Download Tema 5. Memorias

Tema 5. Memorias
Contenido
●
Memorias en sistemas digitales
●
Tecnologías
●
–
Memorias no volátiles (ROM)
–
Memorias volátiles (RAM)
Características avanzadas
Memorias en sistemas digitales
Imágenes: Clive "Max" Maxfield, Bebop to the Boolean Boogie. An unconventional guide to
electronics fundamentals, components, and processes (2nd ed.), Newnes, 2003
Memorias en sistemas digitales
Memorias ROM
Memorias RAM
Conexión de memorias
Conexión de memorias
Tecnologías de memorias
●
Características
–
Precio
–
Densidad
–
Persistencia de la información
–
Capacidad de escritura
–
Velocidad de lectura/escritura
–
...
Capacidad de Escritura
Alta. El micro escribe a la memoria de forma directa, rápida y fácil. Ej:
RAM
Media. El micro escribe a la memoria, más lentamente Ej: FLASH,
EEPROM
Baja. Es necesario un “programador” (equipo específico) Ej: EPROM,
OTP ROM
Nula. Sólo se escribe durante la fabricación. Ej: ROM de máscara
Programación en campo
El micro puede escribir en el funcionamiento normal del sistema
Persistencia de la información
Alta. Nunca pierde la información Ej: ROM de máscara
Media. La información se mantiene durante días, meses o años sin
alimentación Ej: NVRAM
Baja. La información permanece mientras haya alimentación Ej: SRAM
Muy baja. La información se empieza a perder justamente tras ser escrita Ej:
DRAM
Memoria no volátil
Mantiene la información sin alimentación
ROM. Read-Only Memory




Memoria no volátil
Se puede leer en campo, pero no escribir
Lo normal es escribirla antes de insertarla en el sistema
Usos
–
Programa (software) de un sistema empotrado. Cada instrucción
puede ocupar una o más direcciones
–
Constantes necesarias en el sistema o LUTs
–
Circuito combinacional
Ejemplo ROM 8x4
Horizontal = palabra
Vertical = dato
Sólo hay conexiones en los
puntos
Si A=010, el DEC pone a la
línea horiz. 2 a 1
Las líneas de datos Q3 y Q1
se ponen a 1 por las
conexiones programadas
con la línea 2
La línea 2 no está
conectada con Q2 ni Q0
La salida es 1010
Internal view
8 × 4 ROM
word 0
enable
3×8
decoder
word 1
word 2
A0
A1
A2
word line
data line
programmable
connection
wired-OR
Q3
Q2 Q1 Q0
ROM de máscara

Las conexiones se programan al fabricarse
–

Más baja capacidad de escritura
–

1 vez
Más alta persistencia
–

Máscaras de fotolitografía
Nunca pierde la información salvo daño físico
Se usa para el producto final en grandes tiradas
OTP ROM


Las conexiones se programan por el usuario
–
Fichero de conexiones. Programador de ROM
–
Cada conexión programable es un fusible
–
Donde no debe haber conexión el fusible se funde
Capacidad escritura muy baja
–

Persistencia muy alta
–

Sólo una vez
Los bits permanecen mientras no se fundan más fusibles
Usada en producto final
–
Barata, difícil de modificar accidentalmente
EPROM
Transistor MOS programable (FAMOS)
Puerta flotante y aislante
0V
floating gate
(a) Los electrones forman el canal. Se almacena un 1
(b) Tensión alta en la puerta. Los electrones quedan
atrapados en la puerta flotante. El transistor no conduce. Se
almacena un 0
drain
source
(a)
(c) (Borrado) UV en la puerta flotante. Los electrones
vuelven al canal. Se vuelve a almacenar un 1
(d) Chip EPROM con ventana

source
drain
5-30 min
Se puede borrar y programar miles de
veces
Persistencia media
–

(b)
Capacidad de escritura media
–

+15V
source
(c)
Persiste 10 años, pero es sensible a la
radiación y al ruido eléctrico
Se usa en la fase de diseño
(d)
drain
EEPROM


●
Programación y borrado eléctrico
–
Tensión más elevada
–
Se pueden borrar palabras o bloques de una vez
Capacidad de escritura
–
Programable en campo si hay un circuito de generación de tensiones
altas
–
Suelen tener un controlador de memoria para gestionar el ciclo de
programación
Muy lentas de programar y borrar
–
Suelen tener una señal de “ocupado”
–
Se pueden programar y borrar decenas de miles de veces

Persistencia 10 años (como EPROM)

Mucho más caras que EPROM
Flash


Extensión de las EEPROM
–
Similar estructura de puerta flotante, aunque diferente efecto físico
–
Número de ciclos de escritura limitado
Borrado rápido
–

La escritura puede ser más lenta
–

Se pueden borrar bloques (decenas de kilobits) de una vez
Leer bloque, modificar un valor, escribir el bloque entero
Se usa en sistemas que necesiten gran capacidad de
almacenamiento
–
Ej: cámaras digitales, móviles, grabadores vídeo,...
Flash NAND y NOR
NAND: mayor densidad
(aprox. el doble), menor
tiempo de escritura, acceso
secuencial o por bloques
Memoria de
almacenamiento
NOR: mucho menor tiempo
de lectura, acceso aleatorio
Memoria de arranque o de
ejecución
RAM. Random Access Memory
●
Volátil, fácil escritura y lectura. Estructura interna más
compleja
Memoria RAM
●
Estática (SRAM)
–
Cada bit se almacena en un
biestable
–
6 transistores por bit
–
Mantiene el dato si hay
alimentación
–
Bipolar: menor densidad,
más rapidez. CMOS: mayor
densidad, más lentas
Imágenes: Joachim Burghartz, Guide to state-of-the-art electron devices, Wiley/IEEE, 2013
Memoria RAM
●
Dinámica (DRAM)
–
Se usa un transistor y un
condensador por bit
–
Mucho más compacta que
SRAM
–
Necesita refresco debido a
las pérdidas del C
–
Cargas típicas de sólo 1020 fC
Data
W
DRAM
●
●
●
Hoy en día todas las RAM de alta
capacidad son dinámicas
Interfaz diferente a SRAM. Organización
en filas y columnas
–
Señales RAS y CAS para seleccionarlas
–
Memory Management Unit (MMU) para
facilitar el acceso
Proceso de fabricación. Integración de
condensadores
Versiones DRAM
●
FPM (Fast Page Mode)
–
●
EDO (Extended Data Out, 1994)
–
●
Mantiene el dato hasta el inicio del siguiente ciclo
SDRAM (Synchronous). SDR (Single Data Rate)
–
●
Acceso a varias filas de forma consecutiva
Con señal de reloj. Acceso de 10-25ns, f de 66 a 133MHz
DDR DRAM (Double Data Rate, 2000).
–
Transfieren datos en ambos flancos de reloj. Doble ancho de
banda
–
DDR2 (2004). Menor latencia
–
DDR3 (2007). 64bits. Hasta 6400MB/s a 100MHz
–
DDR4 (2014). Hasta 19200MB/s a 300MHz. DDR5 en 2020.