Post on 08-Nov-2014
1
3-1
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
3-2
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
¿Qué es una memoria?
•Es un dispositivo que es capaz de proporcionar un medio físicopara 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 y datos en Sistemas Microprocesadores (90%)•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
2
3-3
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Clasificación de las Memorias Por el Acceso
RAM: Acceso Aleatorio, el tiempo de acceso a una dirección es independiente de su posición física.
Se especifica la dirección y se accede al contenido
SAM: Acceso Secuencial, para acceder a una posición se debe pasar por todas las que le preceden físicamente
Se accede a toda la información contenida en las direcciones previas
CAM: Acceso por contenido, o Asociativas; se direccionan por contenido
Se suministra un dato y la respuesta es si está o no almacenado yla dirección en la que se encuentra.
3-4
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Clasificación (II) Por las Operaciones
RWM: Memorias de Lectura/Escritura; las operaciones de lecturay 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 funcionamientodel sistema µP
Por el Interfaz Exterior
Síncronas: con señal de reloj CLK para la sincronizaciónLas señales de direcciones, datos y control se almacenan enregistros internos en los flancos activos de la señal CLK Asíncronas: no disponen de señal de reloj
3
3-5
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Por lo Permanente de la información
No volátiles: la información se retiene de manera permanenteaunque se interrumpa la alimentación del circuito
Volátiles: se pierde la información sin tensión de alimentación
Estáticas: se mantiene la información permanentementesiempre que exista alimentación
Dinámicas:además de la alimentación se necesitan operacionesperiódicas de refresco de información
Por la Tecnología de Semiconductores
Bipolares: con dispositivos bipolares (diodos o transistores)
MOS: con transistores MOSFET
Clasificación (III)
3-6
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
RAM Estáticas Asíncronas (SRAM) Bipolares o MOSRAM Estáticas Síncronas (SSRAM) Bipolares o MOSRAM Dinámicas Asíncronas (DRAM) MOS
Volátiles
RAM Dinámicas Síncronas (SDRAM) MOSROM de Máscara Bipolares o MOSPROM Bipolares o MOSEPROM MOSEEPROM MOSFlash EEPROM MOS
Acceso Aleatorio
No Volátiles
NVRAM (SRAM con batería) MOS
Memorias “habituales” en los Sistemas Microprocesadores
Sistemas Empotrados
4
3-7
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Memorias ROM
•No volátiles•Acceso aleatorio•Operaciones de sólo lectura•Bipolares o MOS
Tipos: ROM de máscara: programada en la fabricación
PROM: programables por el usuario una sola vezEPROM: reprogramables y borrables por radiación UV
PROM=OTP son EPROM sin “ventana”EEPROM: reprogramables y borrables eléctricamente
permiten un borrado selectivo por posicionesFlash: EEPROM de acceso más rápido
borrado simultáneo de toda la memoria
3-8
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Memorias ROM (II) Almacenan programas y datos permanentes o que no cambian con frecuencia
•Estructura matricial:m líneas de direccionamiento (Ai): 2
m direccionesn líneas de datos (Di): tamaño de los datoslíneas de control:/CE (habilitación CI), /OE (hab.salidas)
Tamaño de memoria: 2mx n
Matriz de Celdasde
Memoria
Dec
odif
icad
orde
dir
ecci
ones
Circuito de E/S
(Ai) Líneas deDirecciones
(Di) Líneas de DatosControl
/CE
/OE
5
3-9
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Decodificador1 a 2
Circuito de Salida(triestado)
1 1 0 1
0 1 1 0
A0
/OE
D3 D2 D1 D0
/CE
ROM bipolar con diodos(tamaño 2x4)
Contenidode la memoria
+Vcc
ROM bipolar con transistores
sustituyendoa diodos
Memorias ROM (III)
3-10
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
+Vcc +Vcc
Salida Decodificador
Grabado “0” Grabado “1”
