Устройството на чиповете оперативна памет използвани в компютъра Apple III

Оригиналът е на Ken Shirriff

1
1265

През 1978 година един чип оперативна памет можеше да записва само 16 Kb данни. За създаването на 32 KB оперативна памет компанията Mostek измисли начин да поставя две обикновени RAM памети по 16 Kb в един стандартен чип и по този начин създаде първият RAM модул MK4332, известен и като RAM-pak. Този модул даде възможност на производителите на компютри да удвоят плътността на подсистемите оперативна памет и в резултат от това, към 1982 година компанията Mostek продаде над 3 милиона от тези модулни памети.

Най-известната компютърна система, използваща този тип памет бе Apple III.

RAM паметта, съчетаваща два 16 Kb кристала върху една и съща керамична подложка

Всъщност, това е RAM модул, сглобен от два 16 Kb чипа стандартна динамична DRAM памет тип MK4116 с керамичен корпус без крачета – на снимката това са позлатените квадрати в горната част на корпуса.

Можете да се запитате защо купувачите не можаха просто да използват по-миниатюрните чипове като използват повърхностен монтаж? По това време извършването на запояване на компонентите с повърхностен монтаж съвсем не бе тривиална задача за повечето купувачи. Но монтажът на два чипа без изводи върху един общ корпус с двуредно разположение на изводите (DIP) даде възможност на всички да удвоят плътността на паметта и в същото време да продължат да използват стандартните методи на запояване чрез отверстия.

Виолетовият корпус, на който са закрепени по-малките чипове, е една обща керамична подложка, проектирана така, че да осигури термичната съвместимост на чиповете. Във вътрешността на тази подложка няма никакви схеми с изключение на пътечките между чиповете и 18-те DIP крачета. Малките чипове памет са включени паралелно с изключение на двете линии за избор на чип, разположени отделно. По този начин ставаше възможно да се избере адресира чип. Това е и причината модулът MK4332 да има 18 крачета а не 16, както имат поставените върху него по-малки чипове. Mostek продължи да използва тази конструкция и за следващото поколение модули оперативна памет и по този начин създаде RAM модула MK4528 от два 64 Kb чипа MK4564.

Какво всъщност има в RAM чипа 4116

Може да се предположи, че е използвана някаква сложна техника на монтаж, но всъщност двата чипа 4116 просто се запояват върху подложката по съвсем стандартен за това време начин. На снимката по-долу с помощта на скалпел аз смъкнах металната капачка от левия чип, а десния го отпоих. Отляво се вижда квадратния силициев кристал в корпуса без изводи. Отдясно се виждат 16-те контакта за запояване на малкия чип. Пътечките между тези контакти и DIP крачетата се намират вътре в тази керамична подложка.

MK4332 с отворен ляв чип и отпоен десен

С помощта на няколко микроскопски снимки съставих показаната по-долу обща фотография. Белите линии са металните пътечки в горната част на чипа, а тъмночервеното е силицият по тях. Двете големи правоъгълни области са 16 384-те клетки памет вградени в една обща 128х128 матрица, разделена на две части. Електрическата схема между тези две области се състои от 128 усилвателя за четене на информацията, които се използват за четене на битове от паметта, както и схемите за адресиране, даващи възможност за избор на един от 128 бита. Схемите за управление и на интерфейса са разположени отляво и отдясно и са включени към външните контакти с помощта на миниатюрни запоени проводници.

Снимка на кристала на чипа памет 4116

В динамичната оперативна памет всеки бит се съхранява в кондензатор, а един транзистор осигурява достъп до този кондензатор. Значението на бита се определя от наличието и отсъствието на заряд в кондензатора. Преимуществата на динамичната памет са в това, че всяка нейна клетка е твърде малка и е съставена от само два компонента, което осигурява високата плътност на този тип памет.

