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6. Componentes básicos de memorización Fundamentos de los Computadores Grado en Ingeniería Informática

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6. Componentes básicos de memorización

Fundamentos de los ComputadoresGrado en Ingeniería Informática

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Componentes básicos de memorización 2

Introducción

La necesidad de memorizar información obliga al uso de circuitos secuenciales en el diseño de sistemas digitales complejos

Existe un conjunto de componentes de memorización básicos que se usan con frecuencia en estos diseños

Los objetivos de este tema son: Describir los tipos de registros utilizados con mayor frecuencia en el

diseño de sistemas digitales Describir los bancos de registros y los distintos tipos de memoria que se

emplean en sistemas digitales avanzados

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Estructura del tema

Introducción Registros

Registros con carga en paralelo Registros de desplazamiento Contadores

▫ Análisis y diseño de circuitos contadores▫ Contadores asíncronos

Bancos de registros

Memorias ROM – Memorias de sólo lectura RAM – Memorias de acceso aleatorio

Resumen y bibliografía

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Registros Conceptualmente, un registro puede considerarse como un

biestable ampliado a múltiples bits La implementación de un registro consta de un conjunto de

biestables conectados en paralelo a una señal de reloj común

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Registros Un registro con n biestables almacena un dato de n bits en el

flanco de la señal de reloj, encargándose cada biestable de almacenar uno de los bits del dato

Aparte de la señal de reloj, un registro de n biestables dispondrá también de n entradas y n salidas

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Registros Se pueden añadir al registro señales asíncronas de puesta a uno

(preset) y puesta a cero (clear) Las señales asíncronas son independientes de la señal de reloj y

tienen prioridad sobre las señales síncronas que dependen del reloj

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Estructura del tema

Introducción Registros

Registros con carga en paralelo Registros de desplazamiento Contadores

▫ Análisis y diseño de circuitos contadores▫ Contadores asíncronos

Bancos de registros

Memorias ROM – Memorias de sólo lectura RAM – Memorias de acceso aleatorio

Resumen y bibliografía

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Registros con carga en paralelo En la mayoría de los sistemas digitales es necesario almacenar

un dato durante varios ciclos de reloj antes de modificarlo

Por este motivo es útil añadir a un registro la posibilidad de decidir cuándo debe almacenarse un dato y cuándo no debe almacenarse

Para esto se añade una señal de control que normalmente se denomina señal de habilitación (enable) o de carga (load)

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Registros con carga en paralelo

El registro resultante se denomina registro con carga en paralelo y puede implementarse añadiendo por cada biestable un multiplexor controlado por la señal de carga

Si la señal de carga está a 0 durante el flanco de reloj los multiplexores harán que el registro almacene el mismo dato que ya contenía

Si la señal de carga está a 1 durante el flanco de reloj, los multiplexores harán que el registro almacene un dato nuevo proveniente de las entradas

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Registros con carga en paralelo

Este diagrama muestra un registro con carga en paralelo

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Estructura del tema

Introducción Registros

Registros con carga en paralelo Registros de desplazamiento Contadores

▫ Análisis y diseño de circuitos contadores▫ Contadores asíncronos

Bancos de registros

Memorias ROM – Memorias de sólo lectura RAM – Memorias de acceso aleatorio

Resumen y bibliografía

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Registros de desplazamiento

Un registro de desplazamiento es capaz de desplazar su contenido una posición en una dirección específica cuando lo indica una señal de control

Mientras que los registros con carga en paralelo tienen una entrada de datos para cada bit, los registros de desplazamiento tiene una única entrada de datos

Esta entrada de datos se utiliza para introducir un valor en la posición que queda libre tras el desplazamiento, lo que significa que este tipo de registros son de entrada en serie y salida en paralelo

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Registros de desplazamiento

Este diagrama muestra un registro de desplazamiento

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Componentes básicos de memorización 14

Registros de desplazamiento Para aumentar la versatilidad del registro podemos utilizar

multiplexores con un número mayor de entradas

Esto nos permitiría combinar las funciones de carga en paralelo y desplazamiento (con más entradas también hubiera sido posible rotar…)

Además puede añadirse la posibilidad de elegir entre un desplazamiento a la izquierda o a la derecha, lo que requerirá una segunda entrada serial de datos

