1. Definición Memorias Semiconductoras:
Las memorias semiconductoras (o de
semiconductor) son aquellas memorias que utilizan circuitos integrados basados
en semiconductores para almacenar información. Un chip de memoria de
semiconductor puede contener millones de minúsculos transistores o condensadores.
Un transistor o condensador es un dispositivo electrónico semiconductor que
cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. Tipos
de Memorias Semiconductoras Existen dos tipos de memorias semiconductoras:
Memorias Volátiles y Memorias No Volátiles.
Memorias
Volátiles: Las memorias volátiles o transitorias son aquellas memorias cuya
información se pierde al interrumpirse la energía eléctrica. Algunos ejemplos
de memorias volátiles son: DRAM, RAM, SRAM, HPU y GJR.
Memorias No Volátiles: Las memorias no volátiles
o permanentes son aquellas memorias cuyo contenido de datos almacenados no se
pierde aún si no esté energizada. Algunos ejemplos de memorias no volátiles
son: EPROM, EEPROM, NVRAM y PRAM.
2. Características de las Memorias Semiconductoras.
Tiempo de acceso:
Mide la velocidad de respuesta
de una memoria a una petición de lectura o escritura, las memorias
semiconductoras tienen un tiempo acceso muy pequeño del orden de decenas de
nanosegundos, pero una capacidad de hasta 1GB por CI. Las memorias
semiconductoras de tipo volátiles (RAM) a diferencia de las memorias con acceso
secuencial, estas poseen un tiempo de acceso constante.
Aleatorio
,
No aleatorio
Tamaño de la Palabra:
Grupo de celdas de memoria que representan
instrucciones o datos de algún tipo. Algunas palabras de memoria son:
– BYTE. Palabra de 8 bits.
– NIBBLE. Palabra de 4 bits.
– WORD. Palabra de 16 bits.
El tamaño de la palabra es
generalmente igual al número de bits utilizados para representar un número
entero y la longitud de una instrucción. La
longitud de palabra se incrementa colocando la salida de dos o más circuitos de
memoria en paralelo.
Capacidad de
Direccionamiento:
·
En la memoria de localización direccionable,
cada unidad de información accesible individualmente en la memoria se
selecciona con subdirección numérica.
En las computadoras modernas, la memoria de localización direccionable se suele
limitar a memorias primarias, que se leen internamente por programas de
computadora ya que la localización direccionable es muy eficiente, pero difícil
de usar para los humanos.
·
En las memorias de sistema de archivos, la información se
divide en Archivos informáticos de
longitud variable y un fichero concreto se localiza en directorios y nombres de
archivos "legible por humanos". El dispositivo subyacente sigue
siendo de localización direccionable, pero el sistema operativo de la
computadora proporciona la abstracción del
sistema de archivos para que la operación sea más entendible. En la computadora
moderna, las memorias secundarias, terciarias y fuera de línea usan sistemas de
archivos.
·
En las memorias de contenido
direccionable (content-addressablememory),
cada unidad de información legible individualmente se selecciona con un valor hash o
un identificador corto sin relación con la dirección de memoria en la que se
almacena la información. La memoria de contenido direccionable pueden
construirse usando software o hardware; la opción hardware es la
opción más rápida y cara.
Bus de Datos:
Son las líneas que llevan información entre los integrados y el controlador. Por
lo general están agrupados en octetos siendo de 8, 16,32 y 64 bits, cantidad
que debe igualar el ancho del bus de datos del procesador. En el pasado,
algunos formatos de modulo, no tenían un ancho de bus igual al del procesador.
En ese caso había que montar módulos en pares o en situaciones extremas, de a 4
módulos, para completar lo que se denominaba banco de memoria, de otro modo el
sistema no funciona. Esa es la principal razón de haber aumentar el número de
pines en los módulos, igualando el ancho de bus de procesadores como el Pentium
de 64 bits a principios de los 90.
Bus de
Direcciones
Es un bus en el cual se colocan las
direcciones de memoria a las que se requiere acceder. No es igual al bus de
direcciones del resto del sistema, ya que está multiplexado de manera que la
dirección se envía en dos etapas. Para ello el controlador realiza
temporizaciones y usa las líneas de control. En cada estándar de módulo se
establece un tamaño máximo en bits de este bus, estableciendo un límite teórico
de la capacidad máxima por módulo.
El bus (o mejor dicho los buses) son las
"pistas" por donde circula la información, en pocas palabras es el
medio por el que se comunican casi todas la partes
de una
computadora. La velocidad de un bus está más referida a la velocidad que puede
trabajar una memoria. Esta
velocidad se mide en herzios (Hz), y los valores más comunes de hoy en día son
del orden de los: 266Mhz, 333Mhz, 400Mhz (caso de las DDR), 533 Mhz, 666Mhz u 800Mhz
(DDR2).
