Оперативная память

Оперативная память (der или das; англ. Random [-] access memory , на немецком языке : «память с произвольным / прямым доступом » = память с произвольным доступом ), сокращенно RAM , - это память данных, которая используется в качестве основной памяти в компьютерах , в основном в виде нескольких компонентов памяти на одном модуле памяти . Наиболее распространенные формы относятся к полупроводниковой памяти . RAM используется как интегральная схема в основном на кремнии-Технология реализована и используется во всех типах электронных устройств.

Микросхема DRAM U61000D с 1  MiBit .

Характерная черта

Базовое расположение ячеек памяти в строках и столбцах (матрице) в ОЗУ

Обозначение типа памяти как «необязательный» означает в этом контексте, что каждая ячейка памяти может быть адресована непосредственно через ее адрес памяти . Память не должна считываться последовательно или блоками. Однако в случае больших модулей памяти адресация происходит не через отдельные ячейки, а через слово , ширина которого зависит от архитектуры памяти. Это отличает ОЗУ от памяти, в которую можно записывать блоками, так называемой флэш-памяти .

Термин оперативная память сегодня всегда используется в смысле «ОЗУ для чтения-записи » (оперативная память чтения-записи  - RWRAM). Существуют и другие типы памяти с произвольным доступом, в частности модули памяти только для чтения ( постоянная память , ПЗУ). Поскольку термин RAM вводит в заблуждение, время от времени предпринимались попытки установить название « память чтения-записи » (RWM, память чтения-записи), но это не увенчалось успехом.

история

Происхождение термина восходит к ранним дням современных компьютеров, в которых все данные хранились в форматах памяти с последовательным считыванием, таких как перфокарты или магнитные ленты, которые загружались в быстрые вычислительные регистры для обработки . Чтобы обеспечить промежуточные результаты, были временные линии задержки (используется английская линия задержки ) для промежуточных значений, до тех пор, пока не был введен ферритовый сердечник . Эти записываемые запоминающие устройства уже имели ту же форму матричного доступа, что и современные ОЗУ. В то время все типы быстрой памяти были доступны для записи, и главным нововведением был произвольный доступ к памяти магнитного сердечника и модулям RAM, которые впоследствии были помещены в полупроводниковую память.

Контроль чипов RAM

Различные модули памяти DDR RAM

В зависимости от типа модуля RAM управление происходит синхронно с тактовым сигналом или асинхронно без часов. Основное отличие состоит в том, что в асинхронном варианте данные доступны или записываются только после определенного, зависящего от блока времени выполнения. Эти, среди прочего, зависящие от материала временные параметры имеют разброс образцов и зависят от различных влияний, поэтому максимальная пропускная способность более ограничена при использовании асинхронной памяти, чем при синхронном управлении памятью. В случае синхронной памяти синхронизация сигналов управления определяется тактовым сигналом, что приводит к значительно более высокой пропускной способности.

Синхронные ОЗУ могут быть как статическими, так и динамическими (см. Ниже). Примерами синхронных SRAM являются пакетные SRAM или ZBTRAM . Асинхронные SRAM - это в основном более медленные маломощные SRAM , которые используются, например, в небольших микроконтроллерах в качестве внешних устройств хранения данных. В случае динамических ОЗУ синхронные SDR-SDRAM , которые использовались с конца 1990-х годов, и их преемники, DDR-SDRAM , являются примерами, в то время как DRAM, которые были распространены до этого, такие как EDO-DRAM, были асинхронными. Компоненты DRAM.

Линии управления
Линия управления сообщает чипу, читать или писать. Большинство говорят , что контактный R / W . Часто используются выводы выбора микросхемы CS и / или выводы разрешения вывода OE . Если один из этих выводов устанавливает микросхему в неактивное состояние, линии данных (см. Ниже), в частности, переключаются на высокое сопротивление ( три состояния ), чтобы не мешать сигналам шины другой, теперь уже активной микросхемы. Когда дело доходит до DRAM, есть отдельный вывод, чтобы различать адресную часть RAS и CAS (см. Ниже). Обычно это называется RAS / CAS .
обращаясь
Сегодня микросхемы ОЗУ обычно имеют меньше выводов данных, чем длина слова, необходимая процессору или его контроллеру памяти. Таким образом, соответствующее количество микросхем RAM объединяется в «банк», который затем адресуется через общий сигнал выбора микросхемы. Ваши строки данных вместе покрывают всю длину слова. Для адресации битов в банке контроллер памяти отправляет адресную информацию в соответствующий банк по соответствующим линиям адресной шины . В случае DRAM адресная шина обычно мультиплексируется и направляется в компонент двумя половинами через идентичные контакты, один раз как RAS ( строб адреса строки на английском языке ), а другой - как CAS ( строб адреса столбца на английском языке ). Напротив, в SRAM с целью повышения скорости вся адресная шина обычно маршрутизируется на контакты, так что доступ может осуществляться за одну операцию.
Линии данных
Микросхема RAM имеет по крайней мере одну двунаправленную (а именно управляемую выводом R / W) линию данных. Часто также имеется 4, 8 или 16 контактов данных, в зависимости от конструкции. Емкость микросхемы в битах определяется умножением ширины шины данных на количество возможных значений адреса (2 ширины шины адреса ) или, в случае DRAM (2 2 раза ширины шины адреса ).

