Memori Nonmekanis Modern

Sekarang kita dapat melanjutkan mempelajari jenis perangkat penyimpanan digital tertentu. Untuk memulai, saya ingin menjelajahi beberapa teknologi yang tidak memerlukan bagian yang bergerak. Ini belum tentu teknologi terbaru, seperti yang diduga, meskipun kemungkinan besar mereka akan menggantikan teknologi bagian yang bergerak di masa depan.

Jenis memori elektronik yang sangat sederhana adalah multivibrator bistabil. Mampu menyimpan satu bit data, bersifat volatil (membutuhkan daya untuk mempertahankan memorinya) dan sangat cepat. D-latch mungkin merupakan implementasi paling sederhana dari multivibrator bistabil untuk penggunaan memori, input D berfungsi sebagai input "tulis" data, output Q berfungsi sebagai output "baca", dan input aktif berfungsi sebagai baca/tulis garis kendali:

Jika kita menginginkan penyimpanan senilai lebih dari satu bit (dan mungkin kita menginginkannya), kita harus memiliki banyak kait yang diatur dalam semacam array di mana kita dapat secara selektif menangani yang mana (atau set mana) yang kita baca atau menulis ke. Menggunakan sepasang buffer tristate, kita dapat menghubungkan input penulisan data dan output pembacaan data ke jalur bus data umum, dan memungkinkan buffer tersebut untuk menghubungkan output Q ke jalur data (READ), menghubungkan input D ke jalur data (MENULIS), atau menjaga kedua buffer dalam status Z Tinggi untuk memutuskan sambungan D dan Q dari jalur data (mode tanpa alamat). Satu "sel" memori akan terlihat seperti ini, secara internal:

Ketika input pengaktifan alamat adalah 0, kedua buffer tristate akan ditempatkan dalam mode Z tinggi, dan kait akan diputuskan dari jalur input/output data (bus). Hanya ketika input pengaktifan alamat aktif (1) kait akan terhubung ke bus data. Setiap sirkuit kait, tentu saja, akan diaktifkan dengan jalur input “address enable” (AE) yang berbeda, yang akan berasal dari dekoder output 1-of-n:

Dalam rangkaian di atas, 16 sel memori dialamatkan secara individual dengan input kode biner 4-bit ke dalam dekoder. Jika sebuah sel tidak dialamatkan, itu akan terputus dari bus data 1-bit oleh buffer tristate internalnya:akibatnya, data tidak dapat ditulis atau dibaca melalui bus ke atau dari sel itu. Hanya sirkuit sel yang dialamatkan oleh input dekoder 4-bit yang dapat diakses melalui bus data.

Sirkuit memori sederhana ini adalah akses acak dan mudah berubah. Secara teknis, ini dikenal sebagai RAM statis . Total kapasitas memorinya adalah 16 bit. Karena berisi 16 alamat dan memiliki bus data yang lebarnya 1 bit, maka akan ditetapkan sebagai sirkuit RAM statis 16 x 1 bit. Seperti yang Anda lihat, dibutuhkan banyak gerbang (dan beberapa transistor per gerbang!) untuk membangun sirkuit RAM statis yang praktis. Hal ini membuat RAM statis menjadi perangkat dengan kepadatan yang relatif rendah, dengan kapasitas yang lebih kecil daripada kebanyakan jenis teknologi RAM lainnya per unit ruang chip IC. Karena setiap rangkaian sel mengkonsumsi daya dalam jumlah tertentu, konsumsi daya keseluruhan untuk susunan sel yang besar bisa sangat tinggi. Bank RAM statis awal di komputer pribadi mengkonsumsi cukup banyak daya dan menghasilkan banyak panas juga. Teknologi IC CMOS telah memungkinkan untuk menurunkan konsumsi daya spesifik dari sirkuit RAM statis, tetapi kepadatan penyimpanan yang rendah masih menjadi masalah.

Untuk mengatasi hal ini, para insinyur beralih ke kapasitor alih-alih multivibrator bistabil sebagai sarana untuk menyimpan data biner. Sebuah kapasitor kecil dapat berfungsi sebagai sel memori, lengkap dengan transistor MOSFET tunggal untuk menghubungkannya ke bus data untuk pengisian (menulis a 1), pemakaian (menulis 0), atau membaca. Sayangnya, kapasitor kecil seperti itu memiliki kapasitansi yang sangat kecil, dan muatannya cenderung "bocor" melalui impedansi rangkaian apa pun dengan cukup cepat. Untuk memerangi kecenderungan ini, para insinyur merancang sirkuit internal ke chip memori RAM yang secara berkala akan membaca semua sel dan mengisi ulang (atau "menyegarkan") kapasitor sesuai kebutuhan. Meskipun hal ini menambah kerumitan rangkaian, namun masih membutuhkan komponen yang jauh lebih sedikit daripada RAM yang dibuat dari multivibrator. Mereka menyebut jenis sirkuit memori ini sebagai RAM dinamis , karena kebutuhannya akan penyegaran secara berkala.

Kemajuan terbaru dalam pembuatan chip IC telah menyebabkan pengenalan flash memori, yang bekerja berdasarkan prinsip penyimpanan kapasitif seperti RAM dinamis, tetapi menggunakan gerbang berinsulasi MOSFET sebagai kapasitor itu sendiri.

Sebelum munculnya transistor (terutama MOSFET), para insinyur harus menerapkan sirkuit digital dengan gerbang yang dibangun dari tabung vakum. Seperti yang dapat Anda bayangkan, perbandingan ukuran dan konsumsi daya yang sangat besar dari tabung vakum dibandingkan dengan transistor membuat sirkuit memori seperti RAM statis dan dinamis menjadi mustahil. Teknik lain yang agak cerdik untuk menyimpan data digital tanpa menggunakan bagian yang bergerak telah dikembangkan.