En el proceso de borrado se usa el efecto túnel
para eliminar cargas de la puerta flotante (que es el elemento
donde se almacena la información) y llevarla al estado de
borrado. El emisor se lleva a 12 V, la puerta de control se lleva
a tierra (0V) y el colector se desconecta. La gran cantidad de
voltaje positivo en el emisor, en comparación con la
puerta flotante, atrae a los electrones, que tiene carga
negativa, de la puerta flotante a la base a través de la
estrecha capa de óxido. Como el drenaje no está
conectado el proceso de borrado esta operación requiere
mucha menos corriente por celdilla que una de escritura que usa
inyección de electrones. Una vez que se ha completado el
proceso de borrado, la pérdida de carga en la puerta
flotante baja el voltaje umbral (Vt) por debajo del
valor 1 del de
la puerta de control
Arquitectura
Las memorias flash se desarrollan con arquitectura NOR,
para proporcionar las máximas prestaciones
de velocidad de
acceso. La siguiente figura muestra esta
arquitectura.
1.-Definición
El presente en un libro de notas
sobre la electrónica Digital la primera parte
constituye la teoria sobre los temas mas saltantes de la
electrónica Digital en el campo de los elementos
secuenciales luego biene de las memorias Flash y
ejercicios
El acrónimo EEPROM se refiere, como pueden ver en
el título, a una memoria PROM eléctricamente
borrable, esta es inventada alrededor de 1980 como una evidente
mejora de la memoria ROM
programable, que entre otras desventajas presentaba dos
principalmente:
- La necesidad de ser retiradas de su posición
en su base cuando se quiere reprogramar o borrar. - La necesidad de una reprogramación completa de
la memoria debido a que el borrador no es selectivo y retira
todo el contenido de la memoria aun cuando lo que pretenda
alterarse sea un solo grupo de
caracteres o palabra.
2.-
Estructura:
Igual que su antecesora, la PROM eléctricamente
borrable utiliza una estructura de compuerta flotante donde las
celdas de almacenamiento
son transistores MOSFET adjudicando la cualidad de flotante
debido a que tienen uña compuerta de silicio sin ninguna
conexión eléctrica que a diferencia de sus
antepasado inmediato adiciona una delgada región de
óxido arriba del drenaje de la celda de memoria MOSFET,
adición que le permite la propiedad de
borrado eléctrico al aplicar entre la compuerta y el
consumo del
MOSFET un voltaje ALTO de 21 V.
La carga inducida en la compuerta flotante
permanecerá ahí aun cuando se suspenda la alimentación. Al
invertir el voltaje de eliminan las cargas capturadas de la
compuerta flotante borrando las celdas.
3.- Ventajas de la
EEPROM:
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.
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.
4.-Requerimientos del
sistema:
Como se mencionaba anteriormente, no es necesario
retirar la memoria del circuito del que forma parte pues puede
modificarse su contenido aplicando los voltajes adecuados, para
esto es necesario que la circuitería cuente con los
componentes de soporte adicionales:
Circuitería de soporte: Incluye el voltaje
de programación de 21 Vpp generado usualmente por una
fuente de + 5V a través de un convertidor DC a DC
temporizada y secuenciada mediante circuitería a 10 ms de
las operaciones de borrado y programación.
En 1981 es introducida al mercado la Intel
2816, la EEPROM original con una capacidad de 2K x 8, tiempo de
acceso de 250ns y todas las características descritas
anteriormente. De entonces a la fecha se han hecho muchas mejoras
debido a los avances en el diseño
de EEPROM, entre las primeras está la 2864 de dimensiones
internas de 8K x 8 con circuitería capaz de generar los
altos voltajes necesarios para borrar y reprogramar,
circuitería que se ubica sobre el sustrato de silicio
haciendo que el CI requiera de sólo una terminal de
alimentación +Vcc.
6.- Diagramas:
La siguiente figura representa una EPROM 2764 con sus
modos de operación mas importante.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Las terminales de entrada de datos se denominan E/S ,
acrónimo de Entrada/Salida ya que pueden funcionar como
tales según la operación.
CE se emplea para habilitar el
circuito, ya que al estar deshabilitado, el circuito se queda en
modo de espera con bajo consumo de potencia.
OE habilita los buffer de salida de
datos, al punto de que cuando es igual a cero habilita los buffer
de salida durante la lectura, y cuando es igual a uno inhabilita
la salida permitiendo que los datos de entrada se apliquen sin
conflictos en
las terminales E/S.
WE sirve para seleccionar el modo
(escritura o lectura), el modo de escritura se habilita con un
nivel bajo, mientras se colocan los datos a escribir en las
terminales I/O. Las celdas correspondientes a la dirección de memoria son borradas por
automáticamente por la circuitería
interna.
| Entradas | |||
Modo | CE | OE | WE | Salidas |
LECTURA | Vil | Vil | Vih | DATOsal |
ESCRITURA | Vil | Vih | Viññ | DATOent |
ESPERA | Vih | X | X | Alta Z |
7.- Aplicaciones:
Las memorias programables de solo lectura, en este caso
las EEPROM, pueden aplicarse en cualquier solución que
requiera del almacenamiento de datos de manera no volátil,
donde no tengan que ser alterados, al menos de manera frecuente.
