MEMÓRIA ROM

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MEMÓRIA ROM Powered By Docstoc
					                                      MEMÓRIA ROM




Introdução
Memória apenas de leitura (ROM), também conhecida como firmware, é um circuito integrado
(chip) programado com dados específicos, no momento de sua construção. Circuitos integrados de
ROM não são usados somente em computadores, mas em muitos outros equipamentos eletrônicos.
Tipos de ROM
Existem 5 tipos básicos de ROM:
      ROM
      PROM
      EPROM
      EEPROM
      Memória Flash
Cada tipo possui características únicas, que iremos estudar, mas são todos tipos de memória com
duas coisas em comum:
      Os dados armazenados nesse chip são não voláteis, ou seja, não são perdidos quando a
      energia elétrica é retirada;
      Os dados armazenados nesse chip são também imutáveis, ou requerem uma operação
      especial para serem alterados (diferentemente da memória RAM, que pode ser alterada
      tão facilmente como lida).
Desse modo, remover a energia elétrica desse circuito não causará a perda de nenhum dado.
Memória ROM em funcionamento
Parecida com a RAM, o circuito ROM (Figura 1) contém uma matriz com colunas e linhas. Mas na
intersecção das colunas e linhas, as ROMs são fundamentalmente diferentes das RAMs. Enquanto a
RAM usa transistores para ligar e desligar o acesso a um capacitor em cada intersecção, a ROM usa
um diodo para conectar as linhas se o valor for 1. Se o valor for 0, a linha não é conectada.




                          Figura 1. A BIOS usa memória Flash, um
                                        tipo de ROM.
Um diodo normalmente permite que a corrente circule por ele somente em uma direção e possui
um limiar, conhecido como tensão máxima de ruptura, que determina quanta corrente é
necessária antes que o diodo a deixe passar. Em itens de circuito integrados baseados em silício,
como processadores e memória, a tensão máxima de ruptura é de aproximadamente 0,6 volts.
Tirando vantagem dessa propriedade única de um diodo, um circuito integrado ROM pode enviar
uma carga que está acima do limite de ruptura para a coluna apropriada com a linha selecionada
aterrada para conectar uma célula específica. Se um diodo está presente na célula, a carga será
conduzida até a terra; no sistema binário, a célula será lida como sendo "ligada" (um valor de 1). A
melhor parte da ROM é que se o valor da célula é 0, não há diodo na intersecção para ligar a linha
à coluna. Então a carga carga na coluna não é transferida para a linha.
Como podemos ver, a maneira de um chip de ROM funcionar depende de uma programação
completa e sem erros dos dados quando ela é criada. Não se pode programar ou regravar um
circuito impresso padrão de ROM. Caso haja alguma imperfeição, ou os dados necessitem ser
atualizados, precisamos jogá-lo fora e começar nova gravação. Criar um primeiro gabarito para um
circuito impresso de ROM constitui um processo trabalhoso repleto de tentativas e erros. Os
benefícios de um circuito impresso de ROM são mais vantajosos do que seus empecilhos. Uma vez
que o gabarito é completado, o circuito integrado baseado nele pode custar pouco, como alguns
centavos cada um. Eles consomem pouca energia, são muito confiáveis e, na maioria dos casos de
pequenos aparelhos, contêm todo o programa necessário para controlá-los. Um bom exemplo é o
pequeno circuito impresso no brinquedo do peixe cantador. O circuito impresso, com o tamanho
aproximado de uma unha, possui um "clip" de uma música de 30 segundos em uma ROM e os
códigos de controle para sincronizar os movimentos (do peixe) motores à música.
PROM
Criar circuitos impressos ROM partindo do zero é demorado e muito caro para pequenas
quantidades. Principalmente por esse motivo, fabricantes desenvolveram um tipo de ROM
conhecido como memória apenas de leitura programável (PROM - programmable read-only
memory). Memórias de circuitos impressos PROM não gravadas podem ser compradas a baixo
custo e codificadas por qualquer um com um aparelho especial chamado de programador.
Circuitos PROM (Figura 2) possuem uma matriz de colunas e linhas como as ROMS. A diferença
reside no fato de que cada intersecção de coluna e linha em um circuito PROM possui um fusível
ligando-as. Uma carga enviada pela coluna passará pelo fusível em uma célula para uma linha
aterrada, indicando o valor 1. Desde que todas as células tenham um fusível, o estado inicial
(vazio) de um chip de PROM é todo 1. Para alterar o valor de todas as células para 0, usamos um
programador para enviar uma quantidade específica de corrente para a célula. A tensão mais alta
quebra a conexão entre a coluna e a linha, queimando o fusível. Esse processo é conhecido como
queimar uma PROM.




