TÉCNICAS DIGITALES MEMORIAS

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1 Universidad Nacional de uilmes iplomatura en Ciencia y Tecnología TÉCNICAS IGITALS MMORIAS Una ventaja importante de un sistema digital con respecto a uno analógico es su habilidad para almacenar fácilmente grandes cantidades de información y datos digitales durante periodos cortos o largos. sta capacidad denominada memoria es lo que hace a los sistemas digitales tan versátiles y adaptables. Por ejemplo, en una computadora digital la memoria principal interna almacena instrucciones que le dicen qué hacer ante todas las circunstancias, de modo que la computadora haga su trabajo con una mínima cantidad de intervención humana. Una celda de memoria es un dispositivo o circuito eléctrico usado para almacenar un bit (0 o 1). Como ejemplos se pueden citar: un flip-flop, un capacitor, un solo punto en una cinta magnética o un disco. Una palabra de memoria es un grupo de celdas de memoria (bits) que representa instrucciones o datos de algún tipo. Una memoria es, en resumen, un dispositivo que almacena grupos de bits (palabras de memoria), identificando a cada palabra con otro grupo de bits (dirección), es decir que con una dirección de n bits se pueden identificar 2 n palabras. Byte. s un término especial usado para designar un grupo de 8 bits. Un byte siempre tiene 8 bits. l tamaño de una palabra se puede expresar en bytes o bits. n primera instancia las memorias digitales se dividen en memorias de lectura-escritura, que son aquellas donde se puede leer o escribir con la misma facilidad (designadas en general como memorias ), y las memorias de solo lectura, que son aquellas donde la operación de escritura presenta mucha más dificultad de realizar que la de lectura, incluso algunas es imposible reescribirlas (designadas en general como memorias R0M).Las estudiaremos por separado. Memorias de lectura solamente (ROM) ste tipo de memorias es del tipo combinacional, su funcionamiento se basa en la generación de funciones mediante el uso de un decodificador. n la figura 1 vemos el principio de funcionamiento, donde cada salida del deco está conectada a la compuerta OR a través de un fusible (figura 1 a), en la figura 1 b se ejemplifica su expresión simbólica, utilizada para simplificar el diagrama, esta conexión tendrá un 1 como salida, para cualquier dirección siempre hay un minitérmino en 1. n la salida de la figura 1 c vemos una salida donde se han quemado cuatro fusibles, esto significa que en la salida solo habrá un 1 cuando las direcciones sean: 000, 011, 101 y 111. Simbólicamente se ve en la figura 1 d. Cada salida es una celda de memoria, la cantidad de celdas nos indicará la longitud de la palabra, la cantidad de entradas nos da la máxima cantidad de palabras que tienen lugar en la memoria (n entradas pueden identificar 2 n palabras). Recopilación y aportes: Ing. Alberto J. Mazzone y Sr. Federico Guolo Página 1

2 Universidad Nacional de uilmes Técnicas igitales Memorias La capacidad de una memoria cuya longitud de palabra es de m bits y que tiene n entradas es: m.2 n bits. La comunicación de las memorias con el resto del sistema se hace a través de conductores especializados denominados buses, el bus de direcciones y el bus de datos. n este tipo de memorias ambos son unidireccionales. jemplo: Supongamos que se quiere programar una ROM donde queden registradas en orden las letras de la palabra igital en código ASCII de 7 bits. La palabra tiene 7 letras es decir necesitamos 7 direcciones, una para cada letra, por lo tanto el deco será un 3x8 quedando sin utilizar la dirección 111. Además como la palabra en el código mencionado tiene 7 bits el dispositivo deberá contar por lo menos con 7 salidas. La situación queda resumida en el siguiente cuadro: LTRA IRCCIÓN CÓIGO ASCII 7 BITS a 2 a 1 a 0 b 6 b 5 b 4 b 3 b 2 b 1 b i g i t a l Y el diagrama resumido del dispositivo será: stas memorias no son volátiles, es decir no pierden su contenido cuando se desconecta la fuente de energía, y, además existen distintos tipos: 1. ROM programables una sola vez 1.1. ROM conexionada por pedido (simplemente ROM).Las conexiones de este tipo de memorias están programadas y ejecutadas por el fabricante, a pedido del cliente, mediante negativos fotográficos llamados máscaras. ebido al costo de esas máscaras este tipo de memoria sólo es económicamente viable si se necesitan gran cantidad de la misma ROM ROM programables (PROM).l usuario lleva a cabo la programación del dispositivo en un proceso posterior a la fabricación de chip. l chip virgen viene con todos los fusibles sanos. l croquis de la figura 3 muestra como esta conexionado las salidas del deco con las entradas a las compuertas OR. Aplicando en las salidas del deco (utilizándolas como entradas) pulsos de tensión adecuada se producen corrientes que funden los fusibles de las conexiones no deseadas. Fusible 2

