gs_0905_memo_v0

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Eletrônica Digital
Prof. Gilson Yukio Sato
sato[at]utfpr[dot]edu[dot]br
Memórias Semicondutoras
Prof. Gilson Yukio Sato
sato[at]utfpr[dot]edu[dot]br
Memórias Digitais
• Magnética
– Fitas K7, discos 3½’, etc
• Ótica
– CDs, DVDs, etc
• Semicondutoras 
– Chips de memória
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Importância das Memórias
• O microprocessador precisa armazenar 
instruções e dados
Elaborado por Gilson Yukio Sato
µP Memória Principal 
(semicondutora)
Memória Auxiliar 
(magnética, ótica)
Tipos de Memórias Semicondutoras
• ROM
– Mask
– PROM
– EPROM– EPROM
– EEPROM/E2PROM
– Flash
• RAM
– Dinâmica (DRAM)
– Estática (SRAM)
Elaborado por Gilson Yukio Sato
ROM
• ROM (Read Only Memory)
– Memória somente para leitura
– Dados não voláteis– Dados não voláteis
• Não voláteis = os dados não são perdidos quando a 
memória está sem alimentação
– Armazenamento de programa para μP
• Dados presentes quando da alimentação do sistema 
μP
Elaborado por Gilson Yukio Sato
ROM Mask
• ROM programada por máscara
– Programada pelo fabricante
– Não pode ser apagada ou reprogramada– Não pode ser apagada ou reprogramada
– Custo baixo para grandes quantidades
• Máscara 
– Especificada pelo cliente
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Elaborado por Gilson Yukio Sato
(Tocci, 2007)
PROM
• Programmable ROM
– OTPROM (One Time Programmable ROM)
– Pode ser programada pelo usuário – Pode ser programada pelo usuário 
(gravador/programador de memória)
– Não pode ser apagada ou reprogramada
• Fusíveis como conexão 
– Programação = queima de fusíveis
Elaborado por Gilson Yukio Sato
PROM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
(Tocci, 2007)
EPROM
• Erasable Programmable ROM
– UVEPROM (Ultra-Violet EPROM)
– Pode ser programada, apagada e reprogramada – Pode ser programada, apagada e reprogramada 
pelo usuário (gravador/programador de 
memória)
– Apagamento não seletivo
• Transistores MOS com porta flutuante
– Porta flutuante controla fluxo de cargas
Elaborado por Gilson Yukio Sato
EPROM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Veja animação no site: http://www.howstuffworks.com/rom4.htm
EPROM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Retirado do site: http://www.clubedohardware.com.br/dicionario/termo/350
EPROM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Retirado do site: http://www.cpushack.net/EPROM.html
EPROM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
(Tocci, 2007)
EEPROM
• Electrically Erasable PROM
– Pode ser programada, apagada e reprogramada 
no próprio circuito
– Apagamento seletivo (bytes)
– Pode ser usada como uma RAM não volátil
– Construção complexa / baixa densidade
– Maior custo
– Processo de programação lento
Elaborado por Gilson Yukio Sato
EEPROM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
(Tocci, 2007)
FLASH
• Flash
– Pode ser programada, apagada e reprogramada 
no próprio circuito
– Apagamento por blocos
– Pode ser usada como uma RAM não volátil
– Construção mais simples que EEPROM
– Custo menor que EEPROM
– Velocidade maior que EEPROM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
FLASH
• Flash
– Alta densidade
