Из чего состоит ячейка памяти компьютера из однородных элементов
Обновлено: 04.07.2024
Тебе известно, что компьютер работает только с двоичным кодом. \(0\) и \(1\) обозначают два устойчивых состояния: вкл/выкл, есть ток/нет тока и т. д. Оперативная память представляет собой контейнер, который состоит из ячеек. В каждой ячейке хранится одно из возможных состояний: \(0\) или \(1\). Одна ячейка — \(1\) бит информации или представляет собой разряд некоторого числа.
Целые числа в памяти компьютера хранятся в формате с фиксированной запятой . Такие числа могут храниться в \(8\), \(16\), \(32\), \(64\)-разрядном формате.
Для целых неотрицательных чисел в памяти компьютера выделяется \(8\) ячеек (бит) памяти.
Минимальное число для такого формата: \(00000000\). Максимальное: \(11111111\).
Переведём двоичный код в десятичную систему счисления и узнаем самое большое число, которое можно сохранить в восьмибитном формате.
1 × 2 7 + 1 × 2 6 + 1 × 2 5 + 1 × 2 4 + 1 × 2 3 + 1 × 2 2 + 1 × 2 1 + 1 × 2 0 = 255 10 .
Если целое неотрицательное число больше \(255\), то оно будет храниться в \(16\)-разрядном формате и занимать \(2\) байта памяти, то есть \(16\) бит.
Подумай! Какое самое большое число можно записать в \(16\)-разрядном формате?
Чем больше ячеек памяти отводится под хранение числа, тем больше диапазон значений.
В таблице указаны диапазоны значений для \(8\), \(16\) и \(32\)-разрядных форматов.
Для \(n\)-разрядного представления диапазон чисел можно вычислить следующим образом: от \(0\) до 2 n − 1 .
Запишем целое беззнаковое число \(65\) в восьмиразрядном представлении. Достаточно перевести это число в двоичный код.
Это же число можно записать и в \(16\)-разрядном формате.
Для целых чисел со знаком в памяти отводится \(2\) байта информации (\(16\) бит). Старший разряд отводится под знак: \(0\) — положительное число; \(1\) — отрицательное число. Такое представление числа называется прямым кодом.
Для хранения отрицательных чисел используют дополнительный и обратный коды, которые упрощают работу процессора. Но об этом ты узнаешь в старших классах.
Если вы хотите разобраться в принципе работы машины, то лучшим способом это сделать, будет разобрать её, заглянуть внутрь, своими глазами увидеть все движущиеся детали и понять, как она работает. Вторым способом будет изучение документации с обилием картинок и пояснений о взаимодействии всех узлов и агрегатов.
Компьютер тоже машина, но единственное, что в нём движется – это невидимое и тихое электричество. В общем, смотреть внутрь компьютера совсем не интересно, так как визуально, в нём ничего не происходит.
На самом деле, устройство и изготовление отдельных частей компьютера – это очень интересный предмет. Но здесь мы ограничимся лишь тем, что в начале процесса имеется кремниевая пластина, затем после различных химических реакций, металлизации и резки, получается полупроводниковая пластина с маленькими квадратными кристаллами – «Чипами».
На этих чипах нанесены все необходимые логические элементы. Каждый такой чип помещают в пластиковый корпус и подключают к нему металлические ножки – «Выводы». На выходе готовой продукции получается микросхема.
Вот так под микроскопом выглядит знаменитый процессор MOS6502.
Структура настоящего чипа довольно сложная и крайне загромождена. Разобраться с принципом действия устройства, таким образом, будет крайне затруднительно. Да и опять-таки, электричество или признаки его деятельности мы всё равно не увидим.
Поэтому остаётся лишь один способ – изучение схемы.
Запомни это!
Скорее всего, вы слышали о компьютерной памяти. Итеперьмы узнаем, что она из себя представляет. Поскольку единственное, что есть внутри компьютера, это биты, их состояние (включены или выключены) и изменение их состояния, то память может «запоминать» только эти простые вещи. Сейчас мы узнаем, как это происходит.