Bus de
Control
En
ocasiones denominado bus de comando, transporta las órdenes y las señales de
sincronización que provienen de la unidad de control y viajan hacia los
distintos componentes de hardware. Se trata de un bus bidireccional en la
medida en que también transmite señales de respuesta del hardware.
3. Clasificación de las
Memorias Semiconductoras
Memoria De Solo Lectura
a) ROM
ROM son las siglas inglesas de
la memoria de sólo lectura. La ROM se utiliza normalmente para referirse a un
chip en una computadora que contiene datos almacenados de forma permanente. En
circunstancias normales, la ROM puede ser sólo leída y no se puede escribir en
ella. Hay formas muy específicas y limitadas para que un usuario pueda escribir
en la ROM. La ROM almacena la configuración de tu computadora y es necesaria
para el arranque del sistema operativo.
Una memoria ROM básica está
compuesta por un decodificador que genera 2 elevado a N términos mínimos de las
N estradas variables. Colocando las compuertas OR para sumar los términos mínimos
de las funciones de Boole se podrá generar cualquier circuito combinacional.
Las conexiones entre las
salidas del decodificador y las compuertas OR pueden especificarse para cada
configuración particular " programando" la ROM. La ROM se usa a
menudo para configurar un circuito combinacional complejo en una capsula de
C.I. y así eliminar los cables de conexión.
Una ROM es un dispositivo (o
acumulador) de memoria, en el cual se almacena un conjunto fijo de información
binaria. La información binaria debe especificarse por el usuario y luego
enclavarse en la unidad para formar el patrón de interconexión requerida. Las
ROM viene con enlaces internos especiales que pueden estar fusionados o
abiertos. La interconexión deseada para una aplicación particular requiere que
ciertos enlaces estén fusionados para formar los caminos del circuito
necesarios. Una vez que se establezca un patrón para una ROM, este permanecerá
fijo aunque se haga un corte de corriente y luego se restablezca.
Diagramas:
Un diagrama en bloque de una
ROM se muestra en la figura. Este consiste en n líneas de entrada y m líneas de
salida. Cada combinación de bits de las variables de entrada se llama una
dirección. Cada combinación de bits que salen por las líneas de salida se llama
una palabra.
El número de bits por palabra
es igual al número de líneas de salida m. Una dirección es esencialmente un
número binario que denota uno de los términos mínimos de n variables.
Descripción de buses.
ü Ancho
del bus: Si tiene un bus 8 bits, entonces los 8 bits ó 1 byte, de información
puede viajar a la vez en el bus. Si se tiene un bus de 64 bits, entonces los 64
bits, u 8 bytes, de información pueden viajar a la vez.
ü Velocidad del bus: Si la velocidad del bus
de memoria es de 100MHz, este mide 100 millones de ciclos de reloj por segundo.
Normalmente, un paquete de información puede viajar en cada ciclo de reloj. Si
el bus de 100MHz tiene un bit de ancho, entonces los datos pueden viajar a 100
megabytes por segundo.
Ciclos de Operación de la
memoria ROM
De
un modo similar a la memoria RAM, los chips ROM contienen una hilera de
filas y columnas, aunque la manera en que interactúan es bastante diferente.
Mientras que RAM usualmente utiliza transistores para dar paso a un capacitador
en cada intersección, ROM usa un diodo para conectar las líneas si el valor es
igual a 1. Por el contrario, si el valor es 0, las líneas no se conectan en
absoluto.
Un diodo normalmente permite el flujo
eléctrico en un sentido y tiene un umbral determinado, que nos dice cuanto
fluido eléctrico será necesario para dejarlo pasar. Normalmente, la manera en
que trabaja un chip ROM necesita la perfecta programación y todos los datos
necesarios cuando es creado. No se puede variar una vez que está creado. Si
algo es incorrecto o hay que actualizar algo, hay que descartarlo y empezar con
uno nuevo. Crear la plantilla original de un chip ROM es normalmente laborioso
dando bastantes problemas, pero una vez terminado, los beneficios son grandes.
Una vez terminada la plantilla, los siguientes chips pueden costar cantidades
ridículas.
Estos chips no consumen apenas nada y son
bastante fiables, y pueden llevar toda la programación para controlar el
dispositivo en cuestión. Los ejemplos más cercanos los tenemos en algunos
juguetes infantiles los cuales hacen actos repetitivos y continuos.
Proceso de lectura:
-
Establecer dirección.
-
Habilitar chip y Salidas.
b)
EPROM.