                                             Figura 2

Os circuitos PROMs só podem ser programados uma vez. Eles são mais frágeis do que os ROMs.
Uma faísca de eletricidade estática pode facilmente causar a queima do fusível em uma PROM,
mudando bits essenciais de i para 0. Mas PROMs virgens são baratas, sendo boas para a
modelagem de dados em uma ROM antes de se envolver com o dispendioso processo de
fabricação.
EPROM
Trabalhar com ROMs e PROMs pode se tornar um negócio dispendioso. Ainda que cada circuito não
seja caro, o custo pode somar altos valores. Memória apenas de leitura programável e
apagável (EPROM - erasable programmable read-only memory) resolve esse problema. Circuitos
EPROM podem ser regrava dos muitas vezes. Apagar um EPROM requer um dispositivo especial
que emite certa freqüência de luz ultravioleta (UV) . EPROMs são configuradas usando-se um
programador de memória EPROM que provê uma tensão em um nível específico, dependendo do
tipo de circuito usado.
Uma vez mais nós temos uma matriz de colunas e linhas. Em um circuito EPROM, a célula de cada
interseção possui dois transistores, que são separados um do outro por uma fina camada de óxido.
Um dos transistores é conhecido como porta flutuante e o outro como porta de controle. A única
ligação da porta flutuante com a linha (wordline) é por meio da porta de controle. Assim que essa
ligação é feita, a célula tem valor 1. Para mudar o valor para 0 é necessário um processo curioso,
chamado tunelamento de Fowler-Nordheim. O tunelamento é usado para alterar a disposição
dos elétrons na porta flutuante. Uma tensão, geralmente de 10 a 13 volts, é aplicada na porta
flutuante. A tensão vem da coluna (bitline), entra pela porta flutuante e é canalizada para a terra.
Essa tensão provoca o transistor de porta flutuante a agir como um canhão eletrônico. Os elétrons
excitados são empurrados por meio do canhão eletrônico e ficam presos no outro lado da fina
camada de óxido, dando-lhe uma carga negativa. Esses elétrons carregados negativamente atuam
como uma barreira entre a porta de controle e a porta flutuante. Um circuito chamado de sensor
de célula monitora o nível de carga que passa pela porta flutuante. Se o fluxo pela porta é maior
do que 50% da carga, ele terá o valor 1. Quando a carga que passa cai abaixo do limite dos 50%,
o valor muda para 0. Uma EPROM virgem tem todas suas portas completamente abertas, dando a
cada célula o valor 1.
   Para regravar uma memória EPROM, é necessário primeiro apagá-la e, para isso, é preciso suprir
um nível de energia suficientemente forte para romper completamente o bloqueio de elétrons
negativos na porta flutuante. Nas EPROM padrão, isso é mais bem realizado com luz UV numa
freqüência de 253,7Hz. Como essa freqüência não irá penetrar muitos plásticos ou vidros, cada
circuito EPROM possui uma janela de quartzo no topo dela. O circuito EPROM precisa estar muito
próximo da fonte de luz de apagamento, entre 2,5 e 5 centímetros, para funcionar
apropriadamente.
Apagadores de memória EPROM não são seletivos, ou seja, quando a apagamos nós o fazemos por
inteiro. A memória EPROM precisa ser removida de seu local e colocada sob a luz UV do apagador
EPROM por vários minutos. Uma EPROM que seja deixada exposta muito tempo pode se tornar super
apagada, de tal modo que a porta flutuante da EPROM mude a ponto de tornar-se incapaz de reter os
elétrons.Uma EPROM que seja deixada próxima a luz perde a sua configuração.


EEPROMs e memória flash
Das PROMs até as EPROMs há um grande passo em termos de reutilização; elas requerem ainda
equipamentos dedicados e um processo trabalhoso para remover e instalá-los novamente, cada
vez que se queira modificá-las. Além disso, mudanças não podem ser feitas incrementalmente no
EPROM. Todo o chip precisa ser apagado. Chips EEPROM (electrically erasable programmable read-
only memory, ou memória apenas de leitura programável e apagável eletricamente)
removem a maior desvantagem das EPROMs.
Nas EEPROMs:
      Os chips não precisam ser removidos para serem regravados;
      O chip não tem de ser completamente apagado para se mudar uma parte específica dele;
      Alterar seu conteúdo não requer qualquer outro equipamento adicional.
Em vez de usar luz UV, podemos fazer retornar ao normal os elétrons da célula de uma EEPROM
com aplicação localizada de um campo elétrico em cada célula. Isso apaga as células-alvo de
uma EEPROM, que podem ser regravadas. EEPROMs são mudadas um byte de cada vez, o que as
torna versáteis, mas lentas. Na realidade, chips de EEPROM são muito lentos para serem usados
em muitos produtos que fazem rápidas mudanças nos dados armazenados neles armazenados.
Fabricantes responderam a essa limitação com a memória Flash, um tipo de EEPROM que usa
uma fiação interna para apagar aplicando um campo elétrico em todo o circuito ou em uma
seção pré-determinada do circuito, chamada de blocos. A memória Flash funciona muito mais
rapidamente que as tradicionais EEPROMs porque grava os dados em blocos, geralmente de 512
bytes, em vez de 1 byte por vez. Veja Como funciona a memória flash para aprender mais sobre
esse tipo de ROM e suas aplicações.
Para mais informações sobre memória ROM, outros tipos de memória de computador e assuntos
relacionados, confira os links na próxima página.
 exposta muito tempo pode se tornar super apagada, de tal modo que a porta flutuante da
EPROM mude a ponto de tornar-se incapaz de reter os elétrons.

Hoje, bilhões de microprocessadores em computadores, automóveis, telefones celulares e cartões
inteligentes guardam dados e instruções mesmo na falta de energia elétrica, prontos para entrar
em operação com o simples apertar de uma tecla "ligar". Quase todos são chips do tipo "flash", um
tipo de memória programável e apagável eletricamente. A propriedade de reter dados por anos
mesmo na falta de energia, propriedade esta chamada "não volatilidade", é crucial para a maioria
dos sistemas eletrônicos, por menos complicados que possam ser.

Memórias Flash

Uma memória flash dá aos computadores as informações necessárias a que ele se inicialize. Em um
telefone celular, ela contém as instruções e dados necessários a enviar e receber chamadas, além
de armazenar números telefônicos em uma agenda, por exemplo. Quase tão importante quanto
sua não volatilidade é a programabilidade da memória flash, o que permite que os usuários
adicionem e alterem endereços, números de telefone e mesmos anotações em PDAs. A
programabilidade é o que permite que os cartões inteligentes possam ser recarregados e
continuamente reutilizados.