Следующая схема отображает один бит компьютерной информации. Сохранить бит можно с помощью очередного трюка с логическим элементом И-НЕ. Мы посмотрим, как это работает в данном примере, затем в целом блоке таких элементов, где можно сохранить уже большее количество полезной информации.
Итак, что мы получили? Если ‘s’ включен, ‘o’ повторяет всё, что приходит на ‘i’, а если ‘s’ выключен, ‘o’ остаётся в последнем состоянии, независимо от того, что происходит на ‘i’. Вот так и устроена вся память компьютера. Она призвана помнить состояние битов в определённый момент. Думаю, теперь вам ясно, как работает память компьютера. Поэтому мы больше не станем прибегать к такой громоздкой схеме, а станем использовать схему попроще:
Здесь ‘s’, ‘i’ и ‘o’ так же означают: «разрешение записи», «вход записываемого бита» и «выход записанного бита», соответственно. ‘M’ – значит «Память» (Memory - англ. «Память»). Всё опять просто. Не правда ли?
Что делать с битом?
Теперь мы знаем, как сохранить бит и как его потом «вспомнить». И что теперь с этим делать? С помощью бита можно что-либо включить или выключить. Например, в памяти кофе-машины есть три бита, отвечающие за приготовление определённого вида кофе и в зависимости от того, какой бит мы включим, она приготовит нам один определённый вид кофе из трёх. Сам по себе бит ничего не значит. Чтобы от его состояния что-то зависело, нужно чтобы при определённом его значении запускалось что-то извне, какой-то следующий в схеме механизм или алгоритм. Бит может быть предназначен для чего угодно. А вот для чего именно, должен решить кто-то другой. Так с помощью одного бита можно регулировать пешеходный светофор: бит включен – светофор зеленый, выключен – красный. Казалось бы, бит влияет на движение пешеходов по зебре, но на самом деле всё не совсем так. Люди реагируют на сигнал светофора, а тот в свою очередь, срабатывает благодаря специальному устройству, которое считывает тот самый бит, в котором просто хранится одно из двух состояний. Вот так один маленький бит может запустить целую цепь событий и взаимодействий механизмов. При всём этом сам бит ничего не делает, только хранит определенное состояние.
Как розу ты не назови.
Прежде всего, начнём с небольших изменений в некоторых названиях. Мы уже знаем, что в компьютере везде используется принцип присутствия либо отсутствия электричества. И мы называли эти состояния «включено» и «выключено». Несмотря на то, что эти слова короткие и простые, для этих двух состояний придумали названия ещё проще и короче. Теперь мы будем «выключено» называть 0, а «включено» будем называть 1. Конечно, в некоторых моментах удобнее будет говорить именно «включено» или «выключено», но в основном куда удобнее использовать 1 и 0. Например, таблица истинности нашего старого знакомого И-НЕ выглядит так:
Здесь нужно уточнить, что с этого момента ничего не изменилось и внутри компьютера никаких цифр не появилось. Мы просто говорим 1, подразумевая «ВКЛ» и говорим 0, подразумевая «ВЫКЛ». Это просто общепринятое обозначение. Именно это, кстати говоря, и изображается на кнопках включения электрических приборов:
Вот видите, если на кнопке чайника написано 1 и 0, то это совсем не значит, что внутри него есть какие-то цифры.
Восемь - достаточно
Чтобы сохранить нечто большее, чем просто «Да» или «Нет», давайте создадим блок из восьми простейших битов памяти. У каждого бита есть свой собственный вход данных и собственный выход, а все разрешающие контакты соединены одним проводом. Слева подробная схема соединения однобитной памяти. Справа все тоже самое, только имеет упрощенный вид (проще чертить и проще читать).
Уданной сборки есть своё собственное название «Байт» (англ. Byte – укус). Поэтому на сборке справа буква ‘B’. Естьнесколько противоречивых историй возникновения этого названия. Но мы можем точно сказать, что у первых компьютерных дизайнеров явно было чувство юмора, так как единица информации названа бит/bit – чуток, полубайт/nibble (4 бита) – щипок, байт/byte(8 бит) –укус.