3 Universidad Nacional de uilmes Técnicas igitales Memorias 2. ROM reprogramables (RPROM).Una vez que el usuario programa el conexionado del dispositivo puede modificar el programa, hay de varios tipos: 2.1. PROM (rasable-programable ROM).Antes de reconfigurar el programa se debe hacer incidir luz ultra violeta por una ventana transparente que tiene la capsula de chip. ste borrado dura unos 15 minutos, luego puede reprogramarse PROM o bien 2 PROM (lectrically-rasable-programable ROM).Son PROM cuyo borrado se hace eléctricamente, sin luz ultravioleta, se pueden seleccionar para reprogramar bloques para reprogramar, borrando esos bloques solamente en una fracción de segundo y luego reimprimiéndolos. Se pueden reprogramar hasta veces. Memorias de lectura-escritura () stas memorias están formadas por agrupamientos de registros paralelo-paralelo, llamados banco de registros. Habíamos visto que estos registros, compuestos por Flip-flops sincrónicos mantienen información hasta que el puso reloj permite su cambio mientras tanto en su salida está presente el bit que está reteniendo. Cada flip-flop es una celda de memoria, y, cada registro memoriza una palabra, para poder acceder a la información cada registro tiene asignado una dirección que lo diferencia de los demás. l esquema de conexionado es el indicado en la figura 4. I2 I1 I0 W N O2 O1 O0 l banco de la figura tiene 4 registros de 3 filp-flop cada uno, es decir puede memorizar 4 palabras de 3 bits, su capacidad es de 12 bits. Para direccionar 4 registros necesitamos un deco de 2x4 y también se utilizan buffer tres estados para controlar el flujo de la información, esta información llega y sale de la por el bus de datos, que en este caso es bidireccional, y, la dirección del registro involucrado en la operación de lectura o escritura llega al deco por el bus de direcciones que es unidireccional. 3

