DRAM

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

La Dynamic Random Access Memory (DRAM) és una memòria electrònica d'accés aleatori, que s'usa principalment en els mòduls de memòria RAM i en altres dispositius, com a memòria principal del sistema. Es denomina dinàmica, ja que per a mantenir emmagatzemat una dada, es requereix revisar el mateix i recarregar-lo, cada cert període de temps, en un cicle de refresc. El seu principal avantatge és la possibilitat de construir memòries amb una gran densitat de posicions i que encara funcionin a una velocitat alta: en l'actualitat es fabriquen integrats amb milions de posicions i velocitats d'accés amidats en milions de bit per segon. És una memòria volàtil, és a dir quan no hi ha alimentació elèctrica, la memòria perd la informació que tenia emmagatzemada. Inventada a la fi dels anys seixanta, és una de les memòries més usades en l'actualitat.

Reinvenció de la memòria DRAM[modifica | modifica el codi]

Vora l'any 1973 Intel i altres fabricants construïen els seus integrats de memòria DRAM emprant un esquema en el qual s'augmentava un pin cada vegada que es doblava la capacitat. D'acord a aquest esquema, un integrat de 64 kbits tindria 16 pins només per a les adreces. Dintre dels costos més importants pel fabricant i l'ensamblador de circuits impresos estava la quantitat de pins de l'empaquetatge i en un mercat tan competit era crucial tenir els menors preus. A causa d'això, un integrat amb una capacitat de 16 pins i 4Kb de capacitat va ser un producte d'èxit pels usuaris, que trobaven als integrats de 22 pins, oferts per Intel i Texas Instruments menys costosos.

El llançament de la memòria MK4096 de 4K, amb un sol transistor per cel·la i amb adreçament multiplexat sorgit del treball de Robert Proebsting qui observà que en les cel·les amb un sol transistor, era impossible accedir a la informació en una posició, enviant al mateix temps les dades de fila i columna a la matriu: calia doncs enviar els senyals un després de l'altra. La solució a nivell de la cel·la conduïa a un estalvi en l'empaquetatge, ja que l'adreça podria rebre's en dues etapes, reduint la quantitat de pins usats. Per exemple per a un integrat de 64 Kb es passava de 16 pins dedicats a solament 8 i dos mes per a senyals de control extres. La multiplexació en el temps és un esquema d'adreçament que porta molts avantatges, a costa d'uns pocs canvis en el circuit extern, de manera que es va convertir en un estàndard de la indústria que encara es manté. Molta de la terminologia usada en la fulla de dades del MK4096 encara s'usa i molts dels paràmetres de temporització com el retard RAS a CAS van ser instaurats amb aquest producte, entre altres aspectes.

Funcionament[modifica | modifica el codi]

La cel·la de memòria és a la unitat bàsica de qualsevol memòria, capaç d'emmagatzemar un Bit en els sistemes digitals. La construcció de la cel·la defineix el funcionament de la mateixa, en el cas de la DRAM moderna, consisteix en un transistor d'efecte de camp i un condensador. El principi de funcionament bàsic, és senzill: una càrrega s'emmagatzema en el condensador significant un 1 i sense càrrega un 0. El transistor funciona com un interruptor que connecta i desconnecta al condensador. Aquest mecanisme pot implementar-se amb dispositius discrets i de fet moltes memòries anteriors a l'època dels semiconductors, es basaven en arranjaments de cel·les transistor-condensador.

Les cel·les en qualsevol sistema de memòria, s'organitzen en la forma de matrius de dues dimensions, a les quals s'accedeix per mitjà de les files i les columnes. En la DRAM aquestes estructures contenen milions de cel·les i es fabriquen sobre la superfície de la pastilla de silici formant àrees que són visibles a primera vista. Normalment les memòries DRAM s'agrupen en els anomenats DIMMs (Dual Inline Memory Modules) que poden contenir diversos xips DRAM i que comuniquen els diferents xips amb els busos de memòria.

En l'exemple tenim un arranjament de 4x4 cel·les, en el qual les línies horitzontals connectades a les comportes dels transistors són les files i les línies verticals connectades als canals dels FET són les columnes.

