MEMÓRIAS. Memória. Memória serial e paralela. Memória serial e paralela 24/02/2015

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1 ÓRIAS. DEFINIÇÃO. CONCEPÇÃO TECNOLOGIAS 7. ASSOCIAÇÕES 8. ÓRIA FLASH 9. TAMANHO DEFINIÇÃO DEFINIÇÃO Memória DEFINIÇÃO Memória é toda forma de manter alguma informação de modo que ela possa ser recuperada posteriormente. O cérebro humano possui sua própria memória. Um pedaço de papel contendo alguma palavra ou ilustração é uma memória. Se a informação estiver armazenada mas não puder ser consultada, então não se tem uma memória. DEFINIÇÃO Memória serial e paralela Ao ler um texto, as palavras são formadas visualmente, no cérebro, de modo que a absorção da informação é feita instantaneamente. A leitura das palavras é feita de forma paralela, isto é, todas as letras são lidas ao mesmo tempo. Esse procedimento permite uma leitura mais rápida. Sua desvantagem é a maior dificuldade na busca por palavras contendo erros de ortografia. Uma letra errada pode passar despercebida durante a formação da imagem da palavra no cérebro. Crianças em fase de alfabetização lêem as palavras de forma serial, isto é, letra por letra. DEFINIÇÃO Memória serial e paralela Ao ler um texto, as palavras são lidas sequencialmente, uma após a outra, da esquerda para a direita, de cima para baixo. A leitura das frases é feita de modo serial. A leitura serial requer memória para armazenamento das informações anteriores. Pessoas com hiperatividade, déficit de atenção e outros distúrbios podem ter dificuldade na leitura de frases muito longas (mais de vinte palavras) por possuírem pouca memória direcionada a este tipo de atividade. A compreensão do significado de uma frase consiste na conversão da informação serial em paralela. 6

2 DEFINIÇÃO Memória analógica DEFINIÇÃO Memória digital Dentro do escopo da engenharia elétrica, temse memórias analógicas e digitais. Um exemplo de memória analógica eram os antigos osciloscópios que permitiam congelar a imagem da onda por meio da excitação das partículas que formam a tela, mantendo a imagem fixa por algumas dezenas de segundos. Outro exemplo são os filmes fotográficos. Discos de vinil e fitas cassete de áudio também são exemplos de memórias analógicas. Dentro do escopo da eletrônica digital, memórias são dispositivos capazes de guardar informações escritas na forma de bits. A forma como os bits são armazenados e os níveis de tensão e corrente relativos a cada valor lógico (zero ou um) dependem da tecnologia empregada. 7 8 DEFINIÇÃO Memória digital DEFINIÇÃO Memória digital Como exemplo de memórias digitais tem-se os disquetes magnéticos, as fitas magnéticas, os discos rígidos, os CD s, os DVD s, os Blu-Ray s, etc. Até mesmo informações gravadas em sites da internet podem ser consideradas como memórias digitais, pois permitem a gravação e recuperação de dados, ainda que não se saiba qual é o método de armazenamento empregado pelo servidor. pload/060/sony_n8_60_digital8.jpg rage/component_image/mini-dv.jpg 9 0 DEFINIÇÃO Memória digital em chip Em computação e eletrônica digital, a palavra memória pode receber, dependendo do contexto, um significado mais específico, restrito aos chip s de memória. Devido ao formato das placas que contém os chip s de memória, elas são chamadas de pentes. CONCEPÇÃO CONCEPÇÃO

3 CONCEPÇÃO de n bits e m palavras CONCEPÇÃO RAM de n bits e m palavras Entrada de dados Entrada de endereços A 0 A m- m n Saída de dados D 0 D n- I 0 I n- Entrada de endereços A 0 A m- RAM m n Saída de dados O 0 O n- CONCEPÇÃO RAM de n bits e m palavras I/O ou W/R CONCEPÇÃO Bits de controle CS WE RE OE Entrada de endereços A 0 A m- RAM m n I/O de dados D 0 D n- CS: Chip Select WE: Write Enable RE: Read Enable OE: Output Enable Entrada de endereços A 0 A m- RAM m n I/O de dados D 0 D n- 6 CONCEPÇÃO Decodificador de endereço Transforma, de maneira biunívoca, a palavra binária de endereço em uma posição da memória, selecionando uma palavra de dados. O decodificador de endereço forma a matriz de entrada da memória construída com a tecnologia Gate Array. Tanto na RAM como na, a matriz de entrada não é configurável. Na RAM, a matriz de saída pode ser programada. Embora um decodificador genérico não precise usar todas as combinações de entrada, os decodificadores das memórias sempre usam. 7 CONCEPÇÃO Decodificador de endereço Entrada codificada Saída decodificada Palavra de endereço Posição da memória A 0 DEC O 0 A m m m- O m - 8

