Transcript Memorias de Acceso Aleatorio RAM DRAM

Jerarquía de las memorias
Jerarquía de memorias en un
Pentium
Métricas de las memorias
 Capacidad de almacenamiento: en bytes o





múltiplos (kB, MB, TB)
Tiempo de acceso: en segundos o
submúltiplos (ns, ms)
Velocidad de tranferencia de datos: en
bytes/seg o múltiplos
Comsumo de energía: en Watts
Tamaño físico: en cm3
Costo total y costo por MB: en $ y $/MB
Tipos y tecnología de
memorias
 Memorias ROM (Read Only Memory)
 Programable ROM
 Erasable Programable ROM
 Electronically Erasable Programable ROM
 Memorias RAM (Random Access Memory)
 RAM estáticas vs dinámicas
 RAM volátiles vs no volátiles
 Memorias FLASH
Memoria ROM
Memoria de sólo lectura (normalmente conocida por su
acrónimo, Read Only Memory) es una clase de medio de
almacenamiento utilizado en las computadoras y otros
dispositivos electrónicos. Los datos almacenados en la ROM
no se pueden modificar -al menos no de manera rápida o fácily se utiliza principalmente para contener el firmware
(software que está estrechamente ligada a hardware
específico.
Las más modernas, como EP ROM y Flash
EEPROM se puede borrar y volver a programar
varias veces, aún siendo descritos como "memoria
de sólo lectura (ROM), porque el proceso de
reprogramación en general es poco frecuente,
relativamente lento y, a menudo, no se permite la
escritura en lugares aleatorios de la memoria.
Una razón de que todavía se utilice la memoria ROM para
almacenar datos es la velocidad ya que los discos son más
lentos. Aún más importante, no se puede leer un programa
que es necesario para ejecutar un disco desde el propio
disco. Por lo tanto, la BIOS, o el sistema de arranque
oportuno de la computadora normalmente se encuentran
en una memoria ROM.
La memoria RAM normalmente es más rápida para lectura
que la mayoría de las memorias ROM, por lo tanto el
contenido ROM se suele traspasar normalmente a la
memoria RAM.
Ejemplo memoria OTP EPROM
Memoria PROM
(PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORIES)
Es una memoria digital donde el
valor de cada bit depende del
estado de un fusible (o antifusible),
que puede ser quemado una sola
vez. Por esto la memoria puede ser
programada (pueden ser escritos
los datos) una sola vez a través de
un dispositivo especial, un
programador
PROM.
Estas
memorias son utilizadas para
grabar datos permanentes en
cantidades menores a las ROMs, o
cuando los datos deben cambiar en
muchos o todos los casos
Memoria EPROM
MÉTODO DE PROGRAMACIÓN DE LA MEMORIA PROM
Para conseguir que la información que se
desea grabar sea inalterable, se utilizan dos
técnicas: por destrucción de fusible o por
destrucción de unión.
El proceso de programación de una PROM
generalmente se realiza con un equipo
especial llamado quemador. Este equipo
emplea un mecanismo de interruptores
electrónicos controlados por software que
permiten cargar las direcciones, los datos y
genera los pulsos para fundir los fusibles
del arreglo interno de la memoria.
Memoria EPROM
Las EPROM, o Memorias sólo de
Lectura
Reprogramables,
se
programan mediante impulsos
eléctricos y su contenido se borra
exponiéndolas a la luz ultravioleta
(de ahí la ventanita que suelen
incorporar este tipo de circuitos),
de manera tal que estos rayos
atraen
los
elementos
fotosensibles, modificando su
estado
PROGRAMACIÓN DE UNA
MEMORIA EPROM
Las EPROM se programan insertando el chip en un
programador de EPROM. aplicando en un pin especial de la
memoria una tensión entre 10 y 25 Voltios durante
aproximadamente 50 ms, según el dispositivo, al mismo
tiempo se direcciona la posición de memoria y se pone la
información a las entradas de datos. Este proceso puede
tardar varios minutos dependiendo de la capacidad de
memoria.
La memoria EPROM, se compone de un arreglo de
transistores MOSFET de Canal N de compuerta aislada.
