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TEMA 11
MEMORIAS. CIRCUITOS LÓGICOS
PROGRAMABLES
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CLASIFICACIÓN SEGÚN SU TECNOLOGÍA
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PARAMETROS FUNDAMENTALES DE LAS MEMORIAS
•Modo de acceso:
–Aleatorio (RAM, Random Access Memory)
–Serie
•Alterabilidad
–Memorias ROM (Read Only Memory)
Memorias de "solo lectura"
Almacenamiento permanente de datos y programas
Tipos:
ROM, PROM, EPROM, EEPROM.
–Memorias RWM (Read-Write Memory)
Memorias de lectura y escritura
Almacenamiento no permanente de programas y datos
Memorias SRAM, DRAM, FLASH
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PARAMETROS FUNDAMENTALES DE LAS MEMORIAS
•Estabilidad
– Volatilidad
– No: ROM, PROM, EPROM, EEPROM, FLASH
– Si: SRAM, DRAM.
– Almacenamiento Estático/Dinámico
•Tiempo de acceso (tA).
•Tiempo de ciclo (tc) . Ancho de banda de las memorias
•Capacidad y organización: Nº de palabras x bits por palabra.
•Medio físico de almacenamiento
–Electrónico
–Magnético
–Óptico
•Consumo
•Coste.
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ESTRUCTURA GENERAL DE UNA MEMORIA RAM.
ORGANIZACIONES 2D Y 3D.
Configuración de la memoria RAM como circuito integrado
BUS DE DIRECC.
n líneas
BUS DE DATOS
m líneas
MEMORIA
CS: chip select
R/W’: Lectura/escritura’
OE: output enable
BUS DE CONTROL
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ESTRUCTURA GENERAL DE UNA MEMORIA RAM.
ORGANIZACIONES 2D Y 3D.
Configuración de la memoria RAM como circuito integrado
BUS DE DIRECC.
n líneas
MEMORIA
BUS DE DATOS
m líneas
Nº de palabras: 2n
Organización 2n x m bits
Bits por palabra: m
Ejemplo: n=11, m=8
Organización 211 x 8=2k x8
Capacidad 16 Kbits= 16384 bits
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ESTRUCTURA GENERAL DE UNA MEMORIA RAM.
ORGANIZACIONES 2D Y 3D.
Funcionamiento genérico de una memoria RAM
en una operación de lectura o escritura
BUS DE CONTROL
CS
CPU
+
CONTROL
LEC/ESCR
MEMORIA
CS
LEC/ESCR
MEMORIA
BUS DE
DIRECCIONES
BUS DE DATOS
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ESTRUCTURA GENERAL DE UNA MEMORIA RAM.
ORGANIZACIONES 2D Y 3D.
Organización 2-D, dos dimensiones
i
Diw-1 ………………………..Di0
i
Diw-1 ………………………..Di0
Para el caso de una memoria de 16KB sería preciso un decodificador
con 14 líneas de entrada y 214 líneas de salida.
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ESTRUCTURA GENERAL DE UNA MEMORIA RAM.
ORGANIZACIONES 2D Y 3D.
a) Estructura lógica de la celda binaria para una memoria RAM estática
con organización 2-D.
b) Diagrama de bloques de la celda
R Q´
S Q
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ESTRUCTURA GENERAL DE UNA MEMORIA RAM.
ORGANIZACIONES 2D Y 3D.
Organización 3-D, tres dimensiones
Columna
Fila
Al utilizar decodificación doble y selección por coincidencia de líneas activadas,
para el caso de 16 KB, son precisos dos decodificadores de 7x128 .
En el caso general de una memoria de N palabras, el número de líneas de selección
pasan de N con un decodificador, a 2√N o N1+N2 (tales que N1xN2=N) con dos
decodificadores.
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ESTRUCTURA GENERAL DE UNA MEMORIA RAM.
ORGANIZACIONES 2D Y 3D.
Estructura lógica de la celda binaria para una memoria RAM estática con
organización 3-D
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Estructura lógica completa de una memoria RAM estática
16x4. Se utiliza como celda binaria el diseño anterior (2-D).
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Las líneas de acceso al c.i. son:
- Bus de direcciones A3:A0.
- Bus de datos I/O3:I/O0. Se trata de cuatro líneas bidireccionales
que pueden actuar como entradas o salidas, excluyentemente,
gracias a los buffers triestado.
- Señales de control de lectura/escritura (L/E') y habilitación global
del chip (CS', chip select).
- Señal de control de habilitación de salida OE' (Output Enable).
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SEÑALES DE CONTROL. CICLOS DE LECTURA Y ESCRITURA
Matriz de
memoria
8
bi
ts
512 filas
C.I. RAM estática de 32K x 8
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
512 X 64
ARRAY
64 columnas
A14 A13 A12 A11 A10 A9
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SEÑALES DE CONTROL. CICLOS DE LECTURA Y ESCRITURA
CE=VIL; OE=VIL; WE=VIH
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SEÑALES DE CONTROL. CICLOS DE LECTURA Y ESCRITURA
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ESTRUCTURA INTERNA DE UNA MEMORIA RAM DINÁMICA
Organización interna de un c.i. de memoria dinámica (DRAM) de 1Mx1 bits
Bus de direcciones
multiplexado
A0/A10
A1/A11
A2/A12
.
.