4 CONCEPÇÃO Decodificador de endereço CONCEPÇÃO A matriz de saída A 0 word 0 DEC m m A word A word m m- add dress dec coder D 0 D D n- 9 0 CONCEPÇÃO Barramentos CONCEPÇÃO Exemplo de memória de 8 bits Data Bus Addre ess Bus DEC m m matriz de saída Word Address Datum 0d 000b 00b d 00b 00b d 00b 00b d 0b 0b d 00b 0b d 0b 0b 6d 0b 0000b 7d b 00b CONCEPÇÃO Exemplo de memória de 8 8bits DEC 8 CONCEPÇÃO Decodificador de endereço Word Address Datum 0d 000b b d 00b b d 00b b d 0b b d 00b b d 0b b 6d 0b b 7d b b Um decodificador genérico constitui uma memória. Um decodificador específico de entrada codificada e saída decodificada consiste da matriz de entrada de toda memória construída na forma G.A.

5 CONCEPÇÃO Exemplo de memória de 6 8bits Word Address Datum 00d 0h E0h 0d h 6Bh 0d h Ch 0d h 8Bh 0d h Ah 0d h 7h 06d 6h h 07d 7h D0h 08d 8h D7h 09d 9h 9Eh 0d Ah 9h d Bh F6h d Ch Fh d Dh CAh d Eh 8h d Fh h 6 As memórias read only memory são o tipo mais elementar de memória. As s permitem o acesso aleatório. Acesso aleatório é aquele que não depende do acesso anterior, isto é, qualquer posição da memória pode ser acessado qualquer que tenha sido a posição do acesso anterior. Memórias de acesso sequencial não se enquadram na categoria. 7 Um CD e DVD prensados são considerados, pois sua informação é gravada durante o processo de fabricação e não após sua fabricação muito embora a posição física dos bits no disco influencie no tempo de leitura. também pode ser implementada em chip, quando o layout das máscaras para sua fabricação já levarem em consideração a informação que o chip conterá. A posição física dos bits não afeta o tempo de leitura, mas é preciso o uso de uma palavra de endereço. Convencionou-se que quando se fala apenas, referir-se-á ao chip s. 8 P Programmable s programáveis. Um CD-R e DVD-R são considerados P, pois sua informação é gravada após o processo de fabricação e não durante sua fabricação. P também pode ser implementada em chip, quando o layout das máscaras para sua fabricação não levam em consideração a informação que o chip conterá, mas, sim, um padrão genérico. A gravação é feita uma única vez e não permite reversão. Convencionou-se que quando se fala apenas P, referir-se-á ao chip s. P Embora as P s em chip, os CD-R s e os DVD-R s permitam a escrita, trata-se de um processo separado, dentro do qual não é permitida a leitura do mesmo. Nos discos óticos, esse processo separado requer um laser com características diferentes. Noschip s, esse processo separado requer níveis de tensão mais elevados e/ou luz ultravioleta. Por esses motivo, tais dispositivos são considerados como somente de leitura. 9 0

6 6 P CHIPSET P As memórias e P são encontradas em diversos elementos de um computador, sendo o chipset o mais importante deles. O chipset é o controlador de todos os elementos da placa-mãe e sua programação não pode ser alterada, a fim de manter a integridade da placa. Uma mesma placa-mãe pode suportar diferentes chipset s, de diferentes marcas. Uma alteração em sua programação poderia provocar a queima de diversos componentes internos e periféricos. CHIPSET CHIPSET Com o aperfeiçoamento dos computadores, os chipset s passaram a incorporar, também, circuitos sequenciais e outras unidades, além da P. O chipset é formado pela ponte norte e pela ponte sul. Outras placas, além das de computadores, também podem fazem uso de chipset. 0a06aa/chipset_via.jpg CHIPSET tel/pentium-ghz/via-kt600-block.jpg Arquiteturas Todo circuito lógico puramente combinacional é uma, pois, para qualquer combinação das variáveis de entrada (endereço), há um valor biunívoco para as variáveis de saída (dado). Circuitos lógicos minimizados, construídos de modo a satisfazer a algum critério de projeto, empregam a arquitetura full-custom. Os critérios podem ser: Menor número de portas lógicas Menor tempo de resposta Menor consumo de energia elétrica Menos hazard s. Outros 6

