Принцип действия динамической памяти (DRAM)

Глава 8. Физическая оперативная память

Принцип действия динамической памяти (DRAM)

Носителем информации в динамической полупроводниковой памяти (DRAM)является электрическая ёмкость или конденсатор (рис. 8.1).

Рис. 8.1.

Ячейки объединяются в матрицу (рис. 8.2), горизонтальные линейки которой называются строками (ROW), а вертикальные - столбцами (Column).

Рис. 8.2.

Конденсатору отводится роль непосредственного хранителя информации. Правда, хранит он всего один разряд. Отсутствие заряда на обкладках соответствует логическому нулю, а его наличие - логической единице. Транзистор же играет роль "ключа", удерживающего конденсатор от разряда. В спокойном состоянии транзистор закрыт, но, стоит подать на соответствующую строку матрицы электрический сигнал, как спустя некоторое время (конкретное время зависит от конструктивных особенностей и качества изготовления микросхемы) он откроется, соединяя обкладку конденсатора с соответствующим ей столбцом.

Чувствительный усилитель (sense amp), подключенный к каждому из столбцов матрицы, реагируя на слабый поток электронов, устремившихся через открытые транзисторы с обкладок конденсаторов, считывает всю страницу целиком. Именно страница является минимальной порцией обмена с ядром динамической памяти. Чтение/запись отдельно взятой ячейки невозможны. Действительно, открытие одной строки приводит к открытию всех, подключенных к ней транзисторов, а, следовательно, - разряду закрепленных за этими транзисторами конденсаторов.

Чтение ячейки разрушительно по своей природе, поскольку чувствительный усилитель разряжает конденсатор в процессе считывания его заряда. "Благодаря" этому динамическая память представляет собой память разового действия. Во избежание потери информации считанную строку приходится тут же перезаписывать вновь.

Ввиду микроскопических размеров конденсаторов, а, следовательно, и их емкости, записанная в них информация хранится крайне недолго, - буквально сотые, а то тысячные доли секунды. Причина тому - саморазряд конденсатора. Несмотря на использование высококачественных диэлектриков с огромным удельным сопротивлением, заряд стекает очень быстро, ведь количество электронов, накопленных конденсатором на обкладках, относительно невелико. Для борьбы с "забывчивостью" памяти прибегают к ее регенерации - периодическому считыванию ячеек с последующей перезаписью. В настоящее время регенератор чаще всего встраивается внутрь самой микросхемы, причем перед регенерацией содержимое обновляемой строки копируется в специальный буфер, что предотвращает блокировку доступа к информации.

Ячейка памяти может хранить только один разряд информации. Чтобы хранить один байт, используется 8 элементарных ячеек памяти. При этом они адресуются одинаково и организованы с использованием шины данных шириной в 8 линий. Такие объединённые ячейки образуют слово. Обычно микросхемы памяти имеют размер слова 4, 8, 16 разрядов. Ширина шины данных при этом равна 4, 8, 16 линий (или разрядность 4, 8. 16). Модуль памяти DIMM имеет ширину шины данных 64 линий.