PROGRAMACIÓN DE UNA
MEMORIA EPROM
Las memorias de sólo lectura presentan un esquema de
direccionamiento similar al de las memorias RAM. El microprocesador
no puede cambiar el contenido de la memoria ROM.
Entre las aplicaciones generales que involucran a las EPROM
debemos destacar las de manejo de sistemas microcontrolados. Todo
sistema microcontrolado y/o microprocesado (se trate de una
computadora personal o de una máquina expendedora de boletos
para el autotransporte...) nos encontraremos con cierta cantidad de
memoria programable por el usuario (la RAM), usualmente en la
forma de dispositivos semiconductores contenidos en un circuito
integrado (no olvidemos que un relay biestable o un flip-flop también
son medios de almacenamiento de información)
Características físicas de la
EPROM
Ejemplo memoria OTP EPROM
Diagrama de tiempos de la
EPROM
EEPROM
(ELECTRICAL ERASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY)
Las memorias EEPROM (Electrically Erasable
Programmable
Read-onlyMemory)
son
memorias no volátiles y eléctricamente borrables
a nivel de bytes. La posibilidad de programar y
borrar las memorias a nivel de bytes supone una
gran flexibilidad, pero también una celda de
memoria más compleja. Además del transistor
de puerta flotante anterior, es preciso un
segundo transistor de selección.
EEPROM
(ELECTRICAL ERASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY)
El tener 2 transistores por celda hace que las
memorias EEPROM sean de baja densidad y
mayor coste. La programación requiere de
tiempos que oscilan entre 157s y 625s=byte.
Frente a las memorias EPROM, presenta la
ventaja de permitir su borrado y programación
en placa, aunque tienen mayor costo debido a
sus dos transistores por celda.
EEPROM
Ventajas
La programación y el borrado pueden realizarse
sin la necesidad de una fuente de luz UV y unidad
programadora de PROM, además de poder
hacerse en el mismo circuito gracias a que el
mecanismo de transporte de cargas mencionado
en el párrafo anterior requiere corrientes muy
bajas
EEPROM
Ventajas
•Las palabras almacenadas en memoria se pueden borrar de forma individual.
•Para borra la información no se requiere luz ultravioleta.
• Las memorias EEPROM no requieren programador.
•De manera individual puedes borrar y reprogramar eléctricamente grupos de
•caracteres o palabras en el arreglo de la memoria.
•El tiempo de borrado total se reduce a 10ms en circuito donde su antepasado
•inmediato requería media hora bajo luz ultravioleta externa.
•El tiempo de programación depende de un pulso por cada palabra de datos de
•10 ms, versus los 50 ms empleados por una ROM programable y borrable.
•Se pueden reescribir aproximadamente unas 1000 veces sin que se observen
•problemas para almacenar la información.
•Para reescribir no se necesita hacer un borrado previo
Aplicaciones
de
las
Memorias
EEPROM
Encontramos este tipo de memorias en aquellas
aplicaciones en las que el usuario necesita
almacenar de forma permanente algún tipo de
información; por ejemplo en los receptores de
TV o magnetoscopios para memorizar los
ajustes o los canales de recepción.
Ejemplo EEPROM
Ejemplo EEPROM
Memorias de Acceso Aleatorio RAM
El tiempo de acceso para todas las palabras es el
mismo.
Estructura de cuatro bloques
•Celdas de memoria
•Decodificador
•Lógica de control
•Líneas de bits
Las líneas de direcciones se conectan al
decodificador,
que
selecciona
la
palabra
correspondiente.
Memorias de Acceso Aleatorio RAM
Tipos de memoria RAM:
Volátiles:
SRAM (RAM estática): usa
flip-flops (también llamados
biestables)
DRAM (RAM dinámica): usa
condensadores
No volátiles:
NVRAM (RAM no volátil)
ROM (también es de acceso
aleatorio pero se estudian
aparte)
Memorias de Acceso Aleatorio RAM
SRAM
Sus flip-flops mantienen el estado
siempre que no se quite su alimentación.
Son de lectura y escritura.
