DRAM

Cos’è la DRAM (memoria dinamica ad accesso casuale)?

La DRAM (memoria dinamica ad accesso casuale) è un tipo di memoria a semiconduttore che viene solitamente utilizzata per i dati o il codice di programma necessari al funzionamento di un processore di computer.

La DRAM è un tipo comune di memoria ad accesso casuale (RAM) utilizzata in PC, workstation e server. L’accesso casuale consente al processore del PC di accedere direttamente a qualsiasi parte della memoria anziché dover procedere in sequenza da un punto di partenza. La RAM si trova vicino al processore di un computer e consente un accesso più rapido ai dati rispetto ai supporti di memorizzazione come unità disco rigido e unità a stato solido.

Come funziona la DRAM?

La memoria è composta da bit di dati o codice di programma disposti in una griglia bidimensionale. La DRAM memorizzerà bit di dati in quella che viene chiamata una cella di memorizzazione o di memoria, costituita da un condensatore e un transistor. Le celle di memorizzazione sono solitamente organizzate in una configurazione rettangolare.

Quando una carica viene inviata attraverso una colonna, il transistor nella colonna viene attivato. Una cella di memoria DRAM è dinamica, il che significa che deve essere aggiornata o ricevere una nuova carica elettronica ogni pochi millisecondi per compensare le perdite di carica dal condensatore.

Le celle di memoria funzioneranno con altri circuiti che possono identificare righe e colonne, tracciare il processo di aggiornamento, istruire una cella se accettare o meno una carica e leggere o ripristinare i dati da una cella.

La DRAM è un’opzione di memoria a semiconduttore che un progettista di sistema può utilizzare quando costruisce un computer. Le scelte di memoria alternative includono RAM statica (SRAM), memoria di sola lettura programmabile cancellabile elettricamente, flash NOR e flash NAND. Molti sistemi utilizzano più di un tipo di memoria.

Tipi di DRAM

Esistono molti tipi di DRAM che un dispositivo può utilizzare. Ecco alcuni esempi:

  • La DRAM sincrona (SDRAM) sincronizza le velocità della memoria con le velocità di clock della CPU, consentendo al controller di memoria di conoscere il ciclo di clock della CPU. Ciò consente alla CPU di eseguire più istruzioni alla volta.
  • La DRAM Rambus è stata utilizzata più ampiamente nei primi anni 2000 per le schede grafiche.
  • La SDRAM a doppia velocità trasferimento dati (DDR SDRAM) raddoppia quasi la larghezza di banda nella velocità dati della SDRAM utilizzando il doppio pinning. Questo processo consente il trasferimento dei dati sui fronti di salita e discesa di un segnale di clock. È stata disponibile in diverse iterazioni nel tempo, tra cui DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM e DDR4 SDRAM.
  • La DRAM Fast Page Mode offre prestazioni più elevate rispetto ad altri tipi di DRAM concentrandosi sull’accesso rapido alla pagina.
  • La DRAM Extended Data Out migliora il tempo di lettura dalla memoria su microprocessori, come Intel Pentium.
    I principali produttori di DRAM includono Kingston Technology, Micron, Samsung e SK Hynix.

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Tipi di pacchetti DRAM

Esistono due tipi principali di pacchetti DRAM: modulo di memoria in linea singola (SIMM) e modulo di memoria in linea doppia (DIMM). Il pacchetto del modulo di memoria in linea singola è considerato obsoleto ora ed è stato utilizzato negli anni ’80 e ’90. Le SIMM erano disponibili in set da 30 e 72 pin e in genere avevano velocità di trasferimento dati a 32 bit. I DIMM, d’altro canto, sono comunemente usati ora e hanno pin su entrambi i lati del chip. I DIMM hanno comunemente connettori a 168 pin, o più, e supportano una velocità di trasferimento dati a 64 bit.

