Микросхема памяти что это такое. Микросхемы памяти: виды, устройство и принцип работы

Что такое микросхемы памяти и как они работают. Какие бывают типы микросхем памяти. Как устроена оперативная и постоянная память компьютера. Какие преимущества и недостатки у разных видов микросхем памяти.

Что такое микросхемы памяти и для чего они нужны

Микросхемы памяти — это электронные компоненты, предназначенные для хранения данных в цифровых устройствах. Они являются ключевым элементом любой вычислительной системы, обеспечивая временное или постоянное хранение информации.

Основные функции микросхем памяти:

• Хранение программ и данных для работы процессора
• Буферизация информации между компонентами системы
• Долговременное хранение настроек и прошивок устройств
• Кэширование часто используемых данных для ускорения работы

Микросхемы памяти используются практически во всех современных электронных устройствах — компьютерах, смартфонах, телевизорах, бытовой технике и т.д. Без них невозможна работа цифровых систем.

Основные виды микросхем памяти

Существует два основных типа микросхем памяти:

Оперативная память (RAM)

Оперативная память или RAM (Random Access Memory) — это энергозависимая память, которая используется для временного хранения данных при работе устройства. Основные характеристики RAM:

• Высокая скорость работы
• Произвольный доступ к любой ячейке
• Энергозависимость — данные теряются при отключении питания
• Используется как «рабочая память» процессора

Постоянная память (ROM)

Постоянная память или ROM (Read-Only Memory) — это энергонезависимая память для долговременного хранения данных. Ключевые особенности ROM:

• Энергонезависимость — данные сохраняются при отключении питания
• Меньшая скорость работы по сравнению с RAM
• Используется для хранения прошивок, настроек и т.п.
• Существуют перезаписываемые виды ROM (EEPROM, Flash)

Принцип работы микросхем оперативной памяти

Как устроена и работает оперативная память компьютера? Рассмотрим основные принципы:

Структура микросхемы RAM

Микросхема оперативной памяти состоит из множества ячеек, организованных в матрицу. Каждая ячейка может хранить 1 бит информации и содержит:

• Конденсатор для хранения заряда
• Транзистор для доступа к ячейке

Процесс чтения/записи данных

При обращении к памяти происходит следующее:

1. На нужную строку матрицы подается сигнал
2. Открываются транзисторы этой строки
3. Считывается заряд с конденсаторов
4. Усилители определяют наличие или отсутствие заряда (1 или 0)
5. Данные передаются в буфер для обработки

При записи процесс аналогичен, но заряд подается на нужные конденсаторы.

Типы и поколения оперативной памяти

Развитие технологий привело к появлению нескольких поколений RAM:

SRAM и DRAM

Существует два базовых типа RAM:

• SRAM (статическая) — хранит бит, пока подается питание
• DRAM (динамическая) — требует постоянной подзарядки ячеек

DRAM дешевле и компактнее, поэтому используется в качестве основной оперативной памяти.

Поколения DDR SDRAM

Современные компьютеры используют синхронную динамическую память DDR SDRAM:

• DDR — передача данных по фронту и спаду тактового сигнала
• DDR2 — увеличена частота шины памяти
• DDR3 — снижено энергопотребление, увеличена пропускная способность
• DDR4 — дальнейшее повышение производительности и эффективности
• DDR5 — новейший стандарт с максимальной скоростью работы

Устройство и принцип работы постоянной памяти

Микросхемы постоянной памяти имеют другую структуру и принцип работы:

Типы ячеек ROM

Существует несколько технологий хранения данных в ROM:

• Масочный ROM — данные «зашиваются» при производстве
• PROM — однократно программируемая память
• EPROM — стираемая ультрафиолетом
• EEPROM — электрически стираемая
• Flash — современный тип перезаписываемой ROM

Принцип записи/чтения Flash-памяти

Работа Flash-памяти основана на хранении заряда в изолированной области транзистора:

1. Запись — подача высокого напряжения для внедрения заряда
2. Хранение — заряд удерживается в изолированной области
3. Чтение — определение порогового напряжения транзистора
4. Стирание — подача напряжения для удаления заряда