– Velocidade de leitura alta– Velocidade de leitura alta
– Velocidade de escrita lenta
– Consome potência
– Durabilidade limitada
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Flash
Elaborado por Gilson Yukio Sato
(Tocci, 2007)
Comparação entre ROMs
Elaborado por Gilson Yukio Sato
(Tocci, 2007)
Aplicações ROM
• Sistemas microprocessados
– Armazenamento de programa
• Transferência de dados e portabilidadeTransferência de dados e portabilidade
– Pen drive, MP3 players, PDAs
• Memória bootstrap
– BIOS de PCs
• Tabelas de dados
• Conversor de dados 
Elaborado por Gilson Yukio Sato
RAM
• RAM (Random Access Memory)
– Memória de leitura e escrita
• RWM (Read Write Memory)RWM (Read Write Memory)
– Dados voláteis
• Voláteis = os dados são perdidos se a memória fica 
sem alimentação
– Armazenamento de dados
• Dados temporários 
Elaborado por Gilson Yukio Sato
SRAM
• Static RAM (RAM estática)
– Dados são mantidos enquanto houver 
alimentação 
– Não necessita de refresh como a DRAM
– Cada célula é um FF 
– Ciclo de leitura e escrita muito rápido
– Baixo consumo de potência
– Células de memória ocupam bastante espaço
Elaborado por Gilson Yukio Sato
SRAM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
(Tocci, 2007)
DRAM
• Dynamic RAM (RAM dinâmica)
– Armazenam os dados sob a forma de carga de 
capacitor 
– Necessita de refresh, pois os capacitores 
precisam ser periodicamente recarregados
– Alta densidade
– Baixo custo
– Velocidade de escrita e leitura altas
Elaborado por Gilson Yukio Sato
DRAM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Escrita → SW1 e SW2 ON
Leitura → SW2, SW3 e SW4 ON
(Tocci, 2007)
Estrutura Interna Genérica
Célula
Registro 
n bits
Dn-1 Dn-2 D1 D0
0
1
Uma Célula armazena um bit 
(FF)
O Registro é um conjunto de 
n Células
Cada Registro ocupa uma das 
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Posição de 
Memória
1
m-1
Cada Registro ocupa uma das 
m Posições de Memória
Cada Posição de Memória é 
acessada através de um 
Endereço (A)
O Endereço (A) é uma 
palavra de k bits tal que:
m = 2k
Exemplo
Representação de uma memória cujo registro é de n = 4 bits e que 
possui m = 8 posições de memória
D3 D2 D1 D0
0
Se m = 8 então:
8 = 2
A2 A1A0
0 0 00 1 1 1
Elaborado por Gilson Yukio Sato
0
1
2
3
4
5
6
7
8 = 2k
Tal que: 
k = 3
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0 1 1 1
1 1 0 1
0 0 0 1
1 1 0 0
0 1 1 1
0 0 0 0
1 0 1 0
0 1 1 0
Pinagem Genérica
EPROMs, EEPROMs, Flashes, SRAMs
m x n
A0
A1k linhas de 
Elaborado por Gilson Yukio Sato
CS
RD
WR
A1
Ak-1
D0
D1
Dn-1
k linhas de 
endereço
linhas de 
controle
n linhas de 
dados
Pinagem Genérica
• A0~Ak-1: linhas de endereço capazes de endereçar 
m posições de memória
• D0~Dn-1: linhas de dados para leitura e escrita de 
dados na memóriadados na memória
• CS’: Chip Select – habilita a operação da memória 
(ME’)
• RD’: Read – deve ser ativada para indicar uma 
leitura (OE’)
• WR’: Write – deve ser ativada para indicar escrita 
(não existe para ROM, PROM, EPROM)
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Exemplo
D3 D2 D1 D0
0
1
2
A2 A1A0
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1 1
1 1 0 1
0 0 0 1
8 x 4
A0
A1
A2 D0
Elaborado por Gilson Yukio Sato
2
3
4
5
6
7
