SISTEMAS DIGITAIS. Memórias. Prof. Guilherme Arroz Prof. Carlos Sêrro Alterado para lógica positiva por Guilherme Arroz.

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1 SISTEMAS DIGITAIS Memórias Alterado para lógica positiva por Guilherme Arroz Sistemas Digitais 1

2 Tipos de memórias Existem vários tipos de memórias em sistemas digitais As memórias internas dos dispositivos, sejam simples sistemas embebidos autónomos, sejam computadores são, hoje em dia, constituídas por circuitos integrados Será desse tipo de memórias que nos ocuparemos. Sistemas Digitais 2

3 Tipos de memórias Outros tipos de memórias (externas( externas) ) são discos, diskettes,, fitas, CDs, DVDs, etc, normalmente ligadas a dispositivos onde a informação é gravada em suportes magnéticos ou ópticos. Não iremos aqui considerar esse tipo de memória. Sistemas Digitais 3

4 Tipos de memórias As memórias que nos interessam arrumam-se em dois grandes grupos RAMs e ROMs. As RAMs são memórias onde é possível ler e escrever dados na sequência normal de funcionamento de um sistema digital. Sistemas Digitais 4

5 Tipos de memórias As ROMs são memórias que podem eventualmente ser programadas uma ou relativamente poucas vezes e que, no funcionamento normal dos sistemas são apenas lidas Sistemas Digitais 5

6 Tipos de memórias O nome RAM vem de Random Access Memory,, nome hoje pouco claro mas que tem a ver, na origem, com o facto de o tempo de acesso a informação na RAM ser igual, independentemente do endereço aleatório que se pretenda. Sistemas Digitais 6

7 Tipos de memórias Antes do aparecimento deste tipo de dispositivo, existiam basicamente memórias série semelhantes a registos de deslocamento (a funcionar apenas em série) Nesses dispositivos o tempo de acesso à informação dependia da distância a que ela estava da saída, quando se pretendia aceder-lhe Sistemas Digitais 7

8 Tipos de memórias O nome ROM vem do muito mais compreensível inglês Read Only Memory Sistemas Digitais 8

9 RAMs As RAM são dispositivos com que se interage da seguinte forma As RAMs estão organizadas em palavras de um certo comprimento (número de bits) que podem ser acedidas em bloco A palavra pretendida é indicada por um endereço colocado num barramento de endereços Sistemas Digitais 9

10 RAMs A indicação se se pretende ler ou escrever é dada por duas linhas (READ e WRITE, por exemplo) ou por uma única linha READ/WRITE (READ se a 1 e WRITE se a 0). Os dados a escrever podem ser introduzidos por um barramento de dados de entrada e os dados lidos podem ser acedido num barramento de saída Sistemas Digitais 10

11 RAMs A estrutura pode ser assim esquematizada para uma memória de 1024 palavras de 8 bits Sistemas Digitais 11

12 RAMs As linhas de dados constituem dois barramentos, um de dados de entrada (Data In) ) e outro de dados de saída (Data Out) Ambos são, neste exemplo, barramentos de 8 bits Sistemas Digitais 12

13 RAMs O barramento de endereços tem as linhas de endereços necessárias para codificar os endereços de todas as posições de memória endereçáveis A linha READ permite realizar uma leitura e a linha WRITE permite realizar uma escrita quando activadas Separadamente (só uma de cada vez) Sistemas Digitais 13

14 RAMs Existem várias estruturas alternativas à ilustrada As variantes mais comuns são as seguidamente descritas Sistemas Digitais 14

15 RAMs Na maior parte dos casos não é possível realizar uma operação de escrita e uma operação de leitura simultaneamente numa memória Por isso é possível, sem perda de funcionalidade e utilizando buffers tri- state, transformar os dois barramentos Data In e Data Out num único barramento bidireccional. Sistemas Digitais 15

16 RAMs Pelas mesmas razões, não há necessidade de controlar independentemente a escrita e a leitura Por isso existe uma linha apenas que, num nível, promove a leitura, e noutro nível promove a escrita. A essa linha é comum chamar READ/WRITE. Sistemas Digitais 16

17 RAMs A linha a 1 promove um "READ" e a 0 um "WRITE" Claro que neste caso é útil dispor de uma nova linha de Enable que permita inibir a memória, possibilitando que ela não esteja nem a fazer uma escrita, nem a lançar dados para o barramento de dados Essa linha designa-se, habitualmente, por CS ( Chip( Select ) Sistemas Digitais 17

18 RAMs Sistemas Digitais 18

19 Estruturas das RAMs Existem RAMs de dois tipos estáticas e dinâmicas As RAMs estáticas são dispositivos em que os diversos bits são armazenados em dispositivos do tipo latch (ainda que estruturalmente muito simplificados) que podem manter indefinidamente o seu conteúdo Enquanto estiverem alimentadas electricamente Sistemas Digitais 19