Сравнение характеристик разных видов памяти

Рассмотрим ключевые параметры основных типов микросхем памяти:

Параметр	SRAM	DRAM	Flash
Скорость	Высокая	Средняя	Низкая
Плотность	Низкая	Высокая	Очень высокая
Энергопотребление	Среднее	Высокое	Низкое
Сохранение данных	При питании	При питании	Долговременное
Стоимость	Высокая	Средняя	Низкая

Перспективные технологии памяти

Ведутся разработки новых типов памяти с улучшенными характеристиками:

• MRAM — магниторезистивная память
• PRAM — память на фазовых переходах
• ReRAM — резистивная память
• 3D XPoint — трехмерная память от Intel и Micron

Эти технологии призваны объединить скорость DRAM и энергонезависимость Flash-памяти.

Применение микросхем памяти в современных устройствах

Где используются разные типы микросхем памяти в современной электронике?

• Компьютеры и ноутбуки — DRAM, SRAM, Flash
• Смартфоны и планшеты — LPDDR, eMMC, UFS
• SSD-накопители — NAND Flash
• Видеокарты — GDDR, HBM
• Микроконтроллеры — Flash, EEPROM

Развитие технологий памяти позволяет создавать все более мощные и энергоэффективные устройства.

МИКРОСХЕМЫ ПАМЯТИ

Всем привет! Сегодняшняя статья полностью посвящена микросхемам памяти. В связи с огромными по распространению и по темпам развития разных  цифровых устройств и гаджетов, этот тип микросхем получил огромную распространенность во всем мире. Практически в каждом цифровом электронном гаджете, будь то ноутбук, планшет, видеокамера, их всех связывает память. Не будем сильно углубляться во все эти термины и крутые словечки, просто поговорим про два основных типа памяти, это ОЗУ и ПЗУ.

Эти оба вида микросхем памяти  используются в электронике всегда вместе, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) место для энергонезависимого хранения данных, по другому EEPROM. ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) – почти тоже самое, только данные хранятся там до момента отключения питания, после повторного отключения питания – на микросхемах ОЗУ теряется вся информация, в то время как на микросхемах ПЗУ информация может храниться очень долго, и при отключении питания информация не удаляется.

Первый вид микросхем (EEPROM, ПЗУ)

Твердотельный накопитель данных, используется для постоянного хранения данных, с возможностью многократной перезаписи информации, многократного считывания и долговременного её хранения, как с питанием, так и без. В быту – ПЗУ используется во всевозможных накопителях, флеш-картах, в SSD жестких дисках, даже в наших любимых микроконтроллерах как область хранения «прошивки». Микроконтроллеры – это по сути ПЗУ и микропроцессор, исполняющий команды файла прошивки, всё это в одном корпусе, на одном кристалле. Если бы вместо ПЗУ использовали ОЗУ, вам бы после каждого выключения пришлось бы прошивать и загружать данные (а это одно и тоже), и если наоборот – ПЗУ вместо ОЗУ, пользования такой памятью будь её хоть 32 Гб хватило бы её вам минут на 5, не более, своего рода ОЗУ это буфер обмена, между устройством отдающим информацию и устройством принимающим её. 

Второй вид микросхем памяти

(ОЗУ, он же RAM) – твердотельный накопитель данных, ОЗУ – оперативная память, куда загружаются временно файлы для работы ОС(всегда служебные процессы активны и занимают часть ОЗУ) и то с чем работает ОС, будь то игра, видео, Ваша любимая песня или ещё что-то, по такому принципу работает и DVD плеер, загружая информацию с оптического диска в ОЗУ и потом бесшумно её считывает процессор, не замечали как когда-то DVD плеер стоит бесшумно, а картинка со звуком спокойно себе воспроизводится? – такой подход используется для того что-бы не возникало ошибок при считывании, данные считываются, и сравнивается контрольная сумма. По такому принципу работает и HDD диск компьютера и другие устройства, которые считывают данные с оптических дисков и т. п… 

