Come selezionare i tipi giusti di chip di memoria per il tuo progetto

Di seguito sono riportati i parametri comuni utilizzati da progettisti e sviluppatori:

•  Per interfacce hardware si intendono le numerose interfacce di un chip di memoria, necessarie per consentire l'accesso e il recupero dei dati ad alta velocità senza compromettere le capacità di memoria. Un chip di memoria si interfaccia con schede grafiche, dischi rigidi e bus seriali universali (USB).
•  Rate dati è la velocità con cui le istruzioni vengono recuperate dalla memoria del programma, convertite in segnali per la CPU ed eseguite.
•  Larghezza di banda, o clock rate e tempo di accesso, si riferisce alla quantità di dati che un chip di memoria può spostare, leggere, memorizzare o elaborare entro un determinato periodo di tempo. Può essere espresso in bit, byte o hertz al secondo (b/s, B/s o cicli/s).
•  La dimensione della memoria si riferisce alla capacità di archiviazione dei dati.
•  La larghezza di banda della memoria è la velocità alla quale i dati possono essere letti o memorizzati in un dispositivo a semiconduttore da un processore.
•  La temporizzazione della memoria determina la velocità complessiva di funzionamento del sistema del processore.
•  La conservazione dei dati indica per quanto tempo i dati possono essere conservati nel chip.
•  L'efficienza di alimentazione di un chip è inferiore se il chip deve essere alimentato da una fonte di energia continua.
•  Scrittura/riscrittura o sola lettura indica se il chip di memoria esegue frequenti operazioni di scrittura/riscrittura. La memoria di sola lettura di solito memorizza un programma eseguibile che sarà solo di lettura.
•  La tolleranza alla temperatura è l'intervallo di temperatura entro il quale il chip di memoria può funzionare in modo affidabile; un intervallo di temperatura più ampio indica una maggiore capacità del chip di funzionare in ambienti difficili.

Utilizzeremo i parametri sopra indicati per confrontare le quattro categorie più comuni di chip di memoria sul mercato: memoria dinamica ad accesso casuale (DRAM), RAM statica (SRAM), ROM programmabile cancellabile elettricamente (EEPROM) e flash.

La RAM dinamica e la RAM statica sono utilizzate nella memoria primaria, o RAM, e la EEPROM e la flash sono utilizzate nella memoria secondaria o ROM. Sebbene sia la memoria primaria che quella secondaria siano entrambe necessarie, differiscono sotto molteplici aspetti. Tradizionalmente, la memoria secondaria si riferisce a un dispositivo di archiviazione esterno, come un disco rigido. Con il progresso della tecnologia della memoria, molte memorie secondarie ora includono memorie a stato solido.

Memoria primaria: DRAM vs. SRAM

La memoria primaria, o RAM, è collegata all'unità centrale di elaborazione (CPU). Di conseguenza, la memoria primaria consente un accesso più rapido ai dati. Tuttavia, la memoria primaria è limitata nelle dimensioni memoria, mentre la memoria secondaria è utilizzata per la memorizzazione a lungo termine di grandi quantità di dati. La memoria primaria è volatile, temporanea e richiede un'alimentazione continua per conservare ciò che è memorizzato. Quando il sistema viene spento, il contenuto della memoria andrà perso. Infine, la memoria primaria può essere scritta e riscritta più volte.

Sia la DRAM che la SRAM sono utilizzate nella memoria primaria. La DRAM ha una struttura cellulare più semplice rispetto alla SRAM. La DRAM richiede una cella di memoria, mentre la SRAM richiede più celle. Di conseguenza, le DRAM sono molto più economiche ma forniscono lo stesso livello di densità di memoria. Inoltre, la DRAM può raggiungere un'elevata densità di memoria in fattori di forma ridotti, il che ne consente la diffusione nei personal computer e nelle workstation.

Tuttavia, la DRAM presenta notevoli svantaggi. Poiché la carica elettrica responsabile della archiviazione dati nelle celle DRAM fuoriesce lentamente, le celle DRAM devono essere aggiornate o riscritte periodicamente. Il processo di aggiornamento è dinamico, da cui il termine "DRAM". Le sue esigenze di rinfrescamento e la continua richiesta di fonti di energia rendono le DRAM una scelta ad alto consumo energetico/bassa efficienza. Anche i requisiti di aggiornamento della DRAM ne rallentano la velocità operativa.

D'altro canto, poiché la SRAM non ha bisogno di essere aggiornata, può supportare tempi di ciclo di lettura e scrittura più rapidi e affidabili rispetto alla DRAM. Inoltre, il tempo di ciclo della SRAM è molto più breve perché non è necessaria una pausa tra un accesso ai dati e l'altro. Con più celle di memoria per chip, i chip SRAM sono più costosi e richiedono più potenza rispetto ai chip DRAM. Di conseguenza, la SRAM è tipicamente utilizzata per la cache e la memoria video, mentre la DRAM serve come principale tecnologia di memoria a semiconduttori.

