Memoria no mecánica moderna

Ahora podemos proceder a estudiar tipos específicos de dispositivos de almacenamiento digital. Para empezar, quiero explorar algunas de las tecnologías que no requieren partes móviles. Estas no son necesariamente las tecnologías más nuevas, como uno podría sospechar, aunque lo más probable es que sustituyan a las tecnologías de piezas móviles en el futuro.

Un tipo de memoria electrónica muy simple es el multivibrador biestable. Capaz de almacenar un solo bit de datos, es volátil (requiere energía para mantener su memoria) y muy rápido. El D-latch es probablemente la implementación más simple de un multivibrador biestable para uso de memoria, la entrada D sirve como entrada de "escritura" de datos, la salida Q sirve como salida de "lectura" y la entrada de habilitación sirve como lectura / escritura. línea de control:

Si deseamos más de un bit de almacenamiento (y probablemente lo hagamos), tendremos que tener muchos pestillos dispuestos en algún tipo de matriz donde podamos direccionar selectivamente cuál (o qué conjunto) estamos leyendo o escribiendo a. Usando un par de búferes de tres estados, podemos conectar tanto la entrada de escritura de datos como la salida de lectura de datos a una línea de bus de datos común, y habilitar esos búfer para conectar la salida Q a la línea de datos (READ), conectar la entrada D a la línea de datos (WRITE), o mantenga ambos búferes en el estado High-Z para desconectar D y Q de la línea de datos (modo sin dirección). Una "celda" de memoria se vería así, internamente:

Cuando la entrada de habilitación de dirección es 0, ambos búferes de tres estados se colocarán en modo Z alto y el pestillo se desconectará de la línea de entrada / salida de datos (bus). Solo cuando la entrada de habilitación de dirección esté activa (1) se conectará el pestillo al bus de datos. Cada circuito de pestillo, por supuesto, se habilitará con una línea de entrada de "habilitación de dirección" (AE) diferente, que vendrá de un decodificador de salida 1 de n:

En el circuito anterior, 16 celdas de memoria se direccionan individualmente con una entrada de código binario de 4 bits en el decodificador. Si una celda no está direccionada, será desconectada del bus de datos de 1 bit por sus búferes internos de tres estados:en consecuencia, los datos no se pueden escribir ni leer a través del bus hacia o desde esa celda. Solo el circuito de celda al que se dirige la entrada del decodificador de 4 bits será accesible a través del bus de datos.

Este circuito de memoria simple es de acceso aleatorio y volátil. Técnicamente, se conoce como RAM estática . Su capacidad total de memoria es de 16 bits. Dado que contiene 16 direcciones y tiene un bus de datos de 1 bit de ancho, se designará como un circuito RAM estático de 16 x 1 bit. Como puede ver, se necesita una cantidad increíble de puertas (¡y varios transistores por puerta!) Para construir un circuito RAM estático práctico. Esto hace que la RAM estática sea un dispositivo de densidad relativamente baja, con menos capacidad que la mayoría de los otros tipos de tecnología RAM por unidad de espacio de chip IC. Debido a que cada circuito de celda consume una cierta cantidad de energía, el consumo de energía total para una gran variedad de celdas puede ser bastante alto. Los primeros bancos de RAM estática en computadoras personales consumían una buena cantidad de energía y también generaban mucho calor. La tecnología CMOS IC ha hecho posible reducir el consumo de energía específico de los circuitos RAM estáticos, pero la baja densidad de almacenamiento sigue siendo un problema.

Para abordar esto, los ingenieros recurrieron al capacitor en lugar del multivibrador biestable como un medio para almacenar datos binarios. Un pequeño condensador podría servir como una celda de memoria, completo con un solo transistor MOSFET para conectarlo al bus de datos para cargar (escribir un 1), descargar (escribir un 0) o leer. Desafortunadamente, estos diminutos capacitores tienen capacitancias muy pequeñas y su carga tiende a "filtrarse" a través de cualquier impedancia del circuito con bastante rapidez. Para combatir esta tendencia, los ingenieros diseñaron circuitos internos al chip de memoria RAM que leerían periódicamente todas las celdas y recargarían (o “refrescarían”) los capacitores según fuera necesario. Aunque esto se sumaba a la complejidad del circuito, aún requería muchos menos componentes que una RAM construida con multivibradores. Llamaron a este tipo de circuito de memoria una RAM dinámica , debido a su necesidad de actualización periódica.

Los avances recientes en la fabricación de chips IC han llevado a la introducción de flash memoria, que funciona según un principio de almacenamiento capacitivo como la RAM dinámica, pero utiliza la puerta aislada de un MOSFET como el propio condensador.

Antes de la llegada de los transistores (especialmente el MOSFET), los ingenieros tenían que implementar circuitos digitales con compuertas construidas con tubos de vacío. Como puede imaginar, el enorme tamaño comparativo y el consumo de energía de un tubo de vacío en comparación con un transistor hizo que los circuitos de memoria como la RAM estática y dinámica fueran una imposibilidad práctica. Se desarrollaron otras técnicas bastante ingeniosas para almacenar datos digitales sin el uso de partes móviles.