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Este artículo examinará el funcionamiento básico de la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM), junto con la forma en que se organiza un chip DRAM.

¿Qué es la DRAM?

La memoria es fundamental en el funcionamiento de una computadora. Cuando se combina con una CPU, es posible ejecutar conjuntos de instrucciones (programas) y almacenar datos de trabajo. La memoria de acceso aleatorio (RAM) es un tipo de memoria bien conocido y se llama así por su capacidad de acceder a cualquier ubicación en la memoria con aproximadamente el mismo retraso de tiempo.

La memoria dinámica de acceso aleatorio, o DRAM, es un tipo específico de memoria de acceso aleatorio que permite densidades más altas a un costo menor. Los módulos de memoria que se encuentran en las computadoras portátiles y de escritorio usan DRAM.

DRAM vs. SRAM

Otros tipos de memoria como SRAM, MRAM y Flash pueden discutirse en un artículo futuro. En resumen, sin embargo, donde DRAM significa dinámica memoria de acceso aleatorio, SRAM significa estático memoria de acceso aleatorio. Las mayores diferencias son que DRAM utiliza condensadores (como veremos más adelante en este artículo) donde SRAM no lo hace, aunque también hay consideraciones como diferentes procesamientos, diferentes velocidades y diferentes costos para los desarrolladores.

¿Cómo funciona la DRAM?

Inventado por Robert Dennard en 1966 en IBM, DRAM funciona de manera muy diferente a otros tipos de memoria. La celda de almacenamiento fundamental dentro de DRAM se compone de dos elementos: un transistor y un condensador.

Cuando se necesita poner un bit en la memoria, el transistor se usa para cargar o descargar el condensador. Un condensador cargado representa un nivel lógico alto o '1', mientras que un condensador descargado representa un nivel lógico bajo o '0'. La carga / descarga se realiza a través de la línea de palabras y la línea de bits, que se muestra en la Figura 1.

Figura 1. En DRAM, un bit se almacena como la presencia o ausencia de carga en un condensador

Durante una lectura o escritura, la línea de palabras sube y el transistor conecta el capacitor a la línea de bits. Cualquier valor que esté en la línea de bits ('1' o '0') se almacena o recupera del condensador.

La carga almacenada en cada condensador es demasiado pequeña para ser leída directamente y, en cambio, se mide mediante un circuito llamado amplificador de detección. El amplificador de detección detecta las mínimas diferencias de carga y genera el nivel lógico correspondiente. El acto de leer desde la línea de bits obliga a la carga a salir del condensador. Por lo tanto, en DRAM, las lecturas son destructivas. Para evitar esto, se realiza una operación conocida como precarga para volver a colocar el valor leído desde la línea de bits en el condensador.

Igualmente problemático es el hecho de que los condensadores pierden carga con el tiempo. Por lo tanto, para mantener los datos almacenados en la memoria, los condensadores deben actualizarse periódicamente. La actualización funciona como una lectura y garantiza que los datos nunca se pierdan. Aquí es donde DRAM obtiene el apodo "Dinámico": la carga en una celda DRAM se actualiza dinámicamente de vez en cuando. Compare esto con SRAM (RAM estática) que conserva su estado sin necesidad de actualizarse.

¿Cómo se organiza la DRAM?

DRAM puede venir en diferentes formas dependiendo de la aplicación. La Figura 2 muestra un DIMM (módulo de memoria dual en línea) que contiene múltiples chips DRAM integrados.

Figura 2. DIMM de 1 GB que contiene varios chips DRAM

Este DIMM contiene 1 GB de memoria, pero observe el "2Rx8" impreso en la etiqueta. El 2R significa que este módulo es de rango 2, mientras que el x8 (pronunciado "por ocho") denota el ancho de salida de los datos que provienen de cada chip DRAM. Un rango es un conjunto de DRAM direccionables por separado. En este caso, un rango es un conjunto de cuatro chips DRAM. Como hay ocho en total (adelante / atrás), tenemos 2 rangos.

El rango de un módulo DRAM es el nivel más alto de organización dentro de un DIMM. Debajo de eso, cada chip está organizado en varios bancos y arreglos de memoria que contienen filas y columnas. La Figura 3 muestra un chip DRAM con cuatro bancos.

Figura 3. Chip DRAM con cuatro bancos

Cada banco opera independientemente de los demás. Esto significa que la lectura, la escritura y la precarga se pueden realizar en un banco sin afectar al otro.

Rango, banco, fila y columna

Como se mencionó anteriormente, el rango de una DRAM es un conjunto de chips DRAM direccionables por separado. Cada chip DRAM se organiza en varios bancos que contienen un conjunto de matrices de memoria. El número de matrices de memoria por banco es igual al tamaño del ancho de salida. Por lo tanto, en un chip DRAM x4, los bancos internos tendrían cuatro arreglos de memoria. La Figura 4 muestra un ejemplo de un solo banco x4.

Figura 4. Un banco x4 compuesto por decodificadores, amplificadores de detección y matrices de memoria.

La sección gris es la matriz de memoria diseñada como una cuadrícula de filas y columnas. Se utiliza un conjunto de decodificadores para acceder a las filas y columnas, seleccionando una sola intersección dentro de la matriz de memoria. Es en esta intersección donde un pequeño condensador almacena una carga que representa los datos a los que se accede.

Los amplificadores de detección realizan operaciones de precarga en condensadores y generan salidas de nivel lógico para una cantidad de memorias intermedias de datos que almacenan los datos hasta que un controlador de memoria o CPU puedan recuperarlos.

Conclusión

En este artículo, examinamos el principio básico de funcionamiento detrás de la memoria dinámica de acceso aleatorio, o DRAM. La DRAM es extremadamente común en las computadoras personales y es un componente básico que cualquier computadora necesita para funcionar correctamente. DRAM funciona utilizando la presencia o ausencia de carga en un condensador para almacenar datos.

Dado que una sola celda DRAM se compone de solo dos componentes, un transistor y un condensador, la DRAM se puede hacer en altas densidades, y es económica en comparación con otros tipos de memoria. También observamos un DIMM que contiene múltiples chips DRAM y cómo esos chips DRAM están organizados en matrices de celdas de memoria.

El próximo artículo de DRAM discutirá los comandos utilizados para controlar e intercambiar datos con un chip DRAM. ¡Te veo allí!