4 Universidad Nacional de uilmes Técnicas igitales Memorias Los 4 registros que forman el banco se ubican en sendas filas y están formados por flip-flops tipo que pierden su contenido cuando se corta la energía. Tiene 2 entradas de habilitación: la señal N (nable), que habilita la operación del banco pero su efecto está condicionado por la señal W (Write nable), que es la habilitación de escritura. l funcionamiento es como sigue: Si el banco está habilitado, pero W está en 0, la operación que se realiza es de lectura. Los datos almacenados en el registro seleccionado por el decodificador que abre los buffer 3 estados de dicho registro, son puestos en los múltiples de conexión verticales que hay en sus salidas, y, la información contenida en estos es puesta en las salidas O i (Ouput), ya que sus correspondientes buffers están habilitados por el 0 en la entrada W. Si el banco está habilitado, y W está en 1, la operación que se realiza es de escritura. Los datos que contienen las entradas Ii (Input) ingresan en el registro seccionado por el deco cuyos flip-flops los reciben pues el 1 en W los habilita, ese mismo valor en W impide la lectura de los datos guardados. xpansión de memoria Las memorias, tanto las como las ROM, se presentan en circuitos integrados, donde además del tipo de memoria se indica el tamaño de la palabra y la cantidad de palabras que es capaz de retener, como se muestra en la figura 5, donde se muestra dos chips de memoria, uno de memoria capaz de almacenar 2048 (2 k = 2 11 ) palabras de 4 bits cada una y el otro de una memoria ROM que almacena 2048 (2 k = 2 11 ) palabras de 8 bits cada una, para ello tienen 11 entradas de dirección que tendrán el formato A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A 10. R/W ROM 2K X 8 A veces para un determinado dispositivo que necesita una capacidad definida por su función y se dispone de chips de una capacidad menor que puede ser tanto en cantidad de palabras como en su tamaño, entonces, como en otros casos ya estudiados, se tendrá que interconectar estos chips para obtener la capacidad de memoria pedida. Como ejemplo para mostrar el conexionado, utilizando la simbología corriente en este tipo de circuitos, utilizaremos los chips de la figura 5 para armar una memoria que disponga de una memoria de 4k palabras de 8 bits (4 k x 8) y otro tanto en ROM. Los chips disponibles son para memoria de 2 k x 4 y para la ROM de 2 k x 8, por lo tanto para expandir la ROM solo hacen falta 2 chips almacenando 2 k palabras en cada uno. n cambio para expandir la hay que desdoblar la expansión, pues primero hay que formar dos memorias de 2k x 8 y luego proceder como en las ROM pero cada memoria se forma con 2 chips, por consiguiente los 8 bits de cada palabra se almacenan tomando4 bits en un chip 4 bits en el otro. Para 8 k bits = bits = 2 13 bits se necesitan direcciones de 13 bits es decir de la forma A 0 A 1..A 11 A 12. este total de direcciones debe distribuirse en principio en 4 grupos de memorias, es decir que de los 13 bits que identifican una dirección tomaremos 2 (los últimos) para identificar al grupo de memoria de la siguiente manera. GRUPO A11 A ROM ROM 1 1 4

5 Universidad Nacional de uilmes Técnicas igitales Memorias uedando las 2 13 direcciones distribuidas de la siguiente manera. irecciones (*) A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A (*) Las 2 11 direcciones (2k) con A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A 10. Memorias ROM 4 - ROM Con estas consideraciones podemos observar que para seleccionar una dirección de las 8k necesarias para el funcionamiento del dispositivo podemos colocar la parte A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A 10 en la entrada de direcciones de cada chip y con A 11 A 12 por intermedio de un decodificador 2/4 habilitar, por la entrada, el sector de memoria donde se encuentra la dirección buscada, como se indica en la figura 6: A0 - A10 Bus de direcciones (A) R/W Memoria 1 Memoria 2 (B) (C) R/W R/W () R/W Memoria 3 Memoria 4 ROM 2K X 8 ROM 2K X Bus de datos 0-7 Señal R/W A11 A12 s0 s1 s2 s3 n la misma figura también se observa: Como los chips tienen palabras de 4 bits habrá que colocar en cada grupo de memoria 2 chips que serán habilitados simultáneamente y conectados de manera tal que si la palabra de datos es los bits de datos entran o salen del primer chip de cada grupo y los datos al segundo. La señal R/W es de selección de lectura/escritura y está conectada a los chips. Los buses de datos conectados a las memorias son bidireccionales. Los buses de datos conectados a las memorias ROM son unidireccionales. 5

6 Universidad Nacional de uilmes Técnicas igitales Memorias Como información complementaria podemos agregar que si agregamos un bit más al bus de direcciones (A13) y colocamos un deco 3/8 tendremos 4 salidas con 2 k x 4 cada una libres para utilizar en otros dispositivos (figura 7). A0 - A10 Bus de direcciones (A) R/W Memoria 1 Memoria 2 (B) (C) R/W R/W () R/W Memoria 3 Memoria 4 ROM ROM 2K X 8 2K X Bus de datos 0-7 Señal R/W isponibles para la utilización en otros dispositivos. Por ejempo: display. Bibliografía: 1. Jorge. Sinderman, Técnicas igitales, ditorial CIT. Año