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0 0 0 1
1 1 0 0
0 1 1 1
0 0 0 0
1 0 1 0
0 1 1 0
CS
RD
WR
A1
A2 D0
D1
D2
D3
Exemplo - Leitura
D3 D2 D1 D0
0
1
2
A2 A1A0
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1 1
1 1 0 1
0 0 0 1
8 x 4
A0
A1
A2 D0
0
0
1 1
Elaborado por Gilson Yukio Sato
2
3
4
5
6
7
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0 0 0 1
1 1 0 0
0 1 1 1
0 0 0 0
1 0 1 0
0 1 1 0
CS
RD
WR
A1
A2 D0
D1
D2
D3
1
0
0
1
1
1
1
0
Exemplo - Escrita
D3 D2 D1 D0
0
1
2
A2 A1A0
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1 1
1 1 0 1
0 0 0 1
8 x 4
A0
A1
A2 D0
1
0
1 0
Elaborado por Gilson Yukio Sato
2
3
4
5
6
7
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0 0 0 1
1 1 0 0
0 1 1 1
0 0 0 0
1 0 1 0
0 1 1 0
CS
RD
WR
A1
A2 D0
D1
D2
D3
1
0
1
0
0
1
0
1
1 00 1
Timming – Leitura EPROM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
(Microchip)Timming – Escrita EEPROM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
(Tocci, 2007)
Timming – Leitura SRAM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
(Holtek)
Timming – Escrita RAM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
(Holtek)
Organização
Uma memória é organizada em termos do 
número de posições de memória (m) e do 
número de bits por registro (n)
Elaborado por Gilson Yukio Sato
número de bits por registro (n)
m x n
Exemplo 1: 1024 x 8 = 1k x 8
Exemplo 2: 2048 x 8 = 2k x 8
Capacidade
A capacidade “C” de uma memória é dada 
em bits e pode ser obtida multiplicando-se o 
número de posições de memória “m” e 
número de bits por registro “n” .
Elaborado por Gilson Yukio Sato
número de bits por registro “n” .
C = m x n
Exemplo 1: uma memória 1024x8 tem uma capacidade de 8192 bits
Exemplo 2: uma memória 2048x4 tem uma capacidade de 8192 bits
Bancos de Memória
• Banco ou associação de memórias 
• O objetivo de projetar um banco de memória 
pode ser:pode ser:
• Caso 1: Aumentar o número de bits por registro
• Caso 2: Aumentar o número de posições de memória
• Caso 3: Aumentar ambos
• Caso 4: Associar memórias de tipos diferentes 
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Bancos de Memória
Memo Memo Memo
Memo
Memo
MemoCaso 1
Caso 2
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Memo
Memo
Memo
Memo
Memo
Memo
Memo
ROM
RAM
Caso 1
Caso 3
Caso 4
Caso 1 - Exemplo
Caso 1: Aumentar o número de bits por registro.
Exemplo: A partir de memórias do tipo 8x4 obter um banco 8x8. 
Memo
n=4 → D0...D3
Banco
n=8 → D0...D7
N° CIs
8x8/8x4 → 2 
Elaborado por Gilson Yukio Sato
n=4 → D0...D3
m=8 → k=3
k=3 → A0...A2
n=8 → D0...D7
m=8 → k=3
k=3 → A0...A2
8x8/8x4 → 2 
Idéia principal: Serão necessários dois CIs que devem 
ser associados de forma que cada um disponibilize 4 
linhas de dados
Caso 1 - Exemplo
CS
RD
WR
8 x 4
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
Memo
n=4 → D0...D3
m=8 → k=3
k=3 → A0...A2
Banco
n=8 → D0...D7
AA0
AA1
AA2
CS’
RD’
WR’
DD0
DD1
DD2
DD3
Elaborado por Gilson Yukio Sato
WR
CS
RD
WR
8 x 4
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
n=8 → D0...D7
m=8 → k=3
k=3 → A0...A2
N° CIs
8x8/8x4 → 2 
WR’
DD4
DD5
DD6
DD7
Caso 2 - Exemplo
Caso 2 Aumentar o número de posições de memória.
Exemplo: A partir de memórias do tipo 8x8 obter um banco 16x8. 
