EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 207____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Tecnologias de Memória
m Capacidade de Memória (memory capacity): número de células multiplicado pelo número de bits por célula. Exemplo: Uma pastilha de memória de 1 M posições de 8 bits tem um capacidade de 8 Mbits.
m Largura da Memória (memory width): número de bits de cada posição da memória. Exemplo: A pastilha de 1M posições de 8 bits cada tem uma largura de 8 bits, ou seja, de um byte.
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 208____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Tecnologias de Memória(memórias de estado sólido)
m Duas classes:
n Memórias voláteis (RAM)
n Memória não-voláteis (ROM)
m As memórias voláteis são dispositivos de armazenamento que, diferentemente das memórias não voláteis, perdem a informação armazenada se a fonte de alimentação for retirada.
m A memórias não voláteis são, pela tecnologia de hoje, memórias apenas de leitura (ROM - read only memory).
m Já as voláteis são memórias de escrita e leitura, também denominadas memórias RAM (randomaccess memory).
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 209____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Memória RAM
m RAM (random access memory): Memória volátil de leitura e escrita. O tempo de acesso a uma célula de armazenamento independe de sua localização (endereço).
m Dois tipos básicos:
n DRAM (dynamic RAM)
n SRAM (static RAM)A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 210____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Memória RAM
m DRAM (dynamic random access memory):
n As células de memória são, em essência,formadas por capacitores. O armazenamento ou não de carga define o estado lógico.
n Os capacitores responsáveis pelo armazenamento da informação tendem a se descarregar com o tempo. Assim, é necessário renovar (refresh) de tempos em tempos a informação armazenada na memória. Os ciclos de renovação (refresh cycles) competem com os ciclos de acesso à memória.
m SRAM (static random acess memory)n As células de armazenamento são
implementadas na forma de flip-flopstradicionais. São implementadas, tipicamente, por 6 transistores.
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 211____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Memória RAM
m SRAM: célula típica formada por 6 transistores
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 212____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Memória RAM
m SRAM x DRAM
n DRAM:
o maior densidade (maior número de células por área de silício - implementação do capacitor com apenas um transistor);
o menor custo;
o mais lenta;
o exige circuito de renovação (refresh);
o exige multiplexação de endereço para acesso a linha/coluna
n SRAM:
o mais fácil de usar (não necessita multiplexação de endereço para acessar linha/coluna ; não necessita de ciclo de renovação - refresh );
o mais cara;
o mais rápida;
o menor densidade (número de células por por área de sílicio - implementação de flip-flop com 6 transistores)
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 213____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória SRAM
m Exemplo de projeto memória RAM: RAM de 1M Words utilizando pastilhas de 1M x 8 bits.
n No exemplo:
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
282
1628x M 1
Words M 1_ 20
20
=⋅⋅
==pastilhasnúmero
pastilhacapacidadedesejadacapacidade
pastilhasnúmero__
_ =
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____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória SRAM
m Exemplo de projeto memória RAM: RAM de 4M Words utilizando pastilhas de 4M x 1 bits.
No exemplo:
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
pastilhacapacidadedesejadacapacidade
pastilhasnúmero__
_ =
16122
16221x M 4
Words M 4_ 202
202
=⋅⋅
⋅⋅==pastilhasnúmero
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 215____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória SRAM
m Exemplo de projeto memória RAM: RAM de 4M Words utilizando pastilhas de 512K x 8 bits.
No exemplo:
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
pastilhacapacidadedesejadacapacidade
pastilhasnúmero__
_ =
16222
222222
8x K 512Words M 4
_ 422
26
3109
4202
===⋅⋅⋅⋅
==pastilhasnúmero
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 216____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória SRAM
m Qual largura escolher: 1, 4, 8 ou 16 ?
m Considerando pastilhas com mesma capacidade: quanto menor a largura, maior o número de células e, portanto, mais simples a lógica de decodificação de endereço.
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
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____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Memória tipo ROM
m ROM (read only memory): memória não-volátil que permite, durante a operação do sistema, apenas a leitura.
m Tipos de ROM
n ROM (read only memory ou ainda mask programmed read only memory)
n PROM (programmable read only memory)
n UV-EPROM (ultraviolet erasable programmable read only memory - muitas vezes denominada apenas EPROM erasable programmable readonly memory)
n EEPROM (electrically erasable programmableread only memory)
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
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____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Memória tipo ROM
m ROM: memória cujo conteúdo já sai armazenado de fábrica e não pode ser mais alterado. O comprador/usuário fornece a programação (mask) desejada.
m PROM: o usuário pode programar uma única vez a memória utilizando circuito especial para tal. Os níveis de tensão para a programação não são compatíveis com os níveis de tensão da operação.
m UV-EPROM: o usuário pode programar a memória utilizando circuito especial. Para apagar, a memória deve ser exposta a luz ultravioleta por aproximadamente 20 minutos. Uma vez apagada o usuário pode programá-la novamente.
m EEPROM: esta memória permite que tanto programação como o apagamento através de circuito elétrico. Existem dois tipos:n Flash EEPROM
n EEPROM
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
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____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Memória tipo ROM
m Flash EEPROM: o apagamento desta memória é efetuado em blocos (que pode ter o tamanho da pastilha). Não é possível apagar células individuais. n O tempo de apagamento é da ordem de
segundos.
