Eletrônica Digital II (Memórias) Prof. Eng. Antonio Carlos Lemos Júnior

Transcrição

1 Eletrônica Digital II (Memórias) Prof. Eng. Antonio Carlos Lemos Júnior

2 Termos Básicos Célula de memória dispositivo ou circuito capaz de armazenar um bit. Ex.: um flip-flop, um capacitor, etc. Palavra de memória grupo de bits (células) em uma memória que representa instruções ou dados. Byte Conjunto de 8 bits. Capacidade número de bits que podem ser armazenados em um dispositivo de memória. Ex.: Uma memória de 2k x 8, terá 2 x 1024 x 8 = bits. Densidade Termo relativo à capacidade. Se um dispositivo é mais denso que outro ele tem capacidade de armazenar mais bits no mesmo espaço..

3 Termos Básicos Endereço número que localiza a posição de uma palavra na memória. Leitura ou busca operação na qual uma palavra binária localizada numa determinada posição (endereço) de memória é detectada e transferida para outro dispositivo. Escrita ou armazenamentos operação na qual uma nova palavra numa determinada posição de memória. Tempo de acesso - tempo necessário entre a memória receber uma nova entrada de endereço e os dados se tornarem disponíveis na saída da memória. Este parâmetro é usado para medição de desempenho da memória

4 Termos Básicos Ciclo de Memória intervalo mínimo entre dois acessos sucessivos à memória. Memória de acesso aleatório (RAM) memória onde o tempo de acesso é o mesmo para qualquer posição. Memória de acesso seqüêncial (SAM) memória onde, para se localizar uma determinada posição, é preciso passar por todos os endereços. Por exemplo, fitas magnéticas. Memória de leitura e escrita (RWM) memória que pode ser tanto lida como escrita

5 Termos Básicos Memória somente de leitura (ROM) Memória onde as ifnormações armazenadas só podem ser lidas. Memória estática tipo de memória onde os dados permanecem armazenados enquanto existir energia, sem a necessidade de atualização periódica da informação. Memória dinâmica tipo de memória onde os dados permanecem armazenados enquanto existir energia, mas com periódica atualização da informação (Refresh).

6 Memórias São circuitos que podem armazenar uma grande quantidade de informações São mais lentos quando comparados com os registradores. Do ponto de vista do funcionamento, as memórias podem permitir: a consulta (leitura), a modificação (escrita) de seu conteúdo. As memórias que só permitem a leitura são chamadas ROMs (Read-Only Memories) As memórias que permitem escrita e leitura são chamadas RAM (Random Access Memories)

7 Classificação Acesso As memórias armazenam informações em lugares denominados LOCALIDADES DE MEMÓRIA. O tempo de acesso é o tempo necessário desde a entrada de um endereço até o momento em que a informação apareça na saída. O acesso a uma localidade de memória pode ser de duas maneiras diferentes Acesso Sequencial: onde para chegar a uma localidade é necessário passar por outras localidades. Ex: Fita magnética, CD, etc. O tempo de acesso depende de onde a informação está. Acesso Aleatório (RAM): Pode-se acessar diretamente uma localidade de memória. São muito usadas nos sistemas digitais.

8 Classificação Volatilidade Voláteis Quando a alimentação é cortada, a memória perde a informação. Possuem como elemento de memória o Flip-Flop. Ex: RAM Não Voláteis Não perdem informações quando não estão alimentadas com energia elétrica. Memórias magnéticas e eletrônicas. Ex: ROM, PROM, EPROM.

9 Classificação Memória de escrita/leitura ou apenas leitura Memória de escrita e leitura (RAM) Memória de leitura (ROM) Tipos de Armazenamento Estática Uma vez inserido o dado numa dada localidade, este lá permanece. Dinâmico Temos que atualizar de tempos em tempos, pois de acordo com as características de seus elementos internos perdem informações após um determinado tempo. (Circuito Pré-carga).

10 Características Acesso aleatório Memórias RAM Permitem escrita e leitura de informação binária codificada Bloco Básico (RAM de 1 bit) S R Q Q A 0 1 X End D X > S R Q End: Entrada de endereços (ativa uma dada localidade) D : Entrada de Dados (escrita do novo estado de localidade) X: Controle de Escrita ( 1 ) / Leitura ( 0 ).

11 Memórias RAM Para efetuar uma escrita Acionar a entrada de endereços (End=1) Injetar a informação a ser escrita no terminal de dados (D = I) Acionar o terminal de controle/escrita (X=1) End=1 D=I S Q 0 0 > R X=1 1 1 X S R Q Q A

12 Memórias RAM Para efetuar uma leitura Acionar a entrada de endereços (End=1) com o terminal de controle/escrita inativo (X=0) Ler informação na saída de leitura End=1 D X=0 > S R Q leitura S R Q Q A 0 1 X

13 Capacidade de Memória É o número de bits que uma memória pode armazenar. Cada bit será armazenado em uma LOCALIDADE DE MEMÓRIA. Cada localidade oferece acesso através de um endereço. Para N localidades precisamos de n = log 2 N variáveis para localizar uma localidade de memória. Ex: N=4 será necessário n=2 Através de A e B selecionamos qual localidade queremos acessar.