Finalmente, será necesario añadir entradas de control para determinar el modo de operación del registro

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Componentes básicos de memorización 15

Registros de desplazamiento

Este diagrama muestra un registro de desplazamiento con carga en paralelo

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Registros de desplazamiento Los registros de desplazamiento con carga en paralelo suelen

utilizarse para implementar circuitos que controlen transmisiones de datos en serie

Uno de estos registros puede utilizarse para Convertir una secuencia de datos en paralelo en una secuencia de datos

serie para transmitirla Convertir una secuencia de datos serie recibida en una secuencia de datos

en paralelo que pueda ser procesada

Además se presenta la opción de obtener primero el bit menos significativo o el más significativo

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Estructura del tema

Introducción Registros

Registros con carga en paralelo Registros de desplazamiento Contadores

▫ Análisis y diseño de circuitos contadores▫ Contadores asíncronos

Bancos de registros

Memorias ROM – Memorias de sólo lectura RAM – Memorias de acceso aleatorio

Resumen y bibliografía

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Contadores Un contador es un tipo especial de registro que incorpora lógica

que le permite incrementar o decrementar su valor y, por tanto, contar de forma ascendente o descendente

En el diseño de un contador resulta útil tener dos señales de control: Una señal de habilitación (enable) que habilite la cuenta cuando esté

activa Una señal asíncrona de puesta a cero (clear) que permita reiniciar el

contador cuando sea conveniente

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Contadores

Este diagrama muestra un contador binario ascendente de cuatro bits, por lo que la cuenta es módulo 16

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Componentes básicos de memorización 20

Contadores

La lógica de incremento de este contador consta de una serie de circuitos semisumador

Las entradas del primer semisumador se conectan al bit menos significativo y a la entrada de habilitación Cuando la entrada de habilitación está desactivada no se hace nada

(sumamos 0) Cuando la entrada de habilitación está a activa se incrementa el bit menos

significativo (sumamos 1)

Las entradas de los demás semisumadores se conectan al bit correspondiente y al acarreo que pueda provenir del incremento del bit anterior

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Contadores de doble sentido Este contador puede ampliarse como contador

ascendente/descendente modificando los circuitos semisumador para que sean capaces de restar

Para esto será necesaria una nueva entrada de control “D” que determine el sentido de la cuenta Cuando D valga 0 la cuenta será ascendente Cuando D valga 1 la cuenta será descendente

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Contadores de doble sentido

Este diagrama muestra un contador de doble sentido

Ojo con esta implementación

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Contadores con inicialización Hasta aquí hemos supuesto que los contadores empiezan a contar

desde cero, pero resulta conveniente que el contador pueda ser inicializado a un valor

Para permitir la inicialización en paralelo de un contador necesitamos: Añadir un multiplexor a cada bit para permitirle incrementarse o tomar el

valor de la entrada Añadir una señal de control (Load) que determine cuándo inicializar

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Contadores con inicialización

Este diagrama muestra un contador con carga en paralelo

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Contadores BCD

La capacidad de inicialización puede utilizarse para construir otros contadores, como por ejemplo circuitos que cuenten en BCD

Dado que contar en código BCD implica realizar una cuenta módulo 10 debemos usar 4 biestables

Para evitar que el contador de 4 biestables realice una cuenta módulo 16 debemos detectar cuando se alcanza el valor 9 y, en el siguiente ciclo, inicializar el contador a 0 en lugar de permitir que alcance el valor 10

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Contadores BCD Este diagrama muestra el diseño de un contador BCD ascendente

partiendo de un contador binario ascendente/descendente módulo 16

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Contadores BCD Siguiendo este mismo esquema podemos diseñar un contador

ascendente/descendente BCD a partir de un contador binario ascendente/descendente módulo 16

En función del sentido de la cuenta habrá que cargar un valor distinto en el contador, por lo que será necesario utilizar un multiplexor para decidir el valor correcto Para la dirección de cuenta ascendente debemos detectar el valor 9 y

cargar un 0 en el siguiente ciclo Para la dirección de cuenta descendente debemos detectar el valor 0 y

cargar un 9 en el siguiente ciclo

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Contadores BCD Este diagrama muestra el diseño de un contador BCD

ascendente/descendente partiendo de un contador binario ascendente/descendente módulo 16