Memo
n=8 → D0...D7
Banco
n=8 → D0...D7
N° CIs
16x8/8x8 → 2 
Elaborado por Gilson Yukio Sato
n=8 → D0...D7
m=8 → k=3
k=3 → A0...A2
n=8 → D0...D7
m=16 → k=4
k=4 → A0...A3
16x8/8x8 → 2 
Idéia principal: Serão necessários dois CIs que devem 
ser associados de forma que cada um disponibilize 8 
posições de memória
Memo
n=8 → D0...D7
m=8 → k=3
k=3 → A0...A2
Banco
n=8 → D0...D7
m=16 → k=4
k=4 → A0...A3
N° CIs
16x8/8x8 → 2 
AA0
AA1
AA2
DD0
DD1
DD2
DD3
DD0...DD7
8 x 8
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
CI1
Elaborado por Gilson Yukio Sato
AA2
CS’
RD’
WR’
1
2 1
2
0
3
x/y
EN
AA3
DD3
DD4
DD5
DD6
DD7
DD0
DD1
DD2
DD3
DD4
DD5
DD6
DD7
CS
RD
WR
A2
D3
D4
D5
D6
D7
CS
RD
WR
8 x 8
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
CI2
Barramento (Bus)
CS
8 x 8
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
D4
D5
DD0
DD1
DD2
DD3
DD4
DD5
DD6
DD0...DD7
CS
8 x 8
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
D4
D5
DD0
DD1
DD2
DD3
DD4
DD5
=
Elaborado por Gilson Yukio Sato
CS
RD
WR
D5
D6
D7
CS
RD
WR
8 x 8
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
DD5
DD6
DD7
DD0
DD1
DD2
DD3
DD4
DD5
DD6
DD7
CS
RD
WR
D5
D6
D7
CS
RD
WR
8 x 8
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
DD5
DD6
DD7=
Mapa de Memória
• O mapa de memória representa a faixa de 
endereços ocupada por cada memória. 
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Mapa de Memória
AA3
0 0 0
1110
0 0h
7h
AA0AA1AA2 HEX CI
1
Elaborado por Gilson Yukio Sato
111
0 0 0
1111
1
0 7h
8h
Fh 2
Caso 3 - Exemplo
Caso 3: Aumentar o número de bits por registro e o número de 
posições de memória.
Exemplo: A partir de memórias do tipo 8x4 obter um banco 16x8. 
Memo
n=4 → D0...D3
Banco
n=8 → D0...D7
N° CIs
16x8/8x4 → 4 
Elaborado por Gilson Yukio Sato
n=4 → D0...D3
m=8 → k=3
k=3 → A0...A2
n=8 → D0...D7
m=16 → k=4
k=4 → A0...A3
16x8/8x4 → 4 
Idéia principal: Serão necessários quatro CIs. Cada par 
de CIs 8x4 deve ser associado formando dois 
conjuntos 8x8. Esses dois conjuntos devem ser 
associados para formar um banco 16x8.
CS
RD
WR
8 x 4
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
CS
RD
WR
8 x 4
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
RD’
WR’
DD0...DD7
AA0...AA2
DD0
DD1
DD2
DD3
DD0
DD1
DD2
DD3
AA0
AA1
AA2
AA1
AA2
AA0
CI1 CI3
Elaborado por Gilson Yukio Sato
WR
CS
RD
WR
8 x 4
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
WR
CS
RD
WR
8 x 4
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
CS’
1
2 1
2
0
3
x/y
EN
AA3
WR’
DD4
DD5
DD6
DD7
DD4
DD5
DD6
DD7
AA1
AA2
AA0
AA1
AA2
AA0
CI2
CI4
Mapa de Memória
AA3
0 0 0
1110
0 0h
7h
AA0AA1AA2 HEX CI
1/2
Elaborado por Gilson Yukio Sato
111
0 0 0
1111
1
0 7h
8h
Fh 3/4
Caso 4 – Exemplo 1
Caso 4: Associar tipos diferentes de memória.
Exemplo: Associar uma EPROM 8x8 e uma RAM 8x8, com a 
EPROM ocupando os endereços mais baixos. 
