expansión de memorias semiconductoras

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.

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