Geradores de Clock e Memórias Prof. Ohara Kerusauskas Rayel Disciplina de Eletrônica Digital - ET75C Curitiba, PR 18 de junho de 2015 1 / 23
Geradores de Clock Multivibradores biestáveis: possuem 2 estados estáveis. Exemplo: Flip-flops 0 e 1 Multivibradores monoestáveis: possuem 1 estado estável e um temporário Multivibradores astáveis: não possuem estados estáveis, sempre oscilam entre seus 2 estados gerador de clock! 2 / 23
Oscilador Shmitt-Trigger VO, OUTPUT VOLTAGE (VOLTS) 5 4 3 2 1 VCC = 5 V TA = 25 C 0 0 0.4 0.95 1.2 1.8 2 VIN, INPUT VOLTAGE (VOLTS) Histerese permite a oscilação perfeita! 3 / 23
555 como Astável 4 / 23
Geradores a Cristal Frequências de saída dos sinais gerados pelo 7414 e 555 não são precisas, pois dependem de valores de componentes Alterações na temperatura e envelhecimento de componentes alteram a frequência Se a precisão na frequência do clock for crítica, deve-se utilizar geradores a cristal! Cristal é cortado para vibrar em uma frequência bastante precisa (10 khz a 80 MHz) Em computadores e microcontroladores, o clock é sempre gerado com cristal 5 / 23
Geradores a Cristal Circuito da esquerda: R [300Ω, 1,5kΩ]. Frequência de até 20 MHz Circuito da direita: R = 100kΩ. Frequência de até 10 MHz 6 / 23
Memórias RAM São as memórias com acesso aleatório (do inglês Random Acess Memory - RAM). Possibilidade de utilizar qualquer endereço de memória a qualquer momento. Exemplo: podemos ler nos endereços 1, 10, 4, 2 e 11, com mesmo tempo de acesso. 7 / 23
Memórias RAM Alguns dispositivos exigem acesso sequencial, como as fitas magnéticas. Já outros, como HDs, CDs e DVDs até permitem leitura aleatória, mas o tempo de acesso é muito maior do que o de uma leitura sequencial. Outra característica importante das RAM: número de acessos de escrita e leitura sem grandes limitações. 8 / 23
Tipos Basicamente, existem 2 tipos de memória RAM: Static RAM (SRAM) - Bits de dados são armazenados em flip-flops. Dynamic RAM (DRAM) - Bits de dados são armazenados apenas com um transistor e um capacitor. Obviamente DRAMs são mais baratas de produzir, já que o conjunto de um transistor e um capacitor é muito mais simples e tem menos custo que um flip-flop. Porém, SRAMs normalmente são mais rápidas e gastam menos energia que as DRAMs. Além disto, as DRAMs necessitam de controladores, que refresquem (refresh) o estado dos capacitores, já que estem perdem sua carga a cada 2ms aproximadamente. 9 / 23
História e Aplicação As primeiras RAM foram baseadas em núcleo magnético, desenvolvidas entre 1955-1975 Com a evolução dos semicondutores e dos circuitos integrados, as RAM passaram a ser desenvolvidas com este tipo de tecnologia, quase no início dos anos 1970 Como possuem acesso rápido e aleatório, tanto para escrita como para leitura, são utilizadas para armazenar dados e variáveis de programas Desvantagem: quando retira-se a alimentação de uma memória RAM, todos os dados armazenados são perdidos. É chamada de memória volátil devido a isto. 10 / 23
Exercício Sabendo como os dados são armazenados em SRAMs e DRAMs, explique porque os dados são perdidos quando a alimentação é retirada. 11 / 23
Exercício Sabendo como os dados são armazenados em SRAMs e DRAMs, explique porque os dados são perdidos quando a alimentação é retirada. Porque quando se remove a energia, o estado do flip-flop é resetado (SRAM) ou o capacitor descarrega (DRAM). Novos tipos de RAM não-voláteis vem sendo desenvolvidas recentemente, mas sem grande espaço no mercado por enquanto devido ao seu alto preço, como MRAMs e FRAMs. 11 / 23
Memórias ROM São as memórias somente leitura (do inglês Read Only Memory - ROM). Possibilidade de se alterar dados é lenta e difícil, ou simplesmente não existe. Cada bit é armazenado através de um arranjo de transistores, que combinados permitem que o dado fique armazenado mesmo na ausência de alimentação. Devido à esta característica, são conhecidas como memórias não-voláteis. 12 / 23