Если раньше у нас был всего один бит, а его состояние «выключено» мы теперь называем 0, то теперь у нас есть целый байт, одно из состояний которого можно записать так: 0000 0000. Теперь понимаете, почему мы перешли на 0 и 1?
Зачем же нужен байт? Когда мы используем всего один бит, мы можем получить всего два варианта сохраняемой информации: 0 или 1. А теперь представим, что у нас сборка из двух бит. Теперь у нас куда больше вариантов:
Был один бит с двумя состояниями, стало два бита с четырьмя. Т.е. 00, 01, 10 и 11. На самом деле, количество вариантов (информации) можно посчитать по простой формуле: 2^количечтво бит в сборке. Т.е. в сборке из двух бит 2^2=4. Сходится? Заранее можно посчитать, что три бита дадут нам 2^3=8 вариантов, четыре бита в сборке дадут 2^4=16, а восемь бит 2^8=256 возможных состояний, девять бит 2^9=512 и так далее.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Представление чисел в компьютере"
На данном уроке мы с вами узнаем, как представляются целые и вещественные числа в компьютере.
А начнём мы с вами с целых чисел.
Как вы уже знаете, целые числа – это множество чисел, которое состоит из натуральных чисел, чисел, противоположных натуральным, и нуля.
Итак, оперативная память представляет собой таблицу, то есть состоит из ячеек.
Каждая ячейка оперативной памяти представляет собой физическую систему, которая состоит из некоторого числа однородных элементов. Эти элементы обладают двумя устойчивыми состояниями, которые соответствуют двум числам – нулю и единице. Каждый такой элемент предназначен для хранения одного из битов – разряда двоичного числа. Поэтому каждый элемент ячейки называется битом или разрядом.
То есть, можно сказать, что каждая ячейка оперативной памяти содержит число, представленное в двоичной системе счисления, так как вся информация представлена в памяти компьютера именно в этой системе счисления. Каждая ячейка также включает в себя некоторое количество клеточек (ячеек). В каждой клеточке содержится число ноль или один. Это зависит от того, какой код соответствует изначальному числу.
Давайте рассмотрим одну ячейку, которая состоит из n разрядов.
Она разбита на n клеточек. n обозначает количество разрядов или битов, отведённых под исходное число. Первая клеточка слева – это (n-1)-й разряд. Вторая – (n-2)-й разряд и так далее. Последняя клеточка – это 0-й разряд.
Можно сказать, что разряд – это степени для числа два в двоичной системе счисления.
Для представления целых чисел в компьютере существует несколько различных способов, которые отличаются друг от друга количеством разрядов и наличием или отсутствием знакового разряда. Обычно под целые числа отводится 8, 16, 32 или 64 разряда или бита.
Существует беззнаковое и знаковое представление чисел. Беззнаковое представление можно использовать только для неотрицательных чисел, отрицательные же числа представляются только в знаковом виде.
Беззнаковое представление используется для таких объектов, как адреса ячеек; счётчиков, например, количество символов в тексте; чисел, которые обозначают дату и время; размеров графических изображений в пикселях и много другое.
Для этих данных используется беззнаковое представление, так как они никак не могут быть отрицательными числами.
Давайте рассмотрим таблицу максимальных значений для беззнаковых целых n -разрядных чисел:
В первом столбце указано количество битов, во втором минимальное значение, а в третьем – максимальное значение.
Минимальное значение во всех строка равно нулю. А вот максимальное вычисляется по формуле 2 n – 1. То есть максимальное восьмиразрядное число будет равно 255.
2 8 – 1 = 256 – 1 = 255.
Максимальное значение целого неотрицательного числа достигается в том случае, когда во всех разрядах ячейки хранятся единицы.
Давайте разберёмся на примере.
Возьмём восьмиразрядную ячейку и поместим в неё максимально допустимое число 255.
Исходя из этого можем сказать, что наша ячейка состоит из 8 разрядов или клеточек. При переводе числа 255 в двоичную систему счисления получим 8 единиц. То есть в каждой клеточке будет содержаться по единице.
Число разрядов n=8. Давайте над каждой клеточкой расставим соответствующий разряд начиная с крайней левой.
