Memória Não Mecânica Moderna

Agora podemos prosseguir com o estudo de tipos específicos de dispositivos de armazenamento digital. Para começar, quero explorar algumas das tecnologias que não requerem peças móveis. Essas não são necessariamente as tecnologias mais recentes, como se pode suspeitar, embora muito provavelmente venham a substituir as tecnologias de peças móveis no futuro.

Um tipo muito simples de memória eletrônica é o multivibrador biestável. Capaz de armazenar um único bit de dados, é volátil (requer energia para manter sua memória) e muito rápido. O D-latch é provavelmente a implementação mais simples de um multivibrador biestável para uso de memória, a entrada D servindo como entrada de "gravação" de dados, a saída Q servindo como saída de "leitura" e a entrada habilitada servindo como leitura / gravação linha de Controle:



Se desejarmos mais do que um bit de armazenamento (e provavelmente desejamos), teremos que ter muitas travas organizadas em algum tipo de array onde possamos endereçar seletivamente qual (ou qual conjunto) estamos lendo ou escrevendo para. Usando um par de buffers tristate, podemos conectar a entrada de gravação de dados e a saída de leitura de dados a uma linha de barramento de dados comum e permitir que esses buffers conectem a saída Q à linha de dados (READ), conecte a entrada D a a linha de dados (WRITE) ou mantenha ambos os buffers no estado High-Z para desconectar D e Q da linha de dados (modo não endereçado). Uma "célula" de memória teria a seguinte aparência, internamente:



Quando a entrada de habilitação do endereço é 0, ambos os buffers tristate serão colocados no modo Z-alto e a trava será desconectada da linha de entrada / saída (barramento) de dados. Somente quando a entrada de habilitação de endereço estiver ativa (1) a trava será conectada ao barramento de dados. Cada circuito de trava, é claro, será habilitado com uma linha de entrada de "habilitação de endereço" (AE) diferente, que virá de um decodificador de saída 1-de-n:



No circuito acima, 16 células de memória são endereçadas individualmente com uma entrada de código binário de 4 bits no decodificador. Se uma célula não for endereçada, ela será desconectada do barramento de dados de 1 bit por seus buffers tristate internos:conseqüentemente, os dados não podem ser escritos ou lidos através do barramento de ou para aquela célula. Apenas o circuito da célula endereçado pela entrada do decodificador de 4 bits estará acessível através do barramento de dados.

Este circuito de memória simples é de acesso aleatório e volátil. Tecnicamente, é conhecido como RAM estática . Sua capacidade total de memória é de 16 bits. Como contém 16 endereços e um barramento de dados com 1 bit de largura, seria designado como um circuito de RAM estático de 16 x 1 bit. Como você pode ver, é necessário um número incrível de portas (e vários transistores por porta!) Para construir um circuito RAM estático prático. Isso torna a RAM estática um dispositivo de densidade relativamente baixa, com menos capacidade do que a maioria dos outros tipos de tecnologia de RAM por unidade de espaço do chip IC. Como cada circuito de célula consome uma certa quantidade de energia, o consumo geral de energia para uma grande variedade de células pode ser bastante alto. Os primeiros bancos de RAM estáticos em computadores pessoais consumiam uma boa quantidade de energia e geravam muito calor também. A tecnologia CMOS IC tornou possível reduzir o consumo específico de energia de circuitos de RAM estáticos, mas a baixa densidade de armazenamento ainda é um problema.

Para resolver isso, os engenheiros recorreram ao capacitor em vez do multivibrador biestável como meio de armazenar dados binários. Um minúsculo capacitor poderia servir como uma célula de memória, completa com um único transistor MOSFET para conectá-lo ao barramento de dados para carregar (escrever um 1), descarregar (escrever um 0) ou ler. Infelizmente, esses capacitores minúsculos têm capacitâncias muito pequenas e sua carga tende a “vazar” através de quaisquer impedâncias de circuito muito rapidamente. Para combater essa tendência, os engenheiros projetaram circuitos internos do chip de memória RAM que liam periodicamente todas as células e recarregavam (ou "atualizavam") os capacitores conforme necessário. Embora isso aumentasse a complexidade do circuito, ainda exigia muito menos componentes do que uma RAM construída com multivibradores. Eles chamaram este tipo de circuito de memória de RAM dinâmica , devido à sua necessidade de atualização periódica.

Avanços recentes na fabricação de chips IC levaram à introdução do flash memória, que funciona em um princípio de armazenamento capacitivo como a RAM dinâmica, mas usa a porta isolada de um MOSFET como o próprio capacitor.

Antes do advento dos transistores (especialmente o MOSFET), os engenheiros tinham que implementar circuitos digitais com portas construídas a partir de válvulas. Como você pode imaginar, o enorme tamanho comparativo e o consumo de energia de uma válvula de vácuo em comparação a um transistor tornavam os circuitos de memória como RAM estática e dinâmica uma impossibilidade prática. Outras técnicas, bastante engenhosas, para armazenar dados digitais sem o uso de peças móveis foram desenvolvidas.