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Memorias
Electrónica Industrial
• Interruptores • Pulsadores • Potenciómetros • LDRs • Fotocélulas • Encoders
• Galgas extensom • Termopares • Acelerómetros • MEMs
SENSORES • Solenoides, relés, piezoeléctricos • Motores de con@nua • Motores paso a paso • Servomotores • Disposi@vos hidráulicos y neumá@cos.
ACTUADORES
• C. discretos • Amplificadores
• Filtros • A/D
ACONDICIONADORES DE SEÑALES DE
ENTRADA E INTERFACES
• Combinacionales • Secuenciales • μP • μC
• Memorias • SoC • Comunicaciones • Soaware
SISTEMAS DE CONTROL DIGITAL
• D/A • Amplificadores • PWM
• Transistores
ACONDICIONADORES DE SEÑALES DE SALIDA
E INTERFACES • LEDs • Displays • LCD
• CRT • TFT
VISUALIZADORES
Sistemas mecánico
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Memorias
Electrónica Industrial
Conceptos generales
• Una memoria es un disposi@vo capaz de almacenar información binaria durante cierto @empo y del cual se puede obtener información cuando se necesite para ser procesada.
• Esta formada por un conjunto de celdas binarias con la capacidad de almacenar un dato de muy diferentes
tamaños (generalmente 8, 16, 32 y 64 bits).
2n x b RAM
Bus de Datos
Bus de Direcciones
Señales de
control
A0 A1
An-‐1
CS R/W
Decodificador de direcciones Memoria en modo Array Dirección Dato
Read Write
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Memorias
Electrónica Industrial
Conceptos generales
1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1
Read/Write
0 1 2 3 4 5 6 7
Decodific de direcciones
0110 0001 101
Bus de direcciones
Bus de datos
1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1
Read/Write
0 1 2 3 4 5 6 7
Decodific de direcciones
0111 0000 001
Bus de direcciones Bus de datos
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Memorias
Electrónica Industrial
• Desde el punto de vista funcional, los sistemas digitales requieren de muy diferentes @pos de memoria y/o elementos de almacenamiento en cuanto a tamaño y velocidad de acceso, así por ejemplo en una computadora tenemos muy diferentes @pos de memoria en función de su funcionalidad.
REGISTROS CACHE DE DATOS
CACHE DE INSTRUC.
CACHE DE NIVEL 2
MEMORIA RAM/ROM
DISCO DURO
CD
DVD
Aumenta el tamaño
Aumenta la velocidad de acceso y el coste por byte
Conceptos generales
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Memorias
Electrónica Industrial
Existen básicamente tres @pos de memorias: • RAM (Random Access Memory). Pierden la información almacenada cuando se les desconecta
de la alimentación y se u@lizan para almacenamiento temporal de datos a corto plazo. • ROM (Read Only Memory). Memoria que conserva el contenido aun cuando se desconecta.
• Memorias FLASH. Son memorias de lectura/escritura de alta densidad no volá@les. Se suelen u@lizar en lugar de las unidades de disco duro de baja capacidad.
Tipos de memoria
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Memorias
Electrónica Industrial
Tipos de memorias RAM. Resumen
Memoria de Acceso Aleatorio
(RAM)
RAM Está@ca (SRAM)
RAM Está@ca Asíncrona (ASRAM)
RAM Está@ca Síncrona a Ráfagas
(SB SRAM)
RAM Dinámica (DRAM)
Fast Page Mode DRAM
(FPM DRAM)
Extended Data Out DRAM
(FPM DRAM)
Burst EDO DRAM (BEDO DRAM)
DRAM Síncrona (SDRAM)
Memorias RAM
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Memorias
Electrónica Industrial
RAM Está@cas (SRAM). • U@lizan flip-‐flops como elementos de almacenamiento, siendo capaces de mantener los datos mientras la
memoria está alimentada y sin necesidad de un circuito de refresco. • Son memorias volá@les ya que pierden la información si se les interrumpe la alimentación eléctrica. • Son más caras, pero más rápidas y consumen menos que las DRAM (especialmente en reposo). • Debido a su compleja estructura interna, son menos densas que las DRAM, y por lo tanto no se u@lizan cuando
es necesario manejar una gran can@dad de datos. RAM Dinámicas (DRAM). • Los datos se almacenan en condensadores, que requieren recargarse (refrescarse) periódicamente para
mantener el dato. • La celda de este @po de memorias es muy sencilla, lo que permite construir en un chip matrices de memorias
muy grandes y densas a un costo por bit más bajo que en las memorias está@cas. • Se u@lizan cuando es necesaria una gran capacidad de datos, como por ejemplo en la memoria principal de los
computadores personales y estaciones de trabajo. • Se dis@nguen dos sub@pos: Asíncronas y Síncronas.
