INSTALAÇÕES ELÉTRICAS - CIRCUITOS DIGITAIS - Prof. Nelson M. Kanashiro CAPÍTULO 13 - MEMÓRIAS
1. Introdução
Em muitas aplicações digitais, principalmente as que envolvem a manipulação de grande quantidade de informações, como nos microcomputadores, é necessário um dispositivo para o armazenamento destas informações. Este dispositivo que armazena informações é recebe a denominação de memória.
Existem diversos tipos de memórias que se diferenciam pela maneira como trabalham: - Tipo de acesso;
- Volatilidade;
- De escrita e leitura ou apenas de leitura.
Abordaremos alguns tipos de memórias que tanto podemos encontrar em aplicações digitais mais simples como em aplicações mais complexas, que são as memórias no formato de circuitos integrados, já que existem outras formas de armazenamento de informações, tais como os dispositivos magnéticos (fitas magnéticas, cartões, disquetes etc.)
2. Memórias Voláteis e não Voláteis
Um flip-flop pode ser considerado uma unidade de memória já que, dependendo do sinal aplicado à sua entrada, podemos estabelecer em sua saída um determinado nível lógico.
O problema que este tipo de memória apresenta é que quando desligamos a alimentação do circuito a informação é perdida. Quando estabelecemos a alimentação o flip-flop assume um estado lógico qualquer.
Este tipo de memória é denominado de “volátil” já que ao ser cortada a alimentação as informações são perdidas.
As memórias dos circuitos de microcomputadores que precisam armazenar informações apenas durante o tempo em que está funcionando, ou seja, durante a execução de um programa são deste tipo.
As memórias “não voláteis” são aquelas que mesmo quando a alimentação do microcomputador é desligada, mantém a informação. Estas memórias são normalmente utilizadas para guardar informações que o microcomputador precisa sempre. A partir do momento em que o ligamos ele já precisa ter informações próprias de como inicializar o funcionamento do microcomputador.
As memórias ROM (Read Only Memory) são memórias em que as informações existentes podem ser lidas. Estas informações são gravadas no processo de construção da pastilha semicondutora de modo que, depois de manufaturadas, não podem der feitas alterações em seu conteúdo.
Trata-se de memórias não voláteis que são usadas, por exemplo, nos computadores para conter as informações que ele precisa para funcionar. No microcomputador tão logo o ligamos ele precisa saber que deve receber informações ou ordens a partir de um teclado e deve ter um programa para isso. Este programa “vem de fábrica” e contêm, por exemplo, as instruções iniciais do microcomputador.
4. Memória PROM
A memória PROM (Programable Read Only Memory) é programada pelo próprio usuário aplicando meios elétricos com a ajuda de um equipamento programador.
A figura 1 mostra a estrutura parcial de uma memória PROM, contendo diversas células fusíveis.
figura 2
A programação é feita pela queima de determinados fusíveis (dados inalteráveis) produzindo o nível lógico desejado na célula. Endereçamos a célula desejada e aplicamos um pulso de corrente na ordem de 30 mA sob 20 a 30V, o que queima o fusível desejado.
A indicação somente com fusíveis é puramente didática, na realidade cada célula é formada por um fusível em série com um diodo ou transistor.
INSTALAÇÕES ELÉTRICAS - CIRCUITOS DIGITAIS - Prof. Nelson M. Kanashiro Se desejarmos a seguinte programação:
endereço dado
1 0101
2 0011
3 1100
4 1111
Basta queimar os fusíveis, conforme ilustra a figura 3:
figura 3 5. Memória EPROM
As memórias EPROM (Erasable Programable Read Only Memory) podem ser programadas com auxílio de um equipamento programador de EPROM e se necessário os dados da memória podem ser apagadas, se necessário, aplicando luz ultravioleta.
A programação é retida pela memória na forma de carga estática que ficam em determinadas regiões de cada célula e que influem na condução de transistores MOS (metal oxide semiconductor), determinando se o nível na saída será “0” ou “1”.
