Memorias Ram, Rom, Prom, Eprom, Memorias Flash Sistemas Digitales 1 3j4d3c

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA Instituto Universitario Politécnico “SANTIAGO MARIÑO” SEDE BARCELONA

Escuela: Ingeniería Electrónica. (44)

Memorias

Docente:

Alumno:

Ing. Carlós Hernández

Coa, Reinardo C.I:26.203.291

Memoria RAM La memoria principal o RAM (Random Access Memory, Memoria de Aleatorio) es donde el computador guarda los datos que está utilizando en el momento presente. El almacenamiento es considerado temporal por que los datos y programas permanecen en ella mientras que la computadora este encendida o no sea reiniciada. Se le llama RAM por que es posible acceder a cualquier ubicación de ella aleatoria y rápidamente Físicamente, están constituidas por un conjunto de chips o módulos de chips normalmente conectados a la tarjeta madre. Los chips de memoria son rectángulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas plaquitas con "pines" o os:

La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de almacenamiento, como los disquetes o los discos duros, es que la RAM es mucho más rápida, y que se borra al apagar el computador, no como los Disquetes o discos duros en donde la información permanece grabada.

Tipos de RAM

Hay muchos tipos de memorias DRAM, Fast Page, EDO, SDRAM, etc. Y lo que es peor, varios nombres. Trataremos estos cuatro, que son los principales, aunque mas adelante en este Informe encontrará prácticamente todos los demás tipos. •DRAM: Dinamic-RAM, o RAM DINAMICA, ya que es "la original", y por tanto la más lenta. •Usada hasta la época del 386, su velocidad típica es de 80 ó 70 nanosegundos (ns), tiempo éste que tarda en vaciarse para poder dar entrada a la siguiente serie de datos. Por ello, es más rápida la de 70 ns que la de 80 ns. •Físicamente, aparece en forma de DIMMs o de SIMMs, siendo estos últimos de 30 os. •Fast Page (FPM): a veces llamada DRAM (o sólo "RAM"), puesto que evoluciona directamente de ella, y se usa desde hace tanto que pocas veces se las diferencia. Algo más rápida, tanto por su estructura (el modo de Página Rápida) como por ser de 70 ó 60 ns. •Usada hasta con los primeros Pentium, físicamente aparece como SIMMs de 30 ó 72 os (los de 72 en los Pentium y algunos 486). •EDO: o EDO-RAM, Extended Data Output-RAM. Evoluciona de la Fast Page; permite empezar a introducir nuevos datos mientras los anteriores están saliendo (haciendo su Output), lo que la hace algo más rápida (un 5%, más o menos). •Muy común en los Pentium MMX y AMD K6, con velocidad de 70, 60 ó 50 ns. Se instala sobre todo en SIMMs de 72 os, aunque existe en forma de DIMMs de 168. •SDRAM: Sincronic-RAM. Funciona de manera sincronizada con la velocidad de la placa (de 50 a 66 MHz), para lo que debe ser rapidísima, de unos 25 a 10 ns. Sólo se presenta en forma de DIMMs de 168 os; es usada en los Pentium II de menos de 350 MHz y en los Celeron. •PC100: o SDRAM de 100 MHz. Memoria SDRAM capaz de funcionar a esos 100 MHz, que utilizan los AMD K6-2, Pentium II a 350 MHz y computadores más modernos; teóricamente se trata de unas especificaciones mínimas que se deben cumplir para funcionar correctamente a dicha velocidad, aunque no todas las memorias vendidas como "de 100 MHz" las cumplen. •PC133: o SDRAM de 133 MHz. La más moderna (y recomendable).

ROM La memoria ROM, (read-only memory) o memoria de sólo lectura, es la memoria que se utiliza para almacenar los programas que ponen en marcha el ordenador y realizan los diagnósticos. La mayoría de los ordenadores tienen una cantidad pequeña de memoria ROM (algunos miles de bytes). Puesto que la memoria ROM también permite aleatorio, si queremos ser precisos, la memoria RAM debería llamarse memoria RAM de lectura y escritura, y la memoria ROM memoria RAM de sólo lectura.

Caracteristicas Generales (ROM) 

Hace algunos años, la ROM era una memoria para una sola escritura de datos, en la fábrica se grababa la información y ya no era posible modificarla.

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Almacena configuraciones básicas de la tarjeta principal ("motherboard"), tales como la información del fabricante, la fecha de manufactura, el número de serie, el modelo, etc.



Integra un programa denominado POST que se encarga de realizar una revisión básica a los componentes instalados en el equipo antes de que se visualice algo en pantalla.

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Integra otro programa llamado SETUP, que contiene una serie de menús sobre las configuraciones avanzadas del equipo, las cuáles pueden ser modificados por el (forma de arranque, dar de alta discos duros, disqueteras, unidades de CD/DVD, velocidad del microprocesador, etc.).