A9/A19
Dout
Din
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SEÑALES DE CONTROL. CICLOS DE LECTURA Y ESCRITURA
Ciclo de lectura
Ciclo de escritura
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SEÑALES DE CONTROL. CICLOS DE LECTURA Y ESCRITURA
Cronograma del modo página rápido para la operación de lectura
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MEMORIAS RAM DE SOLO LECTURA (ROM)
CLASIFICACION
- Memorias ROM (Read Only Memory): El contenido se establece en el proceso
de fabricación.
- Memorias PROM (Programable ROM): Son memorias ROM programables en
un equipo especializado. El contenido es inalterable desde el momento de la
programación.
- Memorias RPROM (Reprogramable ROM): Es posible reprogramarlas borrando
el contenido previamente. Según la forma de realizar el borrado, se contempla una
subclasificación adicional:
- Memorias EPROM (Erasable PROM): La grabación se realiza en equipos
especiales. El borrado se realiza mediante la exposición del integrado a radiación
ultravioleta.
- Memorias EEPROM o E2PROM (Electrically EPROM): Programables y
borrables eléctricamente. Esto las dota de una gran versatilidad, puesto que tanto
la programación, modificación y borrado puede realizarse ON LINE. Presentan la
ventaja de ser borrables byte a byte.
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MEMORIAS RAM DE SOLO LECTURA (ROM)
Algunas APLICACIONES usuales de las ROM son la implementación de:
- Conversores de código
- Generadores de caracteres
- Func. aritméticas complejas (trigonométricas, logarítmicas, etc.)
- Secuenciales de propósito general
- Unidades de control microprogramadas
- Almacenamiento de partes del sistema operativo.
COMPARACIÓN con las memorias RAM de lectura/escritura.
- La circuiteria de direccionamiento es igual (uso de decodificadores)
- El bloque de E/S se simplifica (sólo buffers de salida).
- Las líneas de control quedan reducidas a CS (Chip Select).
- Son no volátiles.
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CELDAS BINARIAS: ELEMENTOS ACOPLADORES
a) Memorias ROM.
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b) Memorias PROM (similar en las RPROM).
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Características de la EPROM 2716
(a) Diagrama temporal de lectura
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Características de la EPROM 2716
(b) Programación de la EPROM 2716
26
EXTENSIÓN DE LA LONGITUD DE PALABRA
27
EXTENSIÓN DEL NÚMERO DE PALABRAS
28
EJEMPLOS DE EXTENSION DE MEMORIAS RAM
RAM de 4096x2 bits construida con 8 RAM 2102 (1 Kbit).
29
EJEMPLOS DE EXTENSION DE MEMORIAS RAM
RAM de 1 Kbyte construida con 8 RAM 2111 de 1 Kbit (256x4).
30
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Circuito de direccionamiento para una RAM de 8 Kbytes
construida con 64 RAM 2111 de 1 Kbit (256x4).
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EJEMPLO DE UN SISTEMA DE MEMORIAS
EN UN MICROCOMPUTADOR REAL
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34
DISEÑO DE CIRCUITOS CON MEMORIAS Y CIRCUITOS LÓGICOS
PROGRAMABLES (PLD)
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DISEÑO DE CIRCUITOS CON MEMORIAS Y CIRCUITOS LÓGICOS
PROGRAMABLES (PLD)
VENTAJAS:
Reemplazan a varios componentes discretos
Reducción de CI’s
Reducción de espacio, conexiones, consumo ...
Reducción de coste
Aumento de fiabilidad
Posibilidad de ser reprogramados
Versatilidad de los diseños que se pueden adaptar a nuevas
especificaciones.
Posibilidad de corregir errores de diseño
Utilización de herramientas EDA (Electronic Desing Automation) en
el diseño
Lenguajes de descripción de Hw (HDL), ejem: VHDL.
Simulación...
Gran variedad de dispositivos con diversas tecnologías, arquitecturas y
niveles de complejidad. Capacidades equivalentes desde varias decenas
a varios millones de puertas.
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Memorias PROM y PLD
A
B
C D
Matriz decodificadora
(programable)
PROM (16x4):
Salidas
Productos
Matriz codificadora
(fija)
a b c d
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Memorias PROM y PLD
A
B
C D
Matriz decodificadora
(programable)
FPLA (4x16x4):
(Field Programmable Logic Array)
Salidas
Productos
Entradas
Matriz codificadora
(programable)
a b c d
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Memorias PROM y PLD
A
B
C D
Matriz decodificadora
(fija)
PAL (4x16x4):
(Programmable Array Logic)
Salidas
Productos
Entradas
Matriz codificadora
(programable)
a b c d
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Ejemplo de utilización de diferentes arquitecturas:
40
Ejemplo de utilización de diferentes arquitecturas:
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Utilizando una PROM 16x4:
A B C D
a b c d
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Utilizando un FPLA
Simplificando:
a=A; b=A’B+AB’
c=B’C+BC’; d=C’D+CD’
Resultado 7 productos, FPLA=4x7x4
A B C D
A
D’C
AB’
BC’
A’B
B’C
DC’
a b c d
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Utilizando un PAL
Simplificando:
a=A; b=A’B+AB’
c=B’C+BC’; d=C’D+CD’
Resultado 7 productos, PAL=4x8x4
A B C D
A
0
A’B
AB’
B’C
BC’
C’D
CD’
a b c d
44
3
+
3
=
6
45
46
47
PROBLEMAS
DE
MEMORIAS
48
49
50
51
52
53
54