Jump to content

Полупроводниковая память

(Перенаправлено из памяти Semiconductor )

Полупроводниковая память — это цифровое электронное полупроводниковое устройство , используемое для хранения цифровых данных , например компьютерная память . Обычно это относится к устройствам, в которых данные хранятся в металл-оксид-полупроводник (МОП) ячейках памяти на кремниевой на интегральной схеме микросхеме памяти . [1] [2] [3] Существует множество различных типов, использующих разные полупроводниковые технологии. Двумя основными типами оперативной памяти (ОЗУ) являются статическая ОЗУ (SRAM), в которой используется несколько транзисторов на ячейку памяти, и динамическая ОЗУ (DRAM), в которой на ячейку используется транзистор и МОП-конденсатор . Энергонезависимая память (такая как EPROM , EEPROM и флэш-память ) использует ячейки памяти с плавающим затвором , которые состоят из одного транзистора с плавающим затвором на ячейку.

Большинство типов полупроводниковой памяти обладают свойством произвольного доступа . [4] это означает, что для доступа к любой ячейке памяти требуется одинаковое количество времени, поэтому к данным можно эффективно обращаться в любом случайном порядке. [5] Это контрастирует с носителями данных, такими как компакт-диски , которые считывают и записывают данные последовательно, и поэтому доступ к данным можно получить только в той же последовательности, в которой они были записаны. Полупроводниковая память также имеет гораздо более быстрое время доступа , чем другие типы хранения данных; байт , тогда как время доступа к вращающимся хранилищам , данных может быть записан или прочитан из полупроводниковой памяти в течение нескольких наносекунд таким как жесткие диски, находится в диапазоне миллисекунд. По этим причинам он используется в качестве основного хранилища для хранения программ и данных, над которыми в данный момент работает компьютер, а также для других целей.

По состоянию на 2017 год Продажи полупроводниковых микросхем памяти составляют 124 миллиарда долларов в год, что составляет 30% полупроводниковой промышленности . [6] Регистры сдвига , регистры процессора , буферы данных и другие небольшие цифровые регистры, которые не имеют механизма декодирования адреса памяти , обычно не называются памятью , хотя они также хранят цифровые данные.

Описание

[ редактировать ]

В полупроводниковой микросхеме памяти каждый бит двоичных данных хранится в крошечной схеме, называемой ячейкой памяти, состоящей из одного или нескольких транзисторов . Ячейки памяти расположены прямоугольными массивами на поверхности чипа. 1-битные ячейки памяти сгруппированы в небольшие единицы, называемые словами , доступ к которым осуществляется вместе как по одному адресу памяти. Память изготавливается с длиной слова , которая обычно равна степени двойки, обычно N = 1, 2, 4 или 8 бит.

Доступ к данным осуществляется посредством двоичного числа, называемого адресом памяти, нанесенного на адресные контакты микросхемы и указывающего, к какому слову в микросхеме необходимо получить доступ. Если адрес памяти состоит из М бит, количество адресов на кристалле равно 2. М , каждый из которых содержит N- битовое слово. Следовательно, объем данных, хранящихся в каждом чипе, равен N 2 М биты. [5] Емкость памяти для M адресных строк определяется выражением 2 М , которое обычно имеет степень двойки: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 и 512 и измеряется в килобитах , мегабитах , гигабитах или терабитах и ​​т. д. По состоянию на 2014 год. самые крупные полупроводниковые микросхемы памяти содержат несколько гигабит данных, но постоянно разрабатываются памяти большей емкости. Объединив несколько интегральных схем, память можно организовать в слово и/или адресное пространство большей длины, чем то, что предлагает каждый чип, часто, но не обязательно, в степени двойки . [5]

Двумя основными операциями, выполняемыми микросхемой памяти, являются « чтение », при котором содержимое слова памяти считывается (неразрушающим образом), и « запись », при которой данные сохраняются в слове памяти, заменяя любые данные, которые были ранее сохранены. хранится там. Чтобы увеличить скорость передачи данных, в некоторых новейших типах микросхем памяти, таких как DDR SDRAM, при каждой операции чтения или записи осуществляется доступ к нескольким словам.