Рассмотрим это подробнее, на примере планшета

1. Контроллер питания, с его назначением всё понятно, питать всё это чудо. 
2. Процессор. Связывает всё воедино, выполняет все системные функции, управляется интерфейсом  ПО, пользователь же управляет операционной системой, ОС уже процессором. В компьютерах и ноутбуках связующую роль между «железом» и ПО выполняет микросхема BIOS (базовая система ввода-вывода данных. (Мой ник не с проста выбирался! =)) 
3. Микросхема постоянной памяти, ПЗУ   разделенная на две части системно, в одной части находится служебная информация, и операционная система. А в другой её части находиться память доступна непосредственно пользователю.
4. Микросхемы RAM, всё понятно, оперативная память, «хватает» файлы на «лету», требования от этой памяти – высокая скорость обмена данными и максимально быстрая их перезапись. Вот и по этому «оперативная» – должна работать оперативненько))).

Как видим, ничего нет на самом деле сложного, сложное только их изготовление, хотя последнее время на рынке памяти очень большая конкуренция. Несомненным гигантом в её производстве является три корпорации, южнокорейская корпорация SAMSUNG и Hynix(Hyundai Electronics), и Американская Kingston. Но так же их выпускают и другие корпорации, к примеру Intel, MEDIATEK, Quanta и многие другие, даже встречаются иногда «но нэйм» микросхемы, и кто их сделал – останется загадкой. 

Накопитель – это по сути ячейка с огромным количеством транзисторов, в которых сохраняется значение «1» или «0», двоичная система если по простому, есть на транзисторе заряд – это «1», нет заряда – «0» в инверсии получится наоборот.

Далее разговор только о ПЗУ, флэш и прочем EEPROM

Если микросхема типа MMC/SD – то это самая обычная «флешка» SD интерфейса и она уже включает в себя контроллер и память, по сути просто флешка, которая имеет разный корпус.

в интернете есть пример удачной замены микросхемы Hynix h36M52002CKR на обычную microSD карточку на мобильном телефоне Nokia 808.

Мне стало очень интересно всё это, и в тот же миг был спаян вот такой незамысловатый переходничек-кардридер.

Подключается к любому совместимому компьютеру.

Как же подсоединять всё это дело? Во-первых нужно узнать распиновку кардридера:

Распиновку интересующих карт памяти и картридеров можно посмотреть в интернете. А вот где посмотреть распиновку BGA и TSOP микросхем?

Всё там же, в интернете, точнее в даташите, скачанном под определенную микросхему, в даташите, кстати, есть все, начиная от напряжения питания, и до типа микросхем.

Внимательно смотрите на тип вашей микросхемы – если MMC/SD и вообще SD совместный, то всё должно получиться, а вот если просто NAND память – то нужно городить контроллер, такой как на USB флешках и на SD/microSD(SDHC) уже стоит. 

Кстати, готовый контроллер можно использовать всё из тех же USB флешек.

Удачи всем в интересных опытах, будьте внимательны и не сожгите что-нибудь!

   Форум

Оперативная память. Строение и устройство (RAM, ОЗУ) / Хабр

Оперативная память это важная часть любой компьютерной системы и сейчас я объясню, почему это так.

Оперативная память (RAM)

В процессе работы память выступает в качестве буфера между накопителем и процессором, то есть данные сперва считываются с жесткого диска (или другого накопителя) в оперативную память и уже затем обрабатываются центральным процессором.

Упрощённая схема работы памяти компьютера

Такая схема применяется, потому что процессор — очень быстрое устройство и ему требуется быстро получать доступ к нужным данным и командам, иначе он будет простаивать и производительность системы уменьшится, а так как жёсткий диск и SSD не могут обеспечить необходимую скорость, все нужные данные считываются и перемещаются в более быструю оперативную память и хранятся там, пока не понадобятся процессору для обработки.

Физически, оперативная память представляет собой набор микросхем припаянных к плате.

Микросхемы на планке памяти

Если посмотреть внутрь одной такой микросхемы, то можно увидеть что она состоит из множества, соединённых друг с другом слоёв, каждый слой состоит из огромного количества ячеек, образующие прямоугольные матрицы. Одна ячейка может содержать 1 бит информации, а состоит она из одного полевого транзистора и одного конденсатора.