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Estructura del tema

Introducción Registros

Registros con carga en paralelo Registros de desplazamiento Contadores

▫ Análisis y diseño de circuitos contadores▫ Contadores asíncronos

Bancos de registros

Memorias ROM – Memorias de sólo lectura RAM – Memorias de acceso aleatorio

Resumen y bibliografía

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Análisis de un contador Dado que un contador es un circuito secuencial podemos

aplicarle un proceso de análisis para determinar su funcionamiento

Como ejemplo tomaremos el circuito del diagrama para intentar determinar su secuencia de cuenta

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Componentes básicos de memorización 31

Análisis de un contador En primer lugar podemos decir que este contador es un circuito

de tipo Moore, ya que las salidas dependen únicamente del estado del circuito y no de las entradas

Dado que hay cuatro biestables el contador tiene un total de dieciséis estados posibles

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Análisis de un contador A partir del circuito podemos obtener las ecuaciones

correspondientes a las entradas de los cuatro biestables

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Análisis de un contador Conociendo el funcionamiento de un biestable T es posible,

partiendo de las ecuaciones de las entradas, generar la tabla de excitación y de estado siguiente Q+= TQ’+T’Q = T xor Q

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Componentes básicos de memorización 34

Análisis de un contador El análisis de las salidas es trivial, ya que se corresponden

exactamente con el estado de los biestables correspondientes

La tabla de estado siguiente nos da toda la información que necesitamos para determinar la secuencia de cuenta del contador

El único dato que necesitamos en este caso es el valor inicial del contador

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Análisis de un contador Supongamos que queremos determinar la secuencia del contador

partiendo del valor 0000

0000

1111

1110

1101

1010

0101

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Componentes básicos de memorización 36

Análisis de un contador Supongamos ahora que queremos determinar la secuencia del

contador partiendo del valor 0011

0011

1100

1011

0100

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Estructura del tema

Introducción Registros

Registros con carga en paralelo Registros de desplazamiento Contadores

▫ Análisis y diseño de circuitos contadores▫ Contadores asíncronos

Bancos de registros

Memorias ROM – Memorias de sólo lectura RAM – Memorias de acceso aleatorio

Resumen y bibliografía

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Componentes básicos de memorización 38

Diseño de un contador

El diseño de un contador también puede realizarse de la misma manera que el de cualquier otro tipo de circuito secuencial

Como ejemplo diseñaremos un contador binario ascendente/descendente módulo 8 El circuito será de tipo Moore, ya que las salidas no dependerán

directamente del valor de las entradas Dado que el contador es módulo 8 necesitaremos 3 biestables Para la realización del diseño usaremos biestables de tipo T El contador dispondrá de una señal de control C que determinará si la

cuenta es ascendente (C = 1) o bien si es descendente (C = 0)

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Diseño de un contador Una vez conocido el comportamiento que debe tener el contador

podemos plantear la tabla de transición o de estado siguiente

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Componentes básicos de memorización 40

Diseño de un contador A partir de la tabla de estado siguiente, y sabiendo que

utilizaremos biestables de tipo T, podemos generar la tabla de excitación de los biestables

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Componentes básicos de memorización 41

Diseño de un contador

La lógica de entrada a los biestables puede obtenerse simplificando las funciones correspondientes

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Componentes básicos de memorización 42

Diseño de un contador No es necesario generar ninguna lógica de salida, ya que la

salida del contador coincide con su estado, por lo que ya sólo queda dibujar el diagrama del circuito

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Componentes básicos de memorización 43

Estructura del tema

Introducción Registros

Registros con carga en paralelo Registros de desplazamiento Contadores

▫ Análisis y diseño de circuitos contadores▫ Contadores asíncronos

Bancos de registros

Memorias ROM – Memorias de sólo lectura RAM – Memorias de acceso aleatorio

Resumen y bibliografía

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Componentes básicos de memorización 44

Contadores asíncronos

Una posible manera de reducir el coste de un circuito contador es eliminar la lógica utilizada para calcular los incrementos y/o decrementos

Para conseguir esto se usan contadores asíncronos, es decir, contadores cuyos biestables no están conectados a la misma señal de reloj La forma más simple de implementarlo es hacer que cada biestable cambie

a la mitad de la frecuencia que el biestable anterior (doble período) El biestable de la posición n cambiará cuando el biestable de la posición

n-1 cambie de 1 a 0, pero no cuando el biestable de la posición n-1 cambie de 0 a 1

