MEMORIAS

Publicado en 3 abril 2010 por memorias-digitales-2.over-blog.es

En esta espacio se especifica una breve descripción correspondiente a las memorias utilizadas en circuitos digitales, espero sea de ayuda para quien lo consulte.

Las memorias son circuitos integrados cuyos pines se hallan en ambos lados de la cápsula, formando dos líneas o hileras de pines (DIP) y generalmente se fabrican con capacidades de orden de Kilobytes o Megabytes múltiplos de 8, por ejemplo 8k, 16k, 32k, 64k, 128k, o 8M, 16M, 32M, etc.

Memoria

Como se puede apreciar en la grafica se visualiza un esquema de los pines que generalmente se encuentran en una memoria, se describen a continuación:

A₀...A_n (Bus de direcciones): Estos pines son las entradas para seleccionar la posición de memoria a escribir o leer y su cantidad define la capacidad de palabras que puede almacenar, dada por la expresión 2ⁿ, donde n es el número de pines.
D₀...D_n (Bus de Datos): Corresponde a los pines de entrada y salida de datos. En el mercado se consiguen generalmente buses de 1, 4, 8 y 16 bits y lo más usual es encontrar chips tengan 8 entradas de datos.
CS (Chip Select): Este pin se utiliza para seleccionar el chip de memoria que se desea acceder. Esto en el caso del usar dos o más memorias similares.
OE (Output Enable): Utilizado para habilitar la salida de datos. Cuando se encuentra en estado activo las salidas tiene alta impedancia o actúan como entradas.
RW (Read/Write): Entrada utilizada en las memorias RAM para seleccionar la operación de lectura o escritura.
V_CC y GND (Alimentación): Corresponden a los pines de alimentación del circuito integrado. Algunas tienen disponible tres pines para este propósito, pero por lo general son dos y el valor de la tensión de alimentación depende de la tecnología de fabricación del circuito.

TIPOS DE MEMORIAS

RAM

La memoria de acceso aleatorio (en inglés: random-access memory cuyo acrónimo es RAM) es la memoria desde donde el procesador recibe las instrucciones y guarda los resultados. Es el área de trabajo para la mayor parte del software de un computador. Existe una memoria intermedia entre el procesador y la RAM, llamada cache, pero ésta sólo es una copia (de acceso rápido) de la memoria principal (típicamente discos duros) almacenada en los módulos de RAM.

Se trata de una memoria de estado sólido tipo DRAM en la que se puede tanto leer como escribir información. Se utiliza como memoria de trabajo para el sistema operativo, los programas y la mayoría del software. Es allí donde se cargan todas las instrucciones que ejecutan el procesador y otras unidades de cómputo. Se dicen "de acceso aleatorio" porque se puede leer o escribir en una posición de memoria con un tiempo de espera igual para cualquier posición, no siendo necesario seguir un orden para acceder a la información de la manera más rápida posible.

En la siguiente imagen se puede visualizar un diagrama interno de una memoria RAM

En la siguiente grafica se visualiza como se establece la matrix de almacenamiento de los datos

Ejemplos de circuitos integrados:

MEMORIA SRAM - MCM6264C

Esta memoria fabricada por Motorola y desarrollada con tecnología CMOS tiene una capacidad de 8K x 8. Los tiempos de lectura y escritura del integrado son de aproximadamente 12 ns y tiene un consumo de potencia aproximado de 100 mW. En la Figura se observa la disposición de los pines del circuito integrado de esta memoria y sus las características técnicas básicas.

6264

MEMORIA DRAM – 4116

El CI 4116 es una memoria DRAM de 16K x 1. La estructura interna de este integrado se encuentra constituida por un arreglo de 128 filas y 128 columnas donde cada uno de los bits se ubica con una dirección de 14 bits. En la figura se muestra la disposición de los pines del circuito integrado. Observe que la entrada de direcciones es de 7 bits (A0...A6). La razón de poseer 7 pines y no 14, se debe a que estos tienen función doble, por ejemplo la entrada A0 se utiliza para establecer los valores de los bits A0/A7 de la dirección de memoria que se quiere acceder.