Diferentemente da memória RAM e também das SRAM, a memória Flash permite armazenar dados
por longos períodos, sem precisar de alimentação elétrica. Graças a isso, a memória Flash se
tornou rapidamente a tecnologia dominante em cartões de memória, pendrives, HDs de estado
sólido (SSDs), memória de armazenamento em câmeras, celulares e palmtops e assim por diante.

Se a memória Flash não existisse, todas estas áreas estariam muito atrasadas em relação ao que
temos hoje. Os celulares e palmtops provavelmente ainda utilizariam memória SRAM para
armazenar os dados e seriam por isso mais caros e perderiam os dados quando a bateria fosse
removida. Os pendrives simplesmente não existiriam e os cartões de memória estariam estagnados
nos cartões compact-flash, utilizando microdrives ou pequenas quantidades de memória SRAM
alimentada por uma pequena bateria. Formatos mais compactos, como os cartões SD e mini SD
simplesmente não existiriam.

Existem dois tipos de memória Flash. A primeira tecnologia de memória Flash a se popularizar foi o
tipo NOR, que chegou ao mercado em 1988. Os chips de memória Flash NOR possuem uma
interface de endereços similar à da memória RAM.

Graças a isso, eles rapidamente passaram a ser usados para armazenar o BIOS da placa mãe e
firmwares em dispositivos diversos, que antes eram armazenados em chips de memória ROM ou
EEPROM. Nos primeiros PCs, por exemplo, o BIOS da placa mãe era gravado em um chip de
memória ROM e por isso não era atualizável, a menos que o chip fosse fisicamente substituído.

O problema com as memórias NOR é que elas são muito caras e, embora as leituras sejam rápidas,
o tempo de gravação das células é muito alto. Num chip de memória NOR típico, as operações de
gravação demoram cerca de 750 ns, ou seja, teríamos pouco mais de 1000 operações de gravação
por segundo!

No caso do BIOS da placa mãe, isso não é um grande problema, pois você só precisa atualizá-lo
esporadicamente. Mas, imagine um palmtop que tentasse utilizar apenas memória NOR com
memória de trabalho... O sistema rodaria tão lentamente que a idéia acabaria sendo abandonada
mais cedo ou mais tarde.

Apesar disso, a memória Flash do tipo NOR é bastante usada até hoje em palmtops, celulares e
diversos tipos de dispositivos, para armazenar o sistema operacional (neste caso chamado de
firmware), que é carregado durante o boot, sem ser alterado. A vantagem neste caso é o XiP
(execute in place), onde o sistema pode rodar diretamente a partir do chip de memória, sem
precisar ser primeiro copiado para a memória RAM.

O chip de memória NOR é complementado por uma pequena quantidade de memória SRAM ou
DRAM, que é usada como memória de trabalho. Em muitos casos, a memória é usada também
para armazenar dados e configurações que, justamente por isso, podem ser perdidos quando a
carga da bateria se esgota completamente.

As memórias Flash NOR chegaram a ser utilizadas nos primeiros cartões de memória PCMCIA e
Compact Flash, mas elas desapareceram deste ramo quando foram introduzidas as memórias
NAND, que são de longe o tipo mais usado atualmente.

Nelas, cada célula é composta por dois transistores, com uma fina camada de óxido de silício
precisamente posicionada entre os dois, que armazena cargas negativas. Isto cria uma espécie de
armadilha de elétrons, que permite manter os dados por longos períodos de tempo, sem que seja
necessário manter a alimentação elétrica (como nas memórias SRAM), ou muito menos fazer um
refresh periódico (como na memória DRAM). Isto simplifica muito o design dos cartões, pendrives e
outros dispositivos, pois eles precisam incluir apenas os chips de memória Flash NAND, um chip
controlador e as trilhas necessárias. Nada de baterias, circuitos de refresh ou qualquer coisa do
gênero.

Aqui temos um diagrama da Intel que mostra uma célula de memória Flash NAND:




Pelo diagrama você pode notar que embora mais complexa que uma célula de memória RAM (onde
temos apenas um transistor e um capacitor), a célula de memória flash ocupa pouco espaço, pois o
segundo transistor é posicionado sobre o primeiro. Graças ao tamanho reduzido das células, cada
chip de memória Flash NAND armazena uma quantidade muito maior de dados, o que faz com que
o preço por megabyte seja muito mais baixo.

Além de mais baratas que as NOR, as memórias NAND também são muito mais rápidas na hora de
gravar dados. A principal limitação é que elas são endereçadas usando páginas de 2 KB e
acessadas através de um barramento serial. Ou seja, do ponto de vista do sistema, um cartão de
memória flash NAND está mais para um HD do que para uma unidade de memória. Você pode usá-
lo para guardar dados, mas na hora que o sistema precisa rodar um programa, precisa primeiro
copiá-lo para a memória RAM, da mesma forma que faria ao usar um HD.

De alguns anos para cá, os palmtops e smartphones passaram a cada vez mais utilizar memória
Flash NAND como área de armazenamento de dados e programas, substituindo a memória SRAM.
Isso se tornou possível graças a um conjunto de truques feitos via software, onde o sistema utiliza
uma quantidade menor de memória SRAM como área de trabalho e vai lendo e os arquivos na
memória Flash conforme eles são necessários. Esse esquema é muito similar ao que temos num
PC, onde os arquivos são salvos no HD, porém processados usando a memória RAM.
Um dos primeiros aparelhos a aderir a este sistema foi o Treo 650, lançado em 2004. Atualmente
ele é utilizado na grande maioria dos modelos, pois, além de cortar custos, melhora a
confiabilidade do aparelho, já que os dados não são mais perdidos ao remover a bateria.