7 7 Arquiteturas Se o circuito lógico precisa seguir um critério pré-estabelecido no uso e posicionamento de portas lógicas, a arquitetura não é full-custom. Se as portas são dispostas em arranjos matriciais, a arquitetura é gate-array. Para grande volume de produção, compensa usar tecnologia full-custom, onde o custo de projeto é alto, mas o custo unitário é baixo. Para pequeno volume de produção, compensa usar tecnologia gate-array, onde o custo unitário é alto, mas o custo de projeto é baixo. Semi-custom são opções intermediárias. 7 Gate Array Os arranjos de portas formam matrizes de contatos. P s construídas com a arquitetura GA fazem parte da família das PGA s (Programmable Gate Array). 8 Arquiteturas Existem arquiteturas intermediárias, semi-custom, onde, por exemplo, o fabricante do chip já possui as matrizes desenhadas, faltando, apenas, a programação, que é fornecida pelo cliente e gravada sobre as máscaras do lay-out do chip. Após a gravação das máscaras, o fabricante produz o chip na quantidade encomendada. Tanto o custo unitário quanto o custo de projeto são intermediários entre full-custom e gate-array. 9 Arquiteturas As s gravadas pelo fabricante do chip oferecem maior segurança contra perda de dados. Esta é a memória mais barata que existe e possui a vantagem de manter sua gravação, mesmo sem energia elétrica por um tempo relativamente alto. A perda de dados ocorre quando o normal processo de difusão das regiões do circuito integrado geram problemas como, por exemplo: Curto-circuito. Circuito-aberto. Capacitância parasita. Diodo parasita. Alteração de V TH V BR ev P em transistores. 0 Arquiteturas P Os contatos abertos são diodos queimados. Outro tipo de arquitetura semi-custom é aquela onde o chip possui diversos módulos fixos, cujas interconexões podem ser programadas pelo usuário.

8 8 P Este é o tipo ideal para produção não muito grande. A P anteior possui três palavras de três bits cada. Quando, na via decodificada A n é (lógica positiva), o diodo saturado leva o bit D m para. O resistor de pull-down levaasaídaa0casoobit D m esteja desconectado de A, ou seja, quando o diodo está cortado, impedindo corrente reversa. Quando D=, o diodo, reverso, protege as demais vias A, que estão em 0. O diodo queimado não leva o bit D m para, D m ficari a em alta impedâcia se não fosse o resistor de pulldown, que o leva ao nível 0. P Os contatos abertos são fusíveis queimados. O diodo BE do BJT age como o diodo PN do circuito anterior. A vantagem do uso do BJT é a amplificação da corrente na saída de dados. P EP As P s são gravadas pelo usuário por um processo definido pelo fabricante e, uma vez gravado, não é possível reverter o processo, semelhantemente à gravação de um CD-R e um DVD-R. Um bit P é mais caro do que um bit, mas é mais barato do que um bit SRAM. As P s, tal como as s, têm a vantagem de manter a gravação mesmo quando desenergizados, mas por tempo menor, medido em anos. Há uma matriz com um diodo em cada célula, e eles são queimados conforme a gravação da memória. Erasable P. P s apagáveis. Memórias feitas apenas para leitura, mas que podem ser reprogramadas. Isto significa que, em condições normais de operação, esta memória não suporta escrita, agem como uma simples, mas, em uma condição especial, ela pode ser programada. Sendo um tipo de, ela não permite a leitura durante a sua gravação. A EP é um subconjunto das P s. 6 EP EP Um CD-RW e DVD-RW são considerados EP, pois sua informação pode ser gravada e apagada. EP também pode ser implementada em chip. É necessário a incorporação de semicondutores fotosensíveis. Convencionou-se que quando se fala apenas EP, referir-se-á ao chip s. EP P 7 8