Устройство ячейки в чипе

Выглядит эта конструкция довольно сложно и может различаться в зависимости от применённых технологий, так что для наглядности лучше представить ячейку в виде схемы.

Схематичное устройство ячейки динамической памяти

Так легче понять, что именно конденсатор хранит информацию, а транзистор выполняет роль электрического ключа, который либо удерживает заряд на конденсаторе, либо открывает для считывания. Когда конденсатор заряжен, можно получить логическую единицу, а когда разряжен, ноль.

Упрощённая схема массива ячеек, страница

Таких конденсаторов в чипе, очень много но считать заряд с одной конкретной ячейки нельзя, считывается вся страница целиком.

Чтобы сделать это необходимо на нужную нам горизонтальную линию которая называется строка, подать сигнал, который откроет транзисторы, после чего усилители расположенные на концах вертикальных линий считают заряды которые находились на конденсаторах.

Упрощённая схема массива ячеек (чтение)

Каждое такое считывание опустошает заряды на странице, из-за чего приходится её заново переписывать, для этого на строку так же подаётся открывающий транзистор заряд, а на столбцы подаётся более высокое напряжение, тем самым заряжая конденсаторы и записывая информацию.

Упрощённая схема массива ячеек (запись)

Задержки между этими операциями называют «Латенстностью» или в народе «Таймингами», чем они меньше тем более быстрая будет вся система в целом

Помимо самих чипов памяти, на модуль распаиваются SMD-компоненты резисторы и конденсаторы обеспечивающие развязку сигнальных цепей и питание чипов, а также Микросхема SPD – это специальная микросхема, в которой хранятся данные о параметрах всего модуля (ёмкость, рабочее напряжение, тайминги, число банков и так далее). Это нужно чтобы во время запуска системы, BIOS на материнской плате выставил оптимальные настройки согласно информации, отображенной в микросхеме.

Компоненты плашки памяти, микросхема SPD

Так же существует несколько форм факторов модулей, модули для компьютеров называются DIMM, а для ноутбуков и компактных систем SO-DIMM, отличаются они размером и количеством контактов для подключения. Это двухрядные модули которые имеют два независимых ряда контактов по одному с каждой стороны.

DIMM и SO-DIMM

Например в старых модулях Simm контакты с двух сторон были замкнуты и они могли передать только 32 бита информации за такт, в то время как dimm могут передавать 64 бита.

DIMM и SIMM

Ко всему этому модули делятся на одноранговые, двухранговые и четырёхранговые. Ранг — это блок данных шириной 64 бита, который может быть набран разным количеством чипов память.Одноранговая память имеет ширину 64 бита, тогда как Двухранговая память имеет ширину 128 бит. Но, так как один канал памяти имеет ширину всего 64 бита, как и одноранговый модуль, контроллер памяти может одновременно обращаться только к одному рангу. В то время как двухранговый модуль может заниматься ответом на переданную ему команду, а другой ранг уже может подготавливать информацию для следующей команды, что незначительно увеличивает производительность.

Ранги оперативной памяти

Так же хочется отдельно сказать о памяти с коррекцией ошибок, ECC-памяти, так как эти модули имеют дополнительный банк памяти на каждые 8 микросхем. Дополнительные банки и логика в модуле служат для проверки и устранения ошибок.

ECC- память с коррекцией ошибок

Использование буферов и коррекции ошибок незначительно ухудшает производительность, но сильно повышает надёжность данных. Поэтому ECC память широко используется в серверах и рабочих станциях

Ширина данных у ECC

Ещё немного расскажу о типах памяти, так как в современных компьютерах используется синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных DDR SDRAM 4-го поколения и скоро будет распространено пятое.

Синхронная динамическая память (DDR)

Память типа DDR пришла на смену памяти типа SDR. SDR SDRAM работает синхронно с контроллером. В ней внутренняя и внешняя шина данных работает на одной и той же частоте. При подаче сигнала на микросхему происходит синхронное считывание информации и передача её в выходной буфер. Передача каждого бита из буфера происходит с каждым тактом работы ядра памяти. В SDR памяти синхронизация обмена данными происходит по фронту тактового импульса.