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Componentes básicos de memorización 45

Contadores asíncronos El biestable más apropiado para construir un contador asíncrono

es el biestable T Las entradas del biestable deben establecerse de forma que su estado

cambie en cada ciclo, es decir, siempre a 1 La señal de reloj del biestable de la posición n se conecta con la salida

complementada del biestable de la posición n-1

Dado que el biestable de la posición n sólo cambia en el flanco de subida de su reloj, solo cambiará cuando la salida complementada de n-1 cambie de 0 a 1, o sea, cuando el biestable de la posición n cambie de 1 a 0

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Componentes básicos de memorización 46

Contadores asíncronos Este diagrama muestra un contador asíncrono con una señal de

habilitación (E) y una señal de puesta a 0 (clear), así como una señal de reloj que se conecta sólo al biestable correspondiente al bit menos significativo

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Componentes básicos de memorización 47

Contadores asíncronos Este cronograma muestra el funcionamiento del contador,

pudiendo verse que cada biestable tiene un período que es el doble que el anterior

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Componentes básicos de memorización 48

Contadores asíncronos Si suponemos que el retardo de cada biestable es , la señal Q0

cambiará con un retardo , ya que pasa por un biestable, la señal Q1 cambiará con un retardo 2, ya que pasa por dos biestables, y así sucesivamente

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Componentes básicos de memorización 49

Contadores asíncronos Podemos decir que un contador asíncrono de n bits tendrá un

retardo máximo de n, y por tanto la frecuencia de operación del circuito será 1/n

Por su parte, el retardo máximo de un contador síncrono vendrá dado únicamente por la propagación del acarreo en la lógica de incremento/decremento

Esto significa que, con un mismo número de biestables, un contador síncrono sería más rápido que uno asíncrono

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Componentes básicos de memorización 50

Contadores en modo mixto Para acelerar un contador asíncrono podemos dividirlo en varias

secciones y hacerlo parcialmente síncrono Una posibilidad sería realizar un contador síncrono con

secciones asíncronas, de forma que la sección más significativa esté habilitada sólo cuando la menos significativa tenga su máximo valor

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Componentes básicos de memorización 51

Contadores en modo mixto Otra posibilidad consiste en realizar un contador asíncrono con

secciones síncronas La señal de reloj de la sección más significativa se conecta de tal

forma que sólo haya un flanco de subida cuando la sección menos significativa pase del valor máximo al valor cero

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Componentes básicos de memorización 52

Estructura del tema

Introducción Registros

Registros con carga en paralelo Registros de desplazamiento Contadores

▫ Análisis y diseño de circuitos contadores▫ Contadores asíncronos

Bancos de registros

Memorias ROM – Memorias de sólo lectura RAM – Memorias de acceso aleatorio

Resumen y bibliografía

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Componentes básicos de memorización 53

Bancos de registros Además de conectar los biestables en fila, es posible conectarlos

formando una estructura bidimensional

En una estructura de este tipo podemos considerar que cada fila es un registro, por lo que se le suele dar el nombre de banco de registros

La principal ventaja de un banco de registros es que, dada su regularidad, el diseño final resulta menos complejo de lo que sería necesario si implementamos los registros por separado

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Componentes básicos de memorización 54

Bancos de registros Un banco de registros consiste en:

Una red bidimensional de celdas (RFC – Register-file Cells) Decodificadores de lectura y escritura

Cada RFC consiste en un biestable con una circuitería lógica asociada que permite almacenar un bit

Los decodificadores de lectura y escritura seleccionan una fila concreta para permitir que en ella se realice una operación de lectura o escritura

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Componentes básicos de memorización 55

Bancos de registros Una RFC puede implementarse usando un biestable D y algunas

puertas lógicas para controlar: Una señal de entrada para datos Una señal de selección de escritura que hace que el dato de entrada se

almacene en el biestable Una señal de selección de lectura que hace que el dato almacenado en el

biestable pase a la salida a través de un buffer triestado

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Componentes básicos de memorización 56

Bancos de registros En general, un banco de registros de 2n registros de m bits

necesita: 2n filas de biestables m entradas de datos m salidas de datos

El decodificador de escritura necesita n líneas de dirección 1 línea de habilitación de escritura