O grande boom da memória Flash aconteceu entre 2004 e 2005, quando uma combinação de dois
fatores fez com que os preços por MB caíssem rapidamente:
O primeiro foi o brutal aumento na produção e a concorrência entre os fabricantes, que
empurraram os preços para baixo. Além de gigantes como a Samsung e a Toshiba, até mesmo a
Intel e AMD investiram pesadamente na fabricação de memória Flash.
O segundo foi a introdução da tecnologia MLC (mult-level cell), onde cada célula passa a
armazenar dois ou mais bits ao invés de apenas um. Isso é possível graças ao uso de tensões
intermediárias. Com 4 tensões diferentes, a célula pode armazenar 2 bits, com 8 pode armazenar 3
bits e assim por diante. O MLC foi implantado de forma mais ou menos simultânea pelos diversos
fabricantes e permitiu reduzir drasticamente o custo por megabyte, quase que de uma hora para a
outra. Outra tecnologia similar é o MBC (Multi-Bit Cell), desenvolvido pela Infineon.
Os chips "tradicionais", que armazenam um único bit por célula passaram a ser chamados de "SLC"
(single-bit cell) e ainda são produzidos com o objetivo de atender o mercado de cartões de alto
desempenho (sobretudo os cartões CF destinados ao mercado profissional). Embora muito mais
caros, eles oferecem um melhor desempenho e são mais duráveis.
Outra tecnologia usada pelos fabricantes para cortar custos e ao mesmo tempo permitir a criação
de chips de maior densidade, é o "Die-Stacking", onde dois ou mais chips são "empilhados",
conectados entre si e selados dentro de um único encapsulamento, que possui o mesmo formato e
contatos que um chip tradicional. Como uma boa parte do custo de um chip de memória flash
corresponde justamente ao processo de encapsulamento, o uso do Die-Stacking permite mais uma
redução substancial do custo.
Como de praxe, a popularização das memórias Flash deu início a uma guerra entre diversos
formatos de cartões, alguns abertos e outros proprietários.
Compact Flash: Excluindo os jurássicos cartões de memória PCMCIA, o primeiro formato de
cartão foi o Compact Flash (CF), onde é utilizada uma interface muito similar à interface IDE usada
pelos HDs, com nada menos que 50 pinos. Aqui temos um cartão CF aberto:




De um dos lados temos o chip controlador e um dos chips de memória e no outro temos espaço
para mais dois chips, totalizando até 3 chips de alta capacidade. Graças a este design, os cartões
CF oferecem boas taxas de transferência, mas em compensação são caros e volumosos, o que
explica a decadência do formato.
Os cartões Compact Flash ainda são produzidos e sobrevivem em alguns nichos. Eles são usados
por algumas câmeras da Canon, voltadas para o segmento profissional (onde a boa taxa de
transferência dos cartões CF presta bons serviços) e em diversos tipos de sistemas embarcados.
Devido à similaridade entre os dois barramentos, existem adaptadores que permitem instalar
cartões CF numa porta IDE, substituindo o HD.
Smart Media: Em 1995 a Toshiba lançou o formato Smart Media (SM), um formato muito mais
simples, onde o chip de memória é acessado diretamente, sem o uso de um chip controlador. O
chip de memória é encapsulado dentro de um cartucho plástico, com apenas 0.76 mm de
espessura e os contatos externos são ligados diretamente a ele. Nesta foto você pode ver um
cartão Smart Media em comparação com um cartão MMC e um Memory Stick:




Apesar de finos, os cartões SM eram relativamente grandes, o que levou os fabricantes a
abandonarem o formato. Surgiram então os formatos XD, MMC, SD e Memory Stick.
Surpreendentemente, os leitores de cartões USB passaram oferecer suporte para todos os
formatos simultaneamente. Isto foi possível graças ao desenvolvimento de chips controladores
"tudo em um", capazes de converter cada um dos protocolos nos comandos suportados pelo
padrão USB. Existem também os leitores incluídos nos notebooks, que lêem cartões SD e Memory
Stick. Do ponto de vista do sistema operacional, eles são diferentes dos leitores USB, pois são
ligados ao barramento PCI (ou PCI Express) ao invés de usarem o barramento USB e a maioria das
funções são executadas via software (como num softmodem), graças ao driver instalado.

Cartões XD: O próximo da lista é o XD, um formato proprietário, usado em câmeras da Olympus e
da Fujifilm. Eles são relativamente rápidos se comparados com os Smart Media e com os cartões
MMC, mas são bem mais lentos que os cartões SD usados atualmente. Existiram duas atualizações
para o formato: o "XD M" (que permitiu o desenvolvimento de cartões com mais de 512 MB) e o
"XD H" (que melhorou a velocidade de transferência). Apesar disso, ambos acabaram sendo pouco
usados, devido à concorrência dos cartões SD.

Assim como nos cartões SM, os contatos são ligados diretamente no chip de memória, sem o uso
de um chip controlador. Isso em teoria baratearia os cartões, mas devido à pequena demanda (e
consequentemente aos baixos volumes de produção), os cartões XD são atualmente bem mais
caros. Isso acaba prejudicando a competitividade das câmeras dos dois fabricantes, que perdem
mercado por insistirem no padrão.




Cartões MMC: O MMC é um padrão "quase aberto", onde é necessário pagar uma taxa inicial para
obter as especificações e mais um valor anual á MMC Association, além de seguir um conjunto de
restrições. Os cartões MMC possuem exatamente as mesmas dimensões dos cartões SD atuais e
são compatíveis com a maior parte das câmeras e outros dispositivos, além de utilizarem o mesmo
encaixe que eles nos adaptadores. As únicas diferenças visíveis é que os cartões MMC são um
pouco mais finos (1.4 mm, contra 2.1 mm dos SD) e possuem apenas 7 pinos, enquanto os SD
possuem dois pinos extras, totalizando 9.