9 9 EP Algumas EP s são gravadas por meio de luz ultravioleta em uma janela de quartzo na parte de cima do chip. O quartzo é usado devido a sua pequena difração da luz. Um adesivo bloqueador de luz é fixado sobre a janela para evitar que fontes de luz UV venham a alterar a gravação. A gravação em EP é menos durável do que em uma P. EEP Por usar luz UV de alta definição, o equipamento gravador de EP é bastante caro em comparação aos equipamentos de gravação de outros tipos de memória programável. Por requerer um equipamento caro em sua gravação, uma EP nunca é gravada no mesmo circuito onde seus dados são usados. Por requerer um equipamento caro em sua gravação, uma EP oferece a garantia de que, em hipótese alguma, o circuito que usa os seus dados irá apagá-los EEP EEP Electrically Erasable P. P s apagáveis eletricamente. Também chamadas de EP. A EEP é um subconjunto das EP s. EEP EP P EEP serial Memória serial é aquela em que a matriz de informações é acessada por meio de um conversor paralelo/série. Esta conversão implica em perda de rapidez no acesso. Essa conversão gera redução do número de pinos do chip, reduzindo o custo de encapsulamento, que responde por grande parte do custo total em chip s de baixo custo. Esta opção é usada quando os dados são acessados uma única vez por uso do equipamento, ou são acessados poucas vezes. P EP EEP Comparação Segurança Densidade Custo por bit

10 0 Firmware Firmware Memória EEP usada como firmware pode ser observada em drives de CD, DVD, Blu-Ray, HD, pendrives, entre outros. É nesta EEP que se grava a firmware, um programa de baixo nível que é executado pelo microcontrolador do dispositivo ou pelo chipset. Nesses casos, usa-se EEP serial. Poder-se-ia utilizar uma P ou uma para a colocação do firmware. De fato, esta idéia já foi muito usada. Porém, o uso de EEP oferece muitas vantagens, pois permite: Atualização na produção. Atualização pelo usuário. Correção de erros de gravação. Correção de erros de programação. Dados fixos, como número de série, nome do distribuidor e outros códigos podem ser gravados em uma P. 6 Firmware Aplicativos especiais, fornecidos pelos fabricantes, permitem a reescrita desta memória. Um erro em tal procedimento pode provocar a perda do periférico, pois não é mais possível habilitá-lo para uma nova escrita por meio do aplicativo., P, EP e EEP preservam seus dados mesmo quando desenergizados. Por esse motivo, são chamados de memórias não voláteis EP Comparação com memórias analógicas CD-RW, DVD-RW, EP e EEP sofrem um desgaste a cada operação de escrita. É previsto um número determinado e limitado de operações de escrita, a partir do qual o fabricante não garante mais a veracidade da informação gravada. Uma, um CD-, um DVD- são comparáveis aos discos de vinil, onde fabricação e gravação são izados em uma única etapa. Uma P, um CD-R, um DVD-R são comparáveis aos filmes fotográficos, onde a gravação pode ser izada uma única vez. Uma EP, um CD-RW, um DVD-RW são comparáveis às fitas cassete, onde a gravação pode ser feita várias vezes em um processo separado e o número de gravações é limitado. 9 60

11 6 RAM Random access memory. Memória para acesso aleatório. Memória para leitura e escrita. Embora leitura e escrita não possam ser izadas exatamente no mesmo instante, elas podem ser multiplexadas temporalmente, dando a impressão de ocorrerem ao mesmo tempo. O tempo de leitura e gravação são quase os mesmos. Não são necessárias condições especiais para a ização da escrita. A intensidade de operações de escrita não diminuem a vida útil do dispositivo. 6 Memória do computador A maioria dos chips de memória, em computação, são usados para o armazenamento temporário de informação. Estas informações ficam armazenadas, a princípio, em em memórias definitivas, como discos rígidos, óticos ou pendrives, mas são processadas pela CPU. Como o acesso aos meios definitivos de armazenamento é muito lento comparadamente com a rapidez de acesso da CPU, então estas informações são transferidas, temporariamente, para a memória (dinâmica) do computador, tanto quando a CPU lê, como quando a CPU escreve. RAM De modo geral, os computadores possuem dois tipos de chips de memória temporária, a RAM e a cache. A rigor, a palavra RAM também pode ser atribuída à cache e a outros dispositivos de armazenamento, porém, no contexto de computação, a RAM é considerada um outro tipo de memória; tem-se, então, RAM e cache. 6 6 DRAM No caso de computadores, a palavra RAM assume um significado mais específico e é atribuída a chips destinados ao armazenamento temporário de grande volume de informação, que trafega entre a CPU e os outros dispositivos de armazenamento. Essas memórias são chamadas de DRAM Dinamic RAM. O aumento da memória DRAM melhora consideravelmente o rendimento do computador uma vez que diminui a necessidade de acesso, por parte da CPU, aos demais dispositivos de armazenamento, que são relativamente lentos. As DRAM s têm esse nome porque precisam ser constantemente regravadas (refresh). 6 clk CPU DRAM clk refresh DRAM DVD HD RS- LPT USB etc 66

