Mémoire non mécanique moderne

Nous pouvons maintenant passer à l'étude de types spécifiques de périphériques de stockage numérique. Pour commencer, je souhaite explorer certaines des technologies qui ne nécessitent aucune pièce mobile. Ce ne sont pas nécessairement les technologies les plus récentes, comme on pourrait s'en douter, bien qu'elles remplaceront très probablement les technologies des pièces mobiles à l'avenir.

Un type très simple de mémoire électronique est le multivibrateur bistable. Capable de stocker un seul bit de données, il est volatile (nécessitant de l'énergie pour maintenir sa mémoire) et très rapide. Le D-latch est probablement la mise en œuvre la plus simple d'un multivibrateur bistable pour l'utilisation de la mémoire, l'entrée D servant d'entrée « écriture » ​​de données, la sortie Q servant de sortie « lecture » ​​et l'entrée d'activation servant de lecture/écriture ligne de contrôle :

Si nous désirons plus d'un bit de stockage (et c'est probablement le cas), nous devrons avoir de nombreux verrous disposés dans une sorte de tableau où nous pouvons adresser sélectivement lequel (ou quel ensemble) nous lisons ou Ecrire à. En utilisant une paire de tampons à trois états, nous pouvons connecter à la fois l'entrée d'écriture de données et la sortie de lecture de données à une ligne de bus de données commune, et permettre à ces tampons de connecter la sortie Q à la ligne de données (READ), connecter l'entrée D à la ligne de données (WRITE), ou garder les deux tampons dans l'état High-Z pour déconnecter D et Q de la ligne de données (mode sans adresse). Une « cellule » de mémoire ressemblerait à ceci, en interne :

Lorsque l'entrée d'activation d'adresse est 0, les deux tampons à trois états seront placés en mode Z élevé et le verrou sera déconnecté de la ligne d'entrée/sortie de données (bus). Ce n'est que lorsque l'entrée de validation d'adresse est active (1) que le verrou sera connecté au bus de données. Chaque circuit de verrouillage, bien sûr, sera activé avec une ligne d'entrée « validation d'adresse » (AE) différente, qui proviendra d'un décodeur de sortie 1 sur n :

Dans le circuit ci-dessus, 16 cellules de mémoire sont adressées individuellement avec un code binaire à 4 bits entré dans le décodeur. Si une cellule n'est pas adressée, elle sera déconnectée du bus de données à 1 bit par ses tampons internes à trois états :par conséquent, les données ne peuvent être ni écrites ni lues via le bus vers ou depuis cette cellule. Seul le circuit de cellule qui est adressé par l'entrée du décodeur 4 bits sera accessible via le bus de données.

Ce circuit mémoire simple est à accès aléatoire et volatile. Techniquement, il s'agit d'une RAM statique . Sa capacité mémoire totale est de 16 bits. Puisqu'il contient 16 adresses et possède un bus de données d'une largeur de 1 bit, il serait désigné comme un circuit RAM statique de 16 x 1 bit. Comme vous pouvez le voir, il faut un nombre incroyable de portes (et plusieurs transistors par porte !) pour construire un circuit RAM statique pratique. Cela fait de la RAM statique un dispositif de densité relativement faible, avec une capacité inférieure à celle de la plupart des autres types de technologie RAM par unité d'espace de puce IC. Étant donné que chaque circuit de cellule consomme une certaine quantité d'énergie, la consommation d'énergie globale d'un large éventail de cellules peut être assez élevée. Les premières banques de RAM statiques des ordinateurs personnels consommaient une bonne quantité d'énergie et généraient également beaucoup de chaleur. La technologie CMOS IC a permis de réduire la consommation d'énergie spécifique des circuits RAM statiques, mais la faible densité de stockage reste un problème.

Pour résoudre ce problème, les ingénieurs se sont tournés vers le condensateur au lieu du multivibrateur bistable comme moyen de stocker des données binaires. Un minuscule condensateur pourrait servir de cellule mémoire, avec un seul transistor MOSFET pour le connecter au bus de données pour la charge (écriture d'un 1), la décharge (écriture d'un 0) ou la lecture. Malheureusement, ces minuscules condensateurs ont de très petites capacités, et leur charge a tendance à « s'échapper » assez rapidement à travers n'importe quelle impédance de circuit. Pour lutter contre cette tendance, les ingénieurs ont conçu des circuits internes à la puce de mémoire RAM qui liraient périodiquement toutes les cellules et rechargeraient (ou « rafraîchiraient ») les condensateurs selon les besoins. Bien que cela ajoutait à la complexité du circuit, il nécessitait toujours beaucoup moins de composants qu'une RAM composée de multivibrateurs. Ils ont appelé ce type de circuit mémoire une RAM dynamique , en raison de son besoin de rafraîchissement périodique.

Les progrès récents dans la fabrication de puces IC ont conduit à l'introduction de flash mémoire, qui fonctionne sur un principe de stockage capacitif comme la RAM dynamique, mais utilise la grille isolée d'un MOSFET comme condensateur lui-même.

Avant l'avènement des transistors (en particulier le MOSFET), les ingénieurs devaient mettre en œuvre des circuits numériques avec des grilles construites à partir de tubes à vide. Comme vous pouvez l'imaginer, l'énorme taille comparative et la consommation d'énergie d'un tube à vide par rapport à un transistor ont rendu les circuits de mémoire comme la RAM statique et dynamique une impossibilité pratique. D'autres techniques, plutôt ingénieuses, pour stocker des données numériques sans l'utilisation de pièces mobiles ont été développées.