Halbleiterspeicher
--Staro1 21:27, 15. Mär. 2007 (CET)
Halbleiterspeicher ist ein Datenspeicher, der aus einem Halbleiter besteht, in dem mittels der Halbleitertechnologie integrierte Schaltkreise realisiert werden. Die Daten werden in Form von binären elektronischen Schaltzuständen in den integrierten Schaltungen gespeichert. Vorgänger waren Kernspeicher, die erst in den frühen Siebziger Jahren von den Halbleiterspeichern abgelöst wurden.
| Inhaltsverzeichnis | |||
|---|---|---|---|
| 1 | Speicherzelle | ||
| 1.1 | Realisierung in Halbleitertechnologie | ||
| 1.1.1 | Wahlfreier Zugriff | ||
| 1.1.2 | Sequentieller Zugriff | ||
| 2 | Halbleiterspeichertypen | ||
| 2.1 | Random Access Memory (RAM) | ||
| 2.1.1 | Adressierung | ||
| 2.1.1.1 | CAS | ||
| 2.1.1.2 | RAS | ||
| 2.1.2 | Versorgungsspannung | ||
| 2.2. | Arten von RAMs | ||
| 2.2.1 | Statisches RAM (SRAM) | ||
| 2.2.2 | Dynamisches RAM (DRAM) | ||
| 2.2.3 | Phase change RAM (PRAM) | ||
| 2.2.4. | Dynamisches RAM (DRAM) | ||
| 2.2.5. | Read only memory (ROM) | ||
| 3 | Produktübersicht und Umsatzzahlen | ||
| 4 | Hersteller von RAM-Chips und -Modulen | ||
| 5 | Quellen | ||
| 5.1. | Weblinks | ||
Speicherzelle
Eine Speicherzelle ist die physikalische Realisierung der kleinsten Einheit eines Speichers von logischen Zuständen. Der Begriff bezeichnet je nach Kontext entweder die Realisierung der kleinstmöglichen Einheit, dem 1-Bit-Speicherelement, oder die Realisierung der kleinsten adressierbaren (das heißt bei einem Zugriff les- bzw. schreibbaren) Einheit, einem sogenannten Wort oder Datenwort, das aus n Bit besteht (n ≥ 1).
Personal Computer arbeiten heutzutage mit einer Wortlänge (auch „Wortbreite“ genannt) von 32 oder 64 Bit. Früher waren Speicherzellen auch 4 Bit (Halbbyte) (erste Taschenrechner) oder 8 Bit (erste PCs) groß. Für einfache Steuerungen (siehe: Mikrocontroller) werden auch heute 8 Bit große Speicherzellen verwendet.
Bei früheren Computern waren auch Wortbreiten von 6 oder 7 Bit gebräuchlich, da man mit 64 bzw. 128 speicherbaren Zeichen eine alphanumerische Bearbeitung durchführen konnte. Diese Speicher waren jedoch noch nicht als Halbleiterspeicher ausgeführt. Die Hollerith-Lochkarte hatte eine Wortbreite von 12 Bit.
Eingeteilt werden die Speicherzellen in flüchtige und nichtflüchtige Speicherzellen. In nichtflüchtigen Speicherzellen bleibt die Information auf Dauer erhalten, auch wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. Bei flüchtigen Speicherzellen geht die Information in solch einem Fall verloren.
Realisierung in Halbleitertechnologie
Das 1-Bit-Speicherelement ist mittels weniger Transistoren und Kondensatoren realisierbar. Bei analogen Speicherzellen ist das elementare Speicherbauteil der Kondensator, und bei digitalen Speicherzellen werden ein (1-T-DRAM) oder mehrere Transistoren benötigt wie z.B. bei statischem RAM oder bei rückgekoppelten Transistoren, den sogenannten Flipflops.
Wahlfreier Zugriff
Speicherzellen werden in einer 2R×2C-Matrix angeordnet. Über Wortleitungen und Bitleitungen werden die Speicherzellen adressiert und beschrieben bzw. ausgelesen. Hierzu sind ein Reihen- und ein Spaltendekodierer notwendig. Dadurch ist ein direkter Zugriff auf beliebige Speicherzellen (wahlfreier Zugriff) möglich. Daher wird diese Anordnung als Random Access Memory (RAM) bezeichnet.
Sequentieller Zugriff
Hier erfolgt die Adressierung über Befehle, ähnlich wie bei Festplatten. Die Bauformen CompactFlash (CF) und PCMCIA verwenden z.B. den bei Festplatten bewährten ATA/ATAPI-Befehlssatz.
Diese Adressierungsart benötigt weniger Kontaktierungsflächen auf dem Chip, dadurch ist ihre Herstellung preisgünstiger.
Siehe auch: Speicherkarte, sequentieller Zugriff
Halbleiterspeichertypen
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Read Only Memory (ROM)
- Dieser Abschnitt beschreibt das ROM als Halbleiterspeicher. Weitere Anwendungen des Begriffs Siehe: WORM sowie CD-ROM
ROM (Read-Only-Memory, wörtlich: Nur-Lese-Speicher), gelegentlich auch als Festwertspeicher bezeichnet, ist ein Speicher, der nur lesbar und nicht flüchtig ist, das heißt: er hält seine Daten auch in stromlosem Zustand. Das prädestiniert ihn zur Aufnahme von „fest verdrahteten“ Computerprogrammen wie z. B. dem BIOS. Das Einschreiben von Daten in ein ROM wird als Programmierung des Bausteins bezeichnet und ist nicht mit den Schreibzugriffen in einem Schreib-/Lese-Speicher (Random Access Memory, Festplatte) vergleichbar. Zu unterscheiden ist zwischen Bausteinen mit reversibler und irreversibler Programmierung. ROM ermöglicht oft wie RAM einen wahlfreien Zugriff auf die Daten.