O maior problema é que os cartões MMC são lentos, pois utilizam um antiquado barramento serial
para a transferência de dados, que transfere um bit por vez a uma freqüência máxima de 20 MHz.
Em teoria, os cartões MMC poderiam transferir a até 2.5 MB/s, mas a maioria dos cartões fica
muito longe desta marca. Os cartões mais antigos utilizam um modo de transferência ainda mais
lento, limitado a 400 KB/s.

Como não existe praticamente nenhuma diferença de custo entre produzir um cartão MMC ou SD,
os fabricantes migraram rapidamente para o padrão mais rápido, fazendo com que o MMC entrasse
em desuso. Mais recentemente foram lançados os padrões RS-MMC, MMC Plus e SecureMMC,
versões atualizadas do padrão MMC, que visam reconquistar seu lugar no mercado.

Chegamos então aos dois padrões que sobreviveram à guerra: o SD, que é o padrão "parcialmente
aberto", apoiado pela grande maioria dos fabricantes e o Memory Stick, o padrão proprietário da
Sony.




Com bits estáveis nas dimensões alcançadas, é possível a construção de memórias com uma
densidade de 100.000 terabits por centímetro cúbico. Difícil imaginar o que isso significa na
prática? Basta imaginar que, com uma memória assim, o seu iPod conseguiria armazenar músicas
MP3 suficientes para tocar durante 300.000 anos, sem repetições. Cansativo? Que tal então 10.000
anos de vídeo com qualidade de DVD?




      Novos tipos de memória a serem lançados no mercado

       Água e nanoeletrônica geram memórias de ultra-densidade

Colocar água no computador não parece ser exatamente uma
boa idéia. Mas pesquisadores de três universidades norte-
americanas, trabalhando conjuntamente, descobriram que
inserção de algumas moléculas de água pode ser o ovo de
Colombo para a fabricação de uma nova geração de
memórias para computador.

As memórias ferroelétricas (FRAM) são uma das grandes
promessas da tecnologia de armazenamento de informações
para as próximas décadas. Sua principal vantagem é a
manutenção dos dados mesmo na ausência de energia.

Para que essas novas memórias possam ser, além de eficientes, minúsculas, os cientistas estão
tentando manipulá-las e controlá-las em escala nanométrica. Foi aí que eles descobriram que a
junção de ferro e água no reino da nanoeletrônica, ao invés de gerar ferrugem, pode ser uma
forma excepcional de estabilizar as memórias ferroelétricas.

Trabalhando com nanofios de apenas 3 nanômetros - o que significa alguns poucos átomos de
comprimento - os cientistas conseguiram estabilizar bits de memória com a simples adição de
"fragmentos de água."
"Nós estávamos interessados em descobrir como a água adere aos óxidos," explica Alexie Kolpak,
um dos pesquisadores. "Nós ficamos particularmente entusiasmados em descobrir que a água é o
ingrediente chave em fazer com que esses fios 'lembrem' seu estado."

A "lembrança" do estado é justamente a condição que torna possível a utilização dos nanofios
como bits de memória. A inserção das moléculas de água transforma esses nanofios em elementos
dipolos locais chaveáveis, ou seja, em elementos básicos capazes de guardar informações digitais -
bits magnéticos.

A pesquisa demonstra que os bits ficam estáveis em dimensões muito menores do que se
imaginava possível. É claro que memórias de computador construídas a partir desse conceito ainda
terão que ser desenvolvidas. Mas já é possível ter-se uma idéia do impacto potencial da
descoberta.

      Memória de nanofios pode guardar dados por até 100.000 anos


Cientistas da Universidade da Pensilvânia, nos Estados
Unidos, desenvolveram nanofios capazes de armazenarem
dados e recuperá-los 1.000 vezes mais rápido do que as
memórias sólidas atuais, como as memórias flash. Além disso,
os cálculos dos cientistas estimam que os dados ficarão
armazenados em segurança por 100.000 anos.

Automontagem de nanofios

Os nanofios são feitos de telureto de antimônio-germânio e têm uma espessura equivalente a
apenas 100 átomos. Ao invés da litografia, o método pelo qual os chips são construídos hoje, a
equipe do Dr. Ritesh Agarwal utilizou um mecanismo chamado automontagem.

Na automontagem, os reagentes químicos se cristalizam a baixas temperaturas, mediados por um
catalisador metálico. Esse processo de cristalização gera automaticamente os nanofios, que vão se
formando à medida em que as reações químicas ocorrem. Os nanofios resultantes medem entre 30
e 50 nanômetros de diâmetro e até 10 micrômetros de comprimento.

Os nanofios são uma espécie de "matéria-prima". Foi com eles que os cientistas construíram as
novas memórias sobre bases de silício. Os nanofios são o que se chama de material de alteração
de fase, uma espécie de liga semicondutora que é considerada uma das mais promissoras para a
construção de uma nova geração de memórias de computador (veja também Novo material gera
memória não volátil 500 vezes mais rápida que memória Flash).

Os nanofios funcionam como transistores de efeito de campo (FET). Como seu próprio nome indica,
um material de alteração de fase alterna entre as fases cristalina e amorfa. Essa alternância é
induzida pela aplicação de um pulso elétrico. Para gravar na memória, é enviado um pulso SET,
que coloca o material na sua forma cristalina. Um pulso RESET leva-o de volta para a fase amorfa,
apagando os dados.

