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JOSE GORJON 1-1

UD.-9. Análisis y diseño de circuitos con memorias.

UD.-9. Análisis y diseño de circuitos con memorias.

José Gorjón

UD-9 Análisis y diseño de circuitos con memorias.

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ÍndiceÍndice

� Objetivos.� Introducción.� Clasificación de las memorias.� Características generales de una memoria.� Estructura y organización de un chip integrado de memoria.� Tiempos y cronogramas.� Memorias RAM comerciales.� Memorias ROM comerciales.� Expansión de memorias integradas.� Mapas de memoria.


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Introducción.Introducción.

� ¿Qué es una memoria?� Es un dispositivo que es capaz de proporcionar un medio físico para

almacenar la información procesada por un sistema digital

� En nuestro caso sólo nos interesan las memorias de semiconductores

� ¿Para qué se emplean?� Para almacenar programas ( ejecutables y residentes) y datos (tabla de datos

y vectores de interrupciones) en Sistemas Microprocesadores (90%)

� Registros, pila de memoria (stack), memoría cache.

� Para implementar circuitos combinacionales

� ¿Qué es una palabra?� Es un grupo de bits a los que se puede acceder de manera simultánea

� ¿Qué es una dirección?� Es la posición de identificación de una palabra en memoria


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Clasificación de las MemoriasClasificación de las Memorias

�Memoria Caché (Tipo RAM)

�Memoria Principal (Control directo)�Memorias de ferrita (obsoletas)

�Memorias Integradas� Memorias RAM (Random Access Memory)

� Memoiras ROM (Read Only Memory)

�Memorias de Masa (a través de I/O)�Memoria en Disco Duro

�Memorias en Disco óptico o disco CD-ROM

�Memorias en Disquete y Cinta (obsoletas)


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Clasificación de las Memorias.Clasificación de las Memorias.

� Por las Operaciones� RWM (RAM): Memorias de Lectura/Escritura; las operaciones de

lectura y de escritura son rápidas y habituales en el funcionamiento del µP

� ROM: Sólo Lectura; la información es leída de manera rápida pero la escritura es más lenta y no es habitual en el funcionamiento del sistema µP

� Por el Interfaz Exterior� Síncronas: con señal de reloj CLK para la sincronización. Las

señales de direcciones, datos y control se almacenan en registros internos en los flancos activos de la señal CLK

� Asíncronas: no disponen de señal de reloj


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Asíncrona versus síncrona.



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Memoria de núcleo de ferritaMemoria de núcleo de ferrita


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Características de las Memorias.- CapacidadCaracterísticas de las Memorias.- Capacidad

�Capacidad: Es la cantidad de información que puede almacenar una memoria. Su unidad es el bit.

� Son múltiplos:�Byte: Es la palabra de información compuesta por 8 bits

�Kilobyte (KB): Equivale a 210bytes, es decir 1024 bytes

�Megabyte (MB): Equivale a 220bytes, es decir 1.048.576 bytes

�Gigabyte (GB): Equivale a 230bytes, es decir 1.048.576 kB

�Terabyte (TB): Equivale a 240bytes, es decir 1.048.576 MB


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823

23 * 210 * 210 = 223

120

422

221

*8 b23 bitsBByte1624

3225

6426

12827

25628

51229

210

Factor

POTENCIAS

1024

MULTIPLOS

210

220

230

240

250

260

Factor

*1024 B

*1024 KB

*1024 MB

*1024 GB

*1024 TB

*1024 PB

KBkilo

MBmega

GBgiga

TBtera

PBpeta

EBexa

SímboloNombre


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Características de las Memorias: Tiempo de AccesoCaracterísticas de las Memorias: Tiempo de Acceso

� Tiempo de acceso: Es el tiempo transcurrido desde que se pide o se envía una información a la memoria, hasta que ésta se recibe o transmite.


