CONTEXTO DE LA MEMORIA EN UN SISTEMA DE CÓMPUTO M E M O R I A S

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1 152 CONTEXTO DE LA MEMORIA EN UN SISTEMA DE CÓMPUTO M E M O R I A S La manipulación la información binaria en la mayoría de los procesos lógicos en electrónica digital y en general en los sistemas de cómputo, se requieren elementos que almacenen dicha información. Para entender el tema que nos ocupa a continuación se dan las definiciones básicas, se ven los tipos de memorias que existen, sus aplicaciones y algunos ejemplos de memorias de uso general disponibles en el mercado. Memoria.- Cualquier dispositivo capaz de almacenar datos o información. Una computadora digital consta de cinco unidades principales: La unidad de control, Unidad Lógica-Aritmética, Unidad de Memoria y la unidad de Entrada- Salida; organizada como se muestra: COMPUTADORA U. de Ent.- Sal. U. Lógica y Aritmética Unidad de Control Unidad de Memoria (Programa- Datos). Partes de una Computador Digital. Terminología de Memorias: Celda de memoria: Dispositivo o circuito eléctrico que se usa para almacenar un solo bit (0 o 1 lógico), algunos ejemplos de elementos usados como celdas de memorias son: * Biestable (flip-flop) *Núcleo magnético *Un capacitor *Un solo canal en cinta o disco magnético

2 153 Entrada (Escritura) Celda de memoria Línea de seleccion UNIDAD DE MEMORIA Salida (Lectura) Orden de W/R Ejemplos de Celdas de memoria: Celda de Memoria mediante Flip- Flops. S R Q Set to One Reset to Zero Biestable Tipo D Flip-Flop tipo D Celda de memoria con terminales de control.

3 154 Palabra de memoria.- Grupo de bits (celdas) en una memoria que representa instrucciones o datos de algún tipo. Los tamaños de palabra en las computadoras modernas varían comúnmente de 4 a 64 bits, según la dimensión de la computadora. Ejemplo: Un registro consta de ocho F.F. puede considerarse como una memoria que almacena una palabra de ocho bits. Byte.- Tamaño de palabra de 8bits más usada en una microcomputadora. Capacidad.- Forma especificar cuantos bits puede almacenar un dispositivo de memoria particular o bien un sistema de memoria completo. Memoria de 4P x 4P ( 4 Palabras de 4 Bits ) FF FF FF FF No. de Palabras FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF No. bits por Palabra Ejemplos:

4 155 Una memoria que pude almacenar 4096 palabras de 20 bits, tiene una capacidad de 81,921 bits. En términos prácticos el número de palabras contenidas en una memoria, a menudo se usa la designación de 1k para representar 1024 bits. Ejemplo: para una memoria de 4k x 20 bits, tiene una capacidad real de 4096 palabras x 20 bits = (4096)(20) = 81,920 bits. Tabla de referencia de la capacidad de Memorias. Binario Capacidad Real Capacidad en kbits x n bits 1k x n bits x n bits 2k x n bits x n bits 4k x n bits x n bits 8k x n bits x n bits 16k x n bits x n bits 32k x n bits x n bits 64k x n bits x n bits 128k x n bits x n bits 256k x n bits x n bits 512k x n bits x n bits 1024k x n bits Donde: n= tamaño de la palabra Los tamaños de las palabras de memoria más usados en hexadecimal son: Palabra 0010 = nibble = Byte Dirección.- Numero que identifica la localidad de una palabra de memoria, las direcciones se especifican en códigos: Binario, Octal ó Hexadecimal y se usa para identificar dicha palabra. Ejemplo: Al efectúa una operación de lectura de la palabra 4 de memoria, se tiene que dar la dirección 100; los números del 000 al 111 representan las diferentes direcciones.

5 156 DIRECCIÓN 000 Palabra 0 Pagina de memoria 001 Palabra Palabra 7 Direccionamiento de una Memoria El direccionamiento de una memoria se puede hacer por: a) Palabra o línea b) Coincidencia a) Direccionamiento por Palabra. Este tipo de direccionamiento es usado en los arreglos de unidades básicas de memoria. El ejemplo del punto anterior es un direccionamiento por palabra, donde para cada una de las palabras se requiere una dirección, normalmente cada palabra puede tener una magnitud de: 1,2,4,8,16,32 y 64 bits. MEMORIA DE 4x1 (Cuatro palabras de un Bit) Ejemplo: Direccionamiento por línea.

