Jerarquía de las memorias

Jerarquía de memorias en un Pentium

Métricas de las memorias Capacidad de almacenamiento: en bytes o múltiplos (kB, MB, TB) Tiempo de acceso: en segundos o submúltiplos (ns, ms) Velocidad de tranferencia de datos: en bytes/seg o múltiplos Comsumo de energía: en Watts Tamaño físico: en cm3 Costo total y costo por MB: en $ y $/MB

Tipos y tecnología de memorias Memorias ROM (Read Only Memory) Programable ROM Erasable Programable ROM Electronically Erasable Programable ROM Memorias RAM (Random Access Memory) RAM estáticas vs dinámicas RAM volátiles vs no volátiles Memorias FLASH

Memoria ROM Memoria de sólo lectura (normalmente conocida por su acrónimo, Read Only Memory) es una clase de medio de almacenamiento utilizado en las computadoras 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 ligada a hardware específico.

Las más modernas, como EP ROM y Flash EEPROM se puede borrar y volver a programar varias veces, aún siendo descritos como "memoria de sólo lectura (ROM), porque el proceso de reprogramación en general es poco frecuente, relativamente lento y, a menudo, no se permite la escritura en lugares aleatorios de la memoria.

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 de la computadora 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.

Ejemplo memoria OTP EPROM

Memoria PROM (PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORIES)  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

Memoria EPROM MÉTODO DE PROGRAMACIÓN DE LA MEMORIA PROM Para conseguir que la información que se desea grabar sea inalterable, se utilizan dos técnicas: por destrucción de fusible o por destrucción de unión. El proceso de programación de una PROM generalmente se realiza con un equipo especial llamado quemador. Este equipo emplea un mecanismo de interruptores electrónicos controlados por software que permiten cargar las direcciones, los datos y genera los pulsos para fundir los fusibles del arreglo interno de la memoria.

Memoria EPROM Las EPROM, o Memorias sólo de Lectura Reprogramables, se programan mediante impulsos eléctricos y su contenido se borra exponiéndolas a la luz ultravioleta (de ahí la ventanita que suelen incorporar este tipo de circuitos), de manera tal que estos rayos atraen los elementos fotosensibles, modificando su estado

PROGRAMACIÓN DE UNA MEMORIA EPROM Las EPROM se programan insertando el chip en un programador de EPROM. aplicando en un pin especial de la memoria una tensión entre 10 y 25 Voltios durante aproximadamente 50 ms, según el dispositivo, al mismo tiempo se direcciona la posición de memoria y se pone la información a las entradas de datos. Este proceso puede tardar varios minutos dependiendo de la capacidad de memoria. La memoria EPROM, se compone de un arreglo de transistores MOSFET de Canal N de compuerta aislada.

PROGRAMACIÓN DE UNA MEMORIA EPROM Las memorias de sólo lectura presentan un esquema de direccionamiento similar al de las memorias RAM. El microprocesador no puede cambiar el contenido de la memoria ROM. Entre las aplicaciones generales que involucran a las EPROM debemos destacar las de manejo de sistemas microcontrolados. Todo sistema microcontrolado y/o microprocesado (se trate de una computadora personal o de una máquina expendedora de boletos para el autotransporte...) nos encontraremos con cierta cantidad de memoria programable por el usuario (la RAM), usualmente en la forma de dispositivos semiconductores contenidos en un circuito integrado (no olvidemos que un relay biestable o un flip-flop también son medios de almacenamiento de información)

Características físicas de la EPROM

Ejemplo memoria OTP EPROM

Diagrama de tiempos de la EPROM

EEPROM (ELECTRICAL ERASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY) Las memorias EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-onlyMemory) son memorias no volátiles y eléctricamente borrables a nivel de bytes. La posibilidad de programar y borrar las memorias a nivel de bytes supone una gran flexibilidad, pero también una celda de memoria más compleja. Además del transistor de puerta flotante anterior, es preciso un segundo transistor de selección.

EEPROM (ELECTRICAL ERASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY) El tener 2 transistores por celda hace que las memorias EEPROM sean de baja densidad y mayor coste. La programación requiere de tiempos que oscilan entre 157s y 625s=byte. Frente a las memorias EPROM, presenta la ventaja de permitir su borrado y programación en placa, aunque tienen mayor costo debido a sus dos transistores por celda.

EEPROM Ventajas La programación y el borrado pueden realizarse sin la necesidad de una fuente de luz UV y unidad programadora de PROM, además de poder hacerse en el mismo circuito gracias a que el mecanismo de transporte de cargas mencionado en el párrafo anterior requiere corrientes muy bajas

EEPROM Ventajas Las palabras almacenadas en memoria se pueden borrar de forma individual. Para borra la información no se requiere luz ultravioleta. Las memorias EEPROM no requieren programador. De manera individual puedes borrar y reprogramar eléctricamente grupos de caracteres o palabras en el arreglo de la memoria. El tiempo de borrado total se reduce a 10ms en circuito donde su antepasado inmediato requería media hora bajo luz ultravioleta externa. El tiempo de programación depende de un pulso por cada palabra de datos de 10 ms, versus los 50 ms empleados por una ROM programable y borrable. Se pueden reescribir aproximadamente unas 1000 veces sin que se observen problemas para almacenar la información. Para reescribir no se necesita hacer un borrado previo

Aplicaciones de las Memorias EEPROM Encontramos este tipo de memorias en aquellas aplicaciones en las que el usuario necesita almacenar de forma permanente algún tipo de información; por ejemplo en los receptores de TV o magnetoscopios para memorizar los ajustes o los canales de recepción.