12 DRAM A DRAM é formada por capacitores ligados a transistores, para cada bit, de modo que a carga capacitiva indique o nível lógico do bit. Para que essa carga capacitiva seja lida, é preciso aplicar uma corrente, o capacitor descarrega-sese ou carrega-se naturalmente, de modo que a informação precisa ser reescrita antes que seja perdida. A frequência de reescrita, chamada de refresh rate, depende da constante de tempo do circuito capacitivo. 67 DRAM O transistor é uma resistência ativa, isto é, um transistor cuja função é formar uma resistência. Isto é feito porque, em circuitos integrados, é mais fácil construir transistores do que resistores. A resistência tem a função de regular aconstante de tempo do circuito capacitivo -. Quanto maior for, maior é o tempo de carga e de descarga do capacitor. R C s V t t CARGA DESCARGA CAPACITOR VSOURCE e VCAPACITOR VSOURCE e 68 DRAM DRAM A mesma constante de tempo que preserva a informação da DRAM por algum tempo é responsável pela demora em sua escrita e leitura, tornando este tipo de memória lento em relação às s e às SRAM s. Por causa da característica deste tipo de memória, ela é chamada de memória dinâmica e recebe a sigla DRAM; cada modelo possui um determinado valor de frequência de operação e, quanto mais alto, melhor DRAM SIMM e DIMM Single Inline Memory Module Dual Inline Memory Module DRAM DDR Double Data Rate

13 Memória virtual Os sistemas operacionais atuais possuem o recurso da memória virtual, que é a alocação de parte do disco rígido para ser usado como uma RAM. Isto não resolve o problema da morosidade deste tipo de armazenamento, mas impede que o sistema operacional pare de funcionar por falta de memória. Sistemas operacionais como o Linux alocam uma partição do disco rígido dedicada exclusivamente para esta finalidade, chamada de swap. mages/uploads/materias_online/pa rticionamento/figura-0-mini.png 7 BIOS Uma DRAM é usada na BIOS Basic Input / Output System, que gerencia os componentes básicos de entrada/saída do computador, ou seja, os recursos da placa-mãe. Em uso normal do computador, esta memória não pode ser alterada, mas quando se usa o utilitário de configuração da BIOS, ela pode ser reescrita. Geralmente, o utilitário de configuração não pode ser acessado através de um sistema operacional, mas, sim, por meio de uma tecla durante a iniciação da placa-mãe. Esta informação, juntamente com o relógio, não pode ser perdida, por isso existe uma bateria recarregável acoplada ao sistema, para quando o computador for desligado. Esta DRAM guarda as configurações do usuário obtidas com 7 o uso do utilitário de configuração da BIOS. BIOS BIOS Dentro da BIOS, existe uma EEP com a gravação do utilitário de configuração da BIOS BIOS Setup Utility. A informação contida na EEP, isto é, o BIOS Setup Utility, não pode ser alterado pelo usuário. Esta memória pode ser reescrita por meio de um utilitário de atualização da firmware da BIOS, fornecido pelo fabricante. Um problema na atualização da BIOS faz com que o computador não inicie (Boot). Por ficar gravado em uma EEP, o utilitário não é perdido quando a bateria para de funcionar. Computadores antigos não permitiam esta operação e o utilitário de BIOS setup era gravado em uma ou P. 76 BIOS Os dados de configuração da BIOS são gravados em uma memória volátil. Isso permite que, cortando a alimentação de energia, possa-se restaurar as configurações padrão. Quando o computador está ligado, a fonte principal alimenta a memória volátil da BIOS e o relógio do sistema; a pilha é recarregada. Quando o computador está totalmente desligado, a pilha alimenta a memória da BIOS, juntamente com o relógio do sistema. Ao envelhecer, a pilha pode falhar e os dados de configuração da BIOS juntamente com a data e a hora podem ser perdidos. CMOS BIOS checksun failure defauts loaded 77 BIOS 78

