Memórias. Considerações iniciais Tipos de memórias RAMs Estrutura das RAMs Expansão das RAMs 12/3/10. Mário Serafim Nunes Guilherme Silva Arroz

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1 Memórias - Taguspark Considerações iniciais Tipos de memórias RAMs Estrutura das RAMs Expansão das RAMs 2 1

2 - Taguspark Em muitas situações, é necessário armazenar um conjunto muito grande de palavras em simultâneo. Para isso utilizam-se circuitos de memória. Um circuito de memória é simplesmente um circuito capaz de armazenar um conjunto de p palavras com n bits cada. p e n são, normalmente, potências de Taguspark Outros tipos de memórias (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. 4 2

3 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. 5 As ROMs são memórias que podem eventualmente ser programadas uma ou relativamente poucas vezes e que, no funcionamento normal dos sistemas são apenas lidas. 6 3

4 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. 7 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. 8 4

5 O nome ROM vem do muito mais compreensível inglês Read Only Memory para memória apenas de leitura. 9 As RAM são dispositivos com que se interage da seguinte forma As RAMs estão organizadas, como se viu, em palavras de um certo comprimento (número de bits) que podem ser acedidas através do barramento de dados. A palavra pretendida é indicada por um endereço colocado num barramento de endereços. 10 5

6 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). Há ainda um sinal, habitualmente chamado CE ou CS (Chip Enable ou Chip Select) que permite activar ou desactivar a memória. Quando inactivo este sinal coloca o barramento de dados em alta impedância Taguspark A representação de uma RAM é a seguinte: O barramento de dados é bidireccional em geral, mas há integrados em que há dois barramentos, um de entrada e outro de saída. 12 6

7 - Taguspark A leitura de uma palavra guardada num dado endereço de memória é conseguida colocando no barramento de endereços o valor correspondente à posição de memória que se pretende ler, activando o circuito de memória com CS = 1 (Mem Enable no diagrama temporal do slide seguinte) e colocando o sinal R/W = 1 para indicar uma operação de leitura. A memória tem algum atraso na resposta Taguspark Ciclo de leitura os valores indicados são meramente exemplificativos 14 7

8 - Taguspark A operação de escrita é semelhante Começa-se por colocar no barramento de endereços o valor da posição de memória a alterar e no barramento de dados o valor que se pretende escrever nessa posição. o sinal CS (Mem Enable no diagrama temporal do slide seguinte) deverá estar activo o sinal R/W deverá ser colocado a 0, mas só quando as restantes entradas estiverem definidas. Estes sinais devem manter-se estáveis durante o tempo necessário a uma operação de escrita Taguspark Ciclo de escrita os valores indicados são meramente exemplificativos 16 8

9 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. 17 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. 18 9

10 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. 19 A estrutura de uma RAM estática de 16 palavras de 1 bit é funcionalemte ilustrada no slide seguinte. Repare-se que, para diminuir o tamanho do descodificador de endereços, este foi fraccionado em dois descodificadores, chamados de linha e de coluna. Assim, em vez de um descodificador de 4 entradas e 16 saídas tem-se dois descodificadores de 2 entradas e 4 saídas. Para valores maiores a diferença é mais notável

11 21 A estrutura de uma célula de memória de uma RAM estática, elemento mais simples que memoriza apenas um bit, é funcionalmente a seguinte: 22 11

12 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. 23 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

13 25 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. O exemplo seguinte corresponde à constituição de um sistema de 4K x 8 de memória usando os integrados anteriores e um descodificador

14 27 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

15 Neste sistema de memória as diversas RAMs têm os seguintes endereços (em hexadecimal). RAM Endereços 0 000h a 3FFh 1 400h a 7FFh 2 800h a BFFh 3 C00h a FFFh Dezembro Mário de 2005 Serafim Nunes 29 - Taguspark Livro recomendado, Secção 6.8 Ver também, para a questão da expansão de memórias, o documento sd.tagus.ist.utl.pt/files/folhas_v11.pdf, nas páginas 339 a 341 e 350. Existem muitos livros com capítulos sobre o assunto. A Internet é, como de costume, uma fonte que, explorada com espírito crítico, tem muito para dar

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