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Memoria semiconductora

La memoria semiconductora es un dispositivo semiconductor electrónico digital utilizado para el almacenamiento de datos digitales , como la memoria de la computadora . Por lo general, se refiere a dispositivos en los que los datos se almacenan dentro de celdas de memoria de metal-óxido-semiconductor (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 capacitor MOS por celda. La memoria no volátil (como EPROM , EEPROM y memoria flash ) utiliza celdas de memoria de compuerta flotante , que consisten en un solo transistor de compuerta flotante por celda.

La mayoría de los tipos de memoria semiconductora tienen la propiedad de acceso aleatorio , [4] lo que significa que se necesita la misma cantidad de tiempo para acceder a cualquier ubicación de 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 que fueron escritos. La memoria semiconductora también tiene tiempos de acceso mucho más rápidos que otros tipos de almacenamiento de datos; un byte de datos se puede escribir o leer desde la memoria semiconductora en unos pocos nanosegundos , mientras que el tiempo de acceso para el almacenamiento rotativo como los discos duros está en el rango de milisegundos. Por estas razones, se utiliza para el almacenamiento primario , para contener el programa y los datos en los que está trabajando actualmente la computadora, entre otros usos.

A partir de 2017 , las ventas de chips de memoria semiconductores fueron de $ 124 mil millones anuales, lo que representa el 30% de la industria de semiconductores . [6] Los registros de desplazamiento , registros de procesador , búferes de datos y otros registros digitales pequeños que no tienen un mecanismo de decodificación de dirección 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 palabra que suelen ser una potencia de dos, normalmente N = 1, 2, 4 u 8 bits.

Los datos se acceden por medio de 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 , cada una conteniendo 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 está dada por 2 M , que normalmente está 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 de 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 que realiza un chip de memoria son la " lectura ", en la que se lee el contenido de datos de una palabra de memoria (de forma no destructiva), y la " escritura ", en la que los datos se almacenan en una palabra de memoria, reemplazando cualquier dato que estuviera 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 semiconductores 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 que esperan ser ejecutadas.

Tipos

Memoria volátil

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

La memoria volátil pierde los 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 de semiconductores en la que se pueda escribir y leer, a diferencia de la ROM (abajo) , que solo se puede leer. Toda la memoria de semiconductores, no solo la RAM, tiene la propiedad de acceso aleatorio .

Memoria no volátil

La memoria no volátil (NVM) conserva los datos almacenados en ella durante los periodos en los que se apaga el chip. Por ello, se utiliza para la memoria de dispositivos portátiles, que no tienen discos, y para tarjetas de memoria extraíbles , entre otros usos. Los principales tipos son: [7] [8]

Historia

Las primeras memorias de ordenador consistían en memorias de núcleo magnético , ya que los primeros semiconductores electrónicos de estado sólido , incluidos los transistores como el transistor de unión bipolar (BJT), no eran prácticos para su uso como elementos de almacenamiento digital ( celdas de memoria ). La primera memoria de semiconductores se remonta a principios de los años 1960, con la memoria bipolar, que utilizaba transistores bipolares. [9] La primera memoria de semiconductores bipolares fabricada a partir de dispositivos discretos fue enviada por Texas Instruments a la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en 1961. El mismo año, el ingeniero de aplicaciones Bob Norman propuso el concepto de memoria de estado sólido en un chip de circuito integrado (CI) en Fairchild Semiconductor . [10] El primer CI de memoria de un solo chip fue el BJT de 16 bits IBM SP95 fabricado en diciembre de 1965, diseñado por Paul Castrucci. [9] [10] Aunque la memoria bipolar ofrecía un rendimiento mejorado sobre 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 los años 1960. [9] La memoria bipolar no logró reemplazar a la memoria de núcleo magnético porque los circuitos flip-flop bipolares eran demasiado grandes y costosos. [11]

Memoria MOS

En 1957, Frosch y Derick pudieron fabricar los primeros transistores de efecto de campo de dióxido de silicio en Bell Labs, los primeros transistores en los que el drenaje y la fuente estaban adyacentes en la superficie, [12] después de esto, se construyó un MOSFET funcional en Bell Labs. [13] [14]