Синхронная динамическая память (SDR)

При подаче сигнала на микросхему происходит синхронное считывание информации и передача её в выходной буфер. Передача каждого бита из буфера происходит с каждым тактом работы ядра памяти. В SDR памяти синхронизация обмена данными происходит по фронту тактового импульса.

SDR (Схема)

После SDR, вышла DDR память, в ней обмен данными по внешней шине идет не только по фронту тактового импульса, но и по спаду, из-за чего на той же частоте можно передать вдвое больше информации, а чтобы воспользоваться этим увеличением, внутреннею шину расширили вдвое. То есть работая на тех же частотах что SDR, DDR память передаёт в 2 раза больше данных.

SDR и DDR (Схема)

Следующие поколения памяти DDR не сильно отличаются, увеличивается только частота работы буферов ввода вывода, а также расширяется шина, связывающая ядро памяти с буферами, сам принцип работы не меняется, но даже так, каждое новое поколение получает таким способом существенное увеличение пропускной способности, без увеличения частоты работы самих ячеек памяти.

(Схема) DDR 2, DDR 3, DDR 4, DDR 5

Понятно, что с каждый новым поколением улучшается работа логики, техпроцесс и многое другое. Но сам принцип работы остаётся одним и для общего понимая этого достаточно.

Ниже оставлю видео версию статьи, может кому будет интересно посмотреть на 3D анимацию планок памяти. На этом у меня всё, всем пока.

Определение чипа памяти | ПКМаг

(1) Интегральная схема, постоянно хранящая программы и данные. См. Память в сравнении с памятью, чипом памяти и флэш-памятью.

(2) Интегральная схема, временно хранящая программы и данные. Микросхемы оперативной памяти — это временное рабочее пространство компьютера. В отличие от чипа памяти. См. хранилище и память, модуль памяти, динамическое ОЗУ, статическое ОЗУ и типы памяти.

Пластина, полная чипов оперативной памяти Пластина — это структура, на которой изготавливаются все чипы. Каждый прямоугольник на этой пластине представляет собой микросхему оперативной памяти, которая вырезана и помещена в отдельный корпус. (Изображение предоставлено Motorola, Inc.) Микросхемы ОЗУ 30 прямоугольников (увеличены вверху) представляют собой 4-гигабитный чип ОЗУ производства Dataram Corporation. Чип вырезается из пластины и помещается в корпус BGA. Обручальное кольцо показано для сравнения размеров. Основная память в середине 1960-х Девушка вручную натягивает магнитные сердечники для компьютера Univac 494. В среднем смартфоне в тысячу раз больше оперативной памяти, чем во всей основной памяти на этой картинке. (Изображение предоставлено музеем и библиотекой Хэгли.) Двенадцать магнитных сердечников На нем показаны 12 магнитных сердечников компьютера Whirlwind начала 1950-х годов. Каждое ядро ​​содержало один бит. (Изображение предоставлено архивом корпорации MITRE.)

Реклама

Истории PCMag, которые вам понравятся

{X-html заменен}

Выбор редакции

ЭТО ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНО ТОЛЬКО ДЛЯ ЛИЧНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. Любое другое воспроизведение требует разрешения.
Авторские права © 1981-2023. Компьютерный язык (открывается в новом окне) Co Inc. Все права защищены.

Информационные бюллетени PCMag

Информационные бюллетени PCMag

Наши лучшие истории в папке «Входящие»

Следите за новостями PCMag

• Фейсбук (Открывается в новом окне)
• Твиттер (Откроется в новом окне)
• Флипборд (Открывается в новом окне)
• Гугл (откроется в новом окне)
• Инстаграм (откроется в новом окне)
• Pinterest (Открывается в новом окне)

PCMag. com является ведущим авторитетом в области технологий, предоставляющим независимые лабораторные обзоры новейших продуктов и услуг. Наш экспертный отраслевой анализ и практические решения помогут вам принимать более обоснованные решения о покупке и получать больше от технологий.