n O tempo de escrita por célula é da ordem de 100 µs.
n São mais baratas que as EEPROM “puras”.
m EEPROM: o apagamento é efetuado por célula. n O tempo de apagamento é da ordem de
milisegundos.
n O tempo de escrita por célula é da ordem de milisegundos
n São mais caras que as Flash EEPROM
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
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____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Memória tipo ROM
m Exemplo de UV-EPROM conectada ao MC68000 (operação)
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 221____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Memória tipo ROM
m Exemplo de circuito de programação UV-EPROM
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 222____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Memória tipo ROM
m Exemplo de circuito de programação UV-EPROM (cont.)
n Observar;
o Vpp sobe de 5 V para 12.75 V
o Vcc sobe de 5 V par 6.25 V
o Os tempos envolvidos são da ordem de microsegundos (µs), quando em operação normal a ordem é de dezenas de nanosegundos (ns).
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
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____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Memória tipo ROM
m Exemplo de circuito para Flash EEPROM
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
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EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 224____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Memória tipo ROM
m Resumo comparativo ROMs
m Observações finais: Há uma certa padronização/compatibilidade das pastilhas UVEPROM dos diversos fabricantes. Para as memórias flash, entretanto, a preocupação com compatibilidade não é visível.
A2
*
A1
A2*A1
A2A1 * *A2*A1
A2A1 *A2A1
A2A1
A2*A1 * *
D2 D0D1
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 225____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m O projeto de memória utilizando SRAM é relativamente simples: na maioria dos casos, resume-se ao projeto do circuito decodificador de endereços, do circuito de geração (ou não) de wait states e dos circuitos de acionamento (“drivers”) de barramento.
m Já o projeto de memória DRAM envolve também:
n circuito de multiplexação de endereços
n circuito de renovação (refresh)
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____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Da necessidade do circuito de multiplexação de endereços:n A tecnologia DRAM permite alta densidade de
células por unidade de área de silício. O grande número de células em um pequena área de silício apresenta entretanto um conflito.
o Por um lado é possível construir pastilhas de dimensões reduzidas com um número significativo de células de armazenamento(por exemplo: 16 M).
o Por outro, a quantidade de pinos para os endereços resulta na necessidade do aumento significativo do tamanho da pastilha para acomodá-los mecanicamente (por exemplo: para o caso da pastilha de 16 M precisamos de 24 pinos só para endereço).
n A solução adotada consiste em multiplexar no tempo a especificação dos endereços, cortando pela metade o número de pinos necessários para endereço.
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 227____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Da necessidade do circuito de renovação (refresh)
n Informação é armazenada em uma DRAM como a carga de um capacitor (capacitância interna de um transistor).
n Este capacitor se descarrega com o tempo.
n Faz-se necessário renovar a carga dos capacitores das células de armazenamento dentro de um certo intervalo de tempo.
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 228____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Organização interna de uma DRAM
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 229____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Temporização do endereçamento de uma DRAM
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 230____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Exemplo de circuito do endereçamento de DRAM
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 231____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Detalhe da temporização de endereçamento
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 232____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Diagrama de tempo de ciclo de leitura
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 233____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Diagrama de tempo de ciclo de leitura
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 234____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Diagrama de tempo RAS* e CAS*
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 235____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Diagrama de tempo completo do ciclo de leitura
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 236____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Diagrama de tempo completo da escrita
(early write)
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 237____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Diagrama de tempo completo da escrita (early write)
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 238____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m DRAM - modo especiais
n Page Mode - acesso a todas as colunas de uma linha (row). Aplicação: transferência de blocos (DMA, transferência de/para disco, cache, memória de vídeo ... ).
n Nible Mode - acesso a 4 células em sequência.
n Static column mode - acesso a posições localizada em uma mesma linha.
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 239____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m DRAM - Page Mode
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 240____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m DRAM - Nible Mode
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 241____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m DRAM - Static column mode
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 242____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Renovação (refresh)
n A renovação das células é feita por linhas (rows). O acesso a uma linha renova (refresh) todas as células daquela linha.
n Mecanismos de renovação oferecidos pelas DRAM
o Somente RAS*
o CAS* antes do RAS*
o Renovação escondida (hidden refresh)
m Observe que a renovação deve ser efetuada com a máquina em operação, ou seja, com o processador fazendo acessos de leitura e/ouescrita. É função do circuito de renovação efetuar a renovação sem interferir com o processamento normal da CPU - de preferência também sem interferir com a velocidade de processamento.
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 243____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Ciclo de Renovação - Somente RAS*
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 244____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Ciclo de Renovação - CAS* antes de RAS*
Row Address Generator On-Chip
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 245____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Ciclo de Renovação Escondido (hidden refresh)
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 246____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Exemplo Projeto (visão geral)
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 247____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Exemplo Projeto (multiplexação endereço)
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 248____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Exemplo Projeto (multiplexação endereço)
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 249____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Exemplo Projeto (circuito de renovação)(RAS* only)
m Obs.: 8 linhas em cada ciclo de renovação. 16 ciclos de renovação varrem as 128 = 16 . 8 = 128 = 27 linhas da memória de 16 K (214 = 27
27)
EA078 Micro e Minicomputadores: Hardware - Prof. J.M. De Martino 250____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________Capítulo 5 - Memória em Microcomputadores
l Projeto com Memória DRAM
m Exemplo Projeto (circuito de renovação)