Poluprovodnička memorija

Poluprovodnička memorija je uređaj za skladištenje podataka, obično korišćen kao računarska memorija, implementirana na poluprovodničko integrisano strujno kolo. Pravi se u mnogo različitih tipova u tehnologiji.

Poluprovodnička memorija ima svoj nasumični pristup, što znači da je potrebno isto vremena da dođe do neke memorije i njene lokacije da bi se podacima pristupilo u zadatom redu.^[1] Ovo kontrastuje skadištima podataka kao što su tvrdi disk i kompakt disk koji čitaju i pišu podatke redom i tako da podaci mogu biti pristupljeni samo po redu po kome su pisani. Poluprovodnička memorija takođe ima mnogo veću brzinu pristupa podatataka od bilo kog drugog tipa skladišta; bajt memorije može se upisati/pročitati u roku od nanosekunde, dok se brzina memorija rotirajućeg diska meri u milisekundama. Iz ovih razloga koristi se kao glavna računarska memorija (primarno skladište), za podatke sa kojima računar trenutno radi, između ostalog.

Registri sa smenom, procesorski registri, baferi podataka i ostali mali registri koji nemaju mehanizam dekodiranja memorijske adrese se ne smatraju kao memorija iako skladište digitalne podatke.

U poluprovodničkom memorijskom čipu, svaki bit binarnih podataka se skladišti na mestu zvanom memorijska ćelija sastoji se od jednog ili više tranzistora. Memorijske ćelije su slagane u pravougaonastim delovima na površini čipa. Jedno-bitne memorijske ćelije su grupisane u malim jedinicama koje se nazivaju reči kojima se pristupa zajedno kao jednoj memorijskoj adresi. Memorija se proizvodi po dužini reči to je obično stepen dvojke, tipično N=1, 2, 4 ili 8 bita.

Podacima se pristupa načinom memorijske adrese primenjivanim na adrese čipova, adresnim iglama, koje određuju kojoj reči u čipu se treba pristupiti. Ako se memorijska adresa sastoji iz M bita, broj adrese na čipu je 2^M, svaka sadrži N bit reči. Stoga, količina podataka skladištenih na čipu je N2^M bita.^[1] Kapacitet podataka je obično jačine dva: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 i 512 mereno u kilobitima, megabitima, gigabitima ili terabitima, ovde definisani po binarnim prefiksima. Trenutno (2012) najveći poluprovodnički memorijski čipovi sadrže nekoliko GB podataka, ali se veći kapaciteti non stop proizvode. Kombinacijom nekoliko integrisanih kola, memorija se može urediti u dužu reč i prostor adrese nego što nudi čip, i često ali ne i potrebno stepen dvojke.^[1]

Dve osnovne operacije koje izvodi memorijski čip su "čitanje", u kojoj se podaci koji se sastoje od memorijske reči iščitavaju, i "pisanje" u kojoj se podaci skladište u memorijskim rečima, zamenjujući reč koja je prethodno bila tu.

U dodatku samostalnim memorijskim čipovima, blokovi poluprovodničke memorije su integrisani delovi mnogih računara i kola procesora podataka. Na primer mikroprocesorski čipovi koji pokreću računar sadrže keš memoriju da skladište instrukciju koja čeka da se izvrši.

RAM (Memorija sa slučajnim pristupom) je postala generički termin za svaku poluprovodničku memoriju na kojoj se može pisati, ali takođe i čitati, za razliku od ROM-a (ispod), koji samo može da se čita. Treba napomenuti da sve poluprovodničke memorije imaju nasumični pristup, ne samo RAM.

