Razno

Vrste in tehnologije polprevodniškega pomnilnika

Vrste in tehnologije polprevodniškega pomnilnika


Polprevodniški pomnilnik se uporablja v vseh elektronskih sklopih, ki uporabljajo računalniško tehnologijo obdelave. Polprevodniški pomnilnik je bistvena elektronska komponenta, potrebna za kateri koli računalniški sklop PCB.

Poleg tega so pomnilniške kartice postale običajni predmeti za začasno shranjevanje podatkov - vse od prenosnih pomnilniških kartic, ki se uporabljajo za prenos datotek, do polprevodniških pomnilniških kartic, ki se uporabljajo v fotoaparatih, mobilnih telefonih in podobno.

Uporaba polprevodniškega pomnilnika se je povečala in velikost teh pomnilniških kartic se je povečala, ker je potrebna večja in večja količina pomnilnika.

Za zadovoljitev naraščajočih potreb po polprevodniškem pomnilniku se uporabljajo številne vrste in tehnologije. Z naraščanjem povpraševanja se uvajajo nove pomnilniške tehnologije in obstoječe vrste in tehnologije se še naprej razvijajo.

Na voljo so številne različne pomnilniške tehnologije - vsaka je primerna za različne aplikacije. Na voljo so imena, kot so ROM, RAM, EPROM, EEPROM, Flash pomnilnik, DRAM, SRAM, SDRAM, kot tudi F-RAM in MRAM, in nova tipi se razvijajo, da se omogoči izboljšana zmogljivost.

Ogledajo se izrazi, kot so DDR3, DDR4, DDR5 in mnogi drugi, ki se nanašajo na različne vrste polprevodniškega pomnilnika SDRAM.

Poleg tega so polprevodniške naprave na voljo v številnih oblikah - IC za sestavljanje tiskanih plošč, pomnilniške kartice USB, kartice Compact Flash, pomnilniške kartice SD in celo trdne trde diske. Polprevodniški pomnilnik je celo vgrajen v številne mikroprocesorske čipe kot vgrajeni pomnilnik.

Polprevodniški pomnilnik: glavne vrste

Za polprevodniško tehnologijo se lahko uporabljata dve glavni vrsti ali kategoriji. Te vrste ali kategorije pomnilnika ločujejo spomin od načina njegovega delovanja:

  • RAM - pomnilnik z naključnim dostopom: Kot že imena povedo, je RAM ali pomnilnik z naključnim dostopom oblika polprevodniške pomnilniške tehnologije, ki se uporablja za branje in zapisovanje podatkov v poljubnem vrstnem redu - z drugimi besedami, kot to zahteva procesor. Uporablja se za aplikacije, kot so računalniški ali procesorski pomnilnik, kjer so spremenljivke in drugo shranjene in zahtevane naključno. Podatki se velikokrat shranijo in preberejo v in iz te vrste pomnilnika.

    Pomnilnik z naključnim dostopom se v računalniških aplikacijah uporablja v ogromnih količinah, saj računalništvo in obdelava podatkov za današnji dan zahtevata veliko pomnilnika, da lahko obvladujejo danes lačne pomnilniške aplikacije. Številne vrste RAM-a, vključno s SDRAM-om z različicami DDR3, DDR4 in kmalu DDR5, se uporabljajo v ogromnih količinah.

  • ROM - pomnilnik samo za branje: ROM je oblika polprevodniške pomnilniške tehnologije, ki se uporablja, kadar se podatki enkrat zapišejo in nato ne spremenijo. Glede na to se uporablja tam, kjer je treba podatke trajno hraniti, tudi ko je napajanje odpravljeno - številne pomnilniške tehnologije izgubijo podatke, ko se napajanje odstrani.

    Posledično se ta vrsta polprevodniške pomnilniške tehnologije pogosto uporablja za shranjevanje programov in podatkov, ki morajo preživeti, ko se računalnik ali procesor izklopi. Na primer, BIOS računalnika bo shranjen v ROM-u. Kot že ime pove, podatkov ni mogoče enostavno zapisati v ROM. Glede na tehnologijo, uporabljeno v ROM-u, bo za zapisovanje podatkov v ROM na začetku morda potrebna posebna strojna oprema. Čeprav je pogosto mogoče spremeniti podatke, ta dobiček zahteva posebno strojno opremo za brisanje podatkov, pripravljenih za vpis novih podatkov.

Kot je razvidno, se ti dve vrsti pomnilnika zelo razlikujeta in se zato uporabljata na zelo različne načine.