Давайте вспомним общий вид нашей ячейки.
То есть ячейка из n разрядов, в нашем случае 8, состоит из n клеточек (снова из 8), а каждый разряд вычисляется по формуле n – 1, n – 2 и так далее. В зависимости от того, на каком месте находится ячейка.
А если мы возьмём все наши единицы и проставим над ними наши разряды, то мы можем перевести наше число из двоичной системы счисления в десятичную уже известным нам образом.
Если же брать число 256, то мы не сможем поместить его в восьмиразрядную ячейку, так как оно будет состоять из единицы и восьми нулей, а клеточек у нас 8.
Если мы возьмём число 65 535, то в двоичной системе счисления оно будет состоять из 16 единиц. А если шестнадцатиразрядную ячейку снова представить, как строку, состоящую из 16 клеточек и расставить соответствующие разряды, то она будет выглядеть следующим образом:
Для получения компьютерного представления беззнакового целого числа достаточно перевести его в двоичную систему счисления и дополнить полученный результат слева нулями до стандартной разрядности.
Давайте рассмотрим, как будет выглядеть число 125 в восьмиразрядном и шестнадцатиразрядном представлениях. Для этого переведём наше число в двоичную систему и получим следующее:
Наше число состоит из 7 цифр. Поместим его в восьмиразрядную ячейку.
Но ячеек 8, а цифр 7. В таком случае помещаем наше число в крайние справа семь ячеек, а в первую левую запишем ноль.
Он не повлияет на наше число, но все разряды ячейки должны быть заполнены цифрами.
А если мы поместим это же число в шестнадцатиразрядную ячейку, то получим 9 ячеек слева, заполненных нулями, а в остальных 7 будет располагаться наше число.
То есть можно сказать, что мы записываем наше число в двоичной системе счисления, а затем дополняем эту двоичную запись незначащими нулями слева в зависимости от того, из скольких разрядов состоит наше представление числа.
Это то, что касается беззнакового представления чисел.
При представлении числа со знаком (плюсом, если это положительное число, и минусом, если это отрицательное число) самый старший разряд, то есть тот, который находится слева, отводится под знак числа, а остальные разряды – под само число. Если число положительное, то в самый старший разряд (самую левую клеточку) пишется цифра 0, а если отрицательное, то 1.
Такое представление чисел называется прямым кодом. Такие коды в компьютере используются для хранения положительных чисел в запоминающих устройствах, для выполнения операций с положительными числами.
Например, число 56 в двоичной системе будет равно: 1110002.
Оно в себя включает 6 цифр. Запишем его в восьмиразрядную ячейку.
Две оставшиеся слева клеточки заполним нулями, так как число положительное.
А если бы наше число было отрицательным, то оно выглядело бы следующим образом.
В старший разряд мы поставили единицу, так как число отрицательное.
Для выполнения операций с отрицательными числами используется дополнительный код, который позволяет заменить операцию вычитания сложением.
Дополнительный код целого отрицательного числа может быть получен по следующему алгоритму:
· записать прямой код модуля числа;
· инвертировать его (заменить единицы нулями, нули – единицами);
· прибавить к инверсному коду единицу.
Давайте рассмотрим применение этого алгоритма на примере.
Нам дано число –25. При переводе в двоичную систему модуля числа получим следующее число: 110012.
Теперь смотрим на первый пункт. Нам необходимо записать прямой код модуля числа. Возьмём восьмиразрядный код. То есть наше число будет записано в клеточки, а в трёх пустых клеточках слева от него – нули.
Далее во втором пункте нам необходимо инвертировать наше число, то есть заменить единицы нулями, а нули – единицами. Получим следующее:
Теперь нам осталось, исходя из третьего пункта, прибавить к числу единицу. Получим следующее число:
Всё, что говорилось ранее, относилось к представлению целых чисел. Для представления вещественных чисел используется немного другой способ. Давайте рассмотрим его.
Любое вещественное число A может быть записано в экспоненциальной форме:
m – мантисса числа.
q – основание системы счисления.
p – порядок числа.