Algunas de las aplicaciones comunes son las siguientes:
- Almacenamiento de programas
microcomputadoras (firmware) - Memoria de arranque
- Tablas de datos
- Convertidor de datos
- Generadores de caracteres
- Generador de funciones.
Memoria Flash
La Memoria Flash es ideal
para docenas de aplicaciones portátiles. Tomemos como
ejemplo las cámaras digitales. Insertando una tarjeta de
Memoria Flash de alta capacidad directamente en la cámara,
usted puede almacenar cientos de imágenes
de alta resolución. Cuando este listo para bajarlas,
simplemente retire la tarjeta y transfiérala a su computadora de
escritorio o portátil para su procesamiento. Las tarjetas de
Memoria Flash se ajustan a entradas Tipo II (con o sin adaptador,
dependiendo del tipo de tarjeta Flash). Ahora esta usted listo
para cargar en segundos todas las imágenes capturadas para
observarlas, manipularlas, enviarlas por correo
electrónico o imprimirlas. Ya nunca necesitara comprar
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Actualmente, los usos de Memoria Flash se están
incrementando rápidamente. Ya sean cámaras
digitales, Asistentes Digitales Portátiles, reproductores
de música
digital o teléfonos celulares, todos necesitan una forma
fácil y confiable de almacenar y transportar
información vital.
Por esto la Memoria Flash se ha convertido en poco tiempo en una
de las más populares tecnologías de almacenamiento
de datos. Es más flexible que un diskette y puede
almacenar hasta 160MB de información. Es mas — y mucho
mas rápida que un disco duro, y
a diferencia de la memoria RAM, la
Memoria Flash puede retener datos aun cuando el equipo se ha
apagado.
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portátiles. Tomemos como ejemplo las cámaras
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capacidad directamente en la cámara, usted puede almacenar
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Flash.
Principales ventajas:
Alta Velocidad
Las tarjetas de Memoria Flash de
Kingston son optimizadas para proveer una rápida imagen digital y
desempeño para registro de datos.
Bajo Voltaje
Las tarjetas Flash de almacenamiento
están diseñadas con componentes que ahorran
energía y extienden la vida de la batería.
Durabilidad
El almacenamiento Flash es capaz de
tolerar shocks severos y vibración, sin perder
información. Evaluado hasta 1,000Gs, Kingston Flash
storage puede aguantar el equivalente al impacto de una
caída de 3 metros sobre cemento.
Almacenamiento No Volátil
Mientras Flash
storage utiliza memoria como DRAM y SRAM, no es volátil y
retiene información aún cuando el equipo es apagado
(similar al disco duro).
Usos más populares
Aplicaciones
múltiples
Puede utilizar los productos Kingston
flash storage con computadoras
portátiles, así como cualquier otro equipo
electrónico digital como son: cámaras, Asistentes
Digitales Portátiles (PDA), laptops, teléfonos
celulares, etc.
Portabilidad
Los productos Kingston Flash storage
pueden resistir hasta 1,000Gs de shock externo para asegurar la
transportación segura de información.
Seguridad
Remover las tarjetas flash de un
sistema previene el acceso no autorizado a la
información.
Calidad excepcional
Con una gran reputación a
nivel mundial por desempeño y valor, Kingston combina
fabricación eficiente con componentes lideres en la
industria. El resultado son productos de memoria confiables y
fáciles de usar, a los mejores precios.
A todo dispositivo que sirva para almacenar
información se le asigna el nombre de memoria, en una
memoria debe existir la posibilidad de poder extraer la
información que fue previamente almacenada.
En un sistema la información se almacena en
forma de datos y de instrucciones, de tal manera que la memoria
debe estar en condiciones de recibir palabras que son datos y
palabras que son instrucciones, en cualquier momento, o poder
ceder dicha información cuando así se requiera,
para realizar esta función se
necesita un sistema de control para la transferencia de
información, que se encuentra dentro de la
memoria.
La memoria esta constituida por localidades con
casilleros individuales para cada bit de información, (BIT
significa Binaria digital), cada localidad corresponde a una
dirección determinada, la estructura de una memoria es
similar al barrio de una ciudad, en el que cada casa corresponde
a su número..
Una vez que dicha información haya sido
incluida dentro de la memoria de un sistema, cada
información, ya sea dato o instrucción puede
alcanzarse únicamente a través de su
dirección.