Помимо отдельных микросхем памяти, блоки полупроводниковой памяти являются неотъемлемой частью многих интегральных схем компьютеров и обработки данных. Например, микропроцессоры , на которых работают компьютеры, содержат кэш-память для хранения инструкций, ожидающих выполнения.

Энергозависимая память

[ редактировать ]
Чипы оперативной памяти для компьютеров обычно поставляются в виде съемных модулей памяти таких . Дополнительную память можно добавить в компьютер, подключив дополнительные модули.

Энергозависимая память теряет сохраненные данные при отключении питания микросхемы памяти. Однако это может быть быстрее и дешевле, чем энергонезависимая память. Этот тип используется для основной памяти в большинстве компьютеров, поскольку данные сохраняются на жестком диске , когда компьютер выключен. Основные типы: [7] [8]

ОЗУ ( оперативное запоминающее устройство ) — это стало общим термином для любой полупроводниковой памяти, в которую можно записывать и читать, в отличие от ПЗУ (ниже) , которое можно только читать. Вся полупроводниковая память, а не только оперативная память, обладает свойством произвольного доступа .

Энергонезависимая память

[ редактировать ]

Энергонезависимая память (NVM) сохраняет хранящиеся в ней данные в периоды отключения питания чипа. Поэтому он используется для памяти в портативных устройствах, у которых нет дисков, а также для съемных карт памяти , среди прочего. Основные типы: [7] [8]

Ранняя компьютерная память состояла из памяти с магнитным сердечником , поскольку ранние твердотельные электронные полупроводники , включая транзисторы, такие как биполярный переходной транзистор (BJT), были непрактичны для использования в качестве цифровых запоминающих элементов ( ячейок памяти ). Самая ранняя полупроводниковая память появилась в начале 1960-х годов и представляла собой биполярную память, в которой использовались биполярные транзисторы. [9] Биполярная полупроводниковая память, изготовленная из дискретных устройств, была впервые отправлена ​​компанией Texas Instruments в ВВС США в 1961 году. В том же году концепция твердотельной памяти на интегральной схеме (ИС) была предложена инженером по приложениям Бобом Норманом из Fairchild. Полупроводник . [10] Первой однокристальной микросхемой памяти была 16-битная BJT IBM SP95, изготовленная в декабре 1965 года и разработанная Полом Каструччи. [9] [10] Хотя биполярная память обеспечивала более высокую производительность по сравнению с памятью на магнитном сердечнике, она не могла конкурировать с более дешевой памятью на магнитном сердечнике, которая оставалась доминирующей до конца 1960-х годов. [9] Биполярная память не смогла заменить память на магнитных сердечниках, поскольку биполярные триггерные схемы были слишком большими и дорогими. [11]

МОП-память

[ редактировать ]

Появление полевого транзистора металл-оксид-полупроводник (MOSFET). [12] изобретен Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году, [13] позволило практическое использование транзисторов металл-оксид-полупроводник (МОП) в качестве запоминающих элементов ячеек памяти - функцию, которую ранее выполняли магнитные сердечники в компьютерной памяти . [12] МОП-память была разработана Джоном Шмидтом в Fairchild Semiconductor в 1964 году. [14] [15] Помимо более высокой производительности, MOS-память была дешевле и потребляла меньше энергии, чем память с магнитным сердечником. [14] Это привело к тому, что МОП-транзисторы в конечном итоге заменили магнитные сердечники в качестве стандартных запоминающих элементов в компьютерной памяти. [12]

