Il numero di chip di memoria sul mercato può spaventare. Quando cerca di selezionare il tipo di chip più appropriato, l'utente deve chiarire la sua destinazione d'uso e i requisiti specifici. Durante il processo di selezione, è anche importante comprendere il significato e le implicazioni che stanno dietro alle diverse specifiche dei prodotti.
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 la grafica, gli hard disk e i 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.
- Ampiezza 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 espressa in bit, byte o hertz al secondo (b/s, B/s, o cicli/s).
- Dimensioni memoria indica la capacità di archiviazione dati.
- L'ampiezza di banda di memoria è la velocità alla quale i dati possono essere letti da o memorizzati in un dispositivo a semiconduttore da un processore.
- Le tempistiche di memoria determinano la velocità complessiva di funzionamento del sistema di processore.
- Memorizzazione dati indica il periodo di tempo in cui 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 solo 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 di 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 la maggiore capacità di un chip di operare in ambienti difficili.
Useremo i parametri di cui sopra per confrontare le quattro categorie di chip di memoria più comuni sul mercato: Dynamic Random-Access Memory (DRAM), Static RAM (SRAM), ROM programmabile e 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. La memoria primaria e secondaria sono entrambe necessarie, ma si differenziano per molteplici aspetti. Tradizionalmente, la memoria secondaria si riferisce alla memoria esterna come un disco rigido. Con il progresso della tecnologia della memoria, molte memorie secondarie ora includono memorie a stato solido.
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Memoria primaria |
Memoria secondaria |
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Dynamic Random-Access Memory (DRAM) |
Static Random-Access Memory (SRAM) |
Flash |
ROM programmabile e cancellabile elettronicamente (EEPROM) |
Interfaccia hardware |
Collegamento alla CPU |
Collegamento alla CPU |
No |
No |
Rate dati (Clock rate, Accesso dati) |
Veloce |
Veloce |
Lento |
Lento |
Ampiezza di banda |
Veloce |
Veloce |
Lento |
Lento |
Dimensioni memoria |
Limitate |
Limitate |
Grandi |
Grandi |
Memorizzazione dati |
Temporanea |
Temporanea |
Permanente |
Permanente |
Efficienza energetica |
Richiede costantemente potenza |
Richiede costantemente potenza |
Più efficiente |
Più efficiente |
Solo Lettura/Scrittura |
Molte scritture e riscritture |
Molte scritture e riscritture |
Per lo più di sola lettura |
Per lo più di sola lettura |
Aggiornamento necessario |
Sì |
No |
No |
No |
Tolleranza di temperatura |
Applicazioni commerciali e industriali |
Applicazioni commerciali e industriali |
Applicazioni commerciali e industriali |
Applicazioni commerciali e industriali |
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 della 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, sulla memoria primaria è possibile scrivere e riscrivere più volte.
DRAM e SRAM sono entrambe 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, le DRAM possono raggiungere un'elevata densità di memoria all'interno di piccoli fattori di forma, consentendo la sua prevalenza nei personal computer e nelle workstation.
Tuttavia, le DRAM presentano notevoli inconvenienti. Poiché la carica elettrica responsabile della memorizzazione dei 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 delle DRAM ne rallentano la velocità operativa.
D'altra parte, poiché la SRAM non ha bisogno di aggiornare, può supportare tempi di ciclo di lettura e scrittura più veloci 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 ad 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. D'altra parte, la SRAM è sincronizzata con il clock del processore ed è in grado di operare in modo più complesso e a velocità più elevate.
Infine, ci sono chip DRAM così come SRAM che sono robusti e con il range di temperatura adatto a 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 memoria di dati significativamente maggiore e, a differenza della memoria primaria, che può essere scritta e riscritta ripetutamente, la memoria secondaria è principalmente di sola lettura e raramente viene modificata.
EEPROM è un tipo di ROM che può essere cancellata e riprogrammata ripetutamente da impulsi elettrici a una specifica tensione. Un chip EEPROM viene cancellato e riprogrammato da byte. Di conseguenza, la riprogrammazione dell'EEPROM può essere lenta. Inoltre, l'EEPROM ha una programmabilità limitata, che ne riduce la durata utile.
L'EEPROM non è ampiamente utilizzata perché manca di conservazione dei dati e di affidabilità della resistenza dei dati. L'EEPROM ha un periodo di conservazione dei dati limitato perché gli elettroni iniettati nella porta galleggiante possono andare alla deriva, causando la perdita di dati. La riscrittura diventa impossibile per l'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 usano tipicamente la EEPROM per riprogrammare la memoria di sola lettura. Inoltre, poiché i chip EEPROM non necessitano di alimentazione per conservare i loro dati, sono comunemente utilizzati per memorizzare informazioni sul 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 possono essere scritti fino a quando non vengono cancellati, alcuni chip flash più recenti hanno una funzione di lettura-quasi-scrittura (RWW) che permette la lettura e la scrittura simultanee.
Not AND (NAND) e Not OR (NOR) sono i due tipi di memoria flash di base. 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 della vita) di una flash drive, è stato sviluppato un livellamento dell'usura per ridurre l'impatto su celle o aree altamente utilizzate.
Nel complesso, i chip flash sono più portatili dei chip EEPROM. Tuttavia, i chip flash sono troppo costosi in base al numero di byte per essere utilizzati come dispositivi di memorizzazione di massa. Attualmente, la memoria flash viene utilizzata nella memorizzazione portatile di immagini digitali con dispositivi quali schede dati sicure per fotocamere digitali, chiavette di memoria flash USB, cellulari, cercapersone e scanner. I chip di memoria flash sono utilizzati anche come dischi a stato solido nei computer portatili e nelle schede di memoria per le console per videogiochi.
Conclusione
Un computer ha bisogno sia di memoria primaria che secondaria. I due tipi di memoria hanno varie interfacce hardware, velocità di trasmissione dati, dimensioni della memoria, conservazione dei 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.