Memórias mais rápidas

Os testes revelaram um baixíssimo consumo de energia, de apenas 0,7 mW por bit. O tempo para
escrita, leitura e apagamento dos dados na memória é de 50 nanosegundos, cerca de 1.000 vezes
mais rápido do que as memórias flash hoje utilizadas na maioria dos dispositivos de
armazenamento portáteis, pendrives e câmeras digitais.
"Esse novo tipo de memória tem o potencial para revolucionar a forma como compartilhamos
informações, transferimos dados e até mesmo como baixamos programas de entretenimento na
qualidade de consumidores," diz o Dr. Agarwal.




      Memórias MRAM (Magnetoresistive RAM)

As memórias MRAM (Magnetoresistive RAM) utilizam células magnéticas para armazenar dados, ao
invés de células que armazenam eletricidade, como nas memórias DRAM, SRAM ou Flash. O layout
básico lembra um pouco um módulo de memória DRAM, onde temos um transistor para cada bit de
dados. A grande diferença é que, no lugar de um capacitor, é usada uma célula magnética, que
pode ser gravada e lida usando eletricidade e conserva seus dados por longos períodos (assim
como nos HDs) sem precisar de refresh ou alimentação elétrica.

As memórias MRAM são quase tão rápidas quanto as memórias SRAM, consomem menos energia
e suportam um número quase ilimitado de ciclos de leitura e gravação, ao contrário das memórias
Flash. Elas são uma espécie de "Santo Graal" da informática, uma tecnologia que, se fosse
suficientemente barata, poderia vir a substituir, com vantagens, a maioria dos demais tipos de
memórias.

O problema é que as memórias MRAM são difíceis de fabricar e até o momento nenhum fabricante
foi capaz de produzir chips com densidades similares à memória RAM ou Flash.

Embora se fale nas memórias MRAM desde a década de 90, os primeiros chips disponíveis
comercialmente foram produzidos apenas em 2006 (pela Freescale).

O ponto positivo é que os chips trabalhavam com tempo de acesso de apenas 35 ms, tanto para
leitura quanto para gravação, o que bate de longe os chips de memória Flash e rivaliza com os
chips de memória SRAM usados em palmtops e no cache de HDs, oferecendo a vantagem de não
perderem os dados armazenados e não precisarem de alimentação elétrica. O problema é que
armazenavam apenas 4 megabits (512 KB) e custavam US$ 25 cada.

Estes chips foram produzidos em pequena escala, usando técnicas obsoletas de produção, por isso
o preço e a densidade atingida tendem a melhorar conforme a tecnologia avance e os chips passem
a ser produzidos em maior escala. Diversas empresas, entre elas a IBM e a Samsung, têm
investido no desenvolvimento de memórias MRAM, por isso devemos ter progressos nos próximos
anos.

De início, o concorrente das memórias MRAM são justamente os chips de memória SRAM, que são
o tipo mais rápido e caro de memória em uso atualmente. As aplicações são óbvias: HDs com
caches que não perdem os dados quando o micro é desligado no botão, além de palmtops e
celulares menores e com uma maior autonomia de energia.

A longo prazo, pode ser que as memórias MRAM passem a ser usadas em PCs, substituindo a
memória RAM. Um PC que utilizasse memórias MRAM como memória principal poderia manter o
estado anterior depois de desligado, sem precisar de um novo processo de boot. Não haveria mais
problema de perda de dados por causa de desligamentos incorretos, pois ao ligar o PC novamente,
tudo estaria como antes.

A partir daí, quem sabe, novas técnicas de produção permitam que passem a concorrer com as
memórias Flash, mas por enquanto, isso ainda é exercício de futurologia. A menos que alguma
grande revolução aconteça, as memórias MRAM devem demorar pelo menos mais 4 ou 5 anos para
se tornarem competitivas com as memórias SRAM e pelo menos uma década para começarem a
substituir as memórias DRAM em alguns nichos.




      IBM anuncia memória mais rápida do mundo, a eDRAM

              A IBM anunciou um avanço na construção de chips que permitirá triplicar a
              densidade de armazenamento das memórias para computador. Além de terem
              maior capacidade, as memórias construídas com a nova tecnologia serão muito mais
              rápidas do que as atuais, em razão da diminuição do tamanho dos componentes
              individuais - as chamadas células da memória.

              As novas memórias vêm complementar o anúncio feito quase simultaneamente há
              poucos dias, quando a Intel e a própria IBM anunciaram um avanço na construção
              de transistores - os blocos básicos com que são construídos os chips - com a
              substituição do silício por háfnio (veja Intel mostra nova geração revolucionária de
              transistores e IBM afirma que também sabe fabricar os novos transistores de última
              geração).




A memória, batizada de eDRAM ("Embedded Dynamic Random Access Memory"), contém mais de
12 milhões de bits e uma nova lógica de processamento. Ela é baseada na tecnologia SOI ("Silicon-
on-Insulator"). Segundo a IBM, as memórias eDRAM estarão no mercado em 2008.

"Com esta solução revolucionária para o hiato processador/memória, a IBM está efetivamente
dobrando o desempenho do microprocessador além do que a miniaturização clássica sozinha pode
alcançar," comenta Subramanian Iyer, engenheiro da empresa. "Como os componentes
semicondutores atingiram a escala atômica, inovações no projeto dos próprios chips têm
substituído a ciência dos materiais como um fator chave para a continuidade da Lei de Moore."

Cada célula de memória construída com a nova tecnologia mede apenas 0,126 mm2, sendo alimentada
com uma tensão de 1 Volt e consumindo 76 mW de energia. Seu tempo de acesso é 2 nanosegundos.