Oltre a una maggiore velocità operativa, la SRAM ha una maggiore efficienza operativa rispetto alla DRAM. La DRAM opera in modo asincrono, reagendo alle richieste e trattandole una alla volta. La SRAM, invece, è sincronizzata con il clock del processore ed è in grado di funzionare in modo più complesso e a velocità più elevate.

Infine, esistono chip DRAM e SRAM rinforzati e con un intervallo di temperatura tale da supportare applicazioni industriali e militari.

Memoria secondaria: EEPROM vs. flash

A differenza della memoria primaria, la memoria secondaria o ROM non è collegata alla CPU. Di conseguenza, la memoria secondaria offre un accesso più lento ai dati. Poiché la memoria secondaria è non volatile e permanente, non perde i suoi dati durante un'interruzione di corrente o a causa di urti o vibrazioni. Inoltre, la memoria secondaria ha una capacità di archiviazione dati notevolmente maggiore e, a differenza della memoria primaria, che può essere scritta e riscritta ripetutamente, la memoria secondaria è principalmente di sola lettura e viene modificata raramente.

La EEPROM è un tipo di ROM che può essere cancellata e riprogrammata ripetutamente tramite impulsi elettrici a una tensione specifica. Un chip EEPROM viene cancellato e riprogrammato da byte. Di conseguenza, la riprogrammazione dell'EEPROM può essere lenta. Inoltre, la EEPROM ha una programmabilità limitata, il che ne riduce la durata.

L'EEPROM non è ampiamente utilizzata perché manca di memorizzazione dati e di affidabilità della resistenza dei dati. L'EEPROM ha un periodo di memorizzazione dati limitato perché gli elettroni iniettati nella porta galleggiante possono andare alla deriva, causando la perdita di dati. La riscrittura diventa impossibile per la EEPROM oltre un certo numero di cicli, limitando la durata dei dati.

Di conseguenza, le EEPROM sono utilizzate principalmente nella prototipazione rapida dei dispositivi, che richiede una facile riprogrammazione e la mancanza di volatilità. I produttori di personal computer solitamente utilizzano la EEPROM per riprogrammare la memoria di sola lettura. Inoltre, poiché i chip EEPROM non necessitano di alimentazione per conservare i dati, vengono comunemente utilizzati per memorizzare informazioni BIOS e software di base per modem, schede video e altre periferiche.

Nel corso degli anni, la memoria flash, una versione più efficiente della EEPROM, ha sostituito l'EEPROM in molti settori. A differenza della EEPROM, che legge e scrive in byte, la memoria flash cancella e scrive i dati in blocchi di dimensioni fisse, questa caratteristica della memoria flash migliora le prestazioni della memoria flash rispetto a quella della EEPROM. Mentre alcuni chip flash sono più lenti perché non è possibile scriverci finché non vengono cancellati, alcuni chip flash più recenti hanno una funzione di lettura durante la scrittura (RWW) che consente la lettura e la scrittura simultanee.

Non AND (NAND) e non OR (NOR) sono i due tipi base di memoria flash. La memoria flash NAND è accessibile come i dispositivi a blocchi come i dischi rigidi. Partizionata con un file system e utilizzata come area di archiviazione ad accesso casuale, la NAND ha quindi bisogno di un'unità di gestione della memoria. D'altra parte, la memoria flash NOR può essere letta da singole celle di memoria come una tradizionale ROM. Inoltre, per estendere il numero limitato di cicli di scrittura (durata di vita) di un'unità flash, è stato sviluppato un sistema di livellamento dell'usura che riduce l'impatto sulle celle o sulle aree più utilizzate.

Nel complesso, i chip flash sono più portatili dei chip EEPROM. Tuttavia, i chip flash sono troppo costosi in base al byte per essere utilizzati come dispositivi di archiviazione di massa. Attualmente, la memoria flash viene utilizzata per l'archiviazione portatile di immagini digitali tramite dispositivi quali schede dati protette per fotocamere digitali, chiavette di memoria flash USB, telefoni cellulari, cercapersone e scanner. I chip di memoria flash vengono utilizzati anche come dischi allo stato solido nei computer portatili e nelle schede di memoria per le console per videogiochi.

Trovare i chip di memoria adatti alle tue esigenze

Un computer necessita sia di memoria primaria che secondaria. I due tipi di memoria hanno varie interfacce hardware, rate dati, dimensioni memoria, memorizzazione dati, efficienza energetica e caratteristiche di scrittura/lettura. Quando si selezionano i chip di memoria, cercare i parametri giusti per il proprio progetto. La maggior parte dei distributori fornisce criteri di ricerca della memoria per semplificare la vita agli sviluppatori.

La memoria primaria utilizza sia chip DRAM che SRAM. Le differenze più significative sono la necessità di aggiornamento periodico delle DRAM e il suo costo inferiore, nonché la maggiore velocità della SRAM. Utilizzati nella memoria secondaria, i chip EEPROM e i chip flash differiscono notevolmente per quanto riguarda il modo in cui cancellano e scrivono, così come il costo più elevato dei chip flash.

Ci sono molti altre memorie speciali disponibili. Ma DRAM, SRAM, flash e EEPROM sono di gran lunga i chip di memoria più popolari nella progettazione. Scopri di più sui diversi tipi di memoria del computer.

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