El decodificador de lectura necesita n líneas de dirección 1 línea de habilitación de lectura

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Componentes básicos de memorización 57

Bancos de registros Este diagrama muestra un banco de cuatro registros de cuatro

bits en el que, por claridad, se ha suprimido la señal de reloj

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Componentes básicos de memorización 58

Bancos de registros con múltiples puertos La principal limitación de un banco de registros como éste es

que, en un momento dado, sólo puede leerse un dato y escribirse un dato al mismo tiempo

Decimos que un banco de registros de estas características tiene un puerto de lectura y un puerto de escritura

La solución a este problema es aumentar el número de puertos de lectura y escritura según convenga, de acuerdo con el uso que vaya a darse al banco

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Componentes básicos de memorización 59

Bancos de registros con múltiples puertos El problema de usar múltiples puertos es que el coste de cada

registro aumenta proporcionalmente al número de puertos que tenga

Un caso habitual es usar dos puertos de lectura y uno de escritura

Por ejemplo, suponiendo que un circuito digital realice una operación aritmética o lógica en cada ciclo: Los puertos de lectura proporcionarán los dos operandos El puerto de escritura permitirá almacenar el resultado

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Componentes básicos de memorización 60

Bancos de registros con múltiples puertos

Este diagrama muestra un banco de registros con las modificaciones necesarias para tener dos puertos de lectura, incluyendo un segundo decodificador de lectura

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Componentes básicos de memorización 61

Estructura del tema

Introducción Registros

Registros con carga en paralelo Registros de desplazamiento Contadores

▫ Análisis y diseño de circuitos contadores▫ Contadores asíncronos

Bancos de registros

Memorias ROM – Memorias de sólo lectura RAM – Memorias de acceso aleatorio

Resumen y bibliografía

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Componentes básicos de memorización 62

Memorias

Los bancos de registros en un sistema digital son rápidos, pero las características de su diseño implican que también deben ser pequeños Un banco de registros es ideal para almacenar datos temporales durante

operaciones de cálculo Su tamaño no es suficiente para almacenar todos los datos producidos

durante el funcionamiento del sistema

Las memorias son estructuras de almacenamiento de datos más lentas pero también más grandes, y por tanto son más apropiadas para memorizar grandes cantidades de datos a largo plazo

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Componentes básicos de memorización 63

Memorias de sólo lectura Las memorias de sólo lectura (ROM – read only memory) se

construyen para que almacenen determinada información que será accesible a un circuito digital

Una ROM contiene 2n líneas de m bits cada una, y necesitará nlíneas de dirección para permitir la selección de cada una de las líneas

Un decodificador con n líneas de control es el encargado de seleccionar las líneas y permitir la lectura de los datos, pero la escritura de datos es imposible

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Componentes básicos de memorización 64

Memorias de sólo lectura Las memorias ROM son programadas de forma permanente

durante el proceso de fabricación, por lo que se construyen con una determinada funcionalidad

En general, las ROM son excelentes para almacenar datos fijos dado que no son volátiles, es decir, su contenido no se pierde al desconectar la corriente

Debido a esto, las ROM se utilizan muy frecuentemente en sistemas digitales, como por ejemplo para almacenar programas que permitan inicializar un procesador

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Componentes básicos de memorización 65

Memorias de sólo lectura Al igual que los bancos de registros, podemos imaginar una

ROM como una red bidimensional de celdas de memoria (MC –memory cell)

En general, se interpreta como un 1 ó un 0 la presencia o ausencia de una conexión con una celda

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Componentes básicos de memorización 66

Ejemplo de aplicación de una ROM Como ejemplo diseñaremos un circuito que implemente el

funcionamiento descrito por este diagrama de estados usando biestables tipo T

La parte combinacional del sistema la vamos a implementar usando una memoria ROM

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Componentes básicos de memorización 67

Ejemplo de aplicación de una ROM Se trata de un diagrama de tipo Moore con cuatro estados, una

entrada y dos salidas, de lo que podemos deducir la tabla de estado siguiente

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Componentes básicos de memorización 68

Ejemplo de aplicación de una ROM Conociendo el comportamiento de los biestables T podemos

extender la tabla de estado siguiente y formar la tabla de excitación

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Componentes básicos de memorización 69