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Para almacenar los datos que el modifica, cuenta con una memoria llamada CMOS alimentada constantemente desde una batería integrada en la tarjeta principal.

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Actualmente es posible borrarlas e incluso actualizarlas vía Internet ya que integran nueva tecnología de modificación de datos.

Tipos de ROM Actuales

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Hace algunos años, la ROM era una memoria para una sola escritura de datos, en la fábrica se grababa la información y ya no era posible modificarla.

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Almacena configuraciones básicas de la tarjeta principal ("motherboard"), tales como la información del fabricante, la fecha de manufactura, el número de serie, el modelo, etc.



Integra un programa denominado POST que se encarga de realizar una revisión básica a los componentes instalados en el equipo antes de que se visualice algo en pantalla.

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Integra otro programa llamado SETUP, que contiene una serie de menús sobre las configuraciones avanzadas del equipo, las cuáles pueden ser modificados por el

(forma de arranque, dar de alta discos duros, disqueteras, unidades de CD/DVD, velocidad del microprocesador, etc.). 

Para almacenar los datos que el modifica, cuenta con una memoria llamada CMOS alimentada constantemente desde una batería integrada en la tarjeta principal.

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Actualmente es posible borrarlas e incluso actualizarlas vía Internet ya que integran nueva tecnología de modificación de datos.

Memoria PROM

PROM abreviatura de Programmable Read-Only Memory (Memoria de solo lectura programable). Es una memoria usada con frecuencia en electrónica y pertenece al tipo de memorias no volátil, es decir que cuando desaparece la tensión del circuito los datos permanecen inalterables. En la PROM cada bit de la memoria depende del estado de un fusible, qué es quemado por medio de una corriente que se aplica por un programador de PROM o programador de memorias universal. La memoria vienen de fábrica con todos los bits a nivel 1 y solo es grabable una vez, el voltaje de programación suele variar entre 12V y 25V según el tipo de PROM. La programación de la memoria PROM siempre se hace desconectada del circuito y la evolución que ha tenido físicamente a la ahora de programarla a pasado del fundido de diodos, transistores bipolares hasta transistores de efecto de campo

Usos de las memorias PROM: 

El uso que se da a esta memoria suele ser de paginador del mapa de memoria de un microprocesador direccionando a los diferentes dispositivos de entrada salida y memorias de datos y programa.

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Generador de caracteres.

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Firmware de arranque, aunque esta característica esta altamente superada por las memorias EEPROM y FLASH que tienen una mayor capacidad y son reprogramables infinidad de veces.

En este ejemplo vemos el diagrama de configuración eléctrica de la PROM 74188 (32 x 8 bits) esta PROM tiene la salida a colector abierto a diferencia de la 74288 que es tres estados esto quiere decir que se tendrá que alimentar cada salida con una resistencia de carga a positivo Vcc. En este ejemplo vemos el diagrama de configuración eléctrica de la PROM 74188 (32 x 8 bits) esta PROM tiene la salida a colector abierto a diferencia de la 74288 que es tres estados esto quiere decir que se tendrá que alimentar cada salida con una resistencia de carga a positivo Vcc.

Vemos que tiene un bus de datos de 8 bits y un bus de direcciones de 5 bits. Aquí vemos en encapsulado dual in line de la memoria en formato real, su tiempo de propagación normal de esta memoria suele ser 25 nS

EPROM

Una EPROM (erasable programmable read only memory), es una memoria borrable y programable, o lo que es lo mismo reprogramable. Esto quiere decir que puede guardarse información en la memoria, luego borrarla e introducir otra. Esto permite realizar de manera sencilla modificaciones, ampliaciones y correcciones del contenido de la memoria. La EPROM dispone, como cualquier memoria de un bus de direcciones y de un bus de datos. Internamemte cada bit se almacena en una matriz de células de memoria. Cuando la EPROM está activa y en modo de lectura, se produce la decodificación de las direcciones y el contenido de las células de memoria seleccionadas se entrega a la salida. 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). 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 triestado. En modo de lectura las patillas de los datos entregan el contenido de la dirección seleccionada o bien, mediante una señal de control, permanen en estado de alta impedancia. En modo programación las patillas de datos actúan como entrada.

Programación y borrado Para la programación se utiliza una tensión de programación (Vpp) y un pulso de programación PGM. El borrado se realiza mediante luz ultravioleta por lo que la EPROM se encapsula con una ventana. Existen EPROM que carecen de ventana de cuarzo (OTP, programable una sola vez) y por ello no pueden borrarse. Se programan igual que las otras EPROM pero son más baratas, lo que resulta interesante para la producción en serie.