Privremena memorija gubi svoje podatke kada se struja isključi. Kakogod, jeftinija je i brža od neispravljivih. Ovaj tip se koristi za glavnu memoriju kod mnogih računara od kad se memorija skladišti na tvrdi disku kad je računar isključen. Glavni tipovi su:^[2][3]

• DRAM (Dinamička memorija nasumičnog pristupa) koja sadrži memorijske ćelije koje se sastoje od jednog kondenzatora i jednog tranzistora po bitu. Ovo je najjeftiniji i najgušći, pa se koristi kod mnogih računara kao glavna memorija. Međutim, naelektrisanje koji skladišti podatke u memorijskim ćelijama vremenom iscuri, tako da memorijske ćelije vremenom moraju biti osvežene (prepisane). Proces osveživanja je automatski i neprimetan korisniku.
  • FPM DRAM (Fast page mode DRAM) Stariji tip asinhronog DRAM-a koji se poboljšao u odnosu na prethodni tip omogućujući da se pristupi jednoj "strani" brže. Korišćen sredinom 1990. godina.
  • EDO DRAM (Extended data out DRAM) Starji tip asinhrong DRAM-a, ima brži pristup nego kod ranijih tipova zato što je u mogućnosti da napravi novu vezu sa memorijom dok se istoj pristupa. Korišćen kasnije 1990. godina.
  • VRAM (Video random access memory) Stariji tipš dvo-portne memorije koja se nekad koristila za frame bafere video adaptera (video karte).
  • SDRAM (Synchronous dynamic random-access memory) Ovo je bila dezorganizacija DRAM memorijskog čipa, koji je dodao taktnu liniju da bi omogućio rad sinhrono sa računarskom memorijskom magistralom takta. Podaci na čipu su podeljeni u bankama tako da može raditi na nekoliko memorijskih pristupa u isto vreme, u različitim bankama. Postao je dominantni tip računarske memorije tokom 2000. godine.
    • DDR SDRAM (Double data rate SDRAM) Ovo je bila modifikacija u poboljšanju retinga podataka, omogućujući čipu da prebacuje 2 puta više memorije (dve istovremene reči) svakim taktom kola dvostrukog pumpanja, transferom podataka na oba, ka vodećim i zadnjim ivicama taktnog pulsa. Ekstenzije ove ideje su sadašnje (2012) tehnike da se poveća rejting pristupa i opsega režima. Od kad se pokazalo teško da se dalje poveća brzina unutrašnjeg takta memorijskog čipa, ovi čipovi su povećali transferom podataka u većim blokovima:
      • DDR2 SDRAM prenosi 4 uzastopnih reiči po unutrašnjem ciklusu takta.
      • DDR3 SDRAM prenosi 8 uzastopnih reiči po unutrašnjem ciklusu takta.
      • DDR4 SDRAM prenosi 16 uzastopnih reiči po unutrašnjem ciklusu takta.
    • RDRAM (Rambus DRAM) je alternativna memorija dvostrukom brzinom prenosa podataka standard koji se koristio na nekim Intel-ovim sistemima, ali je ubrzo izbačen od strane DDR SDRAM-a.
    • SGRAM (Synchronous graphics RAM) Specijalni tip SDRAM-a napravljen za grafičke adaptere (video kartice). Može raditi grafičke operacije kao što je maskiranje bitova i pisanje blokova, i može otvoriti 2 strane memorije odjednom.
    • PSRAM (Pseudostatic RAM) Ovo je DRAM koji ima kolo za osvežavanje memorije na čipu, tako da se ponaša kao SRAM, dozvoljavajući eksternoj memoriji da se isključi da bi se sačuvala energija. Koristi se u nekoliko portabilnih gejm kontrolera kao što je Wii.
• SRAM (Static random-access memory) koja se oslanja na nekoliko tranzistora koji omogućavaju digitalnom flip-flopu da skladišti svaki bit. Ovo je skuplje i manje gušće po bitu nego DRAM, ali brže i ne zahteva osvežavanje memorije.
• Content-addressable memory Ovo je specijalizovan tip koji, umesto da pristupa podacima koristeći adrese, reč podataka je primenjena i memorija vraća lokaciju ako je reč skladištena u memoriji. Najviše je inkorporisan u drugim čipovima kao što su mikroprocesori gde se koristi za keš memoriju.