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memoria semiconductora

La memoria semiconductora es un dispositivo semiconductor electrónico digital que se utiliza para el almacenamiento de datos digitales , como la memoria de una computadora . Por lo general, se refiere a dispositivos en los que los datos se almacenan dentro de celdas de memoria de semiconductores de óxido metálico (MOS) en un chip de memoria de circuito integrado de silicio . [1] [2] [3] Existen numerosos tipos diferentes que utilizan diferentes tecnologías de semiconductores. Los dos tipos principales de memoria de acceso aleatorio (RAM) son la RAM estática (SRAM), que utiliza varios transistores por celda de memoria, y la RAM dinámica (DRAM), que utiliza un transistor y un condensador MOS por celda. La memoria no volátil (como EPROM , EEPROM y memoria flash ) utiliza celdas de memoria de puerta flotante , que constan de un único transistor de puerta flotante por celda.

La mayoría de los tipos de memoria de semiconductores tienen la propiedad de acceso aleatorio , [4] lo que significa que se necesita la misma cantidad de tiempo para acceder a cualquier ubicación de la memoria, por lo que se puede acceder a los datos de manera eficiente en cualquier orden aleatorio. [5] Esto contrasta con los medios de almacenamiento de datos, como los CD , que leen y escriben datos consecutivamente y, por lo tanto, solo se puede acceder a los datos en la misma secuencia en la que fueron escritos. La memoria semiconductora también tiene tiempos de acceso mucho más rápidos que otros tipos de almacenamiento de datos; Se puede escribir o leer un byte de datos en una memoria de semiconductores en unos pocos nanosegundos , mientras que el tiempo de acceso a un almacenamiento giratorio, como los discos duros, está en el rango de milisegundos. Por estos motivos se utiliza como almacenamiento primario , para contener el programa y los datos en los que la computadora está trabajando actualmente, entre otros usos.

En 2017 , las ventas de chips de memoria semiconductores ascendieron a 124 mil millones de dólares al año, lo que representa el 30% de la industria de semiconductores . [6] Los registros de desplazamiento , los registros del procesador , los buffers de datos y otros pequeños registros digitales que no tienen un mecanismo de decodificación de direcciones de memoria generalmente no se denominan memoria , aunque también almacenan datos digitales.

Descripción

En un chip de memoria semiconductor, cada bit de datos binarios se almacena en un pequeño circuito llamado celda de memoria que consta de uno o varios transistores . Las celdas de memoria están dispuestas en matrices rectangulares sobre la superficie del chip. Las celdas de memoria de 1 bit se agrupan en pequeñas unidades llamadas palabras a las que se accede juntas como una única dirección de memoria. La memoria se fabrica en longitudes de palabras que suelen ser una potencia de dos, normalmente N = 1, 2, 4 u 8 bits.

Se accede a los datos mediante un número binario llamado dirección de memoria aplicado a los pines de dirección del chip, que especifica a qué palabra del chip se debe acceder. Si la dirección de memoria consta de M bits, el número de direcciones en el chip es 2 M , y cada una contiene una palabra de N bits. En consecuencia, la cantidad de datos almacenados en cada chip es N 2 M bits. [5] La capacidad de almacenamiento de memoria para M número de líneas de dirección viene dada por 2 M , que suele estar en potencia de dos: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 y 512 y se mide en kilobits , megabits. , gigabits o terabits , etc. A partir de 2014, los chips de memoria semiconductores más grandes contienen unos pocos gigabits de datos, pero constantemente se desarrollan memorias de mayor capacidad. Al combinar varios circuitos integrados, la memoria se puede organizar en una longitud de palabra y/o espacio de direcciones mayor que el que ofrece cada chip, a menudo, pero no necesariamente, una potencia de dos . [5]

Las dos operaciones básicas realizadas por un chip de memoria son " leer ", en la que se lee el contenido de datos de una palabra de memoria (de forma no destructiva), y " escribir ", en la que los datos se almacenan en una palabra de memoria, reemplazando cualquier dato que se haya almacenado previamente. almacenado allí. Para aumentar la velocidad de datos, en algunos de los últimos tipos de chips de memoria, como DDR SDRAM, se accede a varias palabras con cada operación de lectura o escritura.