Estas memórias possuem uma janela de quartzo que expõe a pastilha à luz externa. Aplicando uma luz ultravioleta à pastilha semicondutora, ocorre um efeito de ionização nas células alterando a carga estática armazenada na célula, apagando desta forma a informação contida na memória.
A memória EEPROM (Eletrically Erasable Programable Read Only Memory) pode ser apagada e programada eletricamente, dispensando o uso de luz ultra violeta
A característica da EEPROM (Eletrically Erasable Programable Read Only Memory) é a possibilidade de programar e apagar eletricamente bytes individuais da matriz da memória. Isto torna muito mais fácil modificar os dados de uma EEPROM. É muito mais rápida a programação de uma EEPROM, pois o tempo de programar uma posição de memória é 5ms.
7. Memórias FLASH
A memória FLASH é um dispositivo de armazenamento confiável, não volátil, de boa relação custo/ benefício e que possui características de leitura da EPROM, EEPROM e SRAM (RAM estática), porém quando aplica-se 12V sobre o dispositivo, este pode ser gravado com base em bytes. No caso da memória FLASH - 5V estes dispositivos foram projetados para serem programados dentro do sistema com o fornecimento padrão de 5V. Em programadores de EPROM convencionais não há necessidade de 12Vpp, nem para programação, nem para apagamento. É composta de uma arquitetura de apagamento de setor (qualquer combinação pode ser apagada simultaneamente) e 100.000 ciclos de apagamento/ programação. As figuras seguintes mostram o dispositivo básico da memória flash e os princípios de programação de um transistor de gate flutuante.
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figura 6 7. Memória RAM
Diferente das memórias anteriormente citadas, as memórias RAM (Random Acces Memory) podem ser constantemente lidas ou reprogramadas sem qualquer técnica ou procedimento específico. É chamada também de memória de leitura e de escrita. Basicamente, temos dois tipos de memória RAM:
a) RAM ESTÁTICA (SRAM) - a célula de armazenamento é um flip-flop, de forma que quando selecionado um determinado endereço, podemos ler o respectivo conteúdo ou escrever nele um novo conteúdo, como um registrador.
b) RAM DINÂMICA (DRAM) - a célula de armazenamento é um capacitor interno, no lugar de um flip-flop. Como o capacitor apresenta corrente de fuga, a perda de carga deve ser reposta em intervalos de 2 a 6 milisegundos (Ciclo de Refresh).
Para ler uma célula, as chaves SW2, SW3 e SW4 são fechadas, e SW1 permanece aberta. Isso conecta a tensão armazenada no capacitor ao amplificador sensor. Assim, na saída do amplificador teremos o valor armazenado no capacitor, que é atualizado via SW4 no momento da leitura.
7. Organização de uma Memória.
Uma RAM é organizada na forma matricial M x N, onde M é a quantidade de palavras e N é o tamanho da palavra armazenada, em bits.
Como exemplo, representamos abaixo uma RAM de 64 bits, na organização 16 x 4, ou seja, dezesseis palavras de quatro bits:
figura 8
Para armazenar uma informação na memória, aplica-se uma palavra de quatro bits na entrada, para uma RAM de 16 x 4, definimos um endereço (DCBA). Ao colocarmos a entrada R/W em “0”, a palavra é carregada no endereço selecionado e a palavra gravada anteriormente naquele endereço é apagada. Após a gravação a entrada R/W deve ser mantida em “1” e o dado gravado estará disponível nas saídas.
Se a entrada EN for mantida em “1”, todas as saídas assumem o estado lógico “1”, independente ao conteúdo da memória.