      "Memória universal" usa propriedades quânticas e não perdem dados
Uma empresa emergente norte-americana afirma ter
conseguido viabilizar uma nova tecnologia capaz de criar uma
"memória universal", uma nova memória de computador que
utiliza o fenômeno quântico do spin do elétron. Além de não
perder dados quando a energia é desligada, a nova memória é
mais rápida e pode ser miniaturizada além do que é possível
com as memórias atuais.

Memórias não-voláteis

Existem várias tecnologias competindo pela supremacia
técnica no campo das memórias, onde os quesitos mais importantes são velocidade, baixo
consumo de energia e possibilidade de miniaturização. Mas é a não-volatilidade - a capacidade de
manter os dados mesmo na ausência de energia - que parece ser um elemento essencial.

Já existem memórias ferromagnéticas disponíveis no mercado. As MRAM (memórias
magnetoresistivas) não chegaram a ser produzidas pelos grandes fabricantes, aparentemente
porque não se adequam aos processos de fabricação abaixo dos 90 nanômetros. As memórias de
alteração de fase , por sua vez, já estão se aproximando da comercialização (veja mais em As
sucessoras das memórias flash).

Spintrônica

Todos os circuitos eletrônicos atuais têm seu funcionamento baseado na carga dos elétrons. Um
circuito spintrônico, por sua vez, utiliza a propriedade quântica do spin do elétron, que o faz
funcionar como se fosse uma bússola, apontando "para baixo" ou "para cima" (veja mais sobre a
spintrônica em Um "giro" diferente no armazenamento de dados do futuro).

STT-RAM

A nova memória, desenvolvida pela empresa Grandis, foi batizada de STT-RAM - "Spin-Transfer
Torque RAM", algo como memória de acesso aleatório de transferência de torque por meio do spin.

A transferência de torque por meio da rotação do spin (STT - spin-transfer torque) é um fenômeno
físico que foi previsto teoricamente em 1996 e somente testado experimentalmente em 2000. Mas
as correntes elétricas necessárias para fazer o chaveamento entre as polaridades magnéticas eram
elevadas demais para permitir a fabricação de qualquer dispositivo prático.

O que a Grandis afirma ter feito foi aplicar os benefícios da STT a junções de tunelamento
magnético, descobrindo um novo material magnético e novas arquiteturas para fabricação das
junções que permitiu a redução drástica das correntes de chaveamento.

O resultado parece ser realmente bom, porque a empresa afirmou que já está enviando amostras
de sua STT-RAM para clientes potenciais e que a produção comercial deverá começar em 2008. A
gigante IBM reagiu rapidamente e divulgou uma nota à imprensa dizendo ter firmado um contrato
com a japonesa TDK para fabricar memórias STT, que deverão chegar ao mercado dentro de
quatro anos.




Memória molecular de altíssima densidade abre caminho para computadores moleculares
Uma equipe de pesquisadores norte-
americanos apresentou um dispositivo de
memória construído inteiramente com
chaves moleculares. O dispositivo
armazena informações não como bits
magnéticos, como nas memórias de
computador tradicionais, mas como
moléculas reconfiguráveis que funcionam
como se fossem chaves liga-desliga.

Esta realização representa um passo importante rumo à construção de um computador molecular,
que, teoricamente, poderá ser menor e mais rápido do que os computadores atuais, construídos
com transistores de silício.

A memória molecular construída pelos cientistas tem 160 kilobits de capacidade - quase nada em
comparação com os computadores atuais - mas, em termos de um computador molecular, pode
ser considerada uma memória de grande densidade e funcionando em larga escala.

Além do fato de que ela é muito mais compacta do que as memórias atuais. Para se ter uma idéia,
a memória molecular foi construída com uma densidade de 100.000.000.000 bits por centímetro
quadrado - uma densidade que as memórias convencionais somente deverão atingir por volta de
2020. A memória molecular inteira tem o tamanho de um glóbulo vermelho do sangue humano.

A memória feita com moléculas foi construída com uma série de nanofios entrecruzados - 400
nanofios num sentido e 400 no outro. Em cada cruzamento os cientistas colocaram moléculas de
rotaxano biestável. As moléculas de cada cruzamento podem ser chaveadas entre dois estados de
maneira independente das demais - isto é feito controlando-se a voltagem aplicada nos dois fios
onde elas se encontram. Num estado elas representam o valor 0 de um bit e, no outro estado, elas
representam o valor 1.

Um rotaxano é uma molécula que possui a forma de um halteres com um anel no centro. Esse anel
pode ficar em duas posições no eixo central da molécula, tendo uma posição preferencial. Essa
posição pode ser alterada com a aplicação de uma corrente elétrica.

Apesar de ser uma realização importante, ainda estamos longe da construção de um computador
molecular prático. A memória molecular funciona apenas em laboratório e em condições ainda
muito complicadas para serem reproduzidas em escala industrial. Agora os cientistas vão trabalhar
no sentido de torná-la mais robusta, para que possam ser incluídas em outros experimentos que
permitam a execução de cálculos.




Montagem 3-D coloca oito células de memória mais
controlador em único chip

Um consórcio de três empresas japonesas anunciou ter
conseguido construir chips de memória tão pequenos que,
brevemente, um telefone celular poderá ter tanta memória
quanto os computadores de mesa mais avançados. Com isto,
uma nova geração de celulares poderá ter capacidade de lidar
com aplicações gráficas 3D e até com vídeo de alta definição.
A nova tecnologia de empacotamento - o processo de acondicionamento das células de memória no
interior de um chip de silício - permite a montagem de oito chips de memória e um chip
controlador em uma pilha vertical, com conexões tridimensionais (3D) entre eles.

Cada chip individual tem mais de 1.000 pinos de conexão em cada um dos seus lados. Os pinos
são conectados a eletrodos de silício policristalino construídos na parte superior dos próprios chips,
encaixando-se como se fossem peças de Lego e unindo os chips de cima para baixo.

