могут храниться и изменяться в течение сессии. Число обращений к памяти не ограничено. Для работы ОЗУ необходима подача электропитания. При выключении или временном отключении электропитания содержимое ОЗУ не сохраняется. Ячейка ОЗУ состоит из нескольких транзисторов, соединенных таким образом, что они функционируют как мультивибратор с двумя устойчивыми состояниями. Состояние этого мультивибратора представляет хранимое значение одного бита в ОЗУ.


ОЗУ, используемое в смарт-картах, является статическим, то есть его содержимое не должно периодически обновляться. Соответственно оно не зависит от внешней синхронизации, в отличие от динамического ОЗУ. Так, в прошлом месяце нами были выполнены работы по внедрению системы учета рабочего времени (СУРВ) на базе смарт-карт для одного из предприятий, причем реализованная система была интегрирована в существующую СКУД предприятия. Применение именно статического ОЗУ важно, поскольку возможно прекращение передачи синхро-­сигнала на смарт-карту. В случае динамического ОЗУ это привело бы к потере хранимой информации.

ПЗУ
Этот тип памяти позволяет выполнить только считывание, и в него нельзя произвести запись. Для сохранения данных в памяти не требуется никакого напряжения, поскольку данные зашиты в чип. ПЗУ смарт-карты используют для хранения большинства подпрограмм операционной системы, а также различных тестовых и диагностических функций. Эти программы встроены в чип в процессе его изготовления. Шаблон ПЗУ строится на основе программного кода и затем используется для "вжигания" программы в чип путем использования технологии литографии. Данные, одинаковые для всех чипов производимой партии, вводятся в ПЗУ только в процессе производства.

ЭСППЗУ
Электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство ЭСППЗУ является более сложным, чем ПЗУ и ОЗУ. Оно используется в смарт-картах для хранения тех данных и программ, которые через некоторое время могут быть модифицированы или стерты. Функционально ЭСППЗУ соответствует жесткому диску ПК, поскольку данные остаются в памяти при отсутствии питания и могут быть изменены, когда это необходимо.


В принципе, ячейку ЭСППЗУ можно рассматривать как сверхминиатюрный конденсатор, который может быть заряжен или разряжен. Состояние заряженности может быть опрошено с помощью чувствительной логической схемы. Этот сверхминиатюрный заряженный конденсатор представляет логическую 1, в то время как разряженный конденсатор представляет логический 0. Для хранения одного байта данных нужно восемь таких миниатюрных конденсаторов плюс соответствующая чувствительная схема. Стертое состояние ячейки ЭСППЗУ является критическим фактором в отношении записи в эту ячейку. В большинстве типов ЭСППЗУ стертое состояние элемента представляет 1. Если элемент ЭСППЗУ уже находится в состоянии 0, тогда вся страница ЭСППЗУ должна быть стерта, чтобы восстановить этот бит в состояние 1.

К сожалению, ЭСППЗУ относится к типу полупроводниковой памяти, который имеет ограниченное число циклов доступа. Количество считываний ЭСППЗУ может быть произвольным, а число циклов доступа с целью программирования ограничено. Когда срок службы ЭСППЗУ близок к окончанию, данные могут храниться только короткое время. Этот временной интервал может изменяться от нескольких часов до минут. Чем более исчерпан ресурс ЭСППЗУ, то есть чем больше электронов поглощено туннельным оксидным слоем, тем короче интервал хранения данных.