За сравнение, в статичната оперативна памет обикновено са необходими до шест транзистора на клетка. Недостатъкът на динамичната RAM е в това, че зарядът на кондензатора самостоятелно изтича след няколко милисекунди. За да се избегне загубата на данни динамичната RAM е необходимо непрекъснато да бъде обновявана и по този начин презаписвана: битовите се прочитат от кондензаторите, усилват се и след това се връщат обратно в кондензаторите. Конкретно в този чип всички данни трябва да се обновяват на всеки две милисекунди.

Схемата по-долу показва съединението на клетките памет на две от 128-те редове и колони. За прочитането или за записа на данни се подава напрежение на линията за избор на реда. Транзисторите в този ред се включват, включвайки кондензаторите от този ред към шината за вход и изход на данни. Данните от този ред се прочитат от кондензаторите и се усилват. В този момент данните могат или да бъдат записани обратно, за да се осъществи обновяване на реда, или да се запиша нов бит. Обърнете внимание, че въпреки че вътре в чипа се осъществява достъп до 128 бита, отвън той предоставя достъп само до един бит, избирайки за запис или четене един от тези 128 бита.

Показаната по-долу силно увеличена снимка демонстрира част от плътно разположените клетки за запис и съхранение на данните. Трудно е нагледно да си представим какво се случва там, понеже чипът е съставен от няколко слоя. Най-долният слой е сивият силициев кристал. Над този силиций са разположени два слоя полисилиций. Над тях се намират металните съединения, които на снимката са премахнати. Виждат се трите шини за четене и запис на данните, а от другата страна се намират клетките за запис на данните, които по форма приличат на лампи с нажежаема жичка.

Вертикалните слоеве от полисилиций (poly 1) над клетките за съхранение на информацията образуват кондензаторите: силицият е долната пластина на кондензатора, а полисилицят – горната. Вторият слой от полисилиций (poly 2) образува диагоналните области, образуващи транзисторите за осъществяване на избора. Квадратните прорези в слоя poly 1 дават възможност на слоя poly 2 да се приближи до силиция, за да могат да се образуват транзисторите. Хоризонталните метални проводници (тук не са показани) са съединени с областите на poly 2 и служат за избор на реда.

Обърнете внимание, че редовете са разположени последователно и се пресичат подобно на циповете в дрехите, което се е получило в резултат на силно оптимизираната схема. По това време поставянето на повече клетки памет върху един чип е бил много сериозен проблем, от който е зависело развитието на технологиите на чиповете.

Увеличена микроскопска снимка на паметта,

Чиповете памет в Apple III

Apple бе един от най-големите купувачи на тези памети и ги доставяше за своя компютър Apple III от 1980 година. На пазара Apple III бе представен като компютър за бизнеса, дошъл да замени популярния Apple II. За съжаление, Apple III се оказа финансов провал поради проблеми с надеждността и голямата конкуренция от страна на появилия се година по-късно IBM PC.

Както обикновено за тези времена, платката с паметта на Apple III е осеяна с чипове памет, за да се постигне възможно най-голям капацитет. Необичайното в нейната конструкция е, че се използват три реда чипове памет (не е степен на двойката). Съчетаването на 16 Kb и на 32 Kb чипове осигурява 128 KB памет. На снимката по-долу се вижда, че горният ред е съставен от чиповете MK4332, а долните два са 16 Kb чипове MK4116.


Паметта е една недооценена част от историята на компютрите. Вниманието обикновено е насочено към процесора, но най-често ограничаващия фактор в бързодействието на компютъра е именно паметта. Проблемът с паметта е в това, че записът и съхранението на един единствен бит е съвсем лесна задача, но когато трябва да бъдат записани хиляди и милиони битове, тя става твърде трудна за реализиране.

50 години след появата на DRAM тя както преди си остава доминираща технология за създаване на най-различни хранилища за данни, а това е твърде дълъг срок на живот в областта на компютрите.

3.7 6 гласа
Оценете статията
Абонирай се
Извести ме за
guest
1 Коментар
стари
нови оценка
Отзиви
Всички коментари