Memos (EPROM e RAM) Banco
→
N° CIs
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Memos (EPROM e RAM)
n=8 → D0...D7
m=8 → k=3
k=3 → A0...A2
Banco
n=8 → D0...D7
m=16 → k=4
k=4 → A0...A3
N° CIs
2 
Idéia principal: Nesse caso EPROM e RAM possuem a 
mesma organização e capacidade, por isso a 
associação e similar ao caso 2
AA0
AA1
AA2
RD’
CS
RD
8 x 8
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
DD0
DD1
DD2
DD3
DD4
DD5
DD6
DD7
DD0...DD7EPROM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
CS’
WR’
D7
CS
RD
WR
8 x 8
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
1
2 1
2
0
3
x/y
EN
DD0
DD1
DD2
DD3
DD4
DD5
DD6
DD7
AA3
RAM
Mapa de Memória
AA3
0 0 0
1110
0 0h
7h
AA0AA1AA2 HEX CI
EPROM
Elaborado por Gilson Yukio Sato
111
0 0 0
1111
1
0 7h
8h
Fh
RAM
Caso 4 – Exemplo 2
Caso 4: Associar tipos diferentes de memória.
Exemplo: Associar EPROMs 8x8 e RAMs 8x8 para obter um banco 
de 8x8 de EPROM e 16x8 de ram, com a EPROM ocupando os 
endereços mais baixos. 
Memos (EPROM e RAM) Banco N° CIs
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Memos (EPROM e RAM)
n=8 → D0...D7
m=8 → k=3
k=3 → A0...A2
Banco
n=8 → D0...D7
m=24 → k=5
k=5 → A0...A4
N° CIs
1 EPROM
2 RAMs
Idéia principal: Como EPROM e RAMs possuem a 
mesma organização e capacidade a associação e 
similar ao caso 2
RD’
CS
RD
8 x 8
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
8 x 8
A0
A1
D0
D1
1
2 1
0x/y
DD0
DD1
DD2
DD3
DD4
DD5
DD6
DD7
DD0
DD1
DD2
AA3
DD0...DD7EPROM
RAM1
AA4
AA0...AA2
Elaborado por Gilson Yukio Sato
CS’
WR’
CS
RD
WR
A1
A2
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
1
2
3EN
DD2
DD3
DD4
DD5
DD6
DD7
CS
RD
WR
8 x 8
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
DD0
DD1
DD2
DD3
DD4
DD5
DD6
DD7
RAM2
Mapa de Memória
AA3
0 0 0
1110
0 00h
07h
AA0AA1AA2 HEX CI
EPROM
AA4
0
0
Elaborado por Gilson Yukio Sato
111
0 0 0
11111
0 07h
08h
0Fh
RAM1
0
0
0
0
0
1
1 0 0 0
111
10h
17h
RAM2
Exercícios
• Projetar um banco de memórias RAM de 
1024x8 a partir de memórias 1024x4
• Projetar um banco de memórias de 2048x8 a 
partir de memórias 1024x8. Elabore o mapa partir de memórias 1024x8. Elabore o mapa 
de memória.
• Projetar um banco de memórias de 2048x8 a 
partir de memórias 1024x4. Elabore o mapa 
de memória.
Elaborado por Gilson Yukio Sato
Exercícios
• Projetar um banco de memórias com 1024x8 de 
EPROM e 1024x8 de RAM a partir de EPROMs de 
512x8 e de RAMs de 512x8. A EPROM deve ocupar 
os endereços mais baixos. Elabore também o mapa 
de memória. de memória. 
• Projetar um banco de memórias com 1024x8 de 
EPROM e 512x8 de RAM a partir de EPROMs de 
512x8 e de RAMs de 512x8. A EPROM deve ocupar 
os endereços mais baixos. Elabore também o mapa 
de memória. 
Elaborado por Gilson Yukio Sato