A seguir eles são conectados uns aos outros por uma malha de alta densidade de micro-saliências,
espaçadas umas das outras por apenas 50 micrômetros. 50 µm é também a espessura de cada
chip, fazendo com que o "pacote" inteiro, aquela peça que identificamos visualmente como o chip
de memória propriamente dito, tenha apenas cerca de meio milímetro de espessura.

Memória holográfica chega ao mercado em 2.005

Engenheiros da empresa japonesa NTT conseguiram
fabricar um protótipo de memória holográfica com
capacidade de armazenamento de 1 GB. Batizada de
Info-MICA ("Information-Multilayered Imprinted Card"),
a nova memória, do tamanho de um selo postal, possui
100 camadas e é feita de plástico comum. Além da
memória, os engenheiros construíram também um
dispositivo capaz de ler os dados armazenados na
memória holográfica.

A nova memória holográfica promete ser um
concorrente sério para as memórias ROM ("Read-Only
Memory") hoje largamente utilizadas na indústria: a
Info-MICA é menor e deverá ser consideravelmente
mais barata, já que possui uma altíssima densidade de
armazenamento, pode ser produzida a baixo custo e é totalmente reciclável. Além disso, ela
consome menos energia e oferece proteção contra cópia dos dados.

A empresa, que pretende lançar a nova memória comercialmente já a partir do próximo ano,
afirma que outro mercado alvo da nova memória holográfica encontra-se na substituição de papéis
com grande volume de informações, como dicionários e enciclopédias. Devido às suas pequenas
dimensões, ela poderá ser facilmente distribuída colada na capa de revistas ou livros, por exemplo.
Obviamente que todos os conteúdos multimídia, como jogos e filmes, são também candidatos
naturais para utilizar a Info-MICA como meio de distribuição.

A memória holográfica funciona com base no princípio da holografia de película, hologramas mais
finos do que o comprimento de onda da luz. A informação é inicialmente gravada em uma imagem
2D; esta imagem é então transformada em um holograma por um programa de computador
chamado CGH ("Computer Generated Hologram"). Finalmente, o holograma é gravado como um
padrão côncavo-convexo em cada camada.
A estrutura de camadas é tecnicamente chamada de guia de ondas em multicamadas. A estrutura
é construída alternando-se camadas com alto índice de refração (camada núcleo) com camadas
com baixo índice de refração (camadas de cobertura). Quando um feixe de raio laser é introduzido
nesta estrutura, a luz é confinada na camada núcleo, propagando-se então da mesma forma que
em uma fibra ótica.

Só que na Info-MICA, o padrão côncavo-convexo que representa a informação armazenada faz
com que a luz se disperse, formando uma imagem que é então utilizada para se recuperar os
dados. A informação armazenada em cada camada pode ser recuperada individualmente porque é
possível selecionar a camada para a qual o laser é direcionado.

O laser utilizado é o mesmo que hoje equipa os leitores de CD e DVD, e as camadas da memória
holográfica são totalmente feitas de um plástico disponível na indústria e extremamente barato.

O protótipo de memória holográfica mede 2,5 x 2,5 x 2 cm. Já o drive de leitura mede 8,8 x 3,7 x
2,2 cm. A empresa afirma que a memória deverá chegar ao mercado, em 2.005, custando entre
US$1 e US$2 para uma capacidade de armazenamento de 1 GB. Já o leitor deverá ter o preço
semelhante ao de um leitor de CD.

Como funciona a memória holográfica
por Kevin Bonsor - traduzido por HowStuffWorks Brasil



Introdução
Dispositivos que utilizam luz para armazenar e ler dados têm sido a espinha dorsal do
armazenamento de dados por quase duas décadas. Os CDs revolucionaram o armazenamento de
dados no início dos anos 80, permitindo que vários megabytes de dados fossem armazenados em
um disco com um diâmetro de meros 12 centímetros e espessura de cerca de 12 milímetro. Em
1997, foi lançada uma versão melhorada do CD, o digital video disc (DVD), que possibilitou o
armazenamento de filmes completos em um único disco.




                     Em um aparelho de memória holográfica, um feixe
                       de laser é dividido em dois, sendo que ambos
                    interagem em uma mídia de cristal para armazenar
                   uma reprodução holográfica de uma página de dados
Os CDs e os DVDs são os principais métodos de armazenamento de dados para música, software,
uso pessoal e vídeo. Um CD comporta 783 MB de dados, o que equivale a cerca de 1 hora e 15
minutos de música, mas a Sony planeja lançar um CD de alta capacidade de 1,3 GB. Um DVD de
face dupla e dupla camada comporta 15,9 GB de dados, o que equivale a cerca de oito horas de
filmes. Essas mídias convencionais de armazenamento suprem as necessidades atuais, mas as
tecnologias de armazenamento têm de evoluir para se manter no mesmo passo que a crescente
demanda dos consumidores. CDs, DVDs e o armazenamento magnético armazenam bits de
informação na superfície de uma mídia de gravação. A fim de aumentar a capacidade de
armazenamento, cientistas estão trabalhando em um novo método ótico, chamado memória
holográfica, que irá operar por baixo da superfície e utiliza o volume da mídia para
armazenamento, ao invés de apenas a superfície.

O armazenamento de dados tridimensional será capaz de armazenar mais informações em um menor
espaço e oferecer um tempo de transferência de dados mais curto. Neste artigo, você irá aprender como
um sistema de armazenamento holográfico pode ser construído nos próximos anos e o que será
necessário para criar uma versão desktop (ou seja, para computadores pessoais) de um sistema de
armazenamento de alta densidade.

				
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