Uso:
Aplicaciones en las que se valora la
rapidez y la sencillez:
Memorias caché
Buffer
La estructura de una SRAM es la misma
que la de una RAM genérica. Se fabrican
con tecnología bipolar y CMOS. La
bipolar es más rápida, pero la CMOS
tiene un consumo mucho menor y
permite una mayor densidad de
integración, y por tanto una mayor
capacidad.
Actualmente se usa sobre todo la
tecnología CMOS
Esquema de un condensador
Memorias de Acceso Aleatorio RAM
DRAM
Condensador cargado: 1 lógico.
Condensador descargado: 0 lógico.
Se usa un circuito comparador que indica si está por encima o por debajo de
un umbral dado.
Los condensadores no almacenan la carga por tiempo indefinido por lo que
requieren un refresco (por eso se llaman dinámicas). El refresco dinámico es
una desventaja frente a las SRAM porque el sistema de control se hace más
complejo.
Pero un condensador ocupa 4 veces menos que un flip-flop, lo que permite una
mayor densidad de almacenamiento y consumen menos potencia que las
SRAM.
Memorias de Acceso Aleatorio RAM
DRAM
Métodos de refresco para una memoria DRAM:
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Por ráfaga: cada
tiempo de refresco se suspende el funcionamiento de la
DRAM y se refrescan sucesivamente todas sus filas.
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Distribuido: se
intercalan los ciclos de refresco con los de lectura y
escritura, periódicamente se refresca una fila.
<!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->Periodo de refresco=
tiempo de refresco DRAM / número de filas.
Memorias de Acceso Aleatorio RAM
Comparación entre las SRAM y las DRAM
Desventajas DRAM frente a SRAM
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Operación de refresco de las celdas de
memoria.
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Mayor tiempo de acceso.
Ventajas DRAM frente a SRAM
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Mayor densidad de almacenamiento
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Menor consumo de potencia
Criterio de utilización SRAM/DRAM
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->SRAM
<!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->Aplicaciones en las que se valora la
rapidez y la sencillez.
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->DRAM
<!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->Aplicaciones en las que se necesite
una elevada capacidad y un bajo consumo.
Memorias de Acceso Aleatorio RAM
Comparación entre las SRAM y las DRAM
Desventajas DRAM frente a SRAM
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Operación de refresco de las celdas de
memoria.
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Mayor tiempo de acceso.
Ventajas DRAM frente a SRAM
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Mayor densidad de almacenamiento
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Menor consumo de potencia
Criterio de utilización SRAM/DRAM
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->SRAM
<!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->Aplicaciones en las que se valora la
rapidez y la sencillez.
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->DRAM
<!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->Aplicaciones en las que se necesite
una elevada capacidad y un bajo consumo.
Memorias de Acceso Aleatorio RAM
NVRAM
Si se necesita una memoria RAM no volátil, que mantenga su contenido
aunque se le quite la tensión de alimentación tenemos dos soluciones:
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Usar memorias que puedan
alimentarse con baterías de backup o de respaldo cada vez que se
interrumpe la alimentación.
<!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->Memorias CMOS para que tengan un
consumo muy reducido y las baterías no se descarguen demasiado pronto.
<!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->El sistema de memoria dispone de un
circuito de control que supervisa la tensión de alimentación. En
funcionamiento normal, las memorias emplean la tensión de alimentación
del sistema, pero, al desconectar la tensión de alimentación del sistema, el
circuito de control conecta la batería de backup a las patillas de
alimentación de las memorias.
Memorias de Acceso Aleatorio RAM
<!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Utilizar memorias realmente no
volátiles, que incorporan la circuitería necesaria para no perder la
información cuando se interrumpa la alimentación. La memoria de este tipo
más utilizada es:
<!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->NVRAM con pila de litio interna.
<!--[if !supportLists]-->· <!--[endif]-->Se basa en una SRAM a la que se
añade una pila de litio y un circuito de detección de fallo de alimentación
que comprueba constantemente el nivel de tensión de alimentación. Si éste
cae:
<!--[if !supportLists]-->1. <!--[endif]-->Inhibe la operación de escritura
<!--[if !supportLists]-->2. <!--[endif]-->Conmuta la alimentación a la pila de
litio interna.
<!--[if !supportLists]-->3. <!--[endif]-->Si el nivel de alimentación se
reestablece se realizan las operaciones contrarias.