Tipos Basicamente, existem 3 tipos de memória ROM: Programmable read-only memory (PROM) - Só pode ser gravada uma única vez, com um programador de PROM. Erasable programmable read-only memory (EPROM) - Pode ser regravada (número limitado), porém antes precisa ser apagada através de exposição à luz ultravioleta. Electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) - Pode ser regravada (número limitado), mas o processo é feito eletricamente. CI não precisa ser retirado da placa! 13 / 23
Tipos As EEPROMs são as mais utilizadas atualmente, por sua versatilidade. 1.000.000 ciclos de escrita As Flash, presentes na maioria dos dispositivos eletrônicos atuais através de cartões SD ou unidades de armazenamento USB, nada mais são que EEPROMs modernas. 14 / 23
Aplicação Como é difícil/lento/impossível alterar seus dados, e pelos mesmos serem mantidos mesmo com ausência de alimentação, são utilizadas principalmente para: Armazenamento de código de programa Armazenamento de dados que não precisam ser alterados. Ex.: tabelas de funções conhecidas Exemplo de aplicação que utiliza memória EEPROM 15 / 23
CI s de Memória Os Circuitos Integrados de Memória comerciais possuem algumas características em comum: Habilitação de Chip (Chip Enable): quando desabilitado, desliga o CI e normalmente diminui muito seu consumo de energia Seleção de Chip (Chip Select): quando desabilitado, coloca as saídas em alta impedância, possibilitando a conexão em barramentos n entradas de endereço m entradas de dado Escrita/Leitura (R/W): pino(s) que seleciona(m) se a operação que está sendo realizada é de escrita ou leitura 16 / 23
Exercício Observando o CI de memória a seguir, responda qual é sua capacidade máxima? 17 / 23
Exercício Observando o CI de memória a seguir, responda qual é sua capacidade máxima? Como são 15 entradas de endereço e 8 de dados, teremos no máximo 2 15 = 32768 palavras de 8 bits Sua capacidade em bits é dada por: 32768 8 = 262144 bits Sua capacidade em bytes é dada por: 262144/8= 32768 bytes 17 / 23
Capacidade de memória Usualmente, a unidade de memória é o byte Para abreviar números grandes, existem os seguintes prefixos: Nome Símbolo Número byte B 2 0 Kilobyte KB 2 10 Megabyte MB 2 20 Gigabyte GB 2 30 Terabyte TB 2 40 Petabyte PB 2 50 Exabyte EB 2 60 Zettabyte ZB 2 70 Yottabyte YB 2 80 Passo é sempre de 2 10 = 1024. Faça as contas com o HD do PC! 18 / 23
Exercício Desenhe um esquemático no qual se obtenha capacidade de memória de 16 bytes, utilizando um barramento de endereços de 4 bits, e memórias com barramento de dados de 4 bits. 19 / 23
Exercício Desenhe um esquemático no qual se obtenha capacidade de memória de 16 bytes, utilizando um barramento de endereços de 4 bits, e memórias com barramento de dados de 4 bits. 19 / 23
Expansão de capacidade No exercício anterior, combinamos memórias para aumentar o tamanho da palavra de 4 para 8 bits. E se quiséssemos aumentar a capacidade para 32 palavras de 4 bits? 20 / 23
Expansão de capacidade No exercício anterior, combinamos memórias para aumentar o tamanho da palavra de 4 para 8 bits. E se quiséssemos aumentar a capacidade para 32 palavras de 4 bits? Se torna necessário um decodificador de endereços, pois com 5 bits conseguiríamos acessar as 32 palavras, mas esses 5 bits devem ser convertidos para os 4 bits da memória em que a palavra desejada se encontra. Exemplo: o 22 o endereço das memórias combinadas (2 memórias 16x4) seria o 7 o endereço da segunda memória 16x4. O decodificador deve prover este endereço, assim como os sinais CS corretos, de forma que o endereçamento fique transparente para o usuário. 20 / 23
Expansão de capacidade 7 10 3 3-to-8 decoder MEM 0 CS* MEM 1 CS* MEM 4 CS* MEM 5 CS* CPU MEM 2 CS* MEM 6 CS* MEM 3 CS* MEM 7 CS* 21 / 23
Exercícios Exercícios para estudo: refazer os realizados em sala de aula, além dos seguintes exercícios do livro Sistemas digitais: princípios e aplicações": 11-1, 11-3 e 11-4. 22 / 23
Próxima Aula: Conversores A/D e D/A! 23 / 23