20 Estruturas das RAMs As RAMs dinâmicas são dispositivos em que cada bit é representado pela carga de um pequeno condensador Como todos os condensadores, estes têm fugas pelo que mantêm a carga durante um tempo muito limitado Sistemas Digitais 20

21 Estruturas das RAMs Daí que seja preciso, quando se utilizam RAMs dinâmicas, um processo de constante reescrita do conteúdo da RAM, de forma a que os condensadores nunca percam totalmente a sua carga Preocupar-nos-emos apenas com as RAMs estáticas Sistemas Digitais 21

22 RAMs estáticas Cada célula de uma RAM estática é um latch como o seguinte (esquema funcional) Sistemas Digitais 22

23 RAMs estáticas Logigrama de uma memória estática com 4 palavras de 2 bits cada Sistemas Digitais 23

24 Expansão de RAMs A construção de sistemas de memória a partir de integrados individuais, é um processo muito corrente e fácil Podem-se querer produzir sistemas de memória com palavras com mais bits que o que existe num integrado individual ou com mais palavras ou, mais geralmente, com ambas as necessidades Sistemas Digitais 24

25 Expansão de RAMs A expansão do número de bits por palavra realiza-se com grande simplicidade por simples justaposição de memórias. Exemplifica-se com um sistema de 1K x 16 bits a partir de integrados de 1K x 8 Na figura seguinte é ilustrada também uma representação simplificada para uma interligação entre barramentos A figura não está normalizada Sistemas Digitais 25

26 Expansão de RAMs Sistemas Digitais 26

27 Expansão de RAMs Para a expansão do número de palavras da memória há que colocar os diversos integrados em paralelo e prolongar para o exterior da memória a função de descodificação através de um descodificador Esse descodificador interage com os diversos integrados através das respectivas linhas de Enable Sistemas Digitais 27

28 Expansão de RAMs O exemplo seguinte corresponde à constituição de um sistema de 4K x 8 de memória usando os integrados anteriores e um descodificador A figura não está normalizada Sistemas Digitais 28

29 Expansão de RAMs Sistemas Digitais 29

30 Expansão de RAMs Os bits suplementares de endereço, A10 e A11 são descodificados pelo descodificador externo e este activa uma das RAMs presentes no sistema. Por exemplo, se A10 = 1 e A11 = 0 a RAM 1 está activada. Sistemas Digitais 30

31 Expansão de RAMs Neste sistema de memória as diversas RAMs têm os seguintes endereços (em hexadecimal) RAM Endereços 000h a 3FFh 400h a 7FFh 800h a BFFh 3 C00h a FFFh Sistemas Digitais 31

32 Tipos de ROMs As memórias só de leitura podem ser de diversos tipos. As ROM propriamente ditas são circuitos integrados projectados de origem com o conteúdo pretendido. Não chegam a ser programadas e não são alteráveis. Sistemas Digitais 32

33 Tipos de ROMs As PROMs mais comuns são ROMs que podem ser programadas uma vez por fusão de pequenos fusíveis dentro do integrado São compradas virgens e programadas pelos utilizadores No caso de ser necessário alterar a programação há que programar um novo dispositivo e o anterior fica inutilizado. Sistemas Digitais 33

34 Tipos de ROMs As EPROMs são dispositivos que podem ser programados e podem ser apagados (usualmente por um banho relativamente longo de radiação ultra-violeta) As EPROMs podem ser regravadas um certo número de vezes (dezenas a milhares). Sistemas Digitais 34

35 Tipos de ROMs As EAROMs são ROMs alteráveis electricamente sem necessidade de as retirar so circuito em que estão inseridas Do mesmo modo, são alteráveis um número limitado de vezes Sistemas Digitais 35

36 Tipos de ROMs As memórias Flash ou Flash ROMs são circuitos que possuem uma ROM sobreposta a uma RAM Quando se utiliza, passa-se o conteúdo da ROM para a RAM e utiliza-se aí Há uma entrada de controlo que permite passar o conteúdo da RAM para a ROM Mais uma vez, o número de vezes que essa operação pode ser realizada é limitado Sistemas Digitais 36

37 Estrutura de uma ROM Sistemas Digitais 37

38 Utilização das ROMs As ROMs podem servir para várias aplicações: Suporte a programas em sistemas embebidos que não serão alterados (uso de ROMs ou PROMs) ) ou que podem ser actualizados um número pequeno de vezes. Memorização de Tabelas Implementação de lógica diversa Sistemas Digitais 38

39 Implementação de lógica diversa Implementação de 4 funções de 3 variáveis X Y Z F G H J Sistemas Digitais 39