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Características de las Memorias: VolatilidadCaracterísticas de las Memorias: Volatilidad

� Volatilidad: Es la propiedad que tiene la memoria de retener o no la información que posee cuando se le desconecta la alimentación.

� Memorias No volátiles: ejemplo las ROM

� Memorias Volátiles: ejemplo las RAM� Estáticas: se mantiene la información permanentemente siempre que

exista alimentación

� Dinámicas: además de la alimentación se necesitan operaciones

periódicas de refresco de información

Por la Tecnología de Semiconductores

Bipolares: con dispositivos bipolares (diodos o transistores)

MOS: con transistores MOSFET


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Características de las Memorias: Modo de AccesoCaracterísticas de las Memorias: Modo de Acceso

�Modo de acceso: Es el método que la memoria emplea para acceder a una información almacenada en ella.

� Los métodos más utilizados son:�Acceso aleatorio

�Acceso secuencial

�Acceso cíclico

�Acceso por pila o acceso LIFO

�Acceso por cola o acceso FIFO

�Acceso por contenido


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Modo de acceso aleatorio.Modo de acceso aleatorio.


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Modo de acceso secuencial.Modo de acceso secuencial.


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Modo de Acceso cíclicoModo de Acceso cíclico

Acceso cíclico: Este modo

de acceso es una

combinación entre el acceso

secuencial y el acceso

aleatorio. Los dispositivos

de memoria que utilizan este

tipo de acceso son los discos

duros y los disquetes, en los

cuales la información viene

grabada en pistas

concéntricas.


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Modo de Acceso por Pila o LIFOModo de Acceso por Pila o LIFO

� Las siglas LIFO (Last in, first out) significan: último en entrar, primero en salir.


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Modo de Acceso por Cola o FIFOModo de Acceso por Cola o FIFO

� El significado de las siglas FIFO (First in, first out) es: primero en entrar primero en salir. Utilizada para adaptar la velocidad de trabajo entre dispositivos.


JOSE GORJON 1-18http://thinkdifferent.typepad.com/edulog/computer_architecture/index.html

Acceso por Contenido o Asociativo (CAM)Acceso por Contenido o Asociativo (CAM)

� Se suministra un dato y la respuesta es si está o no almacenado y la dirección en la que se encuentra.


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PatillajePatillaje

� Patillas de alimentación

� Patillas del bus de direcciones

� Patillas del bus de datos (D0-Dn)

� Patilla de selección de Lectura/Escritura (R/W)

� Patilla de selección de pastilla (CS= Chip Select o CE = Chip Enable)


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Organización interna de la memorias (1)Organización interna de la memorias (1)


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SIMBOLOGÍA(1)SIMBOLOGÍA(1)

Información y cambio de información en un bus:Cuando una información está compuesta por variasseñales, como en el caso de los buses de direcciones y dedatos, se utiliza la representación simplificada. El cruce de las líneas superior e inferior indica que se haproducido un cambio en una o varias de las líneas queforman el conjunto. Cuando las líneas permanecenparalelas, se está representando que la totalidad de laseñal permanece sin variación.


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Estado de alta impedancia en un bus: Se indica con una tercera línea intermedia, tal y como aparece en la Figura.


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Información no útil o irrelevante en un bus:

Cuando la información presente en un conjunto de líneas es irrelevante, es decir, no tiene interés para el fenómeno que se describe, se utiliza el símbolo indicado en la Figura


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Cambio de estado en una línea: Puesto que el tiempo de cualquier cambio de estado no es nulo, las subidas y bajadas de las señales, que en la realidad serían cercanas a una función exponencial, se representan mediante los trazos incluidos que aparecen en la Figura.


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Cambio de estado en una línea en momento indeterminado:

Si el instante de paso de cero (0) a uno (1) o de uno (1) a cero

(0) no está determinado o es irrelevante, se señala el margen

de tolerancia mediante un rayado, tal y como aparece en la

Figura.