В 1965 году Дж. Вуд и Р. Болл из Королевского радиолокационного института предложили цифровые системы хранения данных, в которых используются ячейки памяти КМОП (дополнительные МОП-транзисторы), в дополнение к силовым устройствам МОП-транзисторы для источника питания , переключаемой перекрестной связи, переключателям и линиям задержки. хранилище . [16] Разработка с кремниевым затвором технологии МОП-интегральных схем (МОП-ИС) Федерико Фаггином из Fairchild в 1968 году позволила производить микросхемы МОП-памяти . [17] NMOS Память была коммерциализирована компанией IBM в начале 1970-х годов. [18] МОП-память обогнала память на магнитных сердечниках и стала доминирующей технологией памяти в начале 1970-х годов. [14]

Термин «память» при использовании в отношении компьютеров чаще всего относится к энергозависимой оперативной памяти (ОЗУ). Двумя основными типами энергозависимой оперативной памяти являются статическая оперативная память (SRAM) и динамическая оперативная память (DRAM). Биполярная SRAM была изобретена Робертом Норманом в компании Fairchild Semiconductor в 1963 году. [9] за которым последовала разработка MOS SRAM Джоном Шмидтом в Fairchild в 1964 году. [14] SRAM стала альтернативой памяти на магнитных сердечниках, но для каждого бита данных требовалось шесть МОП-транзисторов. [19] Коммерческое использование SRAM началось в 1965 году, когда IBM представила свой чип SRAM SP95 для System/360 Model 95 . [9]

Toshiba DRAM представила биполярные ячейки памяти для своего электронного калькулятора Toscal BC-1411 в 1965 году. [20] [21] Хотя биполярная DRAM предлагала улучшенную производительность по сравнению с памятью с магнитным сердечником, она не могла конкурировать с более низкой ценой доминирующей в то время памяти с магнитным сердечником. [22] Технология MOS является основой современной DRAM. В 1966 году доктор Роберт Х. Деннард из Исследовательского центра IBM Томаса Дж. Уотсона работал над MOS-памятью. Изучая характеристики МОП-технологии, он обнаружил, что она способна создавать конденсаторы , и что сохранение заряда или отсутствие заряда на МОП-конденсаторе может представлять собой 1 и 0 бита, в то время как МОП-транзистор может контролировать запись заряда в конденсатор. Это привело к разработке однотранзисторной ячейки памяти DRAM. [19] В 1967 году Деннард подал патент IBM на однотранзисторную ячейку памяти DRAM, основанную на технологии MOS. [23] Это привело к появлению в октябре 1970 года первого коммерческого чипа DRAM IC — Intel 1103 . [24] [25] [26] Синхронная динамическая память с произвольным доступом (SDRAM) позже дебютировала с чипом Samsung KM48SL2000 в 1992 году. [27] [28]

Термин «память» также часто используется для обозначения энергонезависимой памяти , в частности флэш-памяти . Он берет свое начало в постоянной памяти (ПЗУ). Программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM) было изобретено Вэнь Цин Чоу в 1956 году, когда он работал в подразделении Arma американской корпорации Bosch Arma. [29] [30] В 1967 году Давон Кан и Саймон Зе из Bell Labs предположили, что плавающий затвор полупроводникового МОП -устройства можно использовать в качестве ячейки перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), что привело к тому, что Дов Фроман из Intel изобрел EPROM (стираемое PROM). ) в 1971 году. [31] EEPROM (электрически стираемый PROM) был разработан Ясуо Таруи, Ютакой Хаяси и Киёко Нагой в Министерства международной торговли и промышленности Японии (MITI) электротехнической лаборатории в 1972 году. [32] Флэш-память была изобретена Фудзио Масуокой в ​​Toshiba в начале 1980-х годов. [33] [34] Масуока и его коллеги представили изобретение вспышки NOR в 1984 году. [35] а затем флэш-память NAND в 1987 году. [36] Toshiba начала коммерческое использование флэш-памяти NAND в 1987 году. [37] [38]