La memoria esta caracterizada por tres propiedades
fundamentales;
* Capacidad de la memoria
* Tiempo de acceso
* Costos por
bit
CAPACIDAD DE LA MEMORIA
La capacidad de la memoria o capacidad de
almacenamiento viene definida por el número de bits de
almacenamiento existente y el número de la longitud de
palabras, la capacidad de la memoria se indica en Kbytes, en un
sistema la capacidad puede ampliarse indefinidamente, sin que
tengan que cambiarse las unidades de E/S ni la CPU, las
etapas de ampliación pueden ser;
1,024 Kbytes
2,048 Kbytes
4,096 Kbytes
8,192 Kbytes
16,384 Kbytes
32,768 Kbytes
65,536 Kbytes
131,072 Kbytes
262,144 Kbytes
El tiempo de acceso es el tiempo que se necesita
para localizar y leer una información almacenada; el
tiempo de acceso es una característica importante para
determinar la velocidad de resolución de un sistema,
conociendo el tiempo de acceso se puede predecir el tiempo
necesario para procesar un trabajo, si algunas localidades de la
memoria se alcanzan más rápidamente que otras se
suele tomar el valor promedio de todas ellas, se habla entonces
del tiempo de acceso promedio.
MEMORIA EPROM
EPROM : Siglas de Erasable Programable Read-Only
Memory, un tipo especial de memoria que retiene su contenido
hasta que es expuesto a la luz ultravioleta, que limpia su
contenido haciendo posible reprogramar la memoria. Para escribir
y borrar una EPROM, se necesita de un dispositivo especial
llamado programador de PROMs, ó PROM burner.
En un EPROM las celdas de almacenamiento son
transistores MOSFET que tienen una compuerta de silicio sin
ninguna conexión eléctrica, normalmente cada
transistor
está apagado y cada celda guarda un 1 lógico. El
transistor se mantiene encendido de manera permanente aún
cuando se retire la potencia de alimentación del
dispositivo y la celda guarda ahora un 0 lógico. Durante
el proceso de programación, se emplean las direcciones y
terminales de la EPROM para seleccionar las celdas de memoria que
serán programadas como ceros así como las que se
dejarán sólo como unos.
Una vez que se ha programado una celda de la
EPROM, se puede borrar su contenido exponiendo la EPROM a la luz
ultravioleta.
Encapsulado común que muestra la ventana para luz
ultravioleta.
Las EPROMs se encuentran disponibles en el mercado
en diferentes capacidades y tiempos de acceso, es común
encontrar dispositivos con una capacidad de 128K X 8 y un tiempo
de acceso de 45 ns.
A continuación se da un ejemplo de este
tipo de memorias así como sus
características:
Descripción general
La EPROM 2716 contiene características borrables
y es eléctricamente reprogramable, es de alta velocidad y
proporciona acceso a 16 Kbits de información, esta
diseñada para aplicaciones en donde son importantes los
cambios rápidos en la tensión.
La EPROM 2716 esta empacada en un circuito
integrado de 24 terminales, usa una placa transparente en su
dorso, lo cual nos permite exponer el chip a rayos ultravioleta
ópticos, que se utilizan para borrar la memoria, se le
puede depositar una nueva información aun después
de estar borrada siguiendo los procedimientos de
programación adecuados, esta EPROM 2716 esta constituida
con tecnología de alta densidad con
compuertas CMOS de canal N.
Ventajas
· Tiempo de acceso menor que 250
nseg.
· Bajo consumo de potencia
· Disipación en estado activo: 525 mW
máx.
· Disipación en estado inactivo: 132 mW
máx.
· Fuente de alimentación de +5
Volts
· Rango de temperatura de -40 hasta +85 grados
centígrados
· Características estáticas (no
requiere refrescamiento por medio del reloj)
· Entradas y salidas compatibles con la
tecnología TTL
· Capacidad de colocarse en tercer
estado.
OPERACIÓN DEL DISPOSITIVO
Existen 5 modos de operación, se debe hacer
notar que todas las entradas son TTL independientemente del modo
de operación, la fuente de alimentación requiere de
+5.0 Volts en la terminal Vcc, la terminal Vpp esta en alta
tensión +25 Volts durante 3 modos y en +5 Volts en los
otros dos modos de operación.
· A0-A10: Líneas de
direcciones
· D0-D7: Salida de datos
· (CE)' Habilitador de la pastilla
· (OE)' Habilitador de salidas
· PGM Condición de
programación
· Vcc Voltaje de alimentación +5.0
Volts
· Vss Terminal de tierra 0.0 Volts
· Vpp Voltaje de programación
· NC No conexión
OPERACIÓN DE
LECTURA
Para leer la memoria se deben hacer las conexiones
de las terminales que a continuación se especifican, la
terminal Vpp se conecta a Vcc para inhibir con esto la
programación, las entradas (OE)' y (CE)' se colocan en
tierra y con estas simples conexiones se puede leer la memoria,
los datos estarán sobre las terminales D1 – D7, la
información se puede visualizar con LED'S quienes indican
el dato direccionado por las terminales A0 – A10, cuya capacidad
es de (2K X 8), 2048 localidades de 8 bits cada una.
MODO DE PROGRAMACIÓN
Para programar la memoria se requieren las siguientes
conexiones:
En la terminal 18 se debe depositar un pulso de Tw
= 45 mseg aproximadamente, dicho pulso deberá estar dado
por un monoestable.
La terminal 20 que es el habilitador de salidas se
conecta a la polarización de +5.0 Volts (la
alimentación).
La terminal 21, voltaje de programación se
conecta a un voltaje fijo de +25.0 Volts, la memoria normalmente
cuando no esta grabada contiene "unos", por lo tanto en la
operación de grabación se procede a depositar
ceros.
