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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL FACULDADE DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA SISTEMAS DIGITAIS II Memórias Semicondutoras Prof. Juliano D`Ornelas Benfica 2009/01 MemMemóórias Semicondutorasrias Semicondutoras São dispositivos São dispositivos capazes de armazenar capazes de armazenar informainformaççõesões digitais. A menor unidade de digitais. A menor unidade de informainformaçção que pode ser armazenada ão que pode ser armazenada éé o bit. Outros o bit. Outros tipos de agrupamentos tambtipos de agrupamentos tambéém são muito usuais m são muito usuais quando se trata de memquando se trata de memóória, são eles:ria, são eles: Bit :Bit : ““00”” ou ou ““11””.. NibbleNibble :: agrupamento de 4 bits.agrupamento de 4 bits. Byte :Byte : agrupamento de 8 bits ou 2 agrupamento de 8 bits ou 2 nibblenibble.. Word :Word : agrupamento de 16 bits ou 2 bytes ou 4 agrupamento de 16 bits ou 2 bytes ou 4 nibblenibble.. Outros conceitos tambOutros conceitos tambéém são importantes, como por m são importantes, como por exemplo:exemplo: MemMemóórias Semicondutorasrias Semicondutoras Barramento:Barramento: muito usado quando referimos a muito usado quando referimos a memmemóória. ria. O barramento consiste em um O barramento consiste em um agrupamento de fiosagrupamento de fios, por exemplo: um barramento , por exemplo: um barramento de 8 bits, significa 8 fios. A representade 8 bits, significa 8 fios. A representaçção grão grááfica de fica de um barramento, um barramento, éé um fio mais grosso, simbolizando o um fio mais grosso, simbolizando o agrupamento de fios.agrupamento de fios. TriTri--statestate:: significa que significa que alaléém dos nm dos nííveis lveis lóógicos gicos ““00”” ou ou ““11””,, o circuito tambo circuito tambéém pode m pode ““desligardesligar--sese”” do do circuito. Este terceiro estado (ncircuito. Este terceiro estado (níível) chamavel) chama--se se tritri-- statestate. O fato de um circuito ter um terceiro estado . O fato de um circuito ter um terceiro estado éé importante, pois importante, pois evita que o barramento entre evita que o barramento entre ““curtocurto--circuitocircuito”” pelo uso concomitante de dois pelo uso concomitante de dois dispositivos eletrônicos.dispositivos eletrônicos. MemMemóórias Semicondutorasrias Semicondutoras As memAs memóórias são compostas por três conjuntos de fios, ou seja, rias são compostas por três conjuntos de fios, ou seja, três barramentos, são eles:três barramentos, são eles: Barramento de EndereBarramento de Endereçço :o : conjunto de fios por onde são conjunto de fios por onde são acessados os endereacessados os endereçços dos dados armazenados. O barramento os dos dados armazenados. O barramento de enderede endereçço o éé unidirecionalunidirecional, ou seja, a informa, ou seja, a informaçção trafega ão trafega apenas em um sentido.apenas em um sentido. Barramento de Dados :Barramento de Dados : conjunto de fios por conjunto de fios por onde os dados onde os dados trafegamtrafegam. O barramento de dados pode ser . O barramento de dados pode ser bidirecionalbidirecional (a (a informainformaçção pode trafegar num sentido ou no outro ão pode trafegar num sentido ou no outro –– entrada/ entrada/ sasaíída) ou unidirecional.da) ou unidirecional. Sinais de Controle :Sinais de Controle : conjunto de fios que indicam se a conjunto de fios que indicam se a memmemóória estria estáá selecionada (selecionada (CS CS –– Chip Chip SelectSelect), se ), se éé um um processo de escrita (processo de escrita (WR WR –– WriteWrite) ou de leitura () ou de leitura (RD RD –– ReadRead), ), entre outros.entre outros. MemMemóórias Semicondutorasrias Semicondutoras MemMemóórias Semicondutorasrias Semicondutoras Conforme visto na figura anterior, uma Conforme visto na figura anterior, uma memmemóória ria éé formada por milhares de formada por milhares de endereendereçços(ex. os(ex. 32kB : 32.768 endere32kB : 32.768 endereçços os que armazenam 1 byteque armazenam 1 byte). Para ). Para evitarevitar que que um chip tenha um chip tenha um fio para cada endereum fio para cada endereççoo, , utilizautiliza--se