14 Capacidade de Memória A B S Q S Q S Q S Q > > > > R R R R D X S L

15 Memória RAM Uma memória RAM é organizada como uma matriz de 2 n linhas com m bits armazenados em cada linha, perfazendo um total de 2 n x m bits.

16 Memória RAM Note que existem 2 n linhas. A cada linha é associado um endereço. Portanto, são necessários n bits para decodificar os 2 n endereços existentes. Suponha que se deseje fabricar num único chip uma memória RAM capaz de armazenar 2 n x m bits: Este chip deve possuir n entradas de endereço (A n-1,..., A 1, A 0 ) De modo a se poder selecionar uma (e somente uma) dentre todas as 2 n linhas existentes na matriz. Este chip também deverá conter m entradas (I n-1,..., I 1, I 0 ) E m saídas: (O n-1,..., O 1, O 0 )

17 Memória RAM Representações Gráficas Como podem ocorrer leitura e escrita sobre o conteúdo da matriz é natural que exista entradas para seleção RWS (Read/Write Select).

18 Memória RAM Operação de leitura Quando RWS=0, a operação a ser realizada é de leitura do conteúdo da linha cujo endereço está presente na entrada de endereços. O valor lido estará na saída do chip Operação de escrita Quando RWS=1, a operação a ser realizada será escrita da informação binária presente na entrada do chip na linha cujo endereço está presente na entrada de endereço. Obs: Deve existir um sinal de habilitação do chip (CS Chip Select) Caso CS=0, o chip está desativado. Caso CS=1, o chip estará realizando a operação especificada pelo valor na entrada RWS.

19 Memória RAM Quando o número de bits a serem armazenados em cada linha de memória m for pequeno, o chip RAM poderá ter as entradas separadas das saídas. (Figura 1). Entretanto o mais comum é que um mesmo conjunto de pinos do chip sirvam como entradas e saídas. Figura 2. A função irá depender da operação, selecionada por meio do pino RWS. Isto reduz o número de pinos e torna-o mais barato

20 Memória RAM Do ponto de vista estrutural, uma memória RAM é organizada como: uma matriz de elementos básicos de memória, buffers de entrada e saída e um decodificador de endereços. Uma célula memória (CM) pode ser representada simbolicamente por:

21 Memória RAM Quando o sinal de seleção de linha é igual a 1, o bit armazenado no latch passará pelo buffer, ficando disponível na saída da célula. Se o sinal de habilitação de escrita também valer 1, o valor presente na entrada será armazenado no latch.

22 Exemplo de RAM 4x4

23 Estrutura da CM Apesar da CM ter sido representada como sendo constituída por um latch D e duas portas, na prática sua fabricação pode ser levada a cabo como estruturas mais simples, que utilizam menos transistores. A forma de implementação das CMs leva a classificação das memórias RAM em estáticas e dinâmicas. Ram estática (SRAM ou static RAM) a CM é feita com 6 transistores, onde 4 deles formam dois inversores conectados em laço de realimentação, fazendo o papel do latch D. No lugar da porta E e do buffer de saída há um transistor (para cada um) que serve como chave de liga e desliga. A memória SRAM é capaz de manter seu conteúdo por tempo indeterminado, desde que a alimentação não seja interrompida. São caras e mais velozes que a DRAM.

24 Estrutura da CM complexo e também necessita de resistores. Ao lado temos uma célula de memória estática bipolar e outra NMOS. A célula de memória bipolar requer um espaço maior do que a célula de memória NMOS uma vez que o transisotr bipolar é mais

25 Estrutura da CM Memória dinâmica (DRAM, Dynamic RAM), cada CM é implementadacom somente um transistor. A desvantagem desse tipo de RAM é que o conteúdo da CM é perdido após a operação de leitura, devendo ser reescrito. Para piorar, devido às imperfeições do processo de fabricação, o conteúdo da CM só se mantém por um curto intervalo de tempo. Esses dois problemas são contornados pela utilização de um mecanismo de refresh, construído dentro da memória, o qual periodicamente reforça o conteúdo de cada linha das CMs. Durante a operação de refresh, as operações de leitura e escrita são suspensas, o que reduz o desempenho desse tipo de memória. DRAM apresentam uma densidade muito grande, o que traduz em maiores capacidades de armazenamento. Também apresentam custo reduzido.

26 Exemplos RAM (256kbytes) Estruturada em m palavras de n bits 2 15 = = 32k 2 18 = = 256k

27 FIM!!!