PRECAUCIONES
Excediendo de los 25 Volts en la terminal Vpp (pin
21) se dañara la EPROM 2716 y después todos los
bits quedaran en el estado uno
lógico.
La información debe ser introducida usando
el modo de programación, depositando solamente ceros
lógicos en la localidad seleccionada y con la
combinación deseada, aunque ambos unos y ceros pueden ser
presentados como datos de entrada en la palabra de
información a grabar. La única manera de cambiar
los ceros por los unos es borrando totalmente la memoria EPROM
2716 a través de una intensa luz ultravioleta.
La EPROM 2716 esta en la modalidad de
programación cuando la fuente de alimentación de
Vpp esta en +25 Volts y (OE)' en estado lógico alto. Se
requiere un capacitor de 0.1 uF dispuesto entre +Vcc y GND para
suprimir los estados transitorios de tensión que puedan
dañar al dispositivo EPROM 2716.
La información debe se programada en 8 bits
en paralelo dispuestos en las terminales de salida del chip, los
niveles deben ser compatibles con la tecnología TTL.
Cuando la dirección y el programa son estables, se debe
hacer presente el pulso activo de programación durante 45
mseg. Se puede programar cualquier localidad en cualquier tiempo
en forma secuencial o con acceso aleatorio.
El pulso de programación debe tener una
duración máxima de 55 mseg. La EPROM 2716 no debe
ser programada con una señal de CD en la
terminal de programación (CE)'. Se pueden programar varias
EPROM 2716 en paralelo con la misma información, debido a
la simplicidad de los requerimientos de
programación.
Una EPROM es diferente de una PROM en que la PROM
puede ser escrita una sola vez y no puede ser borrada. Las EPROMs
son usadas de forma generalizada en los computadoras
personales.
MEMORIA EEPROM
EEPROM : Siglas de Electrically Erasable
Programmable Read-Only Memory, un tipo especial de PROM que puede
ser borrada exponiéndola a una carga eléctrica.
Como los otros tipos de PROMs, la EEPROM retiene su contenido a
pesar de desconectarse la alimentación, y también,
como los otros tipos de ROM, no es tan rápida como la
RAM.
LA MEMORIA EEPROM 2816
El circuito integrado EEPROM 2816 es una memoria
reprogramable y borrable que contiene 2048 localidades de memoria
con 8 bits cada una, (2K X 8) y opera con una sola fuente de
alimentación de + 5 Volts, con tiempos similares a los de
una RAM estática
en modo de lectura, tiene dos modos de programación una de
+5 Volts y otra de alto voltaje.
El modo de programación de +5 Volts se
inicia con un pulso de escritura con una transición alto /
bajo de nivel TTL con una duración de 200 ns, el circuito
automáticamente borra el byte seleccionado antes de
escribir otro dato nuevo, se completa un ciclo de borrado /
escritura en un tiempo máximo de 10 mseg, el tiempo de
acceso a lectura es de 250 nseg, todas sus salidas son
compatibles con la tecnología TTL.
· Organización de la memoria 2048
X8
· Tipo de funcionamiento; chip
estático
· Tiempos de acceso a lectura; 250
nseg.
· Capacidad de corrección para un solo
bit
· Tiempo de escritura max, 10 mseg.
· Compatible con la arquitectura de
microprocesadores
· Potencia de disipación
a).- Estado activo; 610 mW
b).- Estado inactivo: 295 mW
LA DESCRIPCIÓN DE LAS TERMINALES ES LA
SIGUIENTE
· A0 – A10 Líneas de
direcciones
· E/S0 E/S7 Entrada y salida de datos
· (CE)' Habilitador del chip
· (OE)' Habilitador de las salidas
· Vpp Voltaje de programación
· Vcc + 5 Volts
· Vss 0.0 Volts tierra.
OPERACIÓN DE EPROM 2816
Este dispositivo contiene seis modos de
operación, según se muestra en la siguiente figura,
los modos de programación están diseñados
para proporcionar compatibilidad máxima con los microprocesadores
y para obtener una consistencia optima en el diseño del
circuito impreso, el chip EEPROM 2816 es una memoria no
volátil, y contiene una densidad apropiada para una
aplicación de tipo industrial, con esto se logra optimizar
el
costo / eficiencia de
manera funcional, todas las tensiones que usa son compatibles,
con la tecnología TTL con la excepción del modo de
borrado total de la memoria, en este modo el voltaje se debe
subir arriba de +9 Volts, en las otras formas se debe sostener a
+ 5 Volts durante la escritura y la lectura.
OPERACIÓN DE
LECTURA
Un dato es leído de la memoria EEPROM 2816
mediante la aplicación de un nivel alto en Vpp, (voltaje
de programación conectada a Vcc), un nivel bajo en (CE)' y
un nivel bajo en (OE)', con estas condiciones se obtiene
información de terminales E/S estarán en estado de
alta impedancia siempre y cuando (OE)' y/o (CE)' están en
un nivel alto.
