Jerarquía de las memorias

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.

EEPROMVentajas 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

EEPROMVentajas 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.