Возьмём для примера число 1 345 572. Его можно представить различными способами:
С экспоненциальной формой записи вы наверняка уже встречались. Например, считая на калькуляторе, вы могли получить следующее число: 1,34Е + 6.
Оно обозначает следующее: 1,34 · 10 6 . То есть знак Е – это основание десятичной системы счисления.
Из примера, можно сделать вывод, что положение запятой может изменяться.
Для единообразия мантиссу обычно записывают как правильную дробь, которая имеет после запятой цифру, отличную от нуля. То есть наше число 1 345 572 будет выглядеть следующим образом: 1 345 572 = 0,1345572 • 10 7 .
Вещественное число может занимать в памяти компьютера 32 или 64 разряда.
То есть наша ячейка в памяти может состоять из 32 или 64 клеточек. При этом выделяются разряды для хранения знака мантиссы, знака порядка, порядка и мантиссы.
Давайте разберёмся на примере. Возьмём число 125 в десятичной системе счисления и запишем её в тридцатидвухразрядную ячейку.
Для начала нам нужно перевести число 125 в двоичную систему счисления. Получим следующее: 12510 = 11111012.
Теперь запишем это число в экспоненциальной форме.
Ставим равно. Мантиссой числа будет следующее: 0,1111101.
Ставим знак умножения. q – это основание системы счисления. В нашем случает это двоичная система счисления. Число 2 в двоичной системе счисления будет состоять из цифр 1 и 0. Запишем его.
11111012 = 0,1111101 · 10.
p – это порядок числа или же степень. Мы с вами перенесли наше число на семь знаков вправо после запятой. Значит наше p будет равно 7. При переводе числа семь в двоичную систему счисления получим следующее:
11111012 = 0,1111101 · 10 111 .
Мы с вами записали двоичное число в экспоненциальной форме.
Теперь перенесём всё в клеточки ячейки памяти, размером 32 разряда.
Под знак и порядок выделяется восемь клеточек, под знак и мантиссу двадцать четыре.
Первую клеточку слева выделяем под знак. Так как наше число положительное, то ставим цифру 0.
В разделе «Знак и порядок» запишем число 7 в двоичной системе счисления. Оставшиеся клеточки заполним нулями.
Теперь переходим к разделу «Знак и мантисса». В первой слева снова ставим цифру ноль, которая обозначает, что знак нашего числа положительный.
Далее запишем наше число, а оставшиеся клеточки заполним нулями.
Мы записали наше число в тридцатидвухразрядную ячейку.
Диапазон представления вещественных чисел определяется количеством разрядов, отведённых для хранения порядка чисел, а точность – количеством разрядов, отведённых для хранения мантиссы.
Давайте рассмотрим следующий пример:
В нём максимальное значение порядка числа составляет: 11111112 = 12710.
Следовательно, максимальное значение числа будет равно: 0,11111111111111111111111 · 10 111 .
Широкий диапазон представления вещественных чисел важен для решения научных и инженерных задач. Но в тоже время алгоритмы обработки таких чисел более трудоёмки по сравнению с алгоритмами обработки целых чисел.
А теперь пришла пора подвести итоги урока.
Сегодня мы узнали, как представляются целые и вещественные числа в компьютере, а также научились преобразовывать числа в ячейки памяти, учитывая разрядность ячейки.
Ячейка памяти является основным строительным блоком памяти компьютера . Ячейка памяти представляет собой электронную схему, которая хранит один бит двоичной информации, и она должна быть настроена на сохранение логической 1 (высокий уровень напряжения) и сброшена для сохранения логического 0 (низкий уровень напряжения). Его значение сохраняется / сохраняется до тех пор, пока оно не будет изменено процессом установки / сброса. Доступ к значению в ячейке памяти можно получить, прочитав его.
За всю историю вычислений использовались разные архитектуры ячеек памяти, включая базовую память и пузырьковую память . Сегодня наиболее распространенной архитектурой ячеек памяти является МОП-память , которая состоит из ячеек памяти металл-оксид-полупроводник (МОП). Современная оперативная память (RAM) использует полевые МОП-транзисторы (MOSFET) в качестве триггеров наряду с МОП-конденсаторами для определенных типов оперативной памяти.