La función de la terminal (CE)' es la de
poder controlar la activación del chip, puede ser usado
por un sistema con microprocesadores para la selección
del dispositivo.
tiempo de retardo de la terminal (CE)', los datos
están disponibles después de un tiempo de retardo
de la terminal (OE)'.
OPERACIÓN DE ESCRITURA
(modo de programación de + 5 Volts)
El ciclo de escritura es iniciado por la
aplicación de un nivel bajo en Vpp, 200 nseg, mientras que
(OE)' debe estar en estado alto y (CE)' en estado bajo, la
dirección es doblemente almacenada a la caída y a
la salida de Vpp, una vez realizado esto la arquitectura interna
de la memoria borrara automáticamente el dato seleccionado
y procederá a escribir el nuevo dato en un tiempo de l0
mseg, mientras tanto las terminales E/S o E/S;
permanecerán en estado de alta impedancia durante un
tiempo igual al de la operación del proceso de escritura,
La EEPROM 2816 se escribe y se borra eléctricamente
utilizando un voltaje de +5 Volts para grabar y leer, la
condición de grabado es "borrado antes de escribir", esta
memoria es del tipo ROM reprogramable, en caso de que se
desconecte el circuito de alimentación de la
energía la información no se pierde, se puede usar
el modo de "stanby" para que la información no se
borre.
La 2816 se borra y se programa eléctricamente y
no ópticamente como lo requieren normalmente las EPROMS,
en estas, se borra la información con luz ultravioleta, el
dispositivo EEPROM 2816 ofrece flexibilidad para borrar un solo
bit o todo el chip si así se desea.
Para escribir en una localidad en particular, el bit
existente se borra antes de escribir el nuevo bit, los niveles de
las terminales E/S deben ser compatibles con la tecnología
TTL en cuanto a sus equivalentes de niveles lógicos
deseados como niveles de grabación, la programación
debe durar mínimo 9 msg y un máximo de 15
mseg.
Un tipo especial de EEPROM es la llamada Memoria
Flash ó flash EEPROM, que puede ser re-escrita cuando se
encuentra instalada en una computadora en lugar de precisar de un
dispositivo especial llamado lector de PROM.
RAM ESTÁTICA (SRAM)
Es aquella memoria que puede almacenar datos
mientras se aplica energía al circuito. Está hecha
de celdas que son esencialmente flip–flops que permanecen
en un estado determinado (almacenamiento de bit) indefinidamente,
siempre y cuando no se interrumpa el suministro de energía
al circuito.
Las RAM estáticas se encuentran disponibles en
tecnologías bipolar y MOS. Las bipolares tienen la ventaja
en velocidad y los dispositivos MOS tienen capacidades mucho
mayores con menor consumo de potencia. La celda bipolar tiene dos
transistores bipolares y dos resistencias.
LECTURA
El ciclo de lectura comienza en el tiempo
to. Antes de ese tiempo, las entradas de
direccionamiento serán cualquier dirección que se
encuentre en el canal de direcciones de la operación
previa. Dado que la entrada de selección de CI de la RAM
no está activada, ésta no responderá a la
"anterior" dirección. Observe que la línea
R/W se encuentra en el estado activo ALTO antes
de to y permanece en ALTO durante todo el ciclo de
lectura. En muchos sistemas de memoria, por lo general se
mantiene R/W en el estado ALTO excepto cuando es
llevado al estado BAJO durante ciclo de escritura. La salida de
datos de la RAM se encuentra en su estado de alta impedancia ya
que CS= 1.
Se envía una nueva dirección a las
entradas de la RAM; ésta es la dirección de la
localidad donde se realizará la operación de
lectura. Después de que deje transcurrir el tiempo
necesario para que las señales de dirección se
estabilicen, se activa la línea CS. En to, la
RAM responde colocando el dato contenido en la localidad cuya
dirección envía la CPU en la línea de salida
de datos. El tiempo entre to y t1,
es igual al tiempo de acceso, tacc de la RAM y el
tiempo que transcurre entre la aplicación de una nueva
dirección y la aparición de un dato válido
de salida. El parámetro de temporización, tco, es
el tiempo que le toma a la salida de la RAM cambiar su estado de
Alta-Z hacia el nivel de dato válido una vez activada la
señal CS.
CICLO DE LECTURA
En t2 CS regresa al estado ALTO,
mientras que la salida de la RAM regresa a su estado de alta
impedancia después de transcurrido cierto tiempo,
tcd. De este modo, los datos colocados por la RAM en
su salida son puestos sobre el canal de datos entre t1
y t3. La CPU puede tomar el dato del canal en
cualquier momento dentro de este intervalo. En la mayoría
de las computadoras, la CPU empleará la TPP de la
señal CS en t2, para retener los datos
en sus registros
internos.
El tiempo de ciclo de lectura completo,
trc, se extiende de t2 a t4, que
es cuando la CPU cambia las entradas de direccionamiento para el
siguiente ciclo de lectura o escritura.