Приложения

[ редактировать ]
Приложения MOS-памяти
Тип МОП-памяти Сокр. МОП Ячейка памяти Приложения
Статическая оперативная память СРАМ МОП-транзисторы Кэш-память , сотовые телефоны , eSRAM , мейнфреймы , мультимедийные компьютеры , сети , персональные компьютеры , серверы , суперкомпьютеры , телекоммуникации , рабочие станции , [39] DVD- Буфер диска , [40] буфер данных , [41] энергонезависимая память BIOS
Динамическая оперативная память ДРАМ МОП-транзистор , МОП-конденсатор Видеокамеры , встроенная логика , eDRAM , видеокарта , жесткий диск (HDD), сети, персональные компьютеры, персональные цифровые помощники , принтеры , [39] основная память компьютера , настольные компьютеры , серверы, твердотельные накопители , видеопамять , [40] кадрового буфера память [42] [43]
Сегнетоэлектрическая оперативная память ВПЕРЕД МОП-транзистор, сегнетоэлектрический конденсатор Энергонезависимая память , радиочастотная идентификация (RF идентификация), смарт-карты [39] [40]
Постоянная память ПЗУ МОП-транзистор Генераторы символов , электронные музыкальные инструменты , для лазерных принтеров шрифты , видеоигр картриджи ПЗУ , текстового процессора. словарные данные [39] [40]
Стираемая программируемая постоянная память СППЗУ МОП-транзистор с плавающим затвором Приводы CD-ROM , встроенная память, кода хранилище , модемы [39] [40]
Электрически стираемая программируемая постоянная память ЭСППЗУ МОП-транзистор с плавающим затвором Антиблокировочные тормозные системы , подушки безопасности , автомобильные радиоприемники , сотовые телефоны , бытовая электроника , беспроводные телефоны , дисководы , встроенная память, контроллеры полета , военная техника , модемы, пейджеры , принтеры, телеприставки , смарт-карты [39] [40]
Флэш-память Вспышка МОП-транзистор с плавающим затвором ATA Контроллеры , приложения с батарейным питанием , телекоммуникации, хранилище кода, цифровые камеры , MP3-плееры , портативные медиаплееры , память BIOS, [39] USB-флешка , [44] цифровое телевидение , электронные книги , карты памяти , мобильные устройства , приставки, смартфоны , твердотельные накопители, планшетные компьютеры [40]
Энергонезависимая оперативная память NVRAM МОП-транзисторы с плавающим затвором Медицинское оборудование , космический корабль [39] [40]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ «Рынок МОП-памяти» (PDF) . Корпорация по разработке интегральных схем . Смитсоновский институт . 1997 год . Проверено 16 октября 2019 г.
  2. ^ «Тенденции рынка МОП-памяти» (PDF) . Корпорация по разработке интегральных схем . Смитсоновский институт . 1998 год . Проверено 16 октября 2019 г.
  3. ^ Вендрик, Гарри Дж. М. (2017). Нанометровые КМОП-ИС: от основ к ASIC . Спрингер. стр. 314–5. ISBN  9783319475974 .
  4. ^ Линь, Вэнь К. (1990). Справочник CRC по проектированию цифровых систем, второе издание . ЦРК Пресс. п. 225. ИСБН  0849342724 . Архивировано из оригинала 27 октября 2016 года . Проверено 4 января 2016 г.
  5. ^ Перейти обратно: а б с Давуд, Давуд Шенуда; Р. Пеплоу (2010). Проектирование цифровой системы — использование микроконтроллера . Речное издательство. стр. 255–258. ISBN  978-8792329400 . Архивировано из оригинала 6 июля 2014 г.
  6. ^ «Годовой объем продаж полупроводников увеличился на 21,6 процента и впервые превысил 400 миллиардов долларов» . Ассоциация полупроводниковой промышленности . 5 февраля 2018 года . Проверено 29 июля 2019 г.
