aula 19 -Dispositivos de memória_ROM

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Universidade Federal do ABC

Prof. Rodrigo Reina Muñoz

rodrigo.munoz@ufabc.edu.br

Aula 19: Dispositivos de Memória

Eletrônica Digital

Dispositivos de Memória

Memórias conhecidas

- FF: armazena 1 bit.

- Registrador: armazena 1 palavra.

 Avanços tecnológicos permitem aumentar o número de FF por CI.

 memória semicondutora mais rápida que existe.

 Dados digitais podem ser armazenados como carga em capacitores.

Memória Principal:

- Implementada usando memórias semicondutoras; - Constante comunicação com CPU;

- Armazena dados e programas;

- Constituída por memórias RAM e ROM.

Dispositivos de Memória (cont.)

Memória auxiliar ou de massa: - Externa; - Armazenamento de alto volume de dados; - Mais lenta.

 Célula de memória: Dispositivo para armazenar um único bit.

Exemplo: FF, um capacitor carregado, ou um pequeno ponto em

uma fita ou disco magnético.

 Palavra de memória: Agrupamento de bits (células).

 Byte: Agrupamento de 8 bits.

 Capacidade: Determina a quantidade de bits que podem ser

armazenados em um sistema de memória.

Exemplo: 4096 X 20 = 81.920 bits

Quantidade de bits por palavra número de palavras

Capacidade (cont...)

1K representa 1024 bits = 210

1M ou 1 mega representa 1.048.576 bits = 220

Terminologia de Memórias (cont.)

Exemplo: Uma memória é especificada como 2K X 8. Quantas

palavras podem ser armazenadas? Qual é o tamanho da palavra? Qual o número de bits que pode armazenar?

- 2K = 2 X 1.024 = 2048 palavras Cada palavra é de 8 bits (1 byte).

 Densidade: Indica a capacidade de armazenamento. Maior densidade

significa maior número de bits em um mesmo espaço.

Terminologia de Memórias (cont.)

Tempo de acesso: Tempo necessário

para realizar uma operação de leitura.

 Endereço: Indica a posição da palavra na memória.

 Operação de leitura: Detecta uma palavra em uma posição

específica da memória e a transfere para outro dispositivo.

 Operação de escrita: armazena uma

palavra numa posição específica da

memória.

Memória volátil: Requer tensão elétrica

Terminologia de Memórias (cont.)

 RAM (random access memory): A posição da palavra não tem efeito

sobre o tempo de leitura ou de escrita. Mesmo tempo de acesso para qualquer endereço.

 SAM (sequential access memory): O tempo de acesso não é

constante, mas varia de acordo com o endereço da palavra.

 RWM (read / write memory) : Qualquer memória que pode ser lida ou

escrita de uma forma igualmente fácil.

 ROM (read only memory) : Memórias nas quais a razão de operações

Terminologia de Memórias (cont.)

 Dispositivos de memória estática: Não há necessidade de

reescrever os dados periodicamente na memória.

 Dispositivos de memória dinâmica: Há necessidade de reescrever

os dados periodicamente na memória. Requer um ciclo de refresh.

 Memória principal (ou trabalho): Armazena os dados que a CPU

utiliza no momento. É a memória mais rápida do computador e sempre semicondutora.

 Memória auxiliar (ou de massa): Armazena grande quantidade de

informações externas à memória principal. É a memória mais lenta e sempre não volátil.

Princípios de Operação da Memória

1- Selecionar um endereço de memória para operação de leitura ou de escrita;

2- Selecionar uma operação de escrita ou leitura para ser realizada;

3- Fornecer os dados a serem armazenados durante uma operação de escrita;

4- Manter os dados de saída vindos da memória durante operação de leitura;

5- Habilitar (ou desabilitar) a memória de modo que ela responda (ou não) às entradas de endereço e ao comando de leitura ou de escrita.

De modo geral, certos princípios básicos são os mesmos para todos os tipos de memórias:

Exemplo: Memória 32 X 4.

- Para 32 palavras, são requeridos 32 endereços binários diferentes. - Geralmente, são necessárias N entradas de endereço para uma memória com capacidade de 2N _palavras.

- Visualize a memória como um arranjo de 32 registradores, cada um com palavra de 4 bits.

Exemplo: Operação de leitura e de escrita.

Escrita

Leitura

Obs:

- A operação de escrita substitui os dados da posição de memória previamente armazenados.

- Operação de leitura não modifica o conteúdo da posição de memória.

Princípios de Operação da Memória (cont.)

Condição Endereço = 11110 Entrada = xxxx R/W’ = 1 ME = 1 Saída = 1101 Condição Endereço = 00011 Entrada = 0100 R/W’ = 0 ME= 1 Saída = xxxx

Conexões CPU-Memória

 A memória principal tem sua interface de comunicação com a CPU através de três barramentos:

- Linhas de endereço; - Linhas de dados; - Linhas de controle.

Passos requeridos na operação de escrita.

•

• A CPU ativa as linhas de controle para operação de escrita. • Os CIs de memória decodificam o endereço.

• Os dados são transferidos para a posição de memória selecionada.

Conexões CPU-Memória (cont.)

Passos requeridos na operação de leitura.

• A CPU fornece o endereço da posição de memória.

•A CPU ativa as linhas de controle para operação de leitura. • Os CIs de memória decodificam o endereço.