Diagrama Memoria4

Para ingresar una dirección de memoria en este integrado se utilizan las señales de entrada RAS’ y CAS’, las cuales deben estar inicialmente en "1" para recibir los 7 bits menos significativos de la dirección (A6...A0). Después de ello la entrada RAS’ debe cambiar a "0" con lo cual los 7 bits se cargan en el registro de direcciones de memoria y el dispositivo queda disponible para recibir los 7 bits más significativos (A7...A14) de la dirección. Una vez se aplican estos bits, la entrada CAS’ debe cambiar a "0", cargándolos de esta forma en el registro de direcciones en su respectiva posición y permitiendo finalmente acceder a la posición de memoria para efectuar la operación de lectura o escritura.

ROM

Memoria de sólo lectura (normalmente conocida por su acrónimo, Read Only Memory) es una clase de medio de almacenamiento utilizado en los ordenadores y otros dispositivos electrónicos. Los datos almacenados en la ROM no se pueden modificar -al menos no de manera rápida o fácil- y se utiliza principalmente para contener el firmware (software que está estrechamente ligado a hardware específico, y es poco probable que requiera actualizaciones frecuentes).

Una razón de que todavía se utilice la memoria ROM para almacenar datos es la velocidad ya que los discos son más lentos. Aún más importante, no se puede leer un programa que es necesario para ejecutar un disco desde el propio disco. Por lo tanto, la BIOS, o el sistema de arranque oportuno del PC normalmente se encuentran en una memoria ROM.

La memoria RAM normalmente es más rápida para lectura que la mayoría de las memorias ROM, por lo tanto el contenido ROM se suele traspasar normalmente a la memoria RAM cuando se utiliza.

PROM

Es el acrónimo de Programmable Read-Only Memory (ROM programable). Es una memoria digital donde el valor de cada bit depende del estado de un fusible (o antifusible), que puede ser quemado una sola vez. Por esto la memoria puede ser programada (pueden ser escritos los datos) una sola vez a través de un dispositivo especial, un programador PROM. Estas memorias son utilizadas para grabar datos permanentes en cantidades menores a las ROMs, o cuando los datos deben cambiar en muchos o todos los casos.

Una PROM común se encuentra con todos los bits en valor 1 como valor por defecto de las fábricas; el quemado de cada fusible, cambia el valor del correspondiente bit a 0. La programación se realiza aplicando pulsos de altos voltajes que no se encuentran durante operaciones normales (12 a 21 voltios). El término Read-only (sólo lectura) se refiere a que, a diferencia de otras memorias, los datos no pueden ser cambiados (al menos por el usuario final).

Ejemplo de circuito integrado:

MEMORIAS PROM - 74S473

Esta memoria tiene una capacidad de 512 palabras de 8 bits y la descripción de sus pines se muestra en la siguiente grafica:

EPROM

Son las siglas de Erasable Programmable Read-Only Memory (ROM programable borrable). Es un tipo de chip de memoria ROM no volátil inventado por el ingeniero Dov Frohman. Está formada por celdas de FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection Metal-Oxide Semiconductor) o "transistores de puerta flotante", cada uno de los cuales viene de fábrica sin carga, por lo que son leídos como 0 (por eso, una EPROM sin grabar se lee como 00 en todas sus celdas). 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 1.

Una vez programada, una EPROM se puede borrar solamente mediante exposición a una fuerte luz ultravioleta. Esto es debido a que los fotones de la luz excitan a los electrones de las celdas provocando que se descarguen. Las EPROMs se reconocen fácilmente por una ventana transparente en la parte alta del encapsulado, a través de la cual se puede ver el chip de silicio y que admite la luz ultravioleta durante el borrado.

Como el cuarzo de la ventana es caro de fabricar, se introdujeron los chips OTP (One-Time Programmable, programables una sola vez). La única diferencia con la EPROM es la ausencia de la ventana de cuarzo, por lo que no puede ser borrada. Las versiones OTP se fabrican para sustituir tanto a las EPROMs normales como a las EPROMs incluidas en algunos microcontroladores. Estas últimas fueron siendo sustituidas progresivamente por EEPROMs (para fabricación de pequeñas cantidades donde el coste no es lo importante) y por memoria flash (en las de mayor utilización).

Una EPROM programada retiene sus datos durante diez o veinte años, y se puede leer un número ilimitado de veces. Para evitar el borrado accidental por la luz del sol, la ventana de borrado debe permanecer cubierta. Los antiguos BIOS de los ordenadores personales eran frecuentemente EPROMs y la ventana de borrado estaba habitualmente cubierta por una etiqueta que contenía el nombre del productor del BIOS, su revisión y una advertencia de copyright.

