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 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, [update]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 volátil
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 .
DRAM ( memoria dinámica de acceso aleatorio ): utiliza celdas de memoria que constan de un MOSFET (transistor de efecto de campo MOS) y un condensador MOS para almacenar cada bit. Este tipo de RAM es el más económico y de mayor densidad, por lo que se utiliza como memoria principal en los ordenadores. Sin embargo, la carga eléctrica que almacena los datos en las celdas de memoria se escapa lentamente, por lo que las celdas de memoria deben actualizarse (reescribirse) periódicamente, lo que requiere circuitos adicionales. El proceso de actualización lo maneja internamente la computadora y es transparente para el usuario.
FPM DRAM ( DRAM en modo de página rápida ): un tipo más antiguo de DRAM asíncrona que mejoró los tipos anteriores al permitir accesos repetidos a una única "página" de memoria a un ritmo más rápido. Utilizado a mediados de los años 1990.
EDO DRAM ( DRAM de salida de datos extendida ): un tipo más antiguo de DRAM asíncrona que tenía un tiempo de acceso más rápido que los tipos anteriores al poder iniciar un nuevo acceso a la memoria mientras los datos del acceso anterior aún se estaban transfiriendo. Utilizado a finales de la década de 1990.
SDRAM ( memoria dinámica síncrona de acceso aleatorio ): este circuito agregado al chip DRAM sincroniza todas las operaciones con una señal de reloj agregada al bus de memoria de la computadora . Esto permitió que el chip procesara múltiples solicitudes de memoria simultáneamente mediante canalización , para aumentar la velocidad. Los datos del chip también se dividen en bancos , cada uno de los cuales puede trabajar simultáneamente en una operación de memoria. Este se convirtió en el tipo dominante de memoria de computadora alrededor del año 2000.
DDR SDRAM ( SDRAM de doble velocidad de datos ): esto podría transferir el doble de datos (dos palabras consecutivas) en cada ciclo de reloj mediante doble bombeo (transfiriendo datos en los flancos ascendente y descendente del pulso de reloj). Las extensiones de esta idea son la técnica actual (2012) que se utiliza para aumentar la tasa de acceso a la memoria y el rendimiento. Dado que está resultando difícil aumentar aún más la velocidad del reloj interno de los chips de memoria, estos chips aumentan la velocidad de transferencia transfiriendo más palabras de datos en cada ciclo de reloj.
SDRAM DDR2 : transfiere 4 palabras consecutivas por ciclo de reloj interno
SDRAM DDR3 : transfiere 8 palabras consecutivas por ciclo de reloj interno.
SDRAM DDR4 : transfiere 16 palabras consecutivas por ciclo de reloj interno.
RDRAM ( Rambus DRAM ): un estándar de memoria alternativo de doble velocidad de datos que se utilizó en algunos sistemas Intel pero que finalmente perdió ante DDR SDRAM.
HBM ( memoria de alto ancho de banda ): un desarrollo de SDRAM utilizado en tarjetas gráficas que pueden transferir datos a una velocidad más rápida. Consta de varios chips de memoria apilados uno encima del otro, con un bus de datos más amplio.
PSRAM ( RAM pseudoestática ): es una DRAM que tiene circuitos para realizar la actualización de la memoria en el chip, de modo que actúa como SRAM, lo que permite apagar el controlador de memoria externo para ahorrar energía. Se utiliza en algunas consolas de juegos como la Wii .
CAM ( memoria direccionable por contenido ): este es un tipo especializado en el que, en lugar de acceder a los datos mediante una dirección, se aplica una palabra de datos y la memoria devuelve la ubicación si la palabra está almacenada en la memoria. Se incorpora principalmente en otros chips, como los microprocesadores , donde se utiliza como memoria caché .
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]
ROM ( memoria de solo lectura ): está diseñada para contener datos permanentes y, en funcionamiento normal, solo se lee, no se escribe. Aunque se pueden escribir muchos tipos, el proceso de escritura es lento y normalmente todos los datos del chip deben reescribirse a la vez. Generalmente se utiliza para almacenar software del sistema al que la computadora debe acceder inmediatamente, como el programa BIOS que inicia la computadora, y el software ( microcódigo ) para dispositivos portátiles y computadoras integradas, como microcontroladores .
MROM ( ROM programada en máscara o ROM de máscara ): en este tipo, los datos se programan en el chip cuando se fabrica el chip, por lo que solo se utiliza para grandes tiradas de producción. No se puede reescribir con nuevos datos.
PROM ( memoria programable de solo lectura ): en este tipo, los datos se escriben en un chip PROM existente antes de instalarlo en el circuito, pero solo se pueden escribir una vez. Los datos se escriben conectando el chip a un dispositivo llamado programador PROM.
EPROM ( memoria de solo lectura programable y borrable o UVEPROM): en este tipo, los datos que contiene se pueden reescribir quitando el chip de la placa de circuito, exponiéndolo a una luz ultravioleta para borrar los datos existentes y conectándolo a un programador PROM. . El paquete IC tiene una pequeña "ventana" transparente en la parte superior para dejar entrar la luz ultravioleta. A menudo se utiliza para prototipos y dispositivos de producción pequeña, donde es posible que sea necesario cambiar el programa en la fábrica.EPROM de 4M, que muestra una ventana transparente utilizada para borrar el chip
EEPROM ( memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente ): en este tipo, los datos se pueden reescribir eléctricamente, mientras el chip está en la placa de circuito, pero el proceso de escritura es lento. Este tipo se utiliza para contener firmware , el microcódigo de bajo nivel que ejecuta dispositivos de hardware, como el programa BIOS en la mayoría de las computadoras, para que pueda actualizarse.
Memoria flash : en este tipo el proceso de escritura tiene una velocidad intermedia entre las EEPROM y la memoria RAM; se puede escribir en él, pero no lo suficientemente rápido como para servir como memoria principal. A menudo se utiliza como versión semiconductora de un disco duro , para almacenar archivos. Se utiliza en dispositivos portátiles como PDA, unidades flash USB y tarjetas de memoria extraíbles utilizadas en cámaras digitales y teléfonos móviles .
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 ). Las primeras memorias semiconductoras se remontan a 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]
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 por el 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 SP95 SRAM 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]
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