6 157 Entradas/Salidas Memoria de 4x4 (4 palabras de 4 bits.) b) Direccionamiento por Coincidencia. Este tipo de direccionamiento, tiene como objetivo, disminuir al mínimo el número de líneas de dirección. Ejemplo: Si se quieren direccionar por línea 16 palabras de un carácter, se requirieran 16 líneas de dirección. Sin embargo si las 16 palabras se arreglan en una matriz de 4x4, solo se requerirán 8 líneas de dirección por coincidencia. P 0 P 1 P 2 P 3 E S Líneas de habilitación Memoria de 16X1(16 Palabras de un bit)

7 158 Operación de lectura: La operación con la cual la palabra binaria almacenada en una localidad especifica de la memoria (dirección) es captada y transferida a otra localidad. También se conoce esta operación como buscar y traer. Tiempo de acceso: (tacc).- Medida de velocidad del dispositivo de memoria. Es la cantidad de tiempo que se requiere para realizar una operación de lectura. En términos más específicos es el tiempo entre la memoria recibe una señal de comando y los datos que se colocan a disposición en la salida. Tiempo de Ciclo.- Es la cantidad de tiempo necesario para que la memoria realice una operación de lectura o escritura y después regresar a su estado inicial; se dice también que es otra mediada de la velocidad del dispositivo de memoria. Volátiles Clasificación de Memorias de Semiconductores Estáticas: Memoria RAM estática.- Este tipo de memoria conocida como SRAM ( Static Random Access Memory) se compone de celdas conformadas por flip-flops construidos generalmente con transistores MOSFET. SRAM Sincrónica.- Al igual que en los sistemas sincrónicos, este tipo de memoria tiene una entrada de reloj, la cual le permite operar en sincronía con otros dispositivos. SRAM de Ráfaga.- Las memorias de ráfagas (burst) son sincrónicas y se caracterizan por incluir un contador que permite que la memoria genere internamente la dirección a la que debe acceder, consiguiendo de esta forma accesos hasta cuatro posiciones de memoria con una sola dirección de referencia. Esto permite acceder de forma más rápida a la información en memoria. SRAM Pipeline.- Con los dos tipos de memorias anteriores se consigue el acceso a posiciones consecutivas de forma rápida. Para mantener esta velocidad cuando se cambia de secuencia, las memorias pipeline incluyen un buffer para almacenar la dirección y los datos actuales proporcionados por la memoria. De esta forma, se puede enviar la nueva dirección antes de terminar la lectura, consiguiendo así que la CPU no espere la finalización del acceso a una posición de memoria para generar la nueva dirección.

8 159 Dinámicas: Memoria RAM dinámica.- Este tipo de memoria conocida como DRAM (Dinamic Random Access Memory), a diferencia de la memoria estática se compone de celdas de memoria construidas con condensadores. Las celdas de memoria son de fabricación más sencillas en comparación a las celdas a base de transistores, lo cual permite construir memorias de gran capacidad. Celda de memoria de una DRAM La operación de la celda es similar a la de un interruptor, cuando el estado en la fila se encuentra en alto, el transistor entra en saturación y el dato presente en el bus interno de la memoria (columna) se almacena en el condensador durante una operación de escritura, y en una operación de lectura se extrae dicho bit. No Volátiles (Pasivas) Memoria ROM de Máscara.- Esta memoria se conoce simplemente como ROM y se caracteriza porque la información contenida en su interior se almacena durante su construcción y no se puede alterar. Son memorias ideales para almacenar microprogramas, sistemas operativos, tablas de conversión y caracteres.

9 160 Celdas de memoria para una ROM Memoria PROM.- Esta memoria es conocida como ROM programable de la sigla en inglés Programmable Read Only Memory. Este tipo de memoria a diferencia de la ROM no se programa durante el proceso de fabricación, en vez de ello la programación la efectúa el usuario y se puede realizar una sola vez, después de la cual no se puede borrar o volver a almacenar otra información. Comúnmente la información se programa o quema en las diferentes celdas de memoria aplicando la dirección en el bus de direcciones, los datos en los buffers de entrada de datos y un pulso de 10 a 30V, en una terminal dedicada para fundir los fusibles correspondientes. Celda de Memoria de una PROM Memoria EPROM.- Este tipo de memoria es similar a la PROM con la diferencia que la información se puede borrar (con luz ultravioleta) y volver a grabar varias veces. Su nombre proviene de la sigla en inglés Erasable Read Only Memory.