Per a accedir a una posició de memòria es necessita una adreça de 4 bits, però en les DRAM les adreces estan multiplexades en temps, és a dir s'envien a parts iguals. Les entrades marcades com a0 i a1 són el bus d'adreces i pel mateix entra la direcció de la fila i després la de la columna. Les adreces es diferencien per mitjà de senyals de sincronització anomenats RAS (de l'anglès Row Address Strobe) i CAS (Column Address Strobe) que indiquen l'entrada de cada part de l'adreça.

la latència CAS és el temps de retard que transcorre entre el moment en què un controlador de memòria demana al mòdul de memòria d'accedir a una columna en particular de la memòria en un mòdul de memòria DRAM, i el moment en què les dades demanades són disponibles als pins de sortida del mòdul.

Funcionament de la DRAM amb una matriu de 4x4

Passos principals per a una lectura[modifica | modifica el codi]

- Les columnes són precarregades a un voltatge igual a la meitat del voltatge d'1 lògic. Això és possible, ja que les línies es comporten com grans condensadors, donada la seva longitud tenen un valor més alt que la dels condensadors en les cel·les.

- Una fila és energitzada per mitjà del descodificador de files que rep la direcció i el senyal de RAS. Això fa que els transistors connectats a una fila condueixin permetent la connexió elèctrica entre les línies de la columna i una fila de condensadors. L'efecte és el mateix que es produeix al connectar dos condensadors, uneixo carregat i altre de càrrega desconeguda: es produeix un balanç que deixa als dos amb un voltatge molt similar, compartint les càrregues. El resultat final depèn del valor de càrrega en el condensador de la cel·la connectada a cada columna. El canvi és petit, ja que la línia de columna es un condensador més gran que el de la cel·la.

- El canvi és amidat i amplificat per una secció que conté circuits de realimentació positiva: si el valor a amidar és menor que el de la meitat del voltatge d'1 lògic, la sortida serà un 0, si és major, la sortida es regenera a un 1. Funciona com un arrodoniment.

- La lectura es realitza en totes les posicions d'una fila de manera que en arribar la segona part de l'adreça, es decideix com és la cel·la desitjada. Això succeeix amb el senyal CAS. La dada és lliurada al bus de dades per mitjà de la línia D.O. i les cel·les involucrades en el procés són reescrites, ja que la lectura de la DRAM és destructiva.

L'escriptura en una posició de memòria té un procés similar al de dalt, però en lloc de llegir el valor, la línia de columna es duu a un valor indicat per la línia D.I. i el condensador és carregat o descarregat. El flux de la dada és mostrat amb una línia gruixuda en el gràfic.

Evolució de la memòria DRAM[modifica | modifica el codi]

Les memòries DRAM han anat evolucionant amb la millora de la integració dels xips i s'espera que en poc temps arribi als 4 Gb (Giga bits) de capacitat de memòria per xip. L'altra cosa que l'ha anat fent millorar és la reducció del voltatge dels chips que han anat passant dels 5 Volts als 1,8 Volts de l'actualitat cosa que ha fet baixar el consum.

Les primeres DRAM que van aparèixer eren asíncrones, és a dir, que els seus busos no tenien la mateixa freqüència de rellotge o un múltiple d'ella que la freqüència de rellotge de la CPU que les utilitzava, això provocava que les esperes o latències per fer-la servir eren més elevades que si foren asíncrones, ja que les esperes es devien a que s'havien de sincronitzar, ja que no ho estaven.

Per millorar les esperes primer es va desenvolupar el que s'anomena burst mode access que permetia fer com una mena de prefetching amb les dades que s'havien de posar al bus per tal de reduir els cicles de rellotge d'un accés.

Amb aquest mètode que en cada seqüència de CAS i RAS es porten quatre vegades més de dades i es redueixen els temps d'espera, ja que es realitzen menys CAS que als sistemes inicials en els quals per cada bloc de 64 bits s'havien de fer un CAS i un RAS.

Això intentava contrarestar el fet de les esperes per l'asincronia, però ben aviat es va passar a desenvolupar la DRAM de manera que fos sincrònica amb el rellotge de la CPU, apareixien les SDRAM.