14 SRAM Embora a DRAM do computador seja muito mais veloz do que os demais dispositivos de armazenamento, ela ainda é muito mais lenta do que a capacidade de acesso e leitura da CPU, sendo, então, necessária uma memória mais rápida para fazer a conexão entre a DRAM e a CPU. Esta memória, mais rápida, é chama de cache. 79 SRAM Cada bit da cache é formada por um latch, umbiestávelrs formado por duas portas NAND ou NOR. Como o próprio nome diz, o biestável possui dois estados estáveis em sua saída, zero e um, e, por ser estável, não precisa ser reescrito, a informação é preservada naturalmente, uma grande vantagem em relação às memórias dinâmicas; trata-se, então, de uma memória estática. Por esse motivo, a cache também é chamada de SRAM Static RAM. Há outros usos para SRAM, porém, como, em informática, a cache é uma das únicas aplicações, SRAM e cache tornaramse sinônimos neste contexto. 80 Cache SRAM CPU SRAM CACH HE DRAM RAM DVD HD RS- LPT USB etc Por não possuir um capacitor para armazenamento da informação, a SRAM é mais veloz do que a DRAM. As capacitâncias parasitas do latch são bem menores do que a capacitância da DRAM. 8 8 SRAM O latch que forma um bit SRAM possiu muitas portas lógicas, e cada porta lógica possui muitos transistores. Um bit SRAM é muito mais caro do que um bit DRAM. Um bit SRAM ocupa muito mais área no lay-out do chip do que um bit DRAM. Por esses dois motivos, a cache é muito menor em capacidade de armazenamento do que a DRAM. SRAM Antigamente, a cache era formada por chips específicos para esta finalidade. Atualmente, ela é construída dentro do chip da CPU, para eliminar os problemas de temporização provocados pelas conexões entre chips

15 SRAM Cache Acache é organizada em níveis de hierarquia e existem CPU s de um, dois e até três níveis (level), (L, L e L). O nível mais alto é o mais importante, onde fica alocada a maior parte da memória e tem conexão direta com a DRAM. O nível mais baixo tem conexão direta com a CPU. CPU L CACH HE L CACH HE L CACH HE DRAM DVD HD RS- LPT USB etc Organização da memória Cache CPU SRAM DRAM Outras RAM s COR RE RES REGISTRADO L CACH HE L CACH HE L CACH HE RAM DVD HD RS- LPT USB etc Aplicação Não é somente na computação que as memórias estão presentes. Qualquer dispositivo digital emprega memórias, seja em sua interface, seja no armazenamento de dados. Aplicações analógicas (sintonizador de FM, por exemplo) podem ter interface analógica e usar memória para armazenar configurações. Máquinas de estados finitos Levando-se em conta que um FF RS é uma memória de um bit, os FF s D e JK também são memórias, bem como qualquer máquina de estados finitos construída com estes FF s. O problema destas memórias é que seu acesso não é aleatório, depende das entradas, do estado atual e da lógica do circuito, ou seja, não se trata de uma RAM ou uma

16 6 Contadores Comparação com a sala de aula Contadores podem ser considerados memórias, pois, para cada estado, existe uma atribuição para as variáveis de estado, um bit para cada flip flop. Entretanto, seu acesso não é aleatório, é sequencial, e a contagem depende dos estados, isto é, a sequencia dos acessos ao estados depende destes estados, inviabilizando este tipo de memória para o armazenamento de informação. A capa do caderno já vem impressa, tal como uma. AfolhadocadernoescritaacanetaécomoumaP, vem em branco e, uma vez escrita, não pode ser apagada. A folha do caderno escrita a lápis é como uma EP, vem em branco, pode ser apagada, mas um número limitado de vezes. A lousa é como uma RAM, pode ser apagada um número ilimitado de vezes sem provocar nenhum desgaste, e isso não requer nenhum esforço adicional Significado de Barramento Barra é um objeto em formato retangular. A palavra bar, em inglês, não tem o significado específico de um local de descontração, como em português. Bar se refere à barra (balcão) onde a bebida (ou comida) é servida. Isto significa que não se trata de mesas individuais. Barramento é um conjunto de objetos alinhados formando uma barra. A palavra bus, em inglês, não tem o significado específico de ônibus, porém, em um ônibus, os bancos são dispostos na forma de barramento, formando, assim, um tipo específico de bus. A palavra ônibus, omnibus provém de omni - todos, isto é, um bus para todos. 9 Barramento de dados Data Bus. Se for uma, o barramento de dados é unidirecional, da memória para o processador ou controlador. Se for uma RAM, este barramento é bidirecional e o sentido do fluxo de dados é determinado pelo barramento de controle. O tamanho deste barramento é dado pelo tamanho das palavras armazenadas na memória, que pode variar de a 8 bits, podendo, em certos casos, exceder este limite. Para acessar uma palavra com tamanho maior do que o barramento de dados, é preciso izar a leitura por etapas. 9 Barramento de dados Emsetratandodeumsistemacomvárioschip s, cada um pode conter seu próprio barramento de dados que é conectado ao barramento de dados do sistema. Em se tratando de um microcontrolador, cada módulo interno pode ter seu barramento de dadosd que é conectado ao barramento de dados do microcontrolador. Os barramentos de dados individuais dos módulos ou dos chip s costumam ter todos o mesmo tamanho de modo a tornar-se um único barramento. Pode acontecer de algum módulo ou chip ter barramento de dados menor ou maior do que o do sistema. 96