Ejemplo de aplicación de una ROM A partir del diagrama de estados también podemos deducir la

tabla y las ecuaciones de salida, teniendo en cuenta que se trata de un sistema de tipo Moore

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Componentes básicos de memorización 70

Ejemplo de aplicación de una ROM Con esta información podemos dibujar el diagrama

La memoria ROM será accedida usando como dirección los valores de las variables X, Q1 y Q0

Cada fila de la ROM se corresponderá con los valores que deben aparecer en las entradas de los biestables de acuerdo con los valores de X, Q1 y Q0correspondientes a esa fila

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Componentes básicos de memorización 71

Memorias ROM programables Otro tipo de ROM muy popular son las memorias ROM

programables (PROM), ya que se fabrican de tal forma que el usuario final puede programarlas según su conveniencia

En este tipo de memorias, cada celda está conectada a la línea correspondiente por medio de un transistor La ausencia de un fusible representa un 0 La presencia de un fusible representa un 1 El usuario puede programar una PROM fundiendo fusibles, pero sólo

podrá hacerlo una única vez

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Componentes básicos de memorización 72

Estructura del tema

Introducción Registros

Registros con carga en paralelo Registros de desplazamiento Contadores

▫ Análisis y diseño de circuitos contadores▫ Contadores asíncronos

Bancos de registros

Memorias ROM – Memorias de sólo lectura RAM – Memorias de acceso aleatorio

Resumen y bibliografía

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Componentes básicos de memorización 73

Memorias de acceso aleatorio Las memorias de acceso aleatorio (RAM – random access memory) son

memorias volátiles, es decir, su contenido se pierde cuando se desconectan de la corriente

Las memorias de acceso aleatorio (RAM – random access memory) están organizadas como conjuntos de filas 2n filas n líneas de dirección para identificar cada fila m bits almacenados en cada fila

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Componentes básicos de memorización 74

Memorias de acceso aleatorio Además de las líneas de dirección hace falta una señal de

selección de chip (CS) que habilite o deshabilite la RAM

La señal CS permite construir una memoria grande con varias RAM de forma que sólo una de ellas sea accedida en un momento dado

También existe una señal de selección de lectura o escritura (RWS) que selecciona el modo de operación de la RAM: lectura(0) ó escritura(1)

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Componentes básicos de memorización 75

Memorias de acceso aleatorio De forma similar a los bancos de registros, una RAM se organiza

como un conjunto de celdas de memoria (MC) Podemos representar el funcionamiento de cada celda como un

biestable D con una lógica asociada

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Componentes básicos de memorización 76

Memorias de acceso aleatorio El diseño de las celdas de memoria se optimiza para reducir el

número de transistores

Las memorias RAM estáticas (SRAM – static RAM) necesitan entre 4 y 6 transistores, siendo capaces de retener los datos mientras no se sobrescriban y la SRAM permanezca conectada a la corriente Bancos de registros, memorias cache

Las memorias RAM dinámicas (DRAM – dynamic RAM) sólo necesitan un transistor por celda, por lo que ocupan menos y son más baratas, pero su contenido se pierde con cada lectura, así que hay que reescribirlo (ciclos de refresco) SDRAM DDR Memoria principal

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Componentes básicos de memorización 77

Memorias de acceso aleatorio Otra desventaja de las DRAM es que tienden a perder el dato

almacenado al cabo de un tiempo debido a imperfecciones de fabricación Para solucionar esto es necesario acceder a todas las celdas o reescribir

todos los datos con cierta frecuencia Durante esta operación de refresco, todas las operaciones de lectura y

escritura deben suspenderse

A pesar de los problemas, las memorias DRAM son muy populares debido a su mayor densidad y su menor coste, mientras que las SRAM son usadas cuando la rapidez de acceso es el factor principal

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Componentes básicos de memorización 78

Memorias de acceso aleatorio Este diagrama muestra la estructura de una RAM, incluyendo el

decodificador de direcciones que selecciona la línea que debe ser accedida

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Componentes básicos de memorización 79

Temporización de las RAM La organización de las RAM impone restricciones de

temporización en la forma en la que se realizan los accesos de lectura y escritura