Tipos de memorias RAM
Memorias RAM
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Memorias
Electrónica Industrial
Celda y matriz básica
Entrada / Salida de datos
Selección fila 1
Selección fila 0
Selección fila 2
Selección fila n
Bit 0 Bit 1 Bit 2 Bit 3
Entrada Salida
Selección
RAM Está@ca (I)
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Memorias
Electrónica Industrial
Tipos de SRAM SRAM Asíncrona. • Independientes de la frecuencia del reloj. • Están disponibles en tamaños desde 4Kb hasta 32Mb. • Con un @empo reducido de acceso, son adecuadas para el uso en equipos de comunicaciones, como switches,
routers, teléfonos IP, tarjetas DSLAM, y en electrónica de automoción. • Solo necesitan tres señales de control: Chip Enable (CE), Write Enable (WE), y Output Enable (OE). SRAM Síncrona. • Todas las operaciones son controladas por el reloj del sistema. • Además de las señales de control Chip Enable (CE), Write Enable (WE), y Output Enable (OE) se hace necesaria la
señal de reloj (CLK)
Sus caracterís@cas dependen fuertemente del @po de transistor que se u@lice en su construcción:
• Transistor Bipolar de Unión o BJT (de @po TTL o ECL). Muy rápidos, pero con un consumo muy alto. • MOSFET (de @po CMOS). Consumo reducido, los más u@lizados actualmente.
RAM Está@ca (II)
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Memorias
Electrónica Industrial
Modos en que se encuentran las SRAM Como memorias de propósito general en forma de chip. • Las SRAM asíncronas ofrecen transferencias de hasta 16Mbit por chip. • Las SRAM síncronas se consiguen transferencias de hasta 18Mbit por chip. Se usan principalmente como caches
y otras aplicaciones que requieran transferencias rápidas. Integradas dentro de un chip. • Como memoria RAM o de cache en microcontroladores. • Como cache primaria en microcontroladores, como por ejemplo la familia x86. • Para almacenar los registros de microprocesadores. • En FPGAs y CPLDs.
RAM Está@ca (III)
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Memorias
Electrónica Industrial
Ejemplo de SRAM Asíncrona (I)
μPD43256B, 32K x 8 bits
RAM 32K x 8
Bus de Datos
Bus de Direcciones
Señales de
control
I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 I/O4 I/O5 I/O6 I/O7
215 = 32.767
Write
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14
Chip Select
Output Enable
Read
CS
R / W
OE
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Memorias
Electrónica Industrial
Organización interna
Ejemplo de SRAM Asíncrona (II)
Banco de Memoria
256 Filas x 128 Columnas x 8 Bits
Decodif Filas
Control de datos de entrada
8 Bits I/O
Decodificador Columnas
Datos de Salida Bus de
Datos
I/O0
I/O7
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
Bus de direcciones
A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 CS
WE OE
Bus de Control
Banco de Memoria
128 Columnas
256 Filas
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Memorias
Electrónica Industrial
Ciclo de lectura
Ejemplo de SRAM Asíncrona (III)
Dato Válido
Dirección Válida Dirección
CS (Chip Select)
OE (Output Enable)
Dato de salida
tRC
tEQ
tGQ
tAQ
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Memorias
Electrónica Industrial
Ciclo de escritura
Ejemplo de SRAM Asíncrona (IV)
Dirección Válida Dirección
CS (Chip Select)
WE (Write Enable)
Dato de entrada Dato Válido
tWC
ts(A)
tWD Th(D)
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Memorias
Electrónica Industrial
Ciclo de escritura en una DRAM
RAM Dinámica (I)
ALTO
BAJO
Fila Refresco
Columna
R / W DIN
DOUT
ALTO
BAJO ALTO
Refresco Fila
DOUT
DIN R / W
BAJO
BAJO
ALTO
BAJO BAJO
Columna
Escritura de un 1 Escritura de un 1
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Memorias
Electrónica Industrial
Ciclo de lectura y refresco en una DRAM
RAM Dinámica (II)
ALTO
BAJO
Fila Refres
Columna
R / W DIN
DOUT ALTO ALTO
ALTO
Refres Fila
DOUT
DIN R / W ALTO
ALTO
ALTO ALTO
ALTO
Columna
Lectura de un 1 Refresco de un 1
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Memorias
Electrónica Industrial
Organización básica de una DRAM de 1M x 1 bit
RAM Dinámica (III)
Controlador de refresco
Contador de refresco
Dec Filas
Banco de Memoria
1024 Filas x 1024 Columnas
Buffers de entrada / salida Dec Col Latch
Dir. Filas
Latch Dir. Col.