Funcionamiento interno de la EPROM

La EPROM tiene tantas celdas de memoria como bits deban alnmacenarse, 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 EPROMs 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. En la medida que estos electrones se acumulan en la puerta flotante, esta toma una carga negativa, lo que finalmente produce que la celda tenga un 0. Uso práctico de las EPROM Una vez grabada una EPROM con la información pertinente, por medio de un "programador" se instala en el sistema correspondiente donde será utilizada como dispositivo de lectura solamente. Eventualmente, ante la necesidad de realizar alguna modificación en la información contenida o bien para ser utilizada en otra aplicación, la EPROM se retira del sistema, se borra mediante la exposición a luz ultravioleta, se programa con los nuevos datos, y se vuelve a instalar en el sistema de uso como una memoria de lectura solamente. La serie 2700 Un ejemplo de esta serie es la memoria 2716. La capacidad disponible viene definida por el "16" de los dos últimos dígitos de la referencia, y nos dice que tenemos 16.384 células de memoria y por tanto 16384 bits de capacidad. Tiene un bus de datos de 8 bits en paralelo, con lo que permite programar 2048 bytes (2 KByte). Otros tipos importantes son las 2732, 2764, 27128, 27256 y 27512; como en el caso de la 2716, los dígitos finales después del "27" nos dan la capacidad de estas memorias; tenemos, pues, capacidades de 4, 8, 16, 32 y 64 KByte. Una EPROM viene a consumir unos 100-125 mA en modo normal, y unos 20-40 mA en modo stanby.

Dentro de esta serie se encuentran las 27CXX, que utiliza tecnología CMOS y consumen menos energía. Los niveles lógicos de entrada/salida son compatibles TTL. El tiempo de de la serie 2700, entendiendolo como el periodo comprendido entre la carga de la dirección en el bus de direccionamiento y la disponibilidad de los datos está comprendido entre 100 y 450 nanosegundos, siendo más rápidas las de mayor capacidad. Señales de control /CE, (chip enable, activo a nivel bajo) Esta entrada habilita o activa a la memoria. Sirve para disminuir el consumo de esta al entrar en "modo de espera" o "standby". Suele utilizarse para la selección del dispositivo junto con /OE. En el modo de espera se permite a la memoria funcionar con una tensión de alimentación reducida. En este modo la salida está en un estado de alta impedancia, independientemente del estado de /OE. /OE (output enable, activo a nivel bajo) Esta entrada controla la salida y activa o desactiva los "drivers" de salida de la memoria. Cuando es 0, el dato está disponible suponiendo que /CE ha estado a 0 y la dirección ha permanecido estable durante un tiempo pequeño. Cuando es 1 coloca las salidas en estado de alta impedancia. Vpp (Tensión de programación) Esta entrada permite aplicar a las células de memoria una tensión relativamente alta y que crea el campo eléctrico que permite cargar la puerta flotante de los transistores FAMOS y así grabar la EPROM. Las tensiones de programación varían en función tanto del dispositivo, como del fabricante, así nos encontramos con tensiones de programación de 12,5V, 13V, 21V y 25V. IMPORTANTE: Superar la Vpp requerida por la EPROM en 1,5 o 2 voltios puede dañarla. PGM (Programación) Cuando se aplica un pulso de una duración determinada a esta entrada es cuando se hace efectiva la grabación de la posición de memoria direccionada. De hecho, en la programación de la EPROM puede mantenerse aplicada la Vpp o tensión de programación y el pulso en PGM efectúa la programación.

Algunas memorias de la serie 2700 tienen asociadas a una misma patilla mas de una señal de control, como se verá más adelante. En los sistemas basados en U en los que se utilizan varios dispositivos que comparten un bus de datos común, en el caso de las EPROM, se utiliza /CE como línea de selección decodificada y /OE se conectada a la línea de lectura del bus de control

Memoria flash La memoria flash —derivada de la memoria EEPROM— permite la lectura y escritura de múltiples posiciones de memoria en la misma operación. Gracias a ello, la tecnología flash, siempre mediante impulsos eléctricos, permite velocidades de funcionamiento muy superiores frente a la tecnología EEPROM primigenia, que sólo permitía actuar sobre una única celda de memoria en cada operación de programación. Se trata de la tecnología empleada en los dispositivos denominados memoria USB. Flash, como tipo de EEPROM que es, contiene una matriz de celdas con un transistor evolucionado con dos puertas en cada intersección. Tradicionalmente sólo almacenan un bit de información. Las nuevas memorias flash, llamadas también dispositivos de celdas multinivel, pueden almacenar más de un bit por celda variando el número de electrones que almacenan. Estas memorias están basadas en el transistor FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection Metal Oxide Semiconductor) que es, esencialmente, un transistor NMOS con un conductor (basado en un óxido metálico) adicional localizado o entre la puerta de control (CG –