ESCRITURA
La CPU lleva las líneas
R/W y CS hacia el estado
BAJO después de esperar durante un trc de
tiempo tas,, denominado tiempo de establecimiento de
direcciones. Esto brinda a los decodificadores de
direcciones de la RAM el tiempo necesario para responder a la
nueva dirección. Las señales R/W
y CS se mantienen en el estado
BAJO durante un intervalo de tiempo igual a tu, denominado tiempo
de intervalo de escritura.
CICLO DE ESCRITURA
En t1, durante el intervalo de tiempo de
escritura, la CPU envía al canal de datos el dato valido
que va a escribirse en la RAM. Estos datos deben mantenerse en la
entrada de la RAM por lo menos por un intervalo de tiempo
tDS previo a, y por lo menos un intervalo de tiempo
tDH, después de la desactivación de las
señales R/W y CS
en t2. El intervalo tDS recibe el nombre de tiempo de
establecimiento del dato, mientras que tD, se denomina
tiempo de retención del dato. De manera similar, las
entradas de direccionamiento deben permanecer estables durante el
intervalo de retención de direcciones, tAH ,
después de t2. Si no se satisface cualquiera de
estos requerimientos de tiempo, la operación de lectura no
se llevará a cabo de manera confiable.
El ciclo de escritura completo, tWC, se
extiende de t0 a t1, cuando la CPU cambia
al estado de las líneas de direcciones para colocar en
ellas una nueva dirección para el siguiente ciclo de
lectura o escritura.
El tiempo que tarda el ciclo de lectura,
trc, el de escritura, tWC,
están determinados esencialmente por la rapidez con la que
trabaja el circuito de memoria. Por ejemplo, en una
aplicación real, la CPU a menudo leerá palabras
sucesivas de datos de memoria, una después de la otra. Si
la memoria tiene un tRC de 50 ns, la CPU puede leer
una palabra cada 50 ns, es decir 20 millones de palabras por
segundo (20 MHz); con tRC = 10 ns, la CPU puede leer
100 millones de palabras por segundo.
La tabla muestra los tiempos mínimos para
los ciclos de lectura y escritura para algunos microcircuitos RAM
representativos.
Un ejemplo de un CI l RAM ESTÁTICA actual
es la CMOS MCM6264C, que es una memoria RAM de SK x 8 con cielos
de lectura y escritura de 12 ns y un consumo de potencia de
sólo 100 mW en el estado de espera. El circuito tiene 13
entradas para direccionamiento dado que 213- 8 192 =
8K, y ocho línea de E/S para datos. Las cuatro entradas de
control determinan el modo de operación del
circuito.
Un nivel BAJO en la entrada W/E
hará que se escriban los datos dentro de la RAM siempre y
cuando el circuito haya sido seleccionado; ambas entradas de
selección de micro circuito estén activas. Observe
la forma en que se utiliza el símbolo & para
denotar que ambas entradas tienen que estar activas. Un
nivel ALTO aplicado en W/E produce la
operación de lectura siempre que el dispositivo se
encuentre seleccionado y los buffer de salida estén
habilitados por OE-=BAJO. Cuando el dispositivo
deja de estar seleccionado, para al estado de bajo consumo de
potencia en el que ninguna de las demás entradas tienen
efecto sobre él.
SÍMBOLO Y TABLA DE MODOS DE OPERACIÓN PARA
LA CMOS MCM6264C
Este tipo de memoria se caracteriza por su
capacidad, velocidad de operación media y por el bajo
requerimiento de potencia. Los capacitores
MOS (con capacitancia de sólo unos cuantos "picofarads".)
guardan los unos y ceros. Dada la probabilidad que
tienen estas cargas a fugarse después de cierto tiempo,
las DRAM requieren de la recargas de las celdas de memoria; este
proceso se le llama "Refresco de la memoria RAM dinámica". En la actualidad los
microcircuitos DRAM cada celda debe refrescarse casa 2, 4 u 8 ms
ya que si no se hace esta señal de refresco se
perderán los datos.
Esta señal de refresco es una desventaja de
las DRAM, dado que requiere de circuitería de soporte
externa, algunas DRAM tienen circuitería de control para
la señal de refresco que no requiere de hardware externo extra pero
si requiere de u temporización especial para las entradas
de control del circuito integrado.
Las DRAM generalmente tienen 4 veces la densidad de las
SRAMs. Esto permite colocar hasta cuatro veces más
capacidad de memoria sobre una tarjeta de circuito impreso, es
decir, para la misma cantidad de memoria sólo se necesita
la cuarta parte del espacio.
ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DE LA
DRAM.
La arquitectura interna de una DRAM se ve como una
matriz formada
por celdas capaces de almacenar un bit, en la figura es un CI
DRAM de 16k*1 se muestran 16,384 (214)celdas colocadas
en una matriz de 128*128. Cada celda ocupa una posición
única, renglón y columna dentro de la
matriz.
Se necesitan 14 entradas para direccionamiento a
fin de seleccionar una de las celdas; los bits A0 –
A6 seleccionan el renglón, mientras que las
A7 – A13 seleccionan la columna. Cada
dirección de 14 bits selecciona una celda única ya
sea de lectura o escritura.
En el mercado CI DRAMs con capacidades de 4M*1 y 1M*4.