Ejemplo EEPROM

Ejemplo EEPROM

Memorias de Acceso Aleatorio RAM El tiempo de acceso para todas las palabras es el mismo. Estructura de cuatro bloques Celdas de memoria Decodificador Lógica de control Líneas de bits Las líneas de direcciones se conectan al decodificador, que selecciona la palabra correspondiente.

Memorias de Acceso Aleatorio RAM Tipos de memoria RAM: Volátiles: SRAM (RAM estática): usa flip-flops (también llamados biestables) DRAM (RAM dinámica): usa condensadores No volátiles: NVRAM (RAM no volátil) ROM (también es de acceso aleatorio pero se estudian aparte)

Memorias de Acceso Aleatorio RAM SRAM Sus flip-flops mantienen el estado siempre que no se quite su alimentación. Son de lectura y escritura. Uso: Aplicaciones en las que se valora la rapidez y la sencillez: Memorias caché Buffer La estructura de una SRAM es la misma que la de una RAM genérica. Se fabrican con tecnología bipolar y CMOS. La bipolar es más rápida, pero la CMOS tiene un consumo mucho menor y permite una mayor densidad de integración, y por tanto una mayor capacidad. Actualmente se usa sobre todo la tecnología CMOS Esquema de un condensador

Memorias de Acceso Aleatorio RAM DRAM Condensador cargado: 1 lógico. Condensador descargado: 0 lógico. Se usa un circuito comparador que indica si está por encima o por debajo de un umbral dado. Los condensadores no almacenan la carga por tiempo indefinido por lo que requieren un refresco (por eso se llaman dinámicas). El refresco dinámico es una desventaja frente a las SRAM porque el sistema de control se hace más complejo. Pero un condensador ocupa 4 veces menos que un flip-flop, lo que permite una mayor densidad de almacenamiento y consumen menos potencia que las SRAM.

Memorias de Acceso Aleatorio RAM DRAM Métodos de refresco para una memoria DRAM: <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Por ráfaga: cada tiempo de refresco se suspende el funcionamiento de la DRAM y se refrescan sucesivamente todas sus filas. <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Distribuido: se intercalan los ciclos de refresco con los de lectura y escritura, periódicamente se refresca una fila. <!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->Periodo de refresco= tiempo de refresco DRAM / número de filas.

Memorias de Acceso Aleatorio RAM Comparación entre las SRAM y las DRAM Desventajas DRAM frente a SRAM <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Operación de refresco de las celdas de memoria. <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Mayor tiempo de acceso. Ventajas DRAM frente a SRAM <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Mayor densidad de almacenamiento <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Menor consumo de potencia Criterio de utilización SRAM/DRAM <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->SRAM <!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->Aplicaciones en las que se valora la rapidez y la sencillez. <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->DRAM <!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->Aplicaciones en las que se necesite una elevada capacidad y un bajo consumo.

Memorias de Acceso Aleatorio RAM Comparación entre las SRAM y las DRAM Desventajas DRAM frente a SRAM <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Operación de refresco de las celdas de memoria. <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Mayor tiempo de acceso. Ventajas DRAM frente a SRAM <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Mayor densidad de almacenamiento <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Menor consumo de potencia Criterio de utilización SRAM/DRAM <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->SRAM <!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->Aplicaciones en las que se valora la rapidez y la sencillez. <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->DRAM <!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->Aplicaciones en las que se necesite una elevada capacidad y un bajo consumo.

Memorias de Acceso Aleatorio RAM NVRAM Si se necesita una memoria RAM no volátil, que mantenga su contenido aunque se le quite la tensión de alimentación tenemos dos soluciones: <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Usar memorias que puedan alimentarse con baterías de backup o de respaldo cada vez que se interrumpe la alimentación. <!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->Memorias CMOS para que tengan un consumo muy reducido y las baterías no se descarguen demasiado pronto. <!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->El sistema de memoria dispone de un circuito de control que supervisa la tensión de alimentación. En funcionamiento normal, las memorias emplean la tensión de alimentación del sistema, pero, al desconectar la tensión de alimentación del sistema, el circuito de control conecta la batería de backup a las patillas de alimentación de las memorias.

Memorias de Acceso Aleatorio RAM <!--[if !supportLists]-->o <!--[endif]-->Utilizar memorias realmente no volátiles, que incorporan la circuitería necesaria para no perder la información cuando se interrumpa la alimentación. La memoria de este tipo más utilizada es: <!--[if !supportLists]-->§ <!--[endif]-->NVRAM con pila de litio interna. <!--[if !supportLists]-->· <!--[endif]-->Se basa en una SRAM a la que se añade una pila de litio y un circuito de detección de fallo de alimentación que comprueba constantemente el nivel de tensión de alimentación. Si éste cae: <!--[if !supportLists]-->1. <!--[endif]-->Inhibe la operación de escritura <!--[if !supportLists]-->2. <!--[endif]-->Conmuta la alimentación a la pila de litio interna. <!--[if !supportLists]-->3. <!--[endif]-->Si el nivel de alimentación se reestablece se realizan las operaciones contrarias.