  7. ^ Перейти обратно: а б Годзе, АП; Д.А.Годзе (2008). Основы вычислений и программирования . Индия: Технические публикации. п. 1.35. ISBN  978-8184315097 . Архивировано из оригинала 6 июля 2014 г.
  8. ^ Перейти обратно: а б Арора, Ашок (2006). Основы информатики . Публикации Лакшми. стр. 39–41. ISBN  8170089719 . Архивировано из оригинала 6 июля 2014 г.
  9. ^ Перейти обратно: а б с д и «1966: Полупроводниковые ОЗУ удовлетворяют потребности в высокоскоростных запоминающих устройствах» . Музей истории компьютеров . Проверено 19 июня 2019 г.
  10. ^ Перейти обратно: а б «Примечания к временной шкале полупроводниковой памяти» (PDF) . Музей истории компьютеров . 8 ноября 2006 года . Проверено 2 августа 2019 г.
  11. ^ Ортон, Джон В. (2009). Полупроводники и информационная революция: волшебные кристаллы, которые сделали это возможным . Академическая пресса . п. 104. ИСБН  978-0-08-096390-7 .
  12. ^ Перейти обратно: а б с «Транзисторы – обзор» . НаукаДирект . Проверено 8 августа 2019 г.
  13. ^ «1960 - Демонстрация металлооксидно-полупроводникового (МОП) транзистора» . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров .
  14. ^ Перейти обратно: а б с д «1970: Динамическая MOS-память конкурирует с памятью на магнитных сердечниках по цене» . Музей истории компьютеров . Проверено 29 июля 2019 г.
  15. ^ Твердотельный дизайн. Том. 6 . Дом Горизонт. 1965.
  16. ^ Вуд, Дж.; Болл, Р. (февраль 1965 г.). Использование полевых транзисторов с изолированным затвором в цифровых системах хранения данных . 1965 Международная конференция IEEE по твердотельным схемам. Сборник технических статей. Том. VIII. стр. 82–83. дои : 10.1109/ISSCC.1965.1157606 .
  17. ^ «1968: Разработана технология кремниевых затворов для микросхем» . Музей истории компьютеров . Проверено 10 августа 2019 г.
  18. ^ Кричлоу, Д.Л. (2007). «Воспоминания о масштабировании МОП-транзисторов» . Информационный бюллетень Общества твердотельных схем IEEE . 12 (1): 19–22. дои : 10.1109/N-SSC.2007.4785536 .
  19. ^ Перейти обратно: а б «ДРАМ» . IBM100 . ИБМ . 9 августа 2017 года . Проверено 20 сентября 2019 г.
  20. ^ «Спецификация Toshiba «TOSCAL» BC-1411» . Веб-музей старого калькулятора . Архивировано из оригинала 3 июля 2017 года . Проверено 8 мая 2018 г.
  21. ^ Настольный калькулятор Toshiba "Toscal" BC-1411. Архивировано 20 мая 2007 г. на Wayback Machine.
  22. ^ «1966: Полупроводниковые ОЗУ удовлетворяют потребности в высокоскоростных запоминающих устройствах» . Музей истории компьютеров .
  23. ^ «Роберт Деннард» . Британская энциклопедия . Проверено 8 июля 2019 г.
  24. ^ «Intel: 35 лет инноваций (1968–2003)» (PDF) . Интел. 2003. Архивировано из оригинала (PDF) 4 ноября 2021 года . Проверено 26 июня 2019 г.
  25. ^ Память DRAM Роберта Деннарда . история-компьютер.com.
  26. ^ Лоек, Бо (2007). История полупроводниковой техники . Springer Science & Business Media . стр. 362–363. ISBN  9783540342588 . i1103 был изготовлен по 6-масковой технологии P-MOS с кремниевым затвором и минимальной толщиной 8 мкм. Полученный продукт имел размер 2400 мкм, 2 ячейки памяти и размер кристалла чуть менее 10 мм. 2 и продавались примерно за 21 доллар.
  27. ^ «Технический паспорт KM48SL2000-7» . Samsung . Август 1992 года . Проверено 19 июня 2019 г.