Además de los chips de memoria independientes, los bloques de memoria semiconductora son partes integrales de muchos circuitos integrados de procesamiento de datos y computadoras. Por ejemplo, los chips de microprocesador que hacen funcionar las computadoras contienen memoria caché para almacenar instrucciones en espera de ejecución.

Tipos

Memoria volatil

Los chips de RAM para computadoras generalmente vienen en módulos de memoria extraíbles como estos. Se puede agregar memoria adicional a la computadora conectando módulos adicionales.

La memoria volátil pierde sus datos almacenados cuando se apaga el chip de memoria. Sin embargo, puede ser más rápida y menos costosa que la memoria no volátil. Este tipo se utiliza para la memoria principal en la mayoría de las computadoras, ya que los datos se almacenan en el disco duro mientras la computadora está apagada. Los tipos principales son: [7] [8]

RAM ( memoria de acceso aleatorio ): se ha convertido en un término genérico para cualquier memoria semiconductora en la que se pueda escribir y leer, a diferencia de la ROM (a continuación) , que solo se puede leer. Toda la memoria de semiconductores, no sólo la RAM, tiene la propiedad de acceso aleatorio .

Memoria no volátil

La memoria no volátil (NVM) conserva los datos almacenados en ella durante los períodos en los que el chip está apagado. Por tanto, se utiliza para la memoria de dispositivos portátiles, que no disponen de disco, y para tarjetas de memoria extraíbles , entre otros usos. Los tipos principales son: [7] [8]

Historia

Las primeras memorias de las computadoras consistían en memorias de núcleo magnético , ya que los primeros semiconductores electrónicos de estado sólido , incluidos transistores como el transistor de unión bipolar (BJT), no eran prácticos para su uso como elementos de almacenamiento digital ( células de memoria ). La primera memoria semiconductora data de principios de los años 1960, con memoria bipolar, que utilizaba transistores bipolares. [9] La memoria semiconductora bipolar fabricada a partir de dispositivos discretos fue enviada por primera vez por Texas Instruments a la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en 1961. El mismo año, el ingeniero de aplicaciones Bob propuso el concepto de memoria de estado sólido en un chip de circuito integrado (IC). Norman en Fairchild Semiconductor . [10] El primer circuito integrado de memoria de un solo chip fue el IBM SP95 BJT de 16 bits fabricado en diciembre de 1965, diseñado por Paul Castrucci. [9] [10] Si bien la memoria bipolar ofrecía un rendimiento mejorado con respecto a la memoria de núcleo magnético, no podía competir con el precio más bajo de la memoria de núcleo magnético, que siguió siendo dominante hasta finales de la década de 1960. [9] La memoria bipolar no logró reemplazar la memoria de núcleo magnético porque los circuitos bipolares flip-flop eran demasiado grandes y costosos. [11]

memoria MOS

La llegada del transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET), [12] inventado por Mohamed M. Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959, [13] permitió el uso práctico del semiconductor de óxido metálico (MOS ) transistores como elementos de almacenamiento de celdas de memoria , una función que anteriormente cumplían los núcleos magnéticos en la memoria de la computadora . [12] La memoria MOS fue desarrollada por John Schmidt en Fairchild Semiconductor en 1964. [14] [15] Además de un mayor rendimiento, la memoria MOS era más barata y consumía menos energía que la memoria de núcleo magnético. [14] Esto llevó a que los MOSFET eventualmente reemplazaran los núcleos magnéticos como elementos de almacenamiento estándar en la memoria de la computadora. [12]