Ячейка памяти SRAM ( статическое ОЗУ ) представляет собой тип триггерной схемы, обычно реализуемой с использованием полевых МОП-транзисторов. Они требуют очень низкой мощности, чтобы сохранить сохраненное значение, когда к нему нет доступа. Второй тип, DRAM ( динамическое ОЗУ ), основан на МОП-конденсаторах. Зарядка и разрядка конденсатора может сохранять в ячейке «1» или «0». Однако заряд в этом конденсаторе будет медленно рассеиваться, и его необходимо периодически обновлять. Из-за этого процесса обновления DRAM потребляет больше энергии. Однако DRAM может обеспечить большую плотность хранения.
С другой стороны, большая часть энергонезависимой памяти (NVM) основана на архитектурах ячеек памяти с плавающим затвором . Технологии энергонезависимой памяти, включая EPROM , EEPROM и флэш-память, используют ячейки памяти с плавающим затвором, которые основаны на транзисторах MOSFET с плавающим затвором .
СОДЕРЖАНИЕ
Описание
Ячейка памяти - это фундаментальный строительный блок памяти. Это может быть реализовано с использованием различных технологий, таких как биполярные , MOS и другие полупроводниковые устройства . Он также может быть изготовлен из магнитного материала, такого как ферритовые сердечники или магнитные пузыри. Независимо от используемой технологии реализации, назначение двоичной ячейки памяти всегда одно и то же. Он хранит один бит двоичной информации, к которой можно получить доступ, прочитав ячейку, и он должен быть настроен на сохранение 1 и сброс для сохранения 0.
Значение
Логические схемы без ячеек памяти или путей обратной связи называются комбинационными , их выходные значения зависят только от текущего значения их входных значений. У них нет памяти. Но память - ключевой элемент цифровых систем . В компьютерах это позволяет хранить как программы, так и данные, а ячейки памяти также используются для временного хранения выходных данных комбинационных схем, которые впоследствии будут использоваться цифровыми системами. Логические схемы, использующие ячейки памяти, называются последовательными схемами . Его выход зависит не только от текущего значения его входов, но и от предыдущего состояния схемы, которое определяется значениями, хранящимися в ее ячейках памяти. Эти схемы требуют для своей работы синхронизирующего генератора или часов.
Компьютерная память, используемая в большинстве современных компьютерных систем, в основном построена из ячеек DRAM; поскольку компоновка намного меньше, чем SRAM, она может быть более плотно упакована, что даст более дешевую память с большей емкостью. Поскольку ячейка памяти DRAM хранит свое значение как заряд конденсатора, и есть проблемы с утечкой тока, ее значение необходимо постоянно перезаписывать. Это одна из причин, по которым ячейки DRAM работают медленнее, чем ячейки SRAM (статической RAM) большего размера, значение которых всегда доступно. Вот причина , почему SRAM память используется для on- микросхемы кэш - памяти , включенного в современных микропроцессорных чипов.
История
11 декабря 1946 года Фредди Уильямс подал заявку на патент на свое запоминающее устройство на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) ( трубка Вильямса ) со 128 40- битными словами. Он был введен в эксплуатацию в 1947 году и считается первой практической реализацией оперативной памяти (ОЗУ). В том же году Фредерик Вие подал первые заявки на патент на память с магнитным сердечником . Практическая память на магнитных сердечниках была разработана Ан Вангом в 1948 году и усовершенствована Джеем Форрестером и Яном А. Райчманом в начале 1950-х годов, прежде чем она была коммерциализирована с компьютером Whirlwind в 1953 году. Кен Олсен также внес свой вклад в его разработку.
Полупроводниковая память началась в начале 1960-х годов с биполярных ячеек памяти, сделанных из биполярных транзисторов . Хотя он улучшил производительность, он не мог конкурировать с более низкой ценой на память с магнитным сердечником.