Напряжение питания

Потребности в энергии летучих типов RAM в значительной степени зависит от их операционного напряжения , в общем, возрастает по мере квадрата напряжения. В зависимости от объема памяти она может составлять несколько ватт , что заметно влияет на время автономной работы , особенно с мобильными устройствами . Поэтому производители постоянно пытаются снизить потребление энергии и обеспечить более низкое напряжение питания.

Напряжение питания ( JEDEC- совместимой) SDRAM показано в следующей таблице:

Тип напряжение
SDRAM 3,3 0В
DDR SDRAM 2,5 0В
DDR2 SDRAM 1,8 0В
DDR3 SDRAM 1,5 0В
DDR3 SDRAM LP 1,25 В
DDR4 SDRAM 1,2 0В
DDR4 SDRAM LV 1,05 В
DDR5 SDRAM 1,1 0В

Типы RAM

Существуют разные технические реализации RAM. Наиболее распространенные сегодня в основном используются в компьютерах и являются «энергозависимыми» (также: энергозависимыми), что означает, что сохраненные данные теряются при отключении источника питания. Однако есть типы ОЗУ, которые получают информацию даже без источника питания (энергонезависимая). Они называются NVRAM . Следующий список составлен по основному принципу работы:

Статическая RAM (SRAM)

Статическая RAM (SRAM) обычно относится к меньшим по размеру модулям электронной памяти в диапазоне до нескольких MiBit . В качестве особой функции они сохраняют содержимое своей памяти, которая хранится в бистабильных мультивибраторах , без выполнения циклов обновления - все, что требуется, - это напряжение питания. Название также происходит от этого обстоятельства; Исторически это касается и основной памяти , которая даже без напряжения не меняет своего состояния годами.

Для SRAM требуется значительно больше компонентов (и площади микросхемы), чем для DRAM (см. Ниже) - в частности, от четырех до шести транзисторов на бит памяти по сравнению с одним (плюс накопительный конденсатор) в ячейке DRAM - и поэтому это слишком дорого для больших объемов памяти. Однако он предлагает очень короткое время доступа и не требует никаких циклов обновления, как в случае с DRAM.

Приложения находятся, например, в компьютерах в качестве кеш-памяти и в микроконтроллерах в качестве основной памяти. Его содержимое непостоянно (volatile; англ. Volatile ), то есть сохраненная информация теряется при отключении питания. В сочетании с резервной батареей специальная форма энергонезависимой памяти NVRAM может быть реализована из статической ОЗУ , поскольку ячейки SRAM без циклов доступа имеют только очень низкую потребляемую мощность, а резервная батарея может удерживать содержимое данных в SRAM в течение несколько лет.

Динамическое ОЗУ (DRAM)

Базовая структура ячейки DRAM

Динамическое ОЗУ (DRAM) - это модуль электронной памяти, который в основном используется в компьютерах в качестве основной памяти . Его содержимое непостоянно, т.е. сохраненная информация теряется при отключении рабочего напряжения. Однако с DRAM информация быстро теряется, даже если рабочее напряжение поддерживается (!), И поэтому ее необходимо регулярно « обновлять » - отсюда и название «динамический».

Информация хранится в виде состояния заряда конденсатора - например, «заряжен» = «1», «разряжен» = «0». Его очень простая структура делает ячейку памяти очень маленькой (от 6 до 10  Ф² ), но конденсатор с его малой емкостью быстро разряжается из-за возникающих токов утечки, и информационное содержание теряется. Поэтому ячейки памяти необходимо регулярно обновлять. Модули DRAM со встроенной схемой управления для обновления могут вести себя как SRAM для внешнего мира. Это известно как псевдостатическая RAM .

По сравнению с SRAM, DRAM намного дешевле в расчете на бит , поэтому он в основном используется там, где требуется большой объем RAM, например, для основной памяти компьютера.

ОЗУ с фазовым переходом (PCRAM, PRAM)

Структура ячейки PRAM

ОЗУ с фазовым переходом (PRAM) находится, среди прочего. все еще находится в разработкев Samsung . Он должен служить заменой S и DRAM и иметь преимущества по сравнению с флэш- памятью NOR , например, доступ для записи должен быть значительно быстрее, а количество циклов записи / чтения должно быть во много раз выше, чем флэш-память NOR. Он занимает меньше места и проще в изготовлении.

Резистивная RAM (RRAM, ReRAM)

Резистивное ОЗУ (RRAM или ReRAM) - это энергонезависимая электронная оперативная память, в которой хранится информация путем изменения электрического сопротивления слабопроводящего диэлектрика.

литература

  • Р. В. Манн, В. В. Абадир, М. Дж. Брейтвиш, О. Була, Дж. С. Браун, Б. К. Колвилл, П. Е. Коттрелл, В. Г. Крокко, С. С. Фуркей, М. Дж. Хаузер: Технология SRAM сверхмалой мощности . В: Журнал исследований и разработок IBM . Лента 47 , нет. 5 , 2003, с. 553-566 , DOI : 10,1147 / около 475,0553 .

веб ссылки

Commons : RAM  - коллекция изображений, видео и аудио файлов.

Ссылки и сноски

  1. ↑ RAM. В: duden.de. Проверено 23 сентября 2019 года .