EN R/W operação saídas
0 0 escrita 1
0 1 leitura informação armazenada complementada
INSTALAÇÕES ELÉTRICAS - CIRCUITOS DIGITAIS - Prof. Nelson M. Kanashiro 8. Tipos de módulos de memórias RAM
Nós já cobrimos um pouco do caminho dos dados pelo computador, então vamos aos tipos de pentes que encontramos no mercado ou que já existiram e deixaram de ser vendidos. Vale lembrar que os equipamentos e processadores mais recentes trabalham com memórias do tipo DDR2 ou DDR (para alguns dos anos anteriores). E para descobrir qual é o tipo de memória utilizada pelo seu computador, siga diretamente para o manual de instruções.
Memória SIMM
O termo SIMM vem de Single In-Line Memory Module, e era designado ao tipo de módulo de memória utilizado em computadores até meados da década de noventa. Os primeiros modelos conseguiam carregar as instruções com apenas 8 bits a cada passagem, tendo um total de 30 pinos conectores. Depois de algum tempo, surgiram novos módulos, os quais continham 72 pinos de conexão e suportavam até 32 bits de informação por acesso.
Memória DIMM
Estes módulos entraram no mercado para substituir os pentes mencionados acima, principalmente com a ascensão da arquitetura Pentium no mercado mundial de computadores. As grandes
diferenças consistem no fato de que ambos os lados de conectores são independentes, ao contrário da geração anterior, proporcionando uma largura de banda de 64 bits.
Memória RIMM
RIMM é o nome patenteado para Direct Rambus memory module, sendo muito parecidos com as memórias DIMM, descritas acima. As principais diferenças estão no número de conectores e na transferência de dados, que ocorre a 16 bits. Entretanto, por possuir velocidade maior, era requerida uma lâmina de alumínio para refrigerar o equipamento.
Memória DDR SDRAM
A memória de acesso aleatório dinâmica síncrona de dupla taxa de transferência é uma das especificações de memória de maior sucesso na indústria, tendo sido desenvolvida com o objetivo de atingir o dobro do desempenho de sua antecessora. Considerando que os dados são
transferidos a 64 bits por vez, a taxa de transferência (quando multiplicados a taxa de bus e o número de bits) chega a 1600 MB/s (leve em consideração que o valor normal seria de 800 MB/s, caso não houvesse a tecnologia de transmissão dupla).
DDR2 SDRAM
O principal padrão atual é uma evolução da memória tipo DDR convencional, contando com uma série de transformações nas especificações que visam o aumento de velocidade (incluindo o clock), a minimização do consumo de energia, do aquecimento e da interferência por ruídos elétricos e o aumento da densidade (mais memória total por pente ou chip).
DDR3 SDRAM
Assim como para a revisão anterior, a DDR3 tem como propósito elevar ainda mais o desempenho das memórias, reduzindo consumo e acelerando as capacidades de acesso e armazenamento de dados. A banda de transferência de dados é duas vezes superior a encontrada nas DDR2,
Ao contrário do que muitos usuários acreditam, adicionar memória RAM nem sempre aumenta o desempenho do computador. Para entender melhor esta idéia, imagine que seu computador já conta com 2 GB de memória. Com base neste valor, pense que o sistema operacional consome cerca de 900 MB para rodar, que o navegador aberto ocupa mais 120 MB e que a sua planilha de Excel adiciona mais 100 MB na conta.
Teoricamente você teria memória de sobra para rodar mais alguns aplicativos (880 MB) e, caso não fosse abrir muitas coisas a mais, um pente adicional não causaria impacto, pois já há uma quantia livre mais que suficiente.
Em outra situação, mantenha o computador com 1 GB de RAM, mas imagine que o sistema
operacional, navegador, planilha e mais alguns programas abertos consomem cerca de 900 MB de RAM. Com mais um joguinho leve ou uma aba extra com Flash no navegador você saltaria para cima de 1 GB de memória ocupado (tendo que recorrer à memória virtual, realizando a troca entre os aplicativos alocados na memória RAM e perdendo muito desempenho pelo meio do caminho). É para este segundo caso que a adição de mais memória causa impacto, abrindo mais espaço para os programas e o sistema “respirarem”.