Control Gate) y los terminales fuente/drenador contenidos en otra puerta (FG – Floating Gate) o alrededor de la FG conteniendo los electrones que almacenan la información

Memorias de flash tipo NOR En las memorias flash de tipo NOR, cuando los electrones se encuentran en FG (Floating Gate), modifican (prácticamente anulan) el campo eléctrico que generaría CG (control Gate) en caso de estar activo. De esta forma, dependiendo de si la celda está a 1 ó a 0, el campo eléctrico de la celda existe o no. Entonces, cuando se lee la celda poniendo un determinado voltaje en CG, la corriente eléctrica fluye o no en función del voltaje almacenado en la celda. La presencia/ausencia de corriente se detecta e interpreta como un 1 ó un 0, reproduciendo así el dato almacenado. En los dispositivos de celda multi-nivel, se detecta la intensidad de la corriente para controlar el número de electrones almacenados en FG e interpretarlos adecuadamente. Para programar una celda de tipo NOR (asignar un valor determinado) se permite el paso de la corriente desde el terminal fuente al terminal sumidero, entonces se coloca en CG un voltaje alto para absorber los electrones y retenerlos en el campo eléctrico que genera. Este proceso se llama hot-electrón injection. Para borrar (poner a “1”, el estado natural del transistor) el contenido de una celda, expulsar estos electrones, se emplea la técnica de Fowler-Nordheim tunnelling, un proceso de tunelado mecánico – cuántico. Esto es, aplicar un voltaje inverso bastante alto al empleado para atraer a los electrones, convirtiendo al transistor en una pistola de electrones que permite, abriendo el terminal sumidero, que los electrones abandonen el mismo. Este proceso es el que provoca el deterioro de las celdas, al aplicar sobre un conductor tan delgado un voltaje tan alto. Es necesario destacar que las memorias flash están subdivididas en bloques (en ocasiones llamados sectores) y por lo tanto, para el borrado, se limpian bloques enteros para agilizar el proceso, ya que es la parte más lenta del proceso. Por esta razón, las memorias flash son mucho más rápidas que las EEPROM convencionales, ya que borran byte a byte. No obstante, para reescribir un dato es necesario limpiar el bloque primero para después reescribir su contenido.

Memoria Flash Tipo NAND Las memorias flash basadas en puertas lógicas NAND funcionan de forma ligeramente diferente: usan un túnel de inyección para la escritura y para el borrado un túnel de ‘soltado’. Las memorias basadas en NAND tienen, además de la evidente base en otro tipo de puertas, un costo bastante inferior, unas diez veces de más resistencia a las operaciones pero sólo permiten secuencial (más orientado a dispositivos de almacenamiento masivo), frente a las memorias flash basadas en NOR que permiten lectura de aleatorio. Sin embargo, han sido las NAND las que han permitido la expansión de este tipo de memoria, ya que el mecanismo de borrado es más sencillo (aunque también se borre por bloques) lo que ha proporcionado una base más rentable para la creación de dispositivos de tipo tarjeta de memoria. Las populares memorias USB o también llamadas Pendrives, utilizan memorias flash de tipo NAND.

Comparación de memorias flash tipo NOR y NAND

Para comparar estos tipos de memoria se consideran los diferentes aspectos de las memorias tradicionalmente valorados. 

La densidad de almacenamiento de los chips es actualmente bastante mayor en las memorias NAND.

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El costo de NOR es mucho mayor.

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El NOR es aleatorio para lectura y orientado a bloques para su modificación.

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En la escritura de NOR podemos llegar a modificar un solo bit. Esto destaca con la limitada reprogramación de las NAND que deben modificar bloques o palabras completas.

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La velocidad de lectura es muy superior en NOR (50-100 ns) frente a NAND (10 µs de la búsqueda de la página + 50 ns por byte).

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La velocidad de escritura para NOR es de 5 µs por byte frente a 200 µs por página en NAND.

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La velocidad de borrado para NOR es de 1ms por bloque de 64 KB frente a los 2ms por bloque de 16 KB en NAND.

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La fiabilidad de los dispositivos basados en NOR es realmente muy alta, es relativamente inmune a la corrupción de datos y tampoco tiene bloques erróneos frente a la escasa fiabilidad de los sistemas NAND que requieren corrección de datos y existe la posibilidad de que queden bloques marcados como erróneos e inservibles.

En resumen, los sistemas basados en NAND son más baratos pero carecen de una fiabilidad que los haga eficientes, lo que demuestra la necesidad imperiosa de un buen sistema de ficheros. Dependiendo de qué sea lo que se busque, merecerá la pena decantarse por uno u otro tipo.