10 161 La memoria EPROM, tal como las memorias vistas anteriormente se compone de un arreglo de transistores MOSFET de Canal N de compuerta aislada. Celda de memoria de una EPROM Cada transistor tiene una compuerta flotante de SiO 2 (sin conexión eléctrica) que en estado normal se encuentra apagado y almacena un 1 lógico. Durante la programación, al aplicar una tensión (10 a 25V) la región de la compuerta queda cargada eléctricamente, haciendo que el transistor se encienda, almacenando de esta forma un 0 lógico. Por otra parte el borrado de la memoria se realiza mediante la exposición del dispositivo a rayos ultravioleta durante un tiempo aproximado de 10 a 30 minutos. Vista de una Memoria Tipo UVPROM. Memoria EEPROM.- La memoria EEPROM es programable y borrable eléctricamente y su nombre proviene de la sigla en inglés Electrical Erasable Programmable Read Only Memory. Actualmente estas memorias se construyen con transistores de tecnología MOS (Metal Oxide Silice) y MNOS (Metal Nitride-Oxide Silicon).

11 162 Memoria FLASH.- La memoria FLASH es similar a la EEPROM, es decir que se puede programar y borrar eléctricamente. Sin embargo esta reúne algunas de las propiedades de las memorias anteriormente vistas, y se caracteriza por tener alta capacidad para almacenar información y es de fabricación sencilla, lo que permite fabricar modelos de capacidad equivalente a las EPROM a menor costo que las EEPROM. Las celdas de memoria se encuentran constituidas por un transistor MOS de puerta apilada, el cual se forma con una puerta de control y una puerta aislada. La compuerta aislada almacena carga eléctrica cuando se aplica una tensión lo suficientemente alta en la puerta de control, almacenando así un 0. Celda de memoria de una FLASH Para determinar si el dato almacenado en la celda es un 1 ó un 0, se detecta la corriente circulando por el transistor en el momento que se aplica la tensión en la compuerta de control. Página de Memoria más Usadas. Cada página tiene 256 bytes de memoria y ocupa de la dirección 0000 a 01FF en hexadecimal. (1 byte = 8 bits).

12 FF bytes (1 pagina) [000 a 255] F Párrafos 16 palabras [0000 a 000F 16 ] Nota: Con 16 direcciones de 0000B a 1111B ubicar 16 palabras; si se hace una conversión de 1111B a decimal da 15D, para que existan 16 direcciones se requiere contar el cero decimal. Memoria de 4k Bytes. La primera página estará comprendida de la dirección 0000 a 00FF; la segunda estará de 100 a 1FF; la segunda estará de a 01FF F00 0C EFF 0BFF 07FF 4k bytes Hex FF Inicio de la página k bytes 0100

13 164 Operación General de una Memoria. En general, ciertos principios básicos de operación en todos loa sistemas de memoria son los mismos, aunque su operación interna es diferente. Las funciones que realiza un sistema de memoria son: 1.-Seleccionar la dirección en la memoria para acceder a una operación de Lectura / Escritura (L/E). 2.- Seleccionar una operación de lectura o escritura para ser efectuada. 3.- Determinar la operación que se va a realizar, escritura o lectura, para proporcionar datos a la entrada o conectar los datos de salida a una localidad de memoria o registro, respectivamente. 4.- Activar (o desactivar) la memoria de manera que responda (o no) a sus terminales de datos y control (tiempo de ciclo). Entradas de datos Entradas de dirección I3 I2 I1 I0 A4 A3 R / W A2 A1 M.E. A0 O3 O2 O1 O0 Comando de lectura / escritura Memoria Habilitada (Memory Enable) Salida de datos Diagrama General de una Memoria de 32 x 4 El bloque anterior representa una memoria con las siguientes características: *Memoria de circuito integrado, formando dos líneas o hileras de pines (DIP) y generalmente se fabrican con capacidades de orden de Kilobytes o Megabytes, para el caso del ejemplo es de 32 palabras de 4 bits. *Cuatro líneas de entrada de datos (I 0 I 3 ) y las mismas de salida de datos ( O 0 O 3 ). En las nuevas versiones se usa el mismo bus de entrada y salida de datos. En el mercado se consiguen generalmente buses de 1, 4, 8, 16, 32 y 64 bits y lo más usual es encontrar chips tengan 8 entradas de datos.