  28. ^ «Электронный дизайн» . Электронный дизайн . 41 (15–21). Издательская компания Хайден. 1993. Первая коммерческая синхронная память DRAM, 16-Мбит KM48SL2000 от Samsung, использует однобанковую архитектуру, которая позволяет разработчикам систем легко переходить от асинхронных к синхронным системам.
  29. ^ Хан-Вэй Хуан (5 декабря 2008 г.). Проектирование встроенной системы с C805 . Cengage Обучение. п. 22. ISBN  978-1-111-81079-5 . Архивировано из оригинала 27 апреля 2018 года.
  30. ^ Мари-Од Офор; Эстебан Зиманьи (17 января 2013 г.). Бизнес-аналитика: Вторая европейская летняя школа, eBISS 2012, Брюссель, Бельгия, 15–21 июля 2012 г., Учебные лекции . Спрингер. п. 136. ИСБН  978-3-642-36318-4 . Архивировано из оригинала 27 апреля 2018 года.
  31. ^ «1971: Представлено многоразовое полупроводниковое ПЗУ» . Музей истории компьютеров . Проверено 19 июня 2019 г.
  32. ^ Таруи, Ю.; Хаяши, Ю.; Нагай, К. (1972). «Электрически перепрограммируемая энергонезависимая полупроводниковая память». Журнал IEEE твердотельных схем . 7 (5): 369–375. Бибкод : 1972IJSSC...7..369T . дои : 10.1109/JSSC.1972.1052895 . ISSN   0018-9200 .
  33. ^ Фулфорд, Бенджамин (24 июня 2002 г.). «Невоспетый герой» . Форбс . Архивировано из оригинала 3 марта 2008 года . Проверено 18 марта 2008 г.
  34. ^ США 4531203   Фудзио Масуока.
  35. ^ «Toshiba: изобретатель флэш-памяти» . Тошиба . Проверено 20 июня 2019 г.
  36. ^ Масуока, Ф.; Момодоми, М.; Ивата, Ю.; Широта, Р. (1987). «Новая СППЗУ сверхвысокой плотности и флэш-ЭСППЗУ с ячейкой структуры NAND». Встреча электронных устройств, Международная конференция 1987 г. IEDM 1987. IEEE . дои : 10.1109/IEDM.1987.191485 .
  37. ^ «1987: Toshiba выпускает флэш-память NAND» . электронная неделя . 11 апреля 2012 года . Проверено 20 июня 2019 г.
  38. ^ «1971: Представлено многоразовое полупроводниковое ПЗУ» . Музей истории компьютеров . Проверено 19 июня 2019 г.
  39. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Вендрик, Гарри (2000). Глубоко-субмикронные КМОП-ИС: от основ к ASIC (PDF) (2-е изд.). Академическое издательство Kluwer . стр. 267–8. ISBN  9044001116 . Архивировано из оригинала (PDF) 6 декабря 2020 г. Проверено 14 ноября 2019 г.
  40. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Вендрик, Гарри Дж. М. (2017). Нанометровые КМОП-ИС: от основ к ASIC (2-е изд.). Спрингер. п. 315. ИСБН  9783319475974 .
  41. ^ Вендрик, Гарри Дж. М. (2017). Нанометровые КМОП-ИС: от основ к ASIC (2-е изд.). Спрингер. п. 264. ИСБН  9783319475974 .
  42. ^ Ричард Шуп (2001). «SuperPaint: ранняя графическая система с кадровым буфером» (PDF) . Анналы истории вычислительной техники . IEEE. Архивировано из оригинала (PDF) 12 июня 2004 г.
  43. ^ Гольдвассер, С.М. (июнь 1983 г.). Компьютерная архитектура для интерактивного отображения сегментированных изображений . Компьютерные архитектуры для пространственно распределенных данных. Springer Science & Business Media . стр. 75–94 (81). ISBN  9783642821509 .
  44. ^ Виндбахер, Томас (июнь 2010 г.). «Флэш-память» . ТУ Вена . Проверено 20 декабря 2019 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 720f14c28056015e5610d25e487765a4__1703695800
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/72/a4/720f14c28056015e5610d25e487765a4.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Semiconductor memory - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)