I tipi di package DRAM per i DIMM sono impostati come diverse architetture di circuiti integrati. Ecco alcuni di questi:

  • I DIMM senza buffer sono comunemente usati su desktop e laptop. Questi costano meno e funzionano più velocemente, ma sono meno stabili.
  • I DIMM registrati sono comunemente usati con i server. Questi sono più stabili e riducono la pressione sul controller di memoria di una CPU.
  • I DIMM completamente bufferizzati sono usati in sistemi di memoria più grandi. Questi sono più affidabili poiché possono migliorare i metodi di rilevamento degli errori e mantenere l’integrità del segnale.

Vantaggi

I principali vantaggi della DRAM includono quanto segue:

  • Il suo design è semplice, richiede solo un transistor.
  • Il costo è basso rispetto ad altri tipi di memoria, come la SRAM.
  • Fornisce livelli di densità più elevati.
  • È possibile archiviare più dati usando la DRAM.
  • La memoria può essere aggiornata ed eliminata mentre un programma è in esecuzione.

Svantaggi

I principali svantaggi della DRAM includono quanto segue:

  • La memoria è volatile.
  • Il consumo energetico è elevato rispetto ad altre opzioni.
  • La produzione è complessa.
  • I dati nelle celle di archiviazione devono essere aggiornati.
  • È più lenta della SRAM.

DRAM contro SRAM

La DRAM è un successore della SRAM. I progettisti di memoria hanno ridotto il numero di elementi per bit ed eliminato le linee di bit differenziali per risparmiare area del chip al fine di creare la DRAM. Di conseguenza, la DRAM è meno costosa da produrre della SRAM.

Ma la SRAM mantiene alcuni vantaggi rispetto alla DRAM. La SRAM non deve essere aggiornata perché funziona sul principio di commutazione del flusso di corrente in una delle due direzioni anziché mantenere una carica in posizione all’interno di una cella di archiviazione. La SRAM è generalmente utilizzata per la memoria cache, a cui è possibile accedere più rapidamente della DRAM.

La SRAM è in grado di leggere/scrivere a livello di byte ed è più veloce in lettura/scrittura rispetto alla DRAM. La DRAM scrive i dati a livello di byte e legge a livello di pagina multi-byte.

Le differenze di potenza variano a seconda che il sistema sia in modalità attiva o in modalità di sospensione. La DRAM richiede meno potenza della SRAM in stato attivo, ma la SRAM consuma notevolmente meno potenza della DRAM in modalità di sospensione.

Storia

Uno dei primi utilizzi della DRAM fu in una calcolatrice Toshiba nel 1965, utilizzando una forma capacitiva di DRAM realizzata con celle di memoria bipolari. Nello stesso anno, IBM creò un chip di memoria al silicio a 16 bit.

Tuttavia, a quel tempo, la DRAM bipolare in uso non poteva competere con la memoria a nucleo magnetico. Ciò rimase vero per la DRAM fino all’invenzione del transistor a effetto di campo a ossido di metallo-semiconduttore (MOSFET), che portò alla DRAM a ossido di metallo-semiconduttore (MOS DRAM). Il brevetto per la MOS DRAM fu concesso nel 1968. Nel 1969 Intel sviluppò una DRAM che utilizzava una cella a tre transistor.

Intel migliorò il suo prodotto DRAM con Intel 1103 nel 1970, vedendone l’uso commerciale. La memoria MOS iniziò a essere più presente sul mercato rispetto alla memoria a nucleo magnetico in quel periodo.

Il 1973 vide anche l’invenzione di Mostek MK4096, una DRAM da 4 kilobit. Questa fu la prima DRAM che incorporò linee di indirizzo multiplexate di riga e colonna. Mostek MK4096 poteva essere inserita in piccoli pacchetti con un piccolo numero di pin, poiché dimezzava il numero di linee di indirizzo richieste.

Nel 1992, Samsung sviluppò la SDRAM, che aveva una capacità di 16 megabit.