Vsaka spodaj opisana tehnologija polprevodniških spominov spada v eno od teh dveh vrst. vsaka tehnologija ponuja svoje prednosti in se uporablja na določen način ali za določeno aplikacijo.

Polprevodniške spominske tehnologije

Na voljo je veliko različnih vrst ROM-a in RAM-a. Splošno ime pomnilniške tehnologije pogosto vključuje začetnice RAM ali ROM, kar daje napotke glede celotne vrste zapisa pomnilnika.

S premikanjem tehnologije naprej se uveljavljene tehnologije ne premikajo le s tehnologijo SDRAM s DDR3 na DDR4 in nato na DDR5, temveč se razvija tudi Flash pomnilnik, ki se uporablja na pomnilniških karticah, kot tudi druge tehnologije.

Poleg tega na prizorišče prihajajo nove pomnilniške tehnologije, ki začenjajo vplivati ​​na trg in omogočajo učinkovitejše delovanje procesorskih vezij.

Spodaj so podrobno opisane različne vrste pomnilnika ali tehnologije pomnilnika:

  • DRAM: Dinamični RAM je oblika pomnilnika z naključnim dostopom. DRAM uporablja kondenzator za shranjevanje vsakega bita podatkov, raven napolnjenosti vsakega kondenzatorja pa določa, ali je ta bit logičen 1 ali 0.

    Vendar ti kondenzatorji ne zadržujejo polnjenja za nedoločen čas, zato je treba podatke redno osveževati. Kot rezultat tega dinamičnega osveževanja dobi ime dinamični RAM. DRAM je oblika polprevodniškega pomnilnika, ki se pogosto uporablja v opremi, vključno z osebnimi računalniki in delovnimi postajami, kjer tvori glavni RAM za računalnik. Polprevodniške naprave so običajno na voljo kot integrirana vezja za uporabo pri sestavljanju PCB v obliki površinsko nameščenih naprav ali manj pogosto kot svinčene komponente.


  • EEPROM: To je električno izbrisljiv programabilni pomnilnik samo za branje. Podatke lahko zapisujemo v te polprevodniške naprave in jih lahko brišemo z električno napetostjo. To se običajno nanaša na zatič za brisanje na čipu. Tako kot druge vrste PROM-a, tudi EEPROM ohranja vsebino pomnilnika, tudi ko je napajanje izklopljeno. Tako kot druge vrste ROM-a tudi EEPROM ni tako hiter kot RAM.

  • EPROM: To je izbrisljiv programabilen pomnilnik samo za branje. Te polprevodniške naprave lahko pozneje programirate in nato izbrišete. To se običajno doseže z izpostavljanjem polprevodniške naprave ultravijolični svetlobi. Da se to lahko zgodi, je v paketu EPROM okroglo okno, ki omogoča svetlobi, da doseže silicij naprave. Ko je PROM v uporabi, je to okno običajno pokrito z nalepko, še posebej, če je morda treba podatke hraniti dlje časa.

    PROM svoje podatke shranjuje kot naboj na kondenzatorju. Za vsako celico obstaja kondenzator za shranjevanje naboja, ki ga je mogoče po potrebi večkrat prebrati. Vendar je bilo ugotovljeno, da lahko po dolgih letih naboj pušča in podatki se lahko izgubijo.

    Kljub temu se je ta vrsta polprevodniškega pomnilnika včasih pogosto uporabljala v aplikacijah, kjer je bila potrebna oblika ROM-a, vendar je bilo treba podatke redno spreminjati, kot v razvojnem okolju ali kjer so bile količine majhne.

  • Flash pomnilnik: Flash pomnilnik lahko štejemo za razvoj tehnologije EEPROM. Vanjo lahko zapišemo podatke in jih lahko izbrišemo, čeprav le v blokih, lahko pa jih beremo na osnovi posamezne celice.

    Za brisanje in ponovno programiranje področij čipa se uporabljajo napetosti za programiranje na nivojih, ki so na voljo v elektronski opremi. Je tudi hlapljiv, zaradi česar je še posebej uporaben. Kot rezultat se Flash pomnilnik pogosto uporablja v številnih aplikacijah, vključno s pomnilniškimi ključi USB, kompaktnimi pomnilniškimi karticami Flash, pomnilniškimi karticami SD in zdaj tudi trdimi diski za računalnike in številnimi drugimi aplikacijami.


  • F-RAM: Feroelektrični RAM je tehnologija z naključnim dostopom in ima veliko podobnosti s standardno tehnologijo DRAM. Glavna razlika je v tem, da namesto običajne dielektrične plasti vključuje feroelektrično plast, kar zagotavlja njeno nehlapnost. Ker ponuja nehlapne zmogljivosti, je F-RAM neposredni konkurent Flash-u.