17 7 Barramento de dados Barramento de endereços Se um processador de 8 bits lida com uma memória de 6 bits, a leitura/gravação precisa ser multiplexada temporalmente; primeiro se lê/escreve a metade menos significativa, depois a metade mais significativa do barramento de dados da memória. Se um processador de 6 bits lida com uma memória de 8 bits, o dado da memória é lido/escrito através da metade menos significativa do barramento de dados do processador. Ao invés de memória, isso pode acontecer com conversor A/D, conversor série/paralelo, ULA, porta paralela, etc. Address Bus. Também chamado de entrada de endereço. É unidirecional. A memória ói possui várias ái palavras armazenadas, todas do mesmo tamanho. O barramento de endereço deve ser capaz de selecionar, biunivocamente, todas as palavras da memória Barramento de endereços Barramento de endereços Em se tratando de um sistema com vários chip s, cada um pode conter seu próprio barramento de endereços que é conectado ao barramento de endereços do sistema. Em se tratando de um microcontrolador, cada módulo interno pode ter seu barramento de endereços que é conectado ao barramento de endereços do microcontrolador. Os barramentos de endereços individuais dos módulos ou dos chip s costumam ter diversos tamanhos e a conexão ao barramento de endereços principal está sujeito a uma lógica de endereçamento. A quantidade de endereços acessáveis por um barramento de endereços é dado por n,onde n é a quantidade de bits do barramento. A quantidade de palavras armazenáveis e o tamanho da palavra determina o tamanho da memória, para fins comerciais Barramento de endereços O tamanho do barramento de endereço da memória pode ser menor do que o do processador; neste caso, nem todas as posições endereçáveis pelo processador estão disponíveis. A quantidade de palavras da memória não precisa ser potência de dois; neste caso, nem todas as posições endereçáveis no barramento de endereço da memória estão disponíveis. A programação do processador deve levar em consideração os limites de endereçamento da memória. CPU 0 bits de endereço T palavras A0 até A9 Barramento de endereços A0 DRAM bits de endereço 8G palavras A A A0 até A Não conectado A9 0 0

18 8 Exemplos k: 0 bits de endereço k: bits de endereço k: bits de endereço, com endereços indisponíveis. k: bits de endereço M: 0 bits de endereço M: bits de endereço M: bits de endereço, com endereços indisponíveis. M: bits de endereço G: 0 bits de endereço G: bits de endereço G: bits de endereço, com endereços indisponíveis. G: bits de endereço 0 Barramento de controle Control Bus. Também chamado de entrada de controle. É chamado controle todos os bits que não são dados nem endereço. Determina o tipo deação domódulo. Para que funcionem corretamente, as memórias (ou outros módulos) possuem diversos pinos de controle. Bits de controle podem ser compartilhados nos barramentos de dados e de endereços. 0 Barramento de controle CE e CS Read/Write (R/W): Um valor lógico configura a RAM para leitura, e outro valor lógico para escrita. Este controle está ausente nas s. Chipp Enable (CE) ou Chipp Select (CS): Permite desligar o chip. Ao ser desligado, o chip continua sendo alimentado eletricamente, mas entra em um modo de baixo consumo de energia, e as operações de leitura e escrita ficam desabilitadas. Muitos chip s possuem CE e CS. É preciso ler a folha de dados (data sheet) dochip para entender o funcionamento destes comandos. Geralmente, a desabilitação de um chip implica na colocação dos bits de saída de dados em alta impedância (tri-state). Em alguns casos, o comando coloca as saídas em nível zero (lógica positiva) ou nível um (lógica negativa) Barramento de controle Barramento de controle Output Enable (OE): Permite ligar ou desligar as saídas do chip, mantendo as demais partes ligadas. Ao desligar as saídas, as mesmas são colocadas em modo de alta impedância tri-state, de modo que o barramento de dados de saída pode ser compartilhado com outros chips. Write Enable (WE): Permite que os dados contidos no barramento de dados de entrada sejam transferidos para a RAM. A definição do nível lógico necessário em uma determinada entrada de controle é identificada por meio do nome da entrada através do símbolo /. / indica negação booleana. A presença de / indica ação com valor lógico 0. A ausência de / indica ação com valor lógico