La dirección debe permanecer en las líneas desde antes de que comience el acceso hasta después de que termine para asegurar un buen funcionamiento Las líneas de dirección deben tener los valores adecuados desde el

principio del acceso, ya que el camino crítico pasa por el decodificador En caso de una escritura, no hace falta que el dato esté disponible desde el

principio, pero debe estarlo antes de que sea necesario y hasta después de terminada la escritura

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Componentes básicos de memorización 80

Temporización de las RAM Este cronograma muestra la temporización de un acceso de

lectura a una RAM

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Componentes básicos de memorización 81

Temporización de las RAM Este cronograma muestra la temporización de un acceso de

escritura a una RAM

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Componentes básicos de memorización 82

Combinación de memorias RAM

En general, las RAM se fabrican con una cantidad determinada de líneas (2n) y de bits por línea (m)

Si en un momento dado hay que fabricar una memoria más grande que las que tenemos disponibles, tendremos que combinar varias de ellas Para obtener memorias con una mayor cantidad de bits por línea podemos

conectar varias RAM en paralelo, todas ellas conectadas a las mismas líneas de direcciones

Para obtener memorias con un mayor cantidad de líneas podemos conectar varias RAM en serie, usando una parte de la dirección para seleccionar una RAM con un decodificador y otra parte de la dirección para acceder a la RAM

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Componentes básicos de memorización 83

Combinación de memorias RAM Este diagrama muestra la conexión de varias memorias RAM en

paralelo para aumentar el tamaño de palabra almacenada: RAM de 214x32 bits utilizando módulos RAM de 214x8 bits

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Componentes básicos de memorización 84

Combinación de memorias RAM

Este diagrama muestra la conexión de varias memorias RAM en serie para aumentar el número de posiciones de memoria: RAM de 216x8 bits utilizando módulos RAM de 214x8 bits

NOTA: Es posible combinar ambas técnicas para aumentar tanto el número de posiciones de la memoria como el tamaño de la palabra almacenada

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Componentes básicos de memorización 85

Ejercicio 1

Construye un sistema de memoria de tamaño 512K palabras, con tamaño de palabra de 16 bits. Las primeras 64K palabras son de sólo lectura y se encuentran en las direcciones más bajas. El resto del espacio direccionable será de lectura/escritura. Para ello se dispone de los siguiente módulos: RAM de 64kx8bits RAM de 128Kx16bits ROM de 16Kx16bits decodificadores varios

Cada uno de los módulos de memoria y los decodificadores disponen de una señal de habilitación (o selección) activa a nivel alto.

¿En qué módulo de memoria se encuentra almacenada la palabra con dirección 0x186A0?

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Componentes básicos de memorización 86

Ejercicio 2

Diseñar una memoria de tamaño total 1M palabras con un ancho de palabra 32 bits en la que las primeras 256K palabras sean de memoria ROM y el resto de memoria RAM. Para ello se dispone de tres tipos de módulos: Memorias ROM de 64 KB con un ancho de palabra de 8 bits. Memorias RAM de 256 KB con un ancho de palabra de 32 bits. Memorias RAM de 512 KB con un ancho de palabra de 16 bits.

Cada módulo posee entradas de direcciones, entradas de datos, salidas de datos y una señal de selección (CS) activa a nivel alto. Para el diseño se pueden utilizar tantos módulos como creas necesarios pero debe usarse al menos uno de cada tipo. Asume que dispones de los decodificadores que estimes oportunos.

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Componentes básicos de memorización 87

Estructura del tema

Introducción Registros

Registros con carga en paralelo Registros de desplazamiento Contadores

▫ Análisis y diseño de circuitos contadores▫ Contadores asíncronos

Bancos de registros

Memorias ROM – Memorias de sólo lectura RAM – Memorias de acceso aleatorio

Resumen y bibliografía

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Componentes básicos de memorización 88

Resumen

El almacenamiento de datos es una característica primordial de los sistemas digitales

Los registros permiten almacenar información y acceder a ella de forma rápida, por lo que son útiles para trabajar con datos concretos, pero la cantidad de registros que un sistema puede tener es reducida

Las memorias son más lentas que los registros pero tienen una capacidad mucho mayor, por lo que resultan útiles para almacenar grandes cantidades de información que pueda transferirse a los registros cuando sea necesario

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Componentes básicos de memorización 89

BibliografíaPrincipios de Diseño Digital

Capítulo 7Daniel D. GajskiPrentice Hall, 1997