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Proceso de lectura de una memoria RAMProceso de lectura de una memoria RAM


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Proceso de EscrituraProceso de Escritura


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Memoria RAM 2112 (1)Memoria RAM 2112 (1)

� Bus de direcciones A0-A7; el número de direcciones será: � 28= 256 direcciones

� Bus de datos I/O0-I/O3;luego la longitud de la palabra es 4

� Nº de bit capaz de almacenar 256x4=1.024

� 2 patillas típicas de alimentación Vcc - GND

� /CE :patilla de selección de chip

� R/W :patilla de lectura escritura que indica que es una memoria RAM


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Memoria RAM 2112 (2)Memoria RAM 2112 (2)

� Tipo RAM estática

� Organización 256x4

� Tecnología NMOS

� Alimentación 5V

� Encapsulado:DIL 16 pines

� Compatible con tecnología TTL

� Disipación típica de potencia:� 2112A = 225 mW

� 2112a-L = 150 mW

� Tiempo de acceso máximo: 2112A = 350 ns


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Tipos de RAMTipos de RAM

Más bajoPrecio

MediaMuy AltaVelocidad de respuesta

SíNoNecesidad de refresco

Muy altoAltoGrado de integración (Celdas por chip)

Muy PequeñaPequeñaDimensión de la celúla

CondensadorFlip-flopElemento de almacenamiento.

RAM dinámicas (DRAM)

RAM estáticas (SRAM)


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SRAM bipolarSRAM bipolar

� Las células de memoria están constituidas por transistores multiemisor

� Tiene un alto consumo

� Alta velocidad


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SRAM MOSSRAM MOS

Ventajas

� Bajo consumo debido a los transistores MOS

� Alta densidad de integración

Inconvenientes

� Velocidad de trabajo lenta

� Sensibilidad a la electricidad estática


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Tipos de Memorias SRAMTipos de Memorias SRAM

SRAM Burst (ráfaga)

� Permite trabajar a muy alta velocidad sobre bloques de direcciones.

� Posee un circuitería interna que direcciona la siguiente posición de memoria sin que la solicite el µP. Esto es válido solo para un bloque de posiciones de memoria consecutivas

SRAM Pipeline (tubería)

� Mejora el modelo anterior. Posee un buffer especial que permite que la memoria reciba una nueva dirección antes de terminar el acceso anterior.


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Memoria RAM MCM514256A (1)Memoria RAM MCM514256A (1)

� Pines de alimentación Vcc y Vss

� Patilla de /W, de donde podemos deducir que es RAM

� /CAS y /RAS se utilizan para el refresco, de donde deducimos que es una DRAM

� Bus de direcciones A0-A8, pero como las memorias DRAM tienen multiplexado el bus de direcciones , las 9 líneas equivalen A0-A17 ,es decir 218=262.144 direcciones

� Bus de datos D0-D3 es decir 4 bits 262.144x4 = 1.048.576 bits


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Datos del Catálogo� RAM dinámica� Organización 256Kx4� Tecnología CMOS� Alimentación +5V� Encapsulado DIL 20 pines� Compatible con tecnología TTL� Consumo típico 80 mA� Direccionamiento multiplexado� Tiempo de acceso máximo 80 ns� Período de refresco máximo 8 ms


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Célula:

• Si T1 se activa, la capacidad parásita de C se podrá cargar o no a través de la entrada, dependiendo que esta sea “1”o “0”. Si se carga T2 conduce

• Para leer se activa T3, de manera que la tensión de C permitirá que T2 conduzca o no y por lo tanto sabemos si hay almacenado un “0” o un “1”.


