Lección 8MEMORIAS

¿Qué es un microprocesador?

Es un Circuito Integrado Secuencial Síncrono

¿Qué necesita para funcionar?

Una tensión continua estable (5V, 3.3V, 2.5V, 1.5V...)Una señal de reloj (frecuencia del oscilador)Otros circuitos digitales (sistema mínimo microprocesador)

¿Qué hace?

Interpreta (decodifica) combinaciones de bits (órdenes) y genera señales digitales internas y/o externas para el resto de circuitos

¿Para qué?

Para “ejecutar” de manera continua una secuencia de órdenes (o programa)

CUESTIONES PREVIAS

Unidad Central de Proceso (CPU)

CU: Unidad de Control

ALU: Unidad Aritmético-Lógica

Registros

“Mundo exterior”

Sistema Mínimo Procesador

Bus de Direcciones: selecciona origen o destino (unidireccional): M líneas: capacidad de direccionar 2M posiciones/direcciones

Bus de Datos: transferencia de datos (bidireccional)N líneas: bits transmitidos en paralelo (tamaño de los datos)

Bus de Control: heterogéneo, depende del microprocesador

Buses: canales de comunicación entre unidades

¿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

MEMORIAS

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.

CLASIFICACIÓN (II)

Por las Operaciones

RWM: Memorias de Lectura/Escritura; las operaciones de lectura y de escritura son rápidas y habituales en el funcionamiento del P 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 P

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

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)

•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

UVPROM=OTP son EPROM sin “ventana”

EEPROM: reprogramables y borrables eléctricamente

permiten un borrado selectivo por posiciones

Flash: EEPROM de acceso más rápidoborrado simultáneo de toda la memoria

MEMORIAS ROM (I)

ALMACENAN PROGRAMAS Y DATOS PERMANENTES O QUE NO CAMBIAN CON

FRECUENCIA

Estructura matricial:m líneas de direccionamiento (Ai): 2m 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

Deco

dific

ador

de d

irecc

ione

s

Circuito de E/S

(Ai) Líneas deDirecciones

(Di) Líneas de DatosControl

/CE

/OE

MEMORIAS ROM (II)

ROM bipolar con diodos (tamaño 2x4)

Decodificador1 a 2

Circuito de Salida(triestado)

1 1 0 1

0 1 1 0

A0

/OE

D3 D2 D1 D0

/CE

Contenidode la memoria

+Vcc

ROM bipolar con transistores

sustituyendoa diodos

MEMORIAS ROM (III)

Se fabrican en “blanco” (todos fusibles intactos) y si se quema se graba un “0” en esa celda:

SALIDADECODIFICADOR

Fusible mantenido“grabado 1”

Fusible quemado“grabado 0”

MEMORIAS ROM (IV): PROM

•EPROM: Borrable con luz UV

•EEPROM: Borrable eléctricamente

•FLASH EEPROM: Borrable eléctricamente todas las posiciones simultáneamente

EPROM: 128K x 8

13.1 segundos para grabar20 minutos para borrado (todas a la vez)

FLASH EEPROM: 256K x 8

2.6 segundos para grabar1 segundo para borrado (todas a la vez)

MEMORIAS ROM (V): BORRABLES

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

Tamaño de memoria: 2mx n

Matriz de Celdasde

MemoriaDe

codi

ficad

orde

dire

ccio

nes

Circuito de E/S

(Ai) Líneas deDirecciones

(Di) Líneas de DatosContro

l

/CE/OE/WE

MEMORIAS RAM ASÍNCRONAS

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

EXPANSIÓN DE MEMORIAS (I)

Bus de direcciones Bus de datos

Expansión del tamañode palabra:

2 chips de 1k x 4

1 memoria de 1k x 8

Bus de direcciones Bus de datos

Expansión del númerode posiciones:

2 chips de 1k x 4

1 memoria de 2k x 4

EXPANSIÓN DE MEMORIAS (II)

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)

A0A9CS

RAM 1K x 4(6)

A0A9CS

RAM 1K x 4(5)

A0A9CS

RAM 1K x 4(4)

A0A9CS

RAM 1K x 4(3)

A0A9CS

RAM 1K x 4(2)

A0A9CS

RAM 1K x 4(8)

A0A9CS

RAM 1K x 4(1)

A0A9CS

DECODIFICADOR2 a 4

A9 A0

E1

E0

ENABLE

+Vcc (1)

A10A11 D7 D4 D3 D0..... .....

EXPANSIÓN DE MEMORIAS (III)

•Es el “plano” de localización de cada tipo de memoria en un Sistema Microprocesador

•Representa el margen de las direcciones de acceso a cada tipo 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 memoria y/o unidades de entrada/salida

•Algunos microprocesadores distinguen entre el Mapa de Memoria y el Mapa de Entrada/Salida

MAPA DE MEMORIA

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

MAPA DE MEMORIA (II): EJEMPLO

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 16 000F 128 007F 1/8K 256 00FF 1/4K 1024 03FF 1K 2048 07FF 2K 4096 0FFF 4K 8192 1FFF 8K 16384 3FFF 16K 32768 7FFF 32K

65536 FFFF 64K

Tamaño REAL de la memoria

Última dirección utilizada

Tamaño de la

memoria

DATOS UTILIZADOS EN MEMORIAS

Líneas de direccionamiento