19 9 Exemplos 6 TECNOLOGIAS TECNOLOGIAS TECNOLOGIAS Parâmetros de memórias Densidade: É a relação entre a quantidade de bits que a memória é capaz de armazenar e a área do chip. Por exemplo, as SRAM s usam latches para armazenar os bits, oslatches são circuitos complexos e tornam este tipo de memória menos densa do que as DRAM s s. Rapidez: É a quantidade de informação que a memória consegue operar em um determinado tempo. Este valor pode ser diferente entre leitura e escrita, considera-se a menor velocidade. 6 TECNOLOGIAS Arquiteturas de memórias A arquitetura interna de uma memória pode ser bastante parecida com a de uma PLD ou de um decodificador. Tem-se uma matriz de entrada e uma matriz de saída. Esses chips podem ter dois tipos de arquitetura: AND-OR e OR-AND, onde a primeira palavra indica o tipo de porta lógica usada na matriz de entrada e a segunda palavra indica o tipo na de saída. Na matriz de entrada, tem-se tantas colunas quanto forem as variáveis de entrada ou de endereço, e tantas linhas quanto forem as combinações das variáveis de entrada ( n ). A matriz de entrada faz o papel do decodificador de endereço. 6 TECNOLOGIAS Arquiteturas de memórias O número de linhas da matriz de saída é o da de entrada. O número máximo de colunas na matriz de saída é x onde x é o número de linhas. Cada coluna na matriz de saída é uma saída de um bit ou uma função de um bit. Juntando-se os bits de saída forma-se palavras de vários bits. Se houver dois bits de endereço, tem-se quatro linhas e um máximo de dezesseis bits de saída. Para três bits de endereço, palavras de 6 bits na saída; para quatro bits de endereço, palavras de 6k bits. Geralmente, as palavras não passam de 8 bits, por isso as memórias não usam todas as combinações na matriz de saída. 6 TECNOLOGIAS Parâmetros de memórias Potência: Energia consumida pela memória. Esse valor pode ser diferente entre os diversos estados ou modos de operação da memória. Considera-se a situação de maior consumo. Custo: Relação entre a quantidade de bits armazenáveis e o valor do dispositivo.

20 0 6 TECNOLOGIAS Tecnologias de fabricação de integrados digitais Bipolar: Utiliza BJT s; esta tecnologia é chamada de TTL. MOS: Pode ser nmos ou pmos e utiliza MOSFET s de canal n ou p, respectivamente. CMOS: Utiliza MOSFET s complementares. Devido à capacitância de porta, as memórias CMOS são mais lentas que as TTL. Devido à isolação de porta provocada pela capacitância de porta, as memórias CMOS consomem menos energia. Existe, também, a tecnologia BiCMOS. 6 TECNOLOGIAS PLD Programmable Logic Device Dispositivo lógico programável É um sub-conjunto das GA s. Possui duas matrizes: Matriz de entrada: Forma os termos Mintermos: AND Maxtermos: OR Matriz de saída: Forma as funções Somatórios: OR Produtórios: AND 6 6 TECNOLOGIAS PLD 6 TECNOLOGIAS PLD Tipos de GA: AND-OR: Análise de OR-AND: Análise de 0 GA s também podem conter FF s. PLD Matriz de entrada Matriz de saída Fixa Fixa P Fixa Programável PAL Programável Fixa PLA Programável Programável TECNOLOGIAS PLD Nas s e nas P s, a matriz de entrada é o decodificador de endereços. A PLD é aquela que o usuário define por meio da matriz de saída que é enviada ao fabricante do chip, que produzirá um chip exatamente com tal programação (semi-custom). Uma full-custom, que não se enquadra na topologia G.A. não se enquadra na categoria PLD, pois toda PLD é uma G.A. Nas P s, estão incluídas as EEP s. SRAM s e DRAM s, embora se enquadrem em uma topologia G.A., não são PLD s, pois, por serem voláteis, não são consideradas programáveis. PLD s podem incluir FF s para a formação de máquinas de estadso finitos. 9 6 TECNOLOGIAS PLD P P s são indicadas quando se usa expressões algébricas na forma canônica, isto é, quando nenhum método de minimização é empregado, tem-se soma de mintermos ou produto de maxtermos. A forma canônica é mais indicada quando o circuito possui muitas funções, isto é, bits na palavra de saída. Quanto mais bits de saída existirem, maior será a probabilidade de mintermos ou maxtermos serem compartilhados, gerando uma redução no uso de portas lógicas melhor o que a redução gerada por meio da minimização das funções individuais. 0