Las DRAM con palabras de 4 bits tienen una disposición
similar a la figura, nada más que cada posición
dentro de la misma matriz contiene 4 celdas y cada
dirección selecciona un grupo de 4 celdas para la
operación de lectura o escritura.
Multiplexaje de direcciones: Para reducir
el número de terminales en los CRDRAM de alta capacidad,
se emplea el multiplexaje de direcciones, el cual permite que
cada terminal permita a dos diferentes bits de
dirección.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar"
En la figura se muestra un diagrama
simplificado de la arquitectura de este CI. Es una matriz de
128*128. Tiene una sola línea de entrada de datos, una
salida de datos y una entrada R/W. Las 7 entradas de direcciones
estas tienen una doble función se incluyen 2 entradas de
selección para sincronizar las direcciones de
renglón y columna. Las señales de selección
de renglón RAS almacena el registro de 7 bits
correspondiente a las direcciones de renglón, mientras que
la señal de selección de columna CAS almacena el
registro de 7 bits correspondientes a las direcciones de
columna.
CICLO DE LECTURA DE UNA DRAM.
Durante todo el tiempo que dure la
operación, las señales R/W se encuentran en un
nivel ALTO.
En el tiempo t0 el MUX cambia a BAJO
para aplicar bits de dirección del renglón en las
entradas de direcciones de la DRAM. RAS cambia a BAJO para
recibir la dirección del renglón (t1).
El MUX cambia a ALTO para colocar la dirección de la
columna en las entradas para direcciones de la
DRAM(t2).CAS cambia a BAJO para recibir la
dirección de la columna(t3). La DRAM manda un
dato válido este sale de la celda de la memoria
seleccionada(DATO SAL)( t4). En el t5 todos
vuelven a su estado inicial.
CICLO DE ESCRITURA EN UNA
DRAM.
En el tiempo t0 el MUX cambia a BAJO para
aplicar bits de dirección del renglón en las
entradas de direcciones de la DRAM. RAS cambia a BAJO para
recibir la dirección del renglón (t1).
El MUX cambia a ALTO para colocar la dirección de la
columna en las entradas para direcciones de la
DRAM(t2).CAS cambia a BAJO para recibir la
dirección de la columna(t3). Los datos que se
van a escribir en la memoria se colocan en DATO ENT(
t4).En el t5 R/W cambian a BAJO para
escribir el dato en la memoria. t6 El DATO ENT se
retira. t7 vuelven a su estado inicial.
REFRESCO DEL CONTENIDO DE LA
DRAM.
Una celda DRAM se refresca cada vez que se realiza
una operación de lectura en la celda. Estas tienen que
refrescarse de manera periódica o de lo contrario pierden
el dato que almacenan. Un microcircuito DRAM se refresca cada vez
que se lleve a cabo una operación de lectura en una celda,
se regeneren todas las celdas que se encuentran en el mismo
renglón. Es necesario efectuar una operación de
lectura en cada renglón de la matriz DRAM, cada 4ms, para
tener la certeza de que cada celda de la matriz queda
regenerada("refrescada").
Hay 2 modos de regeneración.
Por RAFAGA se suspende el funcionamiento normal de
la memoria y se regenera, en forma sucesiva, cada renglón
de la DRAM hasta que se han regenerado todos.
DISTRIBUIDA. La regeneración de renglones
va intercalada en el funcionamiento normal de la
memoria.
El método mas
común para regenerar o refrescar una DRAM es la
regeneración sólo de RAS.
Problema 6.- Recientemente se ha rescatado una
extrañísima nave espacial que provenía de
los confines de la constelación Ophiocus. Tras
múltiples esfuerzos, nuestros científicos han
logrado deducir algunos datos sobre la civilización que la
construyó. En vez de dos brazos, sus criaturas
poseían uno sólo que terminada en una "mano" con un
número B de dedos. En un cuaderno que encontraron en la
nave había escrito:
"5X2 – 50X + 125 =
0 à
X1 = 8. X2 = 5"
Suponiendo que tanto el sistema de numeración
como las matemáticas extraterrestres tengan una
historia similar
a los desarrollados en la Tierra
¿cuántos dedos (B) poseían?
Solución P6.- Debemos encontrar un sistema
de numeración B en el cual se verifique que 8 y 5 son
soluciones a
la ecuación encontrada.
En un sistema posicional de base B una secuencia de
digitos dn-1 dn-2 …. d1
d0, representa a una magnitud M si se cumple que
.
Aplicando dicha fórmula a los coeficientes de la
ecuación: 5, 50 y 125, obtenemos la siguiente:
5.X2-(5.B+0).X+(1.B2-2.B+5)=0
Sustituyendo los valores
X1=8 y X2=5 en la variable X:
5.82-(5.B+0).8+(1.B2-2.B+5)=0
5.52-(5.B+0).5+(1.B2-2.B+5)=0
Basta resolver el sistema formado por estas dos ecuaciones
para encontrar que el único valor de B que satisface ambas
es B=13. Por tanto, los extraterrestres de Ophiocus
poseían 13 dedos en su único brazo.