Las EPROM pueden venir en diferentes tamaños y capacidades. Así, para la familia 2700 se pueden encontrar:

Tipo de EPROM	Tamaño — bits	Tamaño — Bytes	Longitud (hex)	Última dirección (hex)
1702, 1702A	2 Kbits	256	100	000FF
2704	4 Kbits	512	200	001FF
2708	8 Kbits	1 KBytes	400	003FF
2716, 27C16	16 Kbits	2 KBytes	800	007FF
2732, 27C32	32 Kbits	4 KBytes	1000	00FFF
2764, 27C64	64 Kbits	8 KBytes	2000	01FFF
27128, 27C128	128 Kbits	16 KBytes	4000	03FFF
27256, 27C256	256 Kbits	32 KBytes	8000	07FFF
27512, 27C512	512 Kbits	64 KBytes	10000	0FFFF
27C010, 27C100	1 Mbits	128 KBytes	20000	1FFFF
27C020	2 Mbits	256 KBytes	40000	3FFFF
27C040	4 Mbits	512 KBytes	80000	7FFFF
27C080	8 Mbits	1 MBytes	100000	FFFFF

MEMORIA EPROM - 27C16B

Esta memoria de 24 pines tiene una capacidad de 2048 palabras de 8 bits, es decir 2KB. Las salidas de esta memoria son triestado, lo que permite escribir o leer los datos con el mismo bus de datos.

Esta memoria tiene dos pines no indicados inicialmente:

VPP: Es utilizado durante la programación.
CE’/P (Chip Enable’/Program): Utilizado para seleccionar el chip (en caso de emplearse en forma conjunta con otros) y para programar la posición de memoria seleccionada en el bus de direcciones.

Durante la programación de la memoria, la entrada OE’ se debe encontrar en 1. En la entrada debe estar presente una tensión de 5V, así como en los datos y la dirección de memoria. Después de ello, se aplica pulso de tensión durante 30 ms aproximadamente, para almacenar los datos.

Como se vió anteriormente, el borrado de este tipo de memoria se efectúa mediante la exposición del integrado a luz ultravioleta. Una lámpara UV de 12mW, puede ser utilizada para efectuar este proceso, el cual tarda entre 20 y 25 minutos.

EEPROM o E²PROM

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.

Las celdas de memoria de una EEPROM están constituidas por un transistor MOS, que tiene una compuerta flotante (estructura SAMOS), su estado normal está cortado y la salida proporciona un 1 lógico.

Aunque una EEPROM puede ser leída un número ilimitado de veces, sólo puede ser borrada y reprogramada entre 100.000 y un millón de veces.

Estos dispositivos suelen comunicarse mediante protocolos como I²C, SPI y Microwire. En otras ocasiones, se integra dentro de chips como microcontroladores y DSPs para lograr una mayor rapidez.

Ejemplo de circuito integrado:

MEMORIA EEPROM - 28C64A

Esta memoria tiene una capacidad de 8K X 8 y tiene características diferentes a las demás. La información almacenada puede perdurar aproximadamente 100 años y puede soportar hasta 100.000 ciclos de grabado y borrado.

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FLASH

La memoria flash es una manera desarrollada de la memoria EEPROM que permite que múltiples posiciones de memoria sean escritas o borradas en una misma operación de programación mediante impulsos eléctricos, frente a las anteriores que sólo permite escribir o borrar una única celda cada vez. Por ello, flash permite funcionar a velocidades muy superiores cuando los sistemas emplean lectura y escritura en diferentes puntos de esta memoria al mismo tiempo.

Ofrecen, además, características como gran resistencia a los golpes, bajo consumo y es muy silencioso, ya que no contiene ni actuadores mecánicos ni partes móviles. Su pequeño tamaño también es un factor determinante a la hora de escoger para un dispositivo portátil, así como su ligereza y versatilidad para todos los usos hacia los que está orientado.

Sin embargo, todos los tipos de memoria flash sólo permiten un número limitado de escrituras y borrados, generalmente entre 10.000 y un millón, dependiendo de la celda, de la precisión del proceso de fabricación y del voltaje necesario para su borrado.

Este tipo de memoria está fabricado con puertas lógicas NOR y NAND para almacenar los 0’s ó 1’s correspondientes.

Ejemplos de circuito integrado:

MEMORIA FLASH - 27F256

La capacidad de esta memoria es de 32K X 8 y como memoria Flash tiene la característica particular de ser borrada en un tiempo muy corto (1 seg.). El tiempo de programación por byte es de 100 ms y el tiempo de retención de la información es de aproximadamente 10 años.