Las
memorias EPROM (Erasable Programable Read Only Memory, o Memoria Programable y
Borrable de Sólo Lectura), son memorias PROM que se pueden eliminar. Estos
chips disponen de un panel de vidrio que deja entrar los rayos ultra-violeta.
Cuando el chip es sometido a rayos ultra-violeta de una determinada longitud de
onda, se reconstituyen los fusibles, lo que implica que todos los bits de
memoria vuelven a 1. Por esta razón, este tipo de PROM se denomina borrable.
Una
EPROM puede ser programada por el usuario, y también puede ser borrada y
reprogramada tanto como sea deseado. Una vez programada, la EPROM es una
memoria no volátil que mantiene sus datos almacenados indefinidamente. El
proceso para programar una EPROM incluye la aplicación de niveles de voltaje
especiales (típicamente en el rango de 10 a 25 V) en las entradas apropiadas
del CI en un tiempo especificado (típicamente de 50 ms por dirección). El
proceso de programación es generalmente realizado por un circuito de
programación que está separado del circuito en el cual la EPROM esta
eventualmente trabajando. El proceso de programación de la EPROM completo puede
tomar varios minutos.
Las
memorias EPROM se programan mediante un dispositivo electrónico que proporciona
voltajes superiores a los normalmente utilizados en los circuitos electrónicos.
Las celdas que reciben carga se leen entonces como un 0.
Bus
de dirección y datos:
ü Direcciones
El bus de direcciones dispone de tantas
líneas como sean necesarias para seleccionar cada una de las posiciones de
memoria. Puesto que el bus de datos normalmente tiene una longitud de palabra
de 8 bits, 1 byte, cada posición de memoria direccionada selecciona 8 células
de memoria a la vez. Por ejemplo una memoria de 2KB, (2048 bytes o 2048
posiciones de memoria) dispone de un bus de 11 bits, (2 elevado a 11 son 2048)
y una memoria de 32KB, 32768 bytes, tiene 15 líneas de dirección (2 elevado a
15 son 32768).
ü Datos
El bus de datos, normalmente de 8 bits para
presentar palabras de 1 byte, presenta en las patillas D0 a D7, el contenido de
la memoria en el modo de lectura y recibe datos en el modo de programación. Por
esta doble función dispone de salida tri-estado. En modo de lectura las
patillas de los datos entregan el contenido de la dirección seleccionada o
bien, mediante una señal de control, permanecen en estado de alta impedancia.
En modo programación las patillas de datos actúan como entrada.
Ciclos
de operación de la memoria EPROM
La EPROM tiene tantas celdas de memoria
como bits deban almacenarse, así una memoria de 2KB tiene 16384 celdas de
memoria (2048x8bits).
La EPROM almacena los bits en celdas
formadas a partir de transistores de tipo FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection
Metal-Oxide Semiconductor) un tipo de MOSFET cuya puerta está rodeada por óxido
de silicio y, en consecuencia, totalmente aislada.
La
cantidad de carga eléctrica almacenada sobre la puerta aislada o flotante
determina que el bit de la celda contenga un 1 o un 0; las celdas cargadas son
leídas como un 0, mientras que las que no lo están son leídas como un 1. Tal
como las EPROM salen de fábrica, todas las celdas se encuentran descargadas,
por lo cual el bit asociado es un 1; de ahí que una EPROM virgen presente el
valor hexadecimal FF en todas sus direcciones.
Cuando un bit de una celda debe ser
cambiado o programado de un 1 a un 0, con la ayuda de una tensión relativamente
alta (la tensión de programación Vpp), se crea un campo eléctrico mediante el
cual algunos electrones ganan suficiente energía como para atravesar la capa
que aísla la puerta flotante.
c)
EEPROM.
EEPROM
son las siglas de Electrically- Erasable Programmable Read-Only Memory (ROM
programable y borrable eléctricamente). Es un tipo de
memoria ROM que puede ser programado, borrado y reprogramado eléctricamente, a
diferencia de la EPROM que ha de borrarse mediante un aparato que emite rayos
ultravioletas. Son memorias no volátiles.
Diagramas:
Este
dispositivo mantiene la misma estructura de la compuerta flotante como la
EPROM, pero tiene adicionalmente una capa muy delgada de una región de óxido
sobre el drenaje de la celda de memoria MOSFET. Esta modificación produce las
mejores características de la EEPROM (la borrabilidad eléctrica). Al aplicarle
un alto voltaje (21 V) entre la compuerta y el drenaje, una carga puede ser
inducida sobre la compuerta flotante, donde permanece siempre y cuando la
alimentación sea retirada; al aplicarle de nuevo el mismo voltaje causa que se
remueva la carga atrapada en la compuerta flotante y borre la celda. Como este
mecanismo de transporte de carga requiere muy bajas corrientes, el borrado y la
programación de una EEPROM puede hacerse en el mismo circuito (esto es porque
no se requiere una fuente de luz UV y un programador de PROM especial).
