Tema 5. Memorias
Contenido Memorias en sistemas digitales Tecnologías Memorias no volátiles (ROM) Memorias volátiles (RAM) Características avanzadas
Memorias en sistemas digitales Imágenes: Clive "Max" Maxfield, Bebop to the Boolean Boogie. An unconventional guide to electronics fundamentals, components, and processes (2nd ed.), Newnes, 2003
Memorias en sistemas digitales
Memorias ROM
Memorias RAM
Conexión de memorias
Conexión de memorias
Tecnologías de memorias Características Precio Densidad Persistencia de la información Capacidad de escritura Velocidad de lectura/escritura...
Capacidad de Escritura Alta. El micro escribe a la memoria de forma directa, rápida y fácil. Ej: RAM Media. El micro escribe a la memoria, más lentamente Ej: FLASH, EEPROM Baja. Es necesario un programador (equipo específico) Ej: EPROM, OTP ROM Nula. Sólo se escribe durante la fabricación. Ej: ROM de máscara Programación en campo El micro puede escribir en el funcionamiento normal del sistema
Persistencia de la información Alta. Nunca pierde la información Ej: ROM de máscara Media. La información se mantiene durante días, meses o años sin alimentación Ej: NVRAM Baja. La información permanece mientras haya alimentación Ej: SRAM Muy baja. La información se empieza a perder justamente tras ser escrita Ej: DRAM Memoria no volátil Mantiene la información sin alimentación
ROM. Read-Only Memory Memoria no volátil Se puede leer en campo, pero no escribir Lo normal es escribirla antes de insertarla en el sistema Usos Programa (software) de un sistema empotrado. Cada instrucción puede ocupar una o más direcciones Constantes necesarias en el sistema o LUTs Circuito combinacional
Ejemplo ROM 8x4 Horizontal = palabra Vertical = dato Sólo hay conexiones en los puntos Si A=010, el DEC pone a la línea horiz. 2 a 1 Las líneas de datos Q3 y Q1 se ponen a 1 por las conexiones programadas con la línea 2 La línea 2 no está conectada con Q2 ni Q0 La salida es 1010 Internal view 8 4 ROM word 0 enable 3 8 decoder word 1 word 2 A0 A1 A2 word line data line programmable connection wired-or Q3 Q2 Q1 Q0
ROM de máscara Las conexiones se programan al fabricarse Más baja capacidad de escritura 1 vez Más alta persistencia Máscaras de fotolitografía Nunca pierde la información salvo daño físico Se usa para el producto final en grandes tiradas
OTP ROM Las conexiones se programan por el usuario Fichero de conexiones. Programador de ROM Cada conexión programable es un fusible Donde no debe haber conexión el fusible se funde Capacidad escritura muy baja Persistencia muy alta Sólo una vez Los bits permanecen mientras no se fundan más fusibles Usada en producto final Barata, difícil de modificar accidentalmente
EPROM Transistor MOS programable (FAMOS) Puerta flotante y aislante 0V floating gate (a) Los electrones forman el canal. Se almacena un 1 (b) Tensión alta en la puerta. Los electrones quedan atrapados en la puerta flotante. El transistor no conduce. Se almacena un 0 drain source (a) (c) (Borrado) UV en la puerta flotante. Los electrones vuelven al canal. Se vuelve a almacenar un 1 (d) Chip EPROM con ventana source drain 5-30 min Se puede borrar y programar miles de veces Persistencia media (b) Capacidad de escritura media +15V source (c) Persiste 10 años, pero es sensible a la radiación y al ruido eléctrico Se usa en la fase de diseño (d) drain
EEPROM Programación y borrado eléctrico Tensión más elevada Se pueden borrar palabras o bloques de una vez Capacidad de escritura Programable en campo si hay un circuito de generación de tensiones altas Suelen tener un controlador de memoria para gestionar el ciclo de programación Muy lentas de programar y borrar Suelen tener una señal de ocupado Se pueden programar y borrar decenas de miles de veces Persistencia 10 años (como EPROM) Mucho más caras que EPROM
Flash Extensión de las EEPROM Similar estructura de puerta flotante, aunque diferente efecto físico Número de ciclos de escritura limitado Borrado rápido La escritura puede ser más lenta Se pueden borrar bloques (decenas de kilobits) de una vez Leer bloque, modificar un valor, escribir el bloque entero Se usa en sistemas que necesiten gran capacidad de almacenamiento Ej: cámaras digitales, móviles, grabadores vídeo,...
Flash NAND y NOR NAND: mayor densidad (aprox. el doble), menor tiempo de escritura, acceso secuencial o por bloques Memoria de almacenamiento NOR: mucho menor tiempo de lectura, acceso aleatorio Memoria de arranque o de ejecución
RAM. Random Access Memory Volátil, fácil escritura y lectura. Estructura interna más compleja
Memoria RAM Estática (SRAM) Cada bit se almacena en un biestable 6 transistores por bit Mantiene el dato si hay alimentación Bipolar: menor densidad, más rapidez. CMOS: mayor densidad, más lentas Imágenes: Joachim Burghartz, Guide to state-of-the-art electron devices, Wiley/IEEE, 2013
Memoria RAM Dinámica (DRAM) Se usa un transistor y un condensador por bit Mucho más compacta que SRAM Necesita refresco debido a las pérdidas del C Cargas típicas de sólo 1020 fc Data W
DRAM Hoy en día todas las RAM de alta capacidad son dinámicas Interfaz diferente a SRAM. Organización en filas y columnas Señales RAS y CAS para seleccionarlas Memory Management Unit (MMU) para facilitar el acceso Proceso de fabricación. Integración de condensadores
Versiones DRAM FPM (Fast Page Mode) EDO (Extended Data Out, 1994) Mantiene el dato hasta el inicio del siguiente ciclo SDRAM (Synchronous). SDR (Single Data Rate) Acceso a varias filas de forma consecutiva Con señal de reloj. Acceso de 10-25ns, f de 66 a 133MHz DDR DRAM (Double Data Rate, 2000). Transfieren datos en ambos flancos de reloj. Doble ancho de banda DDR2 (2004). Menor latencia DDR3 (2007). 64bits. Hasta 6400MB/s a 100MHz DDR4 (2014). Hasta 19200MB/s a 300MHz. DDR5 en 2020.