Celda de ROM MOS
Memorias ROM (IV)
6
3-11
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Memorias ROM (V): PROM
Se fabrican en “blanco” (todos fusibles intactos) y si se quema se graba un “0” en esa celda
Salida Decodificador
Fusible mantenido“grabado 1”
Fusibles: metálicos ó silicio policristalino
Fusible quemado“grabado 0”
3-12
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Memorias ROM MOS borrables:
•EPROM
•EEPROM
•FLASH
Dispositivos MOS de Puerta Flotante
Puerta cargada: MOS en corte
Puerta flotante sin carga:MOS controlable desde G
DrenadorPuerta
Puerta flotante
Fuente
Aislante(SiO
2)
7
3-13
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
+Vcc +Vcc
ROM: Dispositivos MOS de Puerta Flotante
Puerta flotantedescargada
(grabado “0”)
Puerta flotantecargada (“1”)
3-14
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Memorias EPROM: Borrable por luz UV
Grabación Borrado
EPROM: 128K x 8
13.1 segundos para grabar20 minutos para borrado (todas a la vez)
8
3-15
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Memorias EEPROM (E2PROM): Borrable eléctricamente
BorradoGrabación
El aislante entre la puerta flotante y el canal es muy delgado, permitiendo el paso de los electrones para cargar o descargar
la puerta por efecto túnel
3-16
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Memorias Flash EEPROM (FLASH):
Borrables eléctricamente todas las posiciones simultáneamente
FLASH EEPROM: 256K x 8
2.6 segundos para grabar1 segundo para borrado (todas a la vez)
9
3-17
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Almacenan datos o valores que cambian con frecuencia
•Volátiles (variedad NVRAM no volátil porque se alimenta con batería)
•Acceso aleatorio
•Operaciones de lectura y escritura
•Asíncronas: sin señal de reloj
Estáticas (SRAM)Dinámicas (DRAM)
•Síncronas: con señal de reloj para sincronización
Estáticas (SSRAM)Dinámicas (SDRAM)
Memorias RAM:
3-18
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Memorias RAM Síncronas
Datos deEntrada
Control yDirecciones
Matrizde
MemoriaDatos de
Salida
CLK
DiAi
/CE
/WE
Señal de reloj para sincronización externa
Direcciones
Datos
10
3-19
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Tamaño de memoria: 2mx n
Matriz de Celdasde
MemoriaD
ecod
ific
ador
de d
irec
cion
es
Circuito de E/S
(Ai) Líneas deDirecciones
(Di) Líneas de DatosControl
/CE
/OE/WE
Memorias RAM Asíncronas
3-20
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Memorias RAM EstáticasEstructura matricial: Decodificadores de Filas y de Columnas
Salidasdecodificador
de filas
Salidas decodificadorde columnas
(W) Escritura (R) Lectura
Celda Básica(1 bit)
11
3-21
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
RAM Estáticas: Celda básica biestable
Selección celda:Xi = ‘1’Yj = ‘1’
Filaxi
Columna Yj
3-22
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
RAM DinámicasCelda básica: condensador + MOS
Condensador:cargado: ‘1’descargado: ‘0’
Mayor integración que SRAM
Necesidad de refresco por pérdidade carga del condensador
Circuito adicional para “reescribir”
Periodo de refresco (2ms aprox)
Multiplexadas líneas de direccionescon control de acceso a filas (RAS) y columnas (CAS)
DRAMRASCAS
Ai
Di
R/W/CE
12
3-23
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
RAM Dinámicas (II)
Circuitos de Refresco
3-24
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Tiempos de acceso: Lectura en ROM y RAM
Opción (a).- Acceso de Lectura continua:•Activar el chip de memoria (/CE)•Activar la entrada de lectura escritura (R/W)•Se cambia la dirección a leer en las entradas de direcciones (Ai)
Ciclo de lectura continua (/CE=0, R/W=1)
Tiempo de propagación desde Ai hasta Di
Tiempo de ciclo de lectura
13
3-25
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Tiempos de acceso: Lectura en ROM y RAM (II)Opción (b).-Acceso de Lectura controlada por /CE:
•Se coloca la dirección de acceso•Se activa la entrada /CE