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Tipos de memorias DRAM (1)Tipos de memorias DRAM (1)

FPM RAM (Fast Page Mode RAM)Esta memoria DRAM estadiseñada para trabajar en modopaginado, es decir para accesos abloques de memoria consecutivos. Suestructura solo difiere de las memoriasDRAM convencional en que eldecodificador de filas, mantienevalidada la última dirección sobre laque se trabajo, de esta forma el accesoa direcciones de memoria consecutivases muy rápido ya que solo hay queesperar la respuesta del multiplexor decolumnas

Memorias EDO RAM(Extended Data Out RAM)Son una variante de lasmemorias FPM RAM, quemediante la utilización de un bufferespecial en su salida, las permite,por ejemplo, estar finalizando lalectura de un dato de la matriz ysimultáneamente estardecodificando la dirección delsiguiente dato a leer.


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Tipos de memorias DRAM (2)Tipos de memorias DRAM (2)

Memorias BEDO (Burst EDORAM):Es una variante de las memoriasEDO RAM que mejora suvelocidad mediante la inclusión, en el propio chip, de un contadorde direcciones. Como en todoslos tipos de DRAM estudiados solo mejoran su respuesta enaccesos a direcciones de memoria consecutivas.

Memorias SDRAM

(Synchonous DRAM):

Es el tipo de memoria DRAM

mas moderno de los empleados

hoy.

Su estructura consta de dos o

mas matrices, cuyo

funcionamiento se organiza de

forma que, mientras se esta

realizando el acceso a una

matriz, otra está preparando el

siguiente acceso. Incorporan en

su estructura todas las mejoras

de las memorias DRAM

estudiadas y son las más rápidas

de las memorias DRAM.


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Memoria ROM 6830 (1)Memoria ROM 6830 (1)

� Dos pines de alimentación VDD y VSS.

� Cuatro pines de selección CS0, CS1, CS2 y CS3.

� No posee pin de R/W

� 10 líneas de bus de direcciones A0-A9 210 = 1.024 direcciones

� 8 líneas de bus de datos D0-D7 1.024x8 = 8.192 bits


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Memoria ROM 6830 (2)Memoria ROM 6830 (2)

Información del catálogo

Tipo : ROM

Organización 1.024x8

Tecnología NMOS

Alimentación +5V

Compatible con lógica TTL

Consumo máximo 130 mA

Tiempo de acceso máx:

68B30A = 250 ns


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Tipos de memoria ROMTipos de memoria ROM


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Memoria EPROM 27C64A (1)Memoria EPROM 27C64A (1)

� Dos pines de alimentación VCC y GND.

� Cuatro pines especiales: Vpp, /PCG, /OE y /CE.

� Al no poseer patilla de R/W podemos asegurar que es un tipo de memoria ROM

� La patilla PGM delata que es una memoria EPROM o PROM.

� Bus de direcciones A0-A12 213 = 8.192 direcciones

� Bus de datos 8 bits, D0-D7 8.192x8 = 65.536 bits


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Memoria EPROM 27C64A (2)Memoria EPROM 27C64A (2)

Información del catálogo

Tipo EEPROM

Organización 8.192 x 8

Tecnología NMOS

Alimentación 5V

Encapsulado DIL 28 pines

Compatible con tecnología TTL

Consuma máximo 20 mA


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Memorias “habituales” en los Sistemas MicroprocesadoresMemorias “habituales” en los Sistemas Microprocesadores


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Expansión de la longitud de palabra almacenada :Memoria de 1K x 8 bits con pastillas de 1Kx4 bitsExpansión de la longitud de palabra almacenada :Memoria de 1K x 8 bits con pastillas de 1Kx4 bits


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Expansión del número de posiciones:Memoria de 4K x4 bits con pastillas de 1Kx4 bits

Expansión del número de posiciones:Memoria de 4K x4 bits con pastillas de 1Kx4 bits


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Expansión del número de posiciones y del tamaño de palabra:Memoria de 2K x8bits con pastillas de 1Kx4 bitsExpansión del número de posiciones y del tamaño de palabra:Memoria de 2K x8bits con pastillas de 1Kx4 bits


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Mapa de memoria de un sistema microprogramadoMapa de memoria de un sistema microprogramado

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ActividadActividad

Implementación con decodificadores el mapa de memoria anterior.