  • MRAM: To je magnetno odporni RAM ali magnetni RAM. Gre za trajno pomnilniško tehnologijo RAM, ki uporablja magnetne naboje za shranjevanje podatkov namesto električnih.

    Za razliko od tehnologij, vključno z DRAM-om, ki zahtevajo stalen pretok električne energije, da se ohrani celovitost podatkov, MRAM ohrani podatke tudi, ko je napajanje odpravljeno. Dodatna prednost je, da za aktivno delovanje potrebuje le majhno moč. Kot rezultat, bi ta tehnologija lahko postala glavni igralec v elektronski industriji zdaj, ko so bili razviti proizvodni procesi, ki omogočajo njeno proizvodnjo.


  • P-RAM / PCM: Ta vrsta polprevodniškega pomnilnika je znana kot pomnilnik z naključnim dostopom s spremembo faze, P-RAM ali samo pomnilnik fazne spremembe, PCM. Temelji na pojavu, pri katerem se oblika halkogenidnega stekla spremeni v stanje ali fazo med amorfnim stanjem (visoka odpornost) in polikristalnim stanjem (nizka odpornost). Možno je zaznati stanje posamezne celice in jo zato uporabiti za shranjevanje podatkov. Trenutno ta vrsta pomnilnika ni široko komercializirana, vendar naj bi bila konkurenca bliskovnemu pomnilniku.
  • MATURANTSKI PLES: To pomeni programljivi bralni pomnilnik. To je polprevodniški pomnilnik, v katerega so lahko podatki zapisani samo enkrat - podatki, ki so mu zapisani, so trajni. Ti spomini se kupijo v praznem formatu in jih programirajo s posebnim programerjem PROM.

    Običajno bo PROM sestavljen iz nabora varovalk, ki se med postopkom programiranja "prepihajo", da zagotovijo zahtevani podatkovni vzorec.

  • SDRAM: Sinhroni DRAM. Ta oblika polprevodniškega pomnilnika lahko deluje s hitrejšimi hitrostmi kot običajni DRAM. Sinhroniziran je z uro procesorja in omogoča hkratno odpiranje dveh sklopov pomnilniških naslovov. S prenosom podatkov izmenično z enega nabora naslovov, nato pa še drugega, SDRAM zmanjša zamude, povezane z nesinhronim RAM-om, ki mora zapreti eno naslovno banko, preden odpre naslednjo.

    V družini SDRAM je opaziti več vrst pomnilniških tehnologij. Nanje se sklicujejo s črkami DDR - Double Data Rate. DDR4 je trenutno najnovejša tehnologija, vendar ji bo kmalu sledil DDR5, ki bo ponudil nekaj pomembnih izboljšav v zmogljivosti.


  • SRAM: Statični pomnilnik z naključnim dostopom. Ta oblika polprevodniškega pomnilnika je dobila ime zaradi dejstva, da za razliko od DRAM-a podatkov ni treba dinamično osveževati.

    Te polprevodniške naprave lahko podpirajo hitrejši čas branja in pisanja kot DRAM (običajno 10 ns proti 60 ns za DRAM), poleg tega pa je njegov čas cikla veliko krajši, ker ni treba prekiniti med dostopi. Vendar porabijo več energije, so manj gosti in dražji od DRAM-a. Kot rezultat tega se SRAM običajno uporablja za predpomnilnike, medtem ko se DRAM uporablja kot glavna polprevodniška pomnilniška tehnologija.


Polprevodniška spominska tehnologija se hitro razvija, da bi zadostila vedno večjim potrebam elektronske industrije. Ne samo, da se razvijajo že obstoječe tehnologije, temveč se veliko vlaga v raziskave v nove vrste polprevodniške spominske tehnologije.

Kar zadeva trenutno uporabljene pomnilniške tehnologije, se različice SDRAM, kot je DDR4, še naprej razvijajo, da bi zagotovili DDR5, ki bo ponudil pomembne izboljšave zmogljivosti. Sčasoma bo razvit DDR5, ki bo zagotovil naslednjo generacijo SDRAM-a.

Druge oblike pomnilnika so po vsem domu vidne v obliki pomnilniških ključkov USB, Compact Flash, CF kartic ali SD pomnilniških kartic za fotoaparate in druge aplikacije, pa tudi trdih diskov za računalnike.

Polprevodniške naprave so na voljo v številnih oblikah, ki ustrezajo različnim sklopom PCB in drugim potrebam.


Poglej si posnetek: Cloud Computing - Computer Science for Business Leaders 2016 (Januar 2022).