Ячейки памяти MOS
Изобретение MOSFET ( полевого транзистора металл-оксид-полупроводник), также известного как MOS-транзистор, Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году, позволило на практике использовать металл-оксид-полупроводник (MOS ) транзисторы в качестве элементов хранения ячеек памяти, функция, ранее выполняемая магнитными сердечниками . Первые современные ячейки памяти были введены в 1964 году, когда Джон Шмидт разработал первый 64-битный р-канальный МОП ( МОП ) статическая память с произвольным доступом (ОЗУ).
SRAM обычно имеет ячейки с шестью транзисторами , тогда как DRAM (динамическая память с произвольным доступом) обычно имеет ячейки с одним транзистором. В 1965 году электронный калькулятор Toshiba Toscal BC-1411 использовал форму емкостной биполярной памяти DRAM, хранящей 180-битные данные в дискретных ячейках памяти, состоящих из германиевых биполярных транзисторов и конденсаторов. Технология MOS - это основа современной DRAM. В 1966 году доктор Роберт Х. Деннард из исследовательского центра IBM Thomas J. Watson работал над MOS-памятью. Изучая характеристики технологии МОП, он обнаружил, что она способна создавать конденсаторы , и что сохранение заряда или отсутствие заряда на МОП-конденсаторе может представлять 1 и 0 бита, в то время как МОП-транзистор может управлять записью заряда в конденсатор. Это привело к его разработке ячейки памяти DRAM с одним транзистором. В 1967 году Деннард подал патент на ячейку памяти DRAM с одним транзистором, основанную на технологии MOS.
Первый коммерческий биполярный 64-битный SRAM был выпущен Intel в 1969 году с 3101 Schottky TTL . Годом позже был выпущен первый чип интегральной схемы DRAM , Intel 1103 , основанный на технологии MOS. К 1972 году он побил предыдущие рекорды по продажам полупроводниковой памяти . Чипы DRAM в начале 1970-х годов имели ячейки с тремя транзисторами, прежде чем ячейки с одним транзистором стали стандартом с середины 1970-х годов.
Двумя наиболее распространенными типами ячеек памяти DRAM с 1980-х годов были ячейки траншейного конденсатора и ячейки с пакетом конденсаторов. Ячейки с канавками - это места, где в кремниевой подложке сделаны отверстия (канавки), боковые стенки которых используются в качестве ячеек памяти, тогда как ячейки с накопленными конденсаторами являются самой ранней формой трехмерной памяти (3D-память), где ячейки памяти укладываются вертикально в трехмерную ячеистую структуру. Оба дебютировали в 1984 году, когда Hitachi представила память с траншейными конденсаторами, а Fujitsu - память с накопительными конденсаторами.
Ячейки памяти MOS с плавающим затвором
С плавающим затвором МОП - транзистор (FGMOS) был изобретен Давоном Канга и Саймона Sze в Bell Labs в 1967 г. Они предложили концепцию ячеек памяти с плавающим затвором, с использованием FGMOS транзисторов, которые могут быть использованы для получения перепрограммируемой ROM (память только для чтения ). Ячейки памяти с плавающим затвором позже стали основой для технологий энергонезависимой памяти (NVM), включая EPROM (стираемое программируемое ПЗУ), EEPROM (электрически стираемое программируемое ПЗУ) и флэш-память .
Флэш-память была изобретена Фудзио Масуока в компании Toshiba в 1980 году. Масуока и его коллеги представили изобретение NOR-флеш-памяти в 1984 году, а затем NAND-флеш-памяти в 1987 году. Флэш-память с многоуровневыми ячейками (MLC) была представлена NEC , которая продемонстрировала четырехъядерные технологии. Уровень ячеек в микросхеме флэш-памяти объемом 64 Мбайт , хранящей 2 бита на ячейку, в 1996 году. 3D V-NAND , в котором ячейки флэш-памяти укладываются вертикально с использованием технологии трехмерной флэш-ловушки заряда (CTP), была впервые анонсирована Toshiba в 2007 году и впервые появилась на рынке произведен компанией Samsung Electronics в 2013 году.
Реализация
На следующих схемах подробно описаны три наиболее часто используемые реализации ячеек памяти:
Читайте также: