Transparencias Tema 7

SISTEMAS DIGITALESTEMA 7: Memorias Semiconductoras

Tema 7: Memorias Semiconductoras1. Introducción.2. Memorias RAM3. Memorias ROM4. Memorias de acceso secuencialSistemas Digitales 2

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7.‐ Memorias SemiconductorasIntroducción a las memoriasLos registros se utilizan como elementos de almacenamiento en sistemas especializadosdonde el número de bits a memorizar es pequeño y donde es necesario accedersimultáneamente a toda la información que contienen los registros.Cuando la cantidad de información a memorizar es elevada y, en especial, cuando elsistema digital de proceso es programable y han de memorizarse las instruccionesdel programa además de los datos, nunca se necesita tener acceso a toda lainformación simultáneamente.En estos casos se utilizan las llamadas unidades de memoria o memorias. Éstasestán constituidas por un conjunto de elementos de almacenamiento dispuestos detal manera que solamente es posible simultáneamente la escritura o lectura en ungrupo reducido de ellos.Sistemas Digitales 4

7.‐ Memorias SemiconductorasIntroducción a las memoriasMemoriasmagnéticasMemoriassemiconductorasMemoriasópticasSistemas Digitales 5

7.‐ Memorias SemiconductorasIntroducción a las memorias• La cantidad de información que puede almacenar una memoria se denomina capacidad.• Las memorias almacenan palabras (conjuntos de bits) en diferentes posiciones odirecciones de memoria.• La capacidad total de una memoria se suele indicar mediante el número de posiciones y elnúmero de bits que constituye cada posición. Por ejemplo, una memoria de 32 Kbytesalmacena palabras de 8 bits (1 byte), y almacena en este caso 32x1024. ¡¡Cuidado!! Cuandose trata con memorias, Kilo, Mega, Giga, etc … tienen otro significado. 1K = 2 10 ,1M=2 20 ,1G=2 30 .• A la operación de seleccionar una determinada posición de memoria se denominadireccionamiento. i i A los bits que seleccionan la direcciónió enla memoria selos denominabits de dirección.• Cuando se nombra una determinada posición de memoria, es habitual hacerlo en códigohexadecimal.Sistemas Digitales 6

7.‐ Memorias SemiconductorasIntroducción a las memorias: clasificación de memoriassemiconductoras.MEMORIASACCESO ALEATORIOMODO DEACCESOOTROS ACCESOSLectura-escrituraRAMSólo lecturaROMSecuencialEstáticasDinámicasDe máscaraProgramablespor el usuarioPROMProg/borrablespor el usuarioEPROM / FlashFIFOLIFOSistemas Digitales 7

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7.‐ Memorias SemiconductorasMemorias RAM• Las memorias de acceso aleatorio RAM (Random Access Memory) son aquellas en las queel tiempo de lectura y escritura es el mismo para todas las direcciones.• LasmemoriasRAMsonvolátiles, por lo que la información que almacenan se perderácuando dichas memorias dejen de estar alimentadas.• Las memorias RAM se dividen en dos grandes grupos:• RAM estáticas o SRAM: La celda en la que se almacenan cada uno de los bits estáformada por un biestable. Su densidad de capacidad (información que puedealmacenar el chip) es menor, pero son más rápidas. Se utilizan como memorias cachésde los microprocesadores.• RAM dinámicas o DRAM: La celda en la que se almacena cada uno de los bits se basaen un condensador, que es el elemento que estando cargado o descargado almacena el1 ó el 0 lógico. Tienen mayores densidades de capacidad (almacenan más informaciónpara un chip de idéntico tamaño), perosonmás lentas. Se utilizan en las memoriasprincipales de los ordenadores.Sistemas Digitales 9

7.‐ Memorias SemiconductorasMemorias SRAM (RAM estáticas)IWSCelda RAMDCERROJODINÁMICOEQODatosIOEstructura real deuna celda RAMW·S Selección de bit (escribir)SSelección de bit (leer)IWSCelda RAMOBloque querepresenta la celdaRAMSistemas Digitales 10

I1I 2I 3R0IIIII 0CESWELDA00 OCELDAW01 OSSWCELDA02OSWCELDA03 OIIIIR 1CESWELDA10 OCELDAW11 OSSWCELDA12OSWCELDA13 OR2ISWCELDA20 OICELDAW21 OSISWCELDA22OISWCELDA23 OR3ISWCELDA30 OICELDAW31 OSISWCELDA32OISWCELDA33 OR4DECODIFICADORR5R6R7ISWISWISWISWCELDA40 OCELDA50 OCELDA60 OCELDA70 OISCELDAW41 OSICELDAW 51OSICELDAW61 OSICELDAW71 OISWISWISWISWCELDA42CELDA52CELDA62CELDA72OOOOISWISWISWISWCCCCELDA43 OELDA53 OELDA63 OELDA73 OO 0O 1O 2O 3Sistemas Digitales 11A 2A 1A 0WECS

7.‐ Memorias SemiconductorasMemorias SRAM (RAM estáticas)Conexión de memorias RAM para aumentar el tamaño de palabra (manteniendo elnúmero de direcciones):CSWEA 2A 1A 0A 2,1A 2,2CSRAM 1 1CSA 1,1 RAM 2 2A 1,28x4 bits 8x4 bits WE1WE2A 0,1A 0,2D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 0,1D 1,1D 2,1D 3,1D 0,2D 1,2D 2,2D 3,2BUS de8 bitsD 6D 7Sistemas Digitales 13