• Os CIs de memória colocam o dado no barramento.

Conexões CPU-Memória (cont.)

ROM - Memória Apenas de Leitura

- Projetada para manter dados que são permanentes (não mudam freqüentemente).

Há memórias ROM que permitem a escrita de dados eletricamente

-(programação ou queima).

- Usadas principalmente no armazenamento de programas de computador.

- São não voláteis (programas/dados não são perdidos quando o sistema é desenergizado).

- A saída de dados na maioria das ROMs são saídas tristate para permitir a conexão de vários CIs de ROMs (expansão de memória).

Exemplo: ROM 16 X 8 (16 bytes)

ROM - Memória Apenas de Leitura (cont.)

Condição:

Endereço = 1010 CS’ = 0

Arquitetura da ROM

Exemplo: Qual registrador

é habilitado pelo endereço 1101?

A3A2 = 11 _ coluna 3. A2A1 = 01 _ linha1. Registrador 13.

Temporização da ROM

• Tempo de acesso, t_ACC: Atraso de propagação entre a aplicação das

entradas da ROM, e o aparecimento dos dados na saída. • Em t_1, o novo endereço é valido;

• Em t₂, a entrada CS’ é ativada para habilitar os buffers de saída; • Em t₃, as saídas mudam de alta impedância para dados válidos.

T_OE: Tempo de habilitação de saída.

Tipos de ROM

ROM programada por máscara (MROM)

- Informações armazenadas através do terminal S (source) de um transistor.

- Cada célula é um NMOS. - V_GS = 0 _ “chave” aberta - V_GS = 1 _ “chave” fechada. - Decodificador seleciona a linha para leitura dos dados. - A₁A₀ = 00, linha 0 ativa.

Exemplo: Armazenamento de tabelas de funções matemáticas.

Considere a função y = x2 _{+ 3. A entrada de endereço corresponde a}

x e a saída de dados é y.

1º Passo: Construir a tabela da função (x _ 2 bits)

X A1 A0 y = x2 + 3 D3 D2 D1 D0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0

Considerando a arquitetura anterior: A₁A₀ = 00 seleciona a primeira linha e, portanto, as saídas de Q₂ e Q₃ devem estar ligadas (conexão a V_DD) e as saídas de Q₀Q₁ desligadas.

Tipos de ROM (cont.)

P. Ex.: X = 10₂ = 2₁₀. A saída é y = 22 _{+ 3 = 7}

ROMs Programáveis (PROMs)

- Diferentemente da MROM, a PROM pode ser programada pelo próprio usuário.

- Uma vez programada, a PROM não pode ser apagada alterada. - O processo de programação baseia-se na queima seletiva de determinados fusíveis.

Para programar:

- Selecionar o endereço apropriado. - Posicionar os dados de entrada. - Aplicar um pulso em um pino especial de programação.

- Transistores nos quais um 0 aparece no fusível ligado ao terminal S, terá uma corrente muito alta, abrindo o mesmo.

ROM Programável e Apagável (EPROM)

- Pode ser apagada e reprogramada pelo usuário. - A célula de armazenamento é um transistor MOS.

- A programação é feita polarizando adequadamente o transistor, através de um pulso de alta tensão na entrada apropriada.

- Para programar um “1” (estado inicial), a EPROM é exposta a luz UV.

Tipos de ROM (cont.)

Desvantagens:

1- Necessidade de remoção do circuito para programação. 2- Apaga todo o conteúdo.

ROM Programável e Apagável (EPROM)

PROM Apagável Eletricamente (EEPROM)

- A EEPROM pode ser apagada e reprogramada no próprio circuito. - Para programar a EEPROM um pulso de alta tensão é aplicado à entrada apropriada, polarizando adequadamente o transistor MOS. - Tem capacidade de apagar e reescrever bytes individualmente. - Possui um único pino de alimentação, sendo de fácil utilização.

Tipos de ROM (cont.)

Desvantagens com relação à EPROM

- Menor capacidade de bit por milímetro quadrado de silício. - Custo mais elevado.

PROM Apagável Eletricamente (EEPROM).

Memória Flash

- Podem ser apagadas eletricamente no próprio circuito (EEPROM), mas com densidades e custos próximos das EPROMS.

- Denominação vem do fato de terem tempos curtos de leitura e escrita. - Permitem apagamento por setor (por exemplo, 512 bytes), evitando a reprogramação de todas as células.

Memória Flash (cont.)

 Relações de compromisso entre as memórias semicondutoras não voláteis:

- A complexidade e custo aumentam a medida que a

Arquitetura interna da Flash: O registrador de comando gerencia as funções do chip: • Apagar • Apagar-verificar • Programar • Programar-verificar

- Memória de programa de um microcontrolador dedicado -Transferência de dados e portabilidade

- Memória bootstrap - Tabelas de dados - Conversor de dados

Aplicações da ROM

Aplicações da ROM – Termômetro Digital com LCD

• Memoria ROM utilizada como look up table para convertir entradas digitais em saídas decimais.

• O thermistor é um dispositivo não linear. Mesmo assim, pode-se usar com adequada programação da ROM. • O 74HC4543 converte

suas entradas BCD para um código de sete

segmentos para o LCD.

Requer oscilador de onda quadrada para comandar (drive) seu backplane.

Termômetro digital de dois dígitos