Tiempo desde activación de /CEhasta que el dato es válido
3-26
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Tiempos de acceso: Escritura en RAMOpción (a).- Escritura controlada por R/W:
•Se coloca la dirección de acceso en Ai•Se activa la entrada /CE•Se activa entrada R/W•Se coloca el dato a grabar en Di
tDS: tiempo mínimo del datoantes de desactivar R/W
tDH: tiempo mínimo del datodespués de desactivar R/W
tWP: tiempo mínimo de activación de R/W
14
3-27
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Tiempos de acceso: Escritura en RAM (II)
Opción (b).- Escritura controlada por /CE:•Se coloca la dirección de acceso en Ai•Se activa la entrada /CE•Se activa entrada R/W•Se coloca el dato a grabar en Di
tCW: tiempo mínimo de activación de /CE
3-28
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Memorias RAM (volátiles)
SRAM: Alta velocidadBajo consumo
DRAM: Alta densidad de integraciónNecesidad de refrescoBajo precio
Memorias ROM (no volátiles)
EPROM: Borrado muy lento y total
EEPROM: Borrado selectivo de direcciones
FLASH: Borrado totalEscritura de un byte en microsegundos
15
3-29
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Expansión de Memorias
Expansión del tamañode palabra:
2 chips de 1k x 4
1 memoria de 1k x 8
3-30
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Expansión de Memorias (II)
Expansión del númerode posiciones:
2 chips de 1k x 4
1 memoria de 2k x 4
16
3-31
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Expansión del número de posiciones y del tamaño de palabra:
8 chips de 1k x 4
1 memoria de 4k x 8
RAM 1K x 4(7)
A0A9
CS
RAM 1K x 4(6)
A0A9
CS
RAM 1K x 4(5)
A0A9
CS
RAM 1K x 4(4)
A0A9
CS
RAM 1K x 4(3)
A0A9
CS
RAM 1K x 4(2)
A0A9
CS
RAM 1K x 4(8)
A0A9
CS
RAM 1K x 4(1)
A0A9
CS
DECODIFICADOR2 a 4
A9 A0
E1
E0
ENABLE
+Vcc (1)
A10A11 D7 D4 D3 D0..... .....
Expansión de Memorias (III)
3-32
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Mapa de Memoria
•Es el “plano” de localización de cada tipo de memoria en unSistema Microprocesador
•Representa el margen de las direcciones de acceso a cadatipo de memoria y/o las unidades de entrada/salida
•Se configura a partir de las líneas del bus de direcciones activando las líneas de control de cada integrado de memoriay/o unidades de entrada/salida
•Algunos microprocesadores distinguen entre el Mapa deMemoria y el Mapa de Entrada/Salida
17
3-33
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Mapa de Memoria (ejemplo)Sistema Microprocesador con 16 líneas en el bus de direccionesSeñales de Control /WR (escritura) y /RD (lectura) Bus de Datos de 8 bits
ROM(32K x 8)
SRAM(16K x 8)
0000
3FFF4000 LATCH
8000
FFFF
LatchCE D7-D0
Q7-
Q0
SRAM(8k x 8) D7-D0
A12-
A0
CEOEWE
ROM(8k x 8)
A12-
A0
CEOE D7-D0
Tipo deC.I. Disponibles
MAPA A CONFIGURAR
3-34
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
SRAM(8k x 8) D7-D0
A12-
A0
CEOEWE
Lógica de Selección de SRAM:(como 6116)
CE OE WE Estado Pines E/S1 X X Sin seleccionar Z0 0 1 Lectura Do (salida)0 1 0 Escritura Di (entrada)0 0 0 Escritura Di (entrada)0 1 1 Preparada para lectura Z
18
3-35
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
Direcciones A15 A14 A13 Decodificador Memoria0000-1FFF 0 0 0 Y0 SRAM 12000-3FFF 0 0 1 Y1 SRAM 24000-5FFF 0 1 0 Y2 LATCH6000-7FFF 0 1 1 Y3 NO CON.8000-9FFF 1 0 0 Y4 ROM 1A000-BFFF 1 0 1 Y5 ROM 2C000-DFFF 1 1 0 Y6 ROM 3E000-FFFF 1 1 1 Y7 ROM 4
SELECCIÓN DE INTEGRADOSCON DECODIFICADOR 3 A 8
3-36
Microprocesadores & Microcontroladores
Memorias ©ATE-Universidad de Oviedo
SRAM 1(8k x 8) D7-D0
CEOEWE
SRAM 2(8k x 8) D7-D0
CEOEWE
ROM 1(8k x 8)
CEOE D7-D0
ROM 2(8k x 8)
CEOE D7-D0
ROM 3(8k x 8)
CEOE D7-D0
ROM 4(8k x 8)
CEOE D7-D0
LatchCE
D7-D0
Q7-
Q0
A12-A0
74138Decodificador
3 a 8
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
S2S1S0
G2BG2AG1
BUS
DE
DAT
OS
(D7-
D0)
A15 A14 A13
/WR
/RD
Líneas de control
Líneas de direcciones