En 1965, J. Wood y R. Ball del Royal Radar Establishment propusieron sistemas de almacenamiento digital que utilizan celdas de memoria CMOS (MOS complementarias), además de dispositivos de potencia MOSFET para el suministro de energía , acoplamiento cruzado conmutado, interruptores y líneas de retardo. almacenamiento . [16] El desarrollo de la tecnología de circuito integrado MOS de puerta de silicio (MOS IC) por Federico Faggin en Fairchild en 1968 permitió la producción de chips de memoria MOS . [17] La ​​memoria NMOS fue comercializada por IBM a principios de la década de 1970. [18] La memoria MOS superó a la memoria de núcleo magnético como tecnología de memoria dominante a principios de la década de 1970. [14]

El término "memoria", cuando se utiliza con referencia a computadoras, se refiere con mayor frecuencia a la memoria volátil de acceso aleatorio (RAM). Los dos tipos principales de RAM volátil son la memoria estática de acceso aleatorio (SRAM) y la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM). La SRAM bipolar fue inventada por Robert Norman en Fairchild Semiconductor en 1963, [9] seguida del desarrollo de MOS SRAM por John Schmidt en Fairchild en 1964. [14] La SRAM se convirtió en una alternativa a la memoria de núcleo magnético, pero requería seis transistores MOS para cada bit de datos. [19] El uso comercial de SRAM comenzó en 1965, cuando IBM introdujo su chip SRAM SP95 para el System/360 Modelo 95 . [9]

Toshiba introdujo celdas de memoria DRAM bipolar para su calculadora electrónica Toscal BC-1411 en 1965. [20] [21] Si bien ofrecía un rendimiento mejorado en comparación con la memoria de núcleo magnético, la DRAM bipolar no podía competir con el precio más bajo de la entonces dominante memoria de núcleo magnético. memoria. [22] La tecnología MOS es la base de la DRAM moderna. En 1966, el Dr. Robert H. Dennard del Centro de Investigación IBM Thomas J. Watson estaba trabajando en la memoria MOS. Mientras examinaba las características de la tecnología MOS, descubrió que era capaz de construir condensadores , y que almacenar una carga o ninguna carga en el condensador MOS podía representar el 1 y el 0 de un bit, mientras que el transistor MOS podía controlar la escritura de la carga en el condensador. Esto lo llevó a desarrollar una celda de memoria DRAM de un solo transistor. [19] En 1967, Dennard presentó una patente ante IBM para una celda de memoria DRAM de un solo transistor, basada en la tecnología MOS. [23] Esto llevó al primer chip DRAM IC comercial, el Intel 1103 , en octubre de 1970. [24] [25] [26] La memoria dinámica de acceso aleatorio síncrona (SDRAM) debutó más tarde con el chip Samsung KM48SL2000 en 1992. [ 27] [28]

El término “memoria” también suele utilizarse para referirse a la memoria no volátil , concretamente a la memoria flash . Tiene su origen en la memoria de sólo lectura (ROM). La memoria programable de sólo lectura (PROM) fue inventada por Wen Tsing Chow en 1956, mientras trabajaba para la División Arma de la American Bosch Arma Corporation. [29] [30] En 1967, Dawon Kahng y Simon Sze de Bell Labs propusieron que la puerta flotante de un dispositivo semiconductor MOS podría usarse para la celda de una memoria de solo lectura (ROM) reprogramable, lo que llevó a Dov Frohman de Intel inventó la EPROM (PROM borrable) en 1971. [31] La EEPROM (PROM borrable eléctricamente) fue desarrollada por Yasuo Tarui, Yutaka Hayashi y Kiyoko Naga en el Laboratorio Electrotécnico del Ministerio de Industria y Comercio Internacional (MITI) de Japón en 1972. [32] Flash La memoria fue inventada por Fujio Masuoka en Toshiba a principios de los años 1980. [33] [34] Masuoka y sus colegas presentaron la invención de la memoria flash NOR en 1984, [35] y luego la memoria flash NAND en 1987. [36] Toshiba comercializó la memoria flash NAND en 1987. [37] [38]

Aplicaciones

Ver también

Referencias

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