7.‐ Memorias SemiconductorasMemorias SRAM (RAM estáticas)Conexión de memorias RAM para aumentar el número de direcciones(manteniendo el tamaño de la palabra):CS º A3WEA2A21 2,1A22 2,2A 1A0A1,1A0,1RAM 18x4 bitsCS 1WE 1A1,2A0,2RAM 28x4 bitsCS 2WE 2D0D1D2D3D 0,1D 1,1D 2,1D 3,1D 0,2D 1,2D 2,2D 3,2BUS de4 bitsSistemas Digitales 14

7.‐ Memorias SemiconductorasMemorias DRAM (RAM dinámicas)Celda RAMMayor densidad de integración, ya que seutiliza únicamente un transistor por celda.La capacidad sólo puede almacenarinformación durante un tiempo del ordende milisegundos, ya que el condensadordacaba por descargarse.Es necesario volver a escribir lainformación (refresco de memoria). Senecesita circuitería adicional.Son más lentas: durante el tiempo quedura el refresco de la memoria, no puedenser leídas ni escritas.Sistemas Digitales 15

7.‐ Memorias SemiconductorasTiempos de conmutación de memorias RAMPasos a seguir para leer una dirección de una RAM:• Aplicar la dirección binaria de la palabra que se desea leer.• Activar la entrada de control CS.Pasos a seguir para escribir una dirección de una RAM:• Aplicar la dirección ió binaria i de la palabra que se desea leer.• Aplicar los datos que se desean escribir en las entradas de datos.• Activar la entrada de control CS y WE.Sistemas Digitales 16

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7.‐ Memorias SemiconductorasMemorias ROM• LasmemoriasdesololecturaROM(Read Only Memories) son aquellas en las que lainformación se almacena de forma permanente.• LasmemoriasRAMsonnovolátiles, por lo que la información que almacenan no seperderá cuando dichas memorias dejen de estar alimentadas.• Al igual que las memorias RAM, son de acceso aleatorio (los tiempos de lectura yescritura son idénticos para todas las direcciones).• Ya que los datos almacenados no han de cambiar, no es necesario almacenar los bits enbiestables, y estas memorias pueden ensamblarse directamente a partir de circuitoscombinacionales.Sistemas Digitales 19

7.‐ Memorias SemiconductorasMatrices lógicas programables: Matriz OR programableSistemas Digitales 20

7.‐ Memorias SemiconductorasMatrices lógicas programables: Matriz AND programable.Notación habitualSistemas Digitales 21

7.‐ Memorias SemiconductorasMemorias ROM• Una memoria ROM está formado por un conjunto fijo (no programable) de puertas ANDconectadas como un decodificador, junto con una matriz programable AND a la salida.Sistemas Digitales 22

7.‐ Memorias SemiconductorasMemorias ROM• Ejemplo de memoria ROMDECODIFICADOR (matriz AND)m 0(matriz OR)m 1D 0Posición deMemoriaDirecciónA 2 A 1 A 0DatosD 3 D 2 D 1 D 0m 0 0 0 0 0 1 1 0m 0m 1 0 0 1 0 0 0 1m 4m D m 12 0 1 0 0 1 0 13m 5m A3 0 1 1 1 1 0 0 2m 6m A4 1 0 0 0 1 1 0 1A mm 0 m 05 1 0 1 1 0 1 14m 2m m 3D 6 1 1 0 1 0 1 0m 2m 7 1 1 1 0 1 0 14m 7m 5m 2m 3m 6m 7m 6m 5 D 3Sistemas Digitales 23

7.‐ Memorias SemiconductorasMemorias ROMDos tipos de memoria ROM:• ROM de máscara: Son programadas en el proceso de fabricación. Se utilizan en grandesseries. Su proceso de fabricación es más caro, pero se rentabiliza si se fabrica un númeromuy elevado de memorias ROM.• ROM programables por el usuario: Se entregan con la matriz lógica programable intacta, yes el usuario final quien se encarga de programarlas. Más económicas para pequeñas series.Ejemplo de programadorSistemas Digitales 24

7.‐ Memorias SemiconductorasMemorias EPROM (Erasable Programmable ROM)Memorias ROM que pueden ser borradas y escritas nuevamente. A diferencia de las RAM,sólo se pueden reprogramar un número limitado de veces. Además, el proceso de borrado yreprogramado es mucho más lento que en las memorias RAM.UV-EPROM E 2 PROM FlashProgramación Eléctrica Eléctrica EléctricaBorrado Exposición UV Eléctrico(individual)IncovenientesEncaps transp a UV (caro)Borrado fuera del sist digitalBorradoLentoEléctrico(por bloques)???Sistemas Digitales 25

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7.‐ Memorias SemiconductorasMemorias de acceso secuencialEn estas memorias, las operaciones de lectura y escritura se realizan en serie, es decir,siguiendo un orden secuencial.Existen dos tipos de memorias de acceso secuencial:• Memorias FIFO (First input – First output)• Memorias LIFO (Last input – First output)Sistemas Digitales 27