La memoria MOS fue desarrollada por John Schmidt en Fairchild Semiconductor en 1964. [15] [16] Además de un mayor rendimiento, la memoria MOS era más barata y consumía menos energía que la memoria de núcleo magnético. [15] Esto llevó a que los MOSFET eventualmente reemplazaran a los núcleos magnéticos como elementos de almacenamiento estándar en la memoria de la computadora. [17]

En 1965, J. Wood y R. Ball del Royal Radar Establishment propusieron sistemas de almacenamiento digital que utilizan celdas de memoria CMOS (MOS complementarios), además de dispositivos de potencia MOSFET para la fuente de alimentación , acoplamiento cruzado conmutado, interruptores y almacenamiento de línea de retardo . [18] El desarrollo de la tecnología de circuito integrado MOS de compuerta de silicio (MOS IC) por Federico Faggin en Fairchild en 1968 permitió la producción de chips de memoria MOS . [19] La memoria NMOS fue comercializada por IBM a principios de la década de 1970. [20] La memoria MOS superó a la memoria de núcleo magnético como la tecnología de memoria dominante a principios de la década de 1970. [15]

El término "memoria" cuando se utiliza en relación con las 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 por el desarrollo de la SRAM MOS por John Schmidt en Fairchild en 1964. [15] La SRAM se convirtió en una alternativa a la memoria de núcleo magnético, pero requería seis transistores MOS para cada bit de datos. [21] El uso comercial de la SRAM comenzó en 1965, cuando IBM presentó su chip SRAM SP95 para el System/360 Model 95. [ 9]

Toshiba introdujo las celdas de memoria DRAM bipolares para su calculadora electrónica Toscal BC-1411 en 1965. [22] [23] Si bien ofrecía un rendimiento mejorado sobre la memoria de núcleo magnético, la DRAM bipolar no podía competir con el precio más bajo de la memoria de núcleo magnético dominante en ese momento. [24] La tecnología MOS es la base de la DRAM moderna. En 1966, el Dr. Robert H. Dennard en el Centro de Investigación Thomas J. Watson de IBM 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 podría representar el 1 y el 0 de un bit, mientras que el transistor MOS podría controlar la escritura de la carga en el condensador. Esto lo llevó al desarrollo de una celda de memoria DRAM de un solo transistor. [21] En 1967, Dennard presentó una patente bajo IBM para una celda de memoria DRAM de un solo transistor, basada en tecnología MOS. [25] Esto condujo al primer chip IC DRAM comercial, el Intel 1103 , en octubre de 1970. [26] [27] [28] La memoria de acceso aleatorio dinámico sincrónico (SDRAM) debutó más tarde con el chip Samsung KM48SL2000 en 1992. [29] [30]

El término "memoria" también se utiliza a menudo para referirse a la memoria no volátil , en concreto a la memoria flash . Tiene su origen en la memoria de solo lectura (ROM). La memoria de solo lectura programable (PROM) fue inventada por Wen Tsing Chow en 1956, mientras trabajaba para la División Arma de la corporación estadounidense Bosch Arma. [31] [32] 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 reprogramable (ROM), lo que llevó a Dov Frohman de Intel a inventar la EPROM (PROM borrable) en 1971. [33] La EEPROM (PROM borrable eléctricamente) fue desarrollada por Yasuo Tarui, Yutaka Hayashi y Kiyoko Naga en el Laboratorio Electrotécnico del Ministerio de Comercio Internacional e Industria (MITI) de Japón en 1972. [34] La memoria flash fue inventada por Fujio Masuoka en Toshiba a principios de los años 1980. [35] [36] Masuoka y sus colegas presentaron la invención de la memoria flash NOR en 1984, [37] y luego la memoria flash NAND en 1987. [38] Toshiba comercializó la memoria flash NAND en 1987. [39] [40]

Aplicaciones

Véase también

Referencias

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