Как мы тестируем Редакционные принципы

• (Открывается в новом окне) Логотип Зиффмедиа
• (Открывается в новом окне) Логотип Аскмен
• (Открывается в новом окне) Логотип Экстримтек
• (Открывается в новом окне) Логотип ИНГ
• (Открывается в новом окне) Логотип Mashable
• (Открывается в новом окне) Предлагает логотип
• (Открывается в новом окне) Логотип RetailMeNot
• (Открывается в новом окне) Логотип Speedtest
• (Открывается в новом окне) Логотип Спайсворкс

(Открывается в новом окне)

PCMag поддерживает Group Black и ее миссию по увеличению разнообразия голосов в СМИ и прав собственности на СМИ.

© 1996-2023 Ziff Davis, LLC., компания Ziff Davis. Все права защищены.

PCMag, PCMag.com и PC Magazine входят в число зарегистрированных на федеральном уровне товарных знаков Ziff Davis и не могут использоваться третьими лицами без явного разрешения. Отображение сторонних товарных знаков и торговых наименований на этом сайте не обязательно указывает на какую-либо принадлежность или поддержку PCMag. Если вы нажмете на партнерскую ссылку и купите продукт или услугу, этот продавец может заплатить нам комиссию.

• О Ziff Davis(Открывается в новом окне)
• Политика конфиденциальности(Открывается в новом окне)
• Условия использования(Открывается в новом окне)
• Реклама(Открывается в новом окне)
• Специальные возможности(Открывается в новом окне)
• Не продавать мою личную информацию (открывается в новом окне)

• (Открывается в новом окне) доверительный логотип
• (Открывается в новом окне)

ЧИП ПАМЯТИ | определение в кембриджском словаре английского языка

Примеры микросхем памяти

микросхемы памяти

Эти накопители используют микросхемы памяти вместо вращающихся пластин для хранения информации.

От TechCrunch

Да, есть чипы памяти и оптические имплантаты, но на самом деле это история о ревнивом муже.

С Грани

Однако это микросхемы энергонезависимой памяти, которые могут хранить информацию так же, как жесткие диски.

Из CNET

Микросхемы динамической оперативной памяти служили основной памятью в персональных компьютерах с 19 века. 80-е годы.

От VentureBeat

Компания Lattice, разрабатывающая программируемые микросхемы памяти, в основном обслуживала поставщиков коммерческого оборудования.

От OregonLive.com

Центральный процессор — это большая штука справа, окруженная восемью микросхемами памяти.

Из проводного

Это маленькое устройство с двумя микросхемами памяти содержит все 26 часов информации с регистратора данных рейса.

Из новостей CBS

Например, микросхемы памяти могут располагаться поверх микросхем процессора.

От Гизмодо

Остальные восемь микросхем памяти находятся на другой стороне платы.

Из проводного

По-настоящему крупные приложения в электронике, такие как сверхбыстрые маломощные процессоры и микросхемы памяти, станут коммерчески значимыми через десятилетие.

Из проводного

Микросхемы памяти настолько эффективны, что могут работать на очень низком уровне мощности.

От VentureBeat

Эти компоненты подвержены влиянию собственных рыночных сил и колебаний цен, что наиболее очевидно проявляется в изменении цен на микросхемы флэш-памяти.

Из Fast Company

Но мощность, потребляемая чипами памяти, должна продолжать снижаться, чтобы можно было достичь более высокой производительности без потери времени автономной работы.

От VentureBeat

Если бы все 32 миллиона серверов в мире использовали энергосберегающие чипы памяти, сокращение выбросов углерода было бы равносильно ликвидации 18 крупных электростанций, работающих на угле.

От VentureBeat

Инвестиции часто носили весьма спекулятивный характер – в 19Например, в 90-х годах компания финансировала массовое расширение в насыщенных капиталоемких секторах, таких как автомобили и микросхемы памяти.

Из Кембриджского корпуса английского языка

Эти примеры взяты из корпусов и источников в Интернете.