Otra ventaja
de la EEPROM sobre la EPROM es la habilidad para borrar eléctricamente y
reescribir bytes individuales (palabras de 8 bits) en el arreglo de la memoria.
Durante una operación de escritura, la circuitería interna automáticamente
borra todo de las celdas en una localidad, previa a una escritura de los datos
nuevos. La facilidad de borrar bytes hace mucho más fácil hacer cambios en los
datos almacenados en este tipo de memoria. Adicionalmente, puede ser programada
más rápidamente que cualquier EPROM; típicamente esto toma 5 ms para escribir
en una localidad, comparado con 50ms para la EPROM, aunque nuevas EPROM son
mucho más rápidas (100ms).
La facilidad
de borrado por byte de la EEPROM y su alto nivel de integración conlleva dos
fallas: densidad y costo. La complejidad de la celda de memoria y el circuito
de soporte sobre el mismo chip pone a la EEPROM por detrás de la EPROM en
capacidad de bit por milímetro cuadrado de silicio; para 1 Mbit la EEPROM
requiere el doble de silicio que 1 Mbit de EPROM. Así, a pesar de la superioridad
operacional, la falta de densidad en la EEPROM y costos efectivos tiene que
conservar el reemplazar la EPROM en lugares donde la densidad y costo son
factores importantes.
Son usadas
para almacenar información programable de usuario, como por ejemplo:
-Información
de programación VCR
-Información
de programación de CD
-Información
de usuario de productos instalados en el equipo
-La EEPROM en
el monitor realiza dos funciones:
Cuando
encendemos un monitor se copiarán todos los datos o información desde la EEPROM
al microprocesador. Por ejemplo, la EEPROM dejará al microprocesador conocer
las frecuencias en las cuales el monitor funcionará.
La EEPROM se
utiliza para guardar la configuración mas reciente del monitor. La
configuración del monitor no desaparecerá aunque el monitor sea apagado. Cuando
se haga un cambio en dicha configuración, el microprocesador actualiza estos
cambios en la EEPROM. Cuando el monitor vuelve a encenderse, los datos ya
actualizados son usados para poner el monitor operativo.
Descripción
De Buses:
Hay dos tipos
de memoria EEPROM/ Bus de datos
Bus paralelo:
Paralelo, Los
dispositivos EEPROM suelen tener un bus de direcciones lo suficientemente
amplio para cubrir el total de la memoria y un bus de datos de 8-bit. La
mayoría de los dispositivos tienen una terminal de chip select (CS) y
terminales de protección contra escritura (WR). Algunos microcontroladores
tienen integrada una EEPROM tipo paralelo.
Funcionamiento
de una memoria EEPROM tipo paralelo es sencillo y rápido en comparación con una
EEPROM tipo serie, pero estos dispositivos son más grandes debido a la mayor
cantidad de pines (28 pines o más) y han disminuido en popularidad a favor de
la EEPROM o Flash.
EEPROMs tipo
paralelo se utilizan en aplicaciones tales como controladores industriales,
adaptadores LAN, conmutadores de telecomunicaciones, teléfonos celulares y
módems.
Bus de serie:
EEPROM tipo
serie funciona en tres modos: código de operación de fase, bus de datos y de
Phase. El Código OP-por lo general los primeros 8 bits son de entrada para el
pin de entrada de serie del dispositivo EEPROM seguido del 8 a 24 bits para
abordar en función de la profundidad del dispositivo, los datos a ser leídos o
escritos.
EEPROM tipo
serie se utilizan en muchas aplicaciones para almacenar datos del usuario
reconfigurable. Las aplicaciones más comunes son las unidades de disco, módems,
teléfonos celulares, reproductores de video, reproductores de CD, audífonos,
tarjetas PCMCIA, teléfonos inalámbricos, impresoras láser, computadoras y
buscapersonas.
CICLOS DE OPERACIÓN
MEMORIAS SEMICONDUCTORAS DE ACCESO ALEATORIO (RAM)
Aquellas memorias que
permiten leer y escribir en ellas. Para aquellas que siendo del siendo del tipo
RAM (Acceso aleatorio), solo permiten la lectura se reserva el término ROM o
RPROM etc. En consecuencia, una "memoria RAM semiconductora", es una
memoria de acceso aleatorio y que permite leer o escribir indistintamente, una
información sobre ella.