Problema 7.- Las normas de
seguridad de los modernos aviones exigen que, para señales
de vital importancia para la seguridad del aparato, los
círculos deben estar triplicados para que el fallo de uno
de ellos no produzca una catástrofe. En caso de que los
tres circuitos no
produzcan la misma salida, ésta se escogerá
mediante votación. Diseñe el círculo
"votador" que ha de utilizarse para obtener como resultado el
valor mayoritario de las tres entradas.
Solución P7.- El proceso de
votación consiste en tomar el valor mayoritario de las
entradas. De esta forma, la salida, f del circuito tendrá
la siguiente codificación:
f=0 si hay más ceros que unos en
las entradas
f=1 si hay más unos que ceros en
las entradas
El circuito votador tiene tres señales de entrada
a, b y c que son las salidas de los circuitos triplicados.
Podemos construir el mapa de Kamaugh o bien la tabla de
verdad:
En el mapa de Kamaugh seleccionamos las implicantes de
la función A. B y C y realizamos un cubrimiento
óptimo:
f = A + B + C = ab + bc + ac
Un circuito hecho sólo con puertas NAND es el
siguiente:
Problema 8.- Analice la
función que realiza el circuito, encontrando una
expresión reducida en dos niveles.
Solución P8.- Todas son puertas NAND,
salvo la de salida f1; llamando M a la entrada
desconocida de esa puerta f1=eM
Ahora, M y f2 pueden obtenerse por el
método específico de circuitos con sólo
puertas NAND. Este método consta de los siguientes
pasos:
1.- Hay que construir un árbol del circuito en el
que los nodos representan a las puertas y las ramas las
conexiones. Las puertas se estratifican en niveles distintos
comenzando por la puerta de salida que da lugar al primer nivel
del árbol. A partir de este nivel y en función de
las conexiones del circuito se van situando el resto de puertas
en niveles sucesivos hasta alcanzar las señales de
entrada.
2.- Por la equivalencia de dos niveles de puertas NAND
con dos niveles AND-OR, se va a asociar a cada nivel de puertas
del árbol la función AND o la OR alternando ambos
tipos de función comenzando por la función
OR.
3.- Se obtendrá la función que realiza el
circuito considerando sólo operaciones AND u OR. Hay que
tener en cuenta que aquellas variables de
entrada que estén conectadas a puertas que correspondan a
un nivel OR deben complementarse.
A continuación se aplica este método al
circuito.
Se numeran las puertas de la forma que se muestra en la
figura.
Se construye el árbol para cada salida
De aquí se tiene:
Problema 9.- Las cuatro
líneas de entrada de un circuito combinacional
corresponden a un número natural codificado en binario
natural.
Diseñe un circuito en dos niveles que sirva para
detectar cuándo un número es una potencia de
dos.
Solución P9.- Es un circuito
con 4 señales de entrada a,b, c y d y una salida f. La
función de salida debe detectar la llegada de un
número potencia de 2. Las potencias de dos son
20=1 21=2, 22=4,
223=8. Cuando en la entrada se detecte alguno de estos
números, la salida tomará el valor 1. El mapa de
Kamaugh de esta función es el siguiente:
La expresión mínima en forma sp es la
siguiente:
El circuito en dos niveles AND-OR es el
siguiente:
Problema 10.- Se ha diseñado una
puerta de tres entradas llamada bomba (cuyas
características se muestran con un resultado
desafortunado. Experimentalmente se encuentra que las
combinaciones de entrada 101 y 010 hacen explotar la puerta.
Determine si hay que inutilizar las puertas o, por el contrario,
pueden ser modificadas externamente (añadiendo un
circuito) de forma que sea funcionalmente completa y que sin
embargo no explote
Solución P10.- Debemos
conseguir que el circuito no explote en ninguna
combinación de entrada de forma que no combiemos la
función de salida. Para ello vamos a añadir un
circuito con 3 entradas (a, b, c) y tres salidas (A, B, C) de
manera que BOMBA (a, b, c) = BOMBA (A, B,C) según la tabla
del enunciado:
Las salidas ABC=101 y 010 deben ser evitadas para que no
explote el circuito. Como BOMBA (0, 1, 0)=1 podemos hacer que
para abc=010 las salidas ABC sean cualquiera de las que dan 1 en
la salida del circuito BOMBA. Esto es ABC = 000, 011, 100. Como
BOMBA (1, 0, 1) = 0, podemos hacer que para abc = 101 las salidas
del circuito sean cualquiera de las que dan 0 en la salida del
circuito BOMBA. Esto es, ABC = 001, 110, 111.
Con el fin de no producir más cambios, para
cualquier otra combinación de abc haremos ABC =
abc.
Tenemos que hacer dos elecciones, una para abc=010 y
otra para abc=101. Una buena solución es la que implica
menos cambios en las señales:
abc = 010 à ABC = 000
abc = 101 à ABC = 111
Con estas elecciones la única señal que
cambia es B mientras que A y C cumplen A=a y C=c.
Del mapa de Kamaugh se obtiene una expresión de B
en función de a, b y c:
Autor:
ING. Jorge Moscoso Sanchez
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