14 165 *Cinco líneas de direccionamiento, A 0 A 4, para seleccionar la posición de memoria a escribir o leer y su cantidad define la capacidad de palabras que puede almacenar (dada por la expresión 2 n, donde n es el número de líneas), para el caso se logran 32 localidades de memoria de 4 bits. *Línea de entrada de lectura / escritura (R / W) utilizada en las memorias RAM, normalmente si R/W = 0 (escribir) y lee en el caso contrario. *M.E. (Memory Enable) o CS (Chip Select): Este pin se utiliza para seleccionar el chip de memoria que se desea acceder. Se activa normalmente a nivel bajo, se aplica cuando se quieren hacer arreglos de memoria similares. *OE (Output Enable): Utilizado para habilitar la salida de datos, cuando se activa esta entrada, las salidas tienen un valor de alta impedancia.. *V CC y GND (Alimentación): Corresponden a los pines de alimentación del circuito integrado. Arreglos de Memoria con Módulos Básicos. 1.- Mediante módulos de memoria de 256x4 bits, configurar una memoria de 256 bytes [duplicar el tamaño de la palabra] 256 x 4 A o A A 7 A 7 Y0 Y1 Y2 Y3 Y 7 Y 6 Y 5 Y 4 Y3 Y2 Y 1 Y 0 prim era palabra A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A C E 256 x 4 Y 4 Y 5 Y6 Y7 Y 7 Y 6 Y 5 Y 4 Y3 Y2 Y 1 Y 0 ultim a palabra B yte C E

15 Mediante módulos de memoria de 256x4 bits, configurar una memoria de 512 bits [duplicar el numero de palabras]. 3.- Obtener un arreglo de memoria de 512 bytes, mediante módulos de 256x4. (TAREA). Ejemplos de Memorias Comerciales Las memorias son circuitos integrados cuyos pines se ubican en ambos lados de la cápsula, formando dos líneas o hileras de pines (DIP) y generalmente se fabrican con capacidades de orden de Kilobytes o Megabytes múltiplos de 8, por ejemplo 8k, 16k, 32k, 64k, 128k, o 8M, 16M, 32M, etc. En siguiente tabla se citan los números comerciales ms comunes de cada tipo. Características Técnicas de Memorias Comerciales. Referencia Tipo Capacidad Tipo de Tiempo de Encapsulado (bits) Salida Acceso MCM6264C SRAM 8192x8 5V 12/15/20/ DIP-28 25/35 ns MC4116 DRAM 16384x1 TRI-STATE 100/120/ DIP /200 ns DM74S473 PROM 512X8 OPEN COLECTOR 60 NS DIP-20

16 167 27C16B 28C64A 28F256 EPROM CMOS EEPROM CMOS FLASH EEPROM 2048X8 (5V) (Vp=12.75V) 150/250 ns DIP X8 5V 120/150/ DIP ns PLCC X8 (5V) 90/100/ DIP-28 (Vp=12.5V) 120/150 ns Para obtener datos más específicos de cada una de las memorias se recomienda consultar la dirección: Para grabador de una memoria tipo EPROM se pude realizar en forma: a) Manual usando interruptores y circuitos integrados auxiliares.. Para efectuarlo se siguen los pasos: 1.- Aplicar dirección deseada. 2.- Aplicar la palabra de datos de 8 bits. 3.- Aplicar el pulso de programación de 50 ms bajo o alto en C.E; OE se mantiene en Para verificar la palabra escrita, C.E y OE = 0, Leyendo las terminales de datos. DESCONECTAR INTERRUPTORES PARA PROGRAMACION b) La otra forma de hacerlo es mediante un programador de Memoria, disponibles en el mercado, escribiendo los datos en el editor de archivos.

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