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Decodificador de 3 a 8 líneas y las posiciones de memoria que direccionaDecodificador de 3 a 8 líneas y las posiciones de memoria que direcciona


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Doble decodificador de 2 a 4 líneas y las posiciones de memoria que direccionaDoble decodificador de 2 a 4 líneas y las posiciones de memoria que direcciona


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Implementación con decodificadores del mapa de memoriaImplementación con decodificadores del mapa de memoria


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Supongamos una PDA que puede direccionar hasta 8GB, y que disponemos de los siguientes tipos de bloques de E/S (Entrada/salida o I/O) y/o memorias:

� 64kB en dispositivos de E/S, situado en las primeras posiciones,

� 256MB de memoria principal SDRAM,

� hasta 4GB memoria externa a través de tarjeta SD,

� y 512MB de memoria FLASH donde se instala el SO que estarásituado en las ultimas direcciones de memoria.


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Recursos:Recursos:

Si se utilizan los siguientes chips de memoria y circuitos combinacionales:

� Chip SDRAM de 128MB.

� Chip FLASH de 128MB.


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Se pide:Se pide:

Dibuja el mapa de memoria detallado (2ptos).

Calcula y refleja en el mapa donde empiezan y acaban cada bloque y cada una de las memorias. (4ptos)

Diseña el circuito de selección (4 ptos) utilizando los siguientes dispositivos lógicos y puertas lógicas discretas.

A29 A28Direcciones Componentes (Hex)ContenidoA32 A31 A30Direcciones (Hex)8GB

1GB

1GB

1GB

1GB

1GB

1GB

1GB

1GB

Mapa de Memoria

000 4000 0000h

0 47FF FFFFh

RAM1 (128MB)0010 4000 0000h

0 7FFF FFFFh

Libre

0 0000 0000h

0 0000 FFFFh

E/S (64KB)0000 0000 0000h

0 3FFF FFFFh

Libre

010 4800 0000h

0 4FFF FFFFh

RAM2 (128MB)

ROM1 (128MB)

ROM1 (128MB)

ROM1 (128MB)

ROM1 (128MB)

Libre

Libre

SD (Hasta 4GB)

111

110

101

100

011

010

1 C000 0000h

1 FFFF FFFFh

1 8000 0000h

1 BFFF FFFFh

1 4000 0000h

1 7FFF FFFFh

1 0000 0000h

1 3FFF FFFFh

0 C000 0000h

0 FFFF FFFFh

0 8000 0000h

0 BFFF FFFFh

111 F800 0000h

1 FFFF FFFFh

101 F000 0000h

1 F7FF FFFFh

011 E800 0000h

1 EFFF FFFFh

001 E000 0000h

1 E7FF FFFFh

1 C000 0000h

1 8000 0000h

1 BFFF FFFFh

0 8000 0000h

1 7FFF FFFFh

U1

74LS138

A1

B2

C3

Y015

Y114

Y213

Y312

Y411

Y510

Y69

Y77

G16

G2A4

G2B5

U2A

74LS139

A2

B3

G1

Y04

Y15

Y26

Y37

U2B

74LS139

A14

B13

G15

Y012

Y111

Y210

Y39

SDRAM

U3

SDRAM

CE D[7-0]

A[27-0]OEWE

E/S

U4

E/S

CED[7-0]

A[16-0]

SDRAM

U5

SDRAM

CE D[7-0]

A[27-0]OEWE

SD

U6

SD

CE D[7-0]

A[32-0]OEWE

FLASH

U7

FLASH

CE D[7-0]

A[27-0]OE

FLASH

U8

FLASH

CE D[7-0]

A[27-0]OE

FLASH

U9

FLASH

CE D[7-0]

A[27-0]OE

FLASH

U10

FLASH

CE D[7-0]

A[27-0]OE

U11

AND4

1

23

45

A28A29

A28A29

A30A31A32

U12

NAND2

12 3

#WR

#RD

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