A0 / A10 A1 / A11 A2 / A12 A3 / A13 A4 / A 14 A5 / A15 A6 / A16 A7 / A17 A8 / A18 A9 / A19
Selector de
Datos
CAS
RAS
DIN DOUT
E R / W
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Memorias
Electrónica Industrial
Mul@plexación del bus de direcciones
RAM Dinámica (IV)
Dirección
RAS
CAS
Dirección de la fila Dirección de la columna
La dirección de la fila se captura cuando la señal de RAS es 0
La dirección de la columna se captura cuando la señal de CAS es 0
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Memorias
Electrónica Industrial
Ciclo de lectura con bus de direcciones mul@plexado
RAM Dinámica (V)
Dirección de la Fila Dirección
tRC
Dirección de la Columna
Dato válido
RAS
CAS
R / W
DOUT
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Memorias
Electrónica Industrial
Ciclo de escritura con bus de direcciones mul@plexado
RAM Dinámica (VI)
Dirección de la Fila Dirección
tWC
Dirección de la Columna
Dato válido
RAS
CAS
R / W
DIN
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Memorias
Electrónica Industrial
Memorias del @po RAM Dinámica Asíncrona
Acrónimo Nombre Vigencia Tiempos de acceso
Observaciones
DRAM Dynamic RAM 1969-‐1990 Son las primeras, se u@lizan para almacenamiento masivo
FPM-‐RAM Fast Page Mode RAM 1989-‐1995 70 o 60 ns. Fueron muy populares. Se comenzaron a u@lizar en los 486 y los primeros Pen@um
EDO-‐RAM Extended Data Output RAM
1995-‐2000 40 0 30 ns. Supone una mejora sobre su antecesora la FPM
BEDO-‐RAM
Burst Extended Data Output RAM
1997-‐2000 Supone una mejora sobre su antecesora la EDO. Compite con la SDRAM.
RAM Dinámica (VII)
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Memorias
Electrónica Industrial
Memorias del @po RAM Dinámica Síncrona
Acrónimo Nombre Vigencia Tiempos de acceso
Observaciones
SDRAM Synchronous Dynamic RAM
1993-‐ A par@r del año 2000 sus@tuye a prác@camente todas las DRAM
DDR SDRAM
Double Data Rate SDRAM 7.5, 6 y 5 ns Se conoce también como DDR1 SDRAM.
DDR2 SDRAM
Double Data Rate 2 SDRAM
5, 3.75, 3 y 2.5 ns
DDR3 SDRAM
Double Data Rate 3 SDRAM
2.5, 1.87, 1.5 y 1.25 ns
DDR4 SDRAM
Double Data Rate 3 SDRAM
Disponible a par@r de 2014
RAM Dinámica (VIII)
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Memorias
Electrónica Industrial
DIP (Dual in Package, 14 o 16 pines). Años 80.
SIPP (Single In-‐line Pin Package32 pines, 8 bits). DRAMs soldadas en un PCB. 80286. No estaban estandarizadas.
SIMM (Single In-‐line Memory Module, 32 y 72 pines). Placas de circuito impreso sobre las que se montan los integrados de memoria DRAM, FPM-‐RAM y EDO-‐RAM. Principios de los 80 hasta finales de los 90. Fueron estandarizadas por JEDEC.
DIMM (Dual in-‐line Memory Module, 72, 100, 144 y 168 pines). U@lizan memorias síncronas (SDRAM, SDR SDRAM)
DDR DIMM (DDR Dual in-‐line Memory Module, 184, 200, 204, 240 y 244 pines). U@lizan memorias síncronas (DDR SDRAM)
SIPP 32 Pines
SIMM 32 Pines
SIMM 72 Pines
DIMM 168 Pines
DIMM 184 Pines
Tipos de formatos
RAM Dinámica (IX)
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Memorias
Electrónica Industrial
Tipos de memorias ROM.
Memorias ROM (I)
Memorias de Solo Lectura
(ROM)
ROM de máscara
ROM programable
(PROM)
PROM borrable (EPROM)
Borrable con ultravioletas (UV EPROM)
Borrable eléctricamente (EEPROM)
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Memorias
Electrónica Industrial
• PROM (Programable Read Only Memory)
Funcionamiento basado en el principio de fusibles No puede borrarse ni reprogramarse
• UV EPROM (UV Erasable-‐Programable Read Only Memory) Funcionamiento basado en el principio de fusibles
Puede borrarse mediante luz ultravioleta Se reprograma eléctricamente
• EEPROM (Electrically Erasable-‐Programable Read Only Memory)
Funcionamiento basado en el principio de fusibles Puede borrarse con impulsos eléctricos controlados Se reprograma eléctricamente
Tipos de memorias ROM
Memorias ROM (II)
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Memorias
Electrónica Industrial
Célula de memoria Flash
Memorias FLASH (I)
Drenador
Fuente
Compuerta
Drenador
Fuente
Compuerta
Muchos electrones = un 0 almacenado Pocos electrones = un 1 almacenado
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Memorias
Electrónica Industrial
Procesos de escritura de un 0 o un 1 en una célula flash
Memorias FLASH (II)
0 V.
+VPROG
VD VD
Procesos de lectura de un 0 o un 1 en una célula flash
0 V.
+VREAD
VD VD
+VREAD
0 V.
I
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Memorias
Electrónica Industrial
Procesos de escritura de un 0 o un 1 en una célula flash
Memorias FLASH (II)
0 V
+VERASE
Dr. Andrés Iborra Universidad Politécnica de Cartagena Campus Muralla del Mar, s/n 30202 Cartagena
Tel. +34 968 32 56 54 Fax. +34 968 32 53 45 E-‐mail [email protected] Twiyer @CincubatorHUB @aiborra Lista de correo cloud-‐[email protected] Www www.cincubator.com