Ursprünglich wurden ROMs nur bei der Fertigung „fest verdrahtet“. Da diese Verdrahtung mit einer „Maske“ (einer Art Filmnegativ) auf den rohen Chip direkt aufbelichtet wird, spricht man hierbei von einem maskenprogrammierten ROM oder kurz Masken-ROM. Da sich dieses Verfahren allerdings nur in Großfertigung rechnet, wurde eine - ständig wachsende - Familie weiterer Speicherbausteine dieses Typs entwickelt, die auch nach der Fertigung mit Informationen befüllt werden können.
Inzwischen gibt es eine recht große Anzahl verschiedener Arten von ROM:
- Masken-ROM - nur zum Fertigungszeitpunkt programmierbar, die preisgünstigste Version
- PROM - Programmable ROM, einmalig programmierbar
- EPROM - Erasable / Electrically PROM, d. h. löschbar mit UV-Licht
- EEPROM - Electrically Erasable PROM
- Flash-Speicher - auch FLASH-EEPROM
Produktübersicht und Umsatzzahlen
Einen Überblick über die unterschiedlichen Speichertypen gibt die folgende Tabelle (die angegebenen Umsatzzahlen beziehen sich auf das Jahr 2005 und sind dem Elektronik Scout 2006 entnommen; SRAM steht nicht für in Prozessoren enthaltene SRAMs.):
| Halbleiterspeicher (im Jahr 2005: 48 Mrd. $) | |||||||||
| Flüchtige Speicher (RAM) (29 Mrd. $) | Nichtflüchtige Speicher (19 Mrd. $) | ||||||||
| Statisches RAM (SRAM) (2 Mrd. $) | Dynamisches RAM (DRAM) (27 Mrd. $) | ausgereiftes Material (19 Mrd. $) | innovatives Material (0,01 Mrd. $) | ||||||
| Asynchrones SRAM | Synchrones SRAM | Asynchrones DRAM | Synchrones DRAM (SDRAM) | Nur Lese Speicher (ROM) (2 Mrd. $) | Flash (17 Mrd. $) | ||||
| Standardisiertes DRAM | Nicht standardisiertes DRAM | Standardisiertes SDRAM | Nicht standardisiertes SDRAM | NAND (8 Mrd. $) | NOR (9 Mrd. $) | ||||
| Low-Power SRAM | Burst SRAM | DRAM | Window RAM (WRAM) | Single Data Rate SDRAM (SDR SDRAM) | Embedded DRAM | Mask ROM | Single Level Cell (SLC) | Single Level Cell (SLC) | Ferro-electric RAM (FRAM, FeRAM) |
| Piplined Burst SRAM | Fast Page Mode DRAM (FPM DRAM) | Video RAM (VRAM) | Double Data Rate SDRAM (DDR SDRAM) | Customized DRAM | Programmable ROM (PROM) | Standard NAND | Standard NOR | Magneto-resistive RAM (MRAM) | |
| Quad Data Rate SRAM (QDR SRAM) | Burst Mode DRAM (BM DRAM) | DDR2 SDRAM | Cache DRAM (CDRAM) | One-Time Programmable ROM (OTP) | Assisted Gate AND (AG-AND) | Phase Change Memory (PCM) | |||
| Extended Data Out DRAM (EDO DRAM) | DDR3 SDRAM | Enhanced DRAM (ESDRAM) | Erasable Programmable ROM (UV-EPROM) | Multi-Level Cell (MLC) | Multi-Level Cell (MLC) | Phase Change RAM (PCRAM) | |||
| Synchronous Graphics RAM (SGRAM) | Virtual Channel DRAM (VC DRAM) | Electrically Erasable PROM (EEPROM) | Standard NAND | Strata Flash | Chalcogenide RAM (C-RAM) | ||||
| Reduced Latency DRAM (RLDRAM) | Multibit | Multibit | Ovonic Unified Memory (OUM) | ||||||
| DRAM mit niedriger Leistung | Twin Flash (NROM) | Mirror Bit (NROM) | Programmable Metallization Cell (PMC) | ||||||
| Mobile RAM, COSMO-RAM | Organic RAM (ORAM) | ||||||||
| Pseudo Static RAM (PSRAM), Cellular RAM | Conductive Bridge RAM (CBRAM) | ||||||||
| Überschrift | Protokollbasierte DRAM | Nanotube RAM (NRAM) | |||||||
| in Produktion | Synclink DRAM (SLDRAM) | ||||||||
| noch nicht in Produktion | Direct Rambus DRAM (DRDRAM) | ||||||||
| nicht mehr in Produktion | XDR DRAM | ||||||||
Hersteller von RAM-Chips und -Modulen
- A-DATA
- Apacer
- Corsair
- Crucial
- Cypress Semiconductor
- Elpida (Joint-Venture von NEC und Hitachi)
- GEIL
- Hewlett-Packard
- Hitachi
- Hynix (früher Hyundai Electronics)
- IBM
- Infineon
- Kingston Technology
- MDT
- Micron Technology
- Mitsubishi
- Mosel-Vitelic
- MSC
- Mushkin
- Nanya/Elixir
- NXP Semiconductors (früher Philips)
- OCZ Technology
- Qimonda
- Samsung Electronics
- TEAM
- Toshiba
- Transcend
- Twinmos
- Viking InterWorks
Quellen
Weblinks
- [1] Prof. Jürgen Plate, FH München: Einführung Datenverarbeitungssysteme – 7. Speicherwerk (Arbeitsspeicher).
- Interaktive CMOS 6T SRAM CELL