um decodificador. se um decodificador. Uma memUma memóória de ria de 32kB tem um 32kB tem um decodificadordecodificador de de 15 entradas e 32768 15 entradas e 32768 sasaíídasdas (2^15 = 32768). Portanto, o (2^15 = 32768). Portanto, o barramento de enderebarramento de endereçço tero teráá apenas 15 linhas apenas 15 linhas (A0 .... A14 (A0 .... A14 –– AddressAddress). O barramento de ). O barramento de dados ficardados ficaráá inalterado (8 bits).inalterado (8 bits). MemMemóórias Semicondutorasrias Semicondutoras MemMemóórias Semicondutorasrias Semicondutoras NotaNotaçção:ão: WW wordword(16bits)(16bits) BB byte(8bits)byte(8bits) NN niblenible(4bits)(4bits) BB bit (1bit)bit (1bit) KK kilokilo (x10^3)(x10^3) MM mega(x10^6)mega(x10^6) GG gigagiga(x10^9)(x10^9) TT teratera(x10^12)(x10^12) Tipos de MemTipos de Memóóriasrias ••MemMemóórias Não Volrias Não Volááteis:teis: As memórias não-voláteis caracterizam se por não perder os dados gravados ao cessar-se a alimentação elétrica. São usadas portanto para registro de dados por um tempo mais longo e que não necessitem de atualização constante. TIPOS DE MEMÓRIA ROM –1. ROM –2. PROM –3. EPROM –4. EEPROM ou E2PROM –5. FLASH EPROM MemMemóórias Não Volrias Não Volááteisteis ••ROM (ROM (ReadRead OnlyOnly Memory):Memory):a ROM é uma memória somente de leitura, ou seja, os dados são armazenados durante o processo de fabricação, não permitindo nova gravação. Em computadores antigos, a ROM continha a programação (BIOS – Basic Input Output System) que permite um computador inicializar. MemMemóórias Não Volrias Não Volááteisteis ••PROM (PROM (ProgrammableProgrammable ReadRead--onlyonly Memory):Memory):a PROM é uma ROM que é fornecida virgem para o comprador. Este então deve utilizar um equipamento especial para gravar a PROM com os dados desejados. A gravação é feita de uma só vez, para toda a capacidade da PROM, e uma vez realizada, não pode mais ser desfeita. A PROM tampouco perde seu conteúdo na ausência de uma fonte de eletricidade. Fusível MemMemóórias Não Volrias Não Volááteisteis ••EPROM (Erasable Programmable ReadEPROM (Erasable Programmable Read-- only Memory):only Memory):a EPROM é uma PROM que pode ter seus dados apagados e ser reutilizada. O processo de “apagamento” consiste na exposição das células de memória a raios ultravioleta. Por isso, que estas memórias são dotadas de uma “janela” de quartzo. ••EEPROM EEPROM ouou E2PROM (Electrically Erasable E2PROM (Electrically Erasable Programmable ReadProgrammable Read--only Memory): only Memory): EEPROM é uma ROM programável pelo usuário e que pode ser apagada e reprogramada repetidamente através da aplicação de uma tensão mais elevada que a tensão normal de operação.Na EEPROM é possível apagar o conteúdo de apenas um endereço e reprogramar somente um determinado dado. MemMemóórias Não Volrias Não Volááteisteis ••FLASH ROM:FLASH ROM:a memória Flash é um tipo de memória não- volátil, que pode ser apagada e regravada em unidades de memória chamadas blocos. Existem dois tipos de memória Flash: 1 - Tipo NOR : Os chips de memória Flash NOR possuem uma interface de endereços similar à da memória RAM. Características: •São muito caras •Leituras rápidas •Gravações bem lentas •Bastante utilizadas em sistemas móveis pela leitura rápida MemMemóórias Não Volrias Não Volááteisteis 2 - Tipo NAND : Os chips de memória Flash NOR possuem uma interface de endereços similar à da memória RAM. Características: •Mais baratas •Leituras rápidas •Gravações muito rápidas •Bastante utilizadas para armazenamento de dadosO grande boom da memória Flash aconteceu entre 2004 e 2005, quando uma combinação de dois fatores fez com que os preços por MB caíssem rapidamente: MemMemóórias Não Volrias Não Volááteisteis 1 - O brutal aumento na produção e a concorrência entre os fabricantes. Além de gigantes como a Samsung e a Toshiba, até mesmo a Intel e AMD investiram pesadamente na fabricação de memória Flash. 2 - A introdução da tecnologia MLC (mult-level cell), onde cada célula passa a armazenar dois ou mais bits ao invés de apenas um. É possível graças ao uso de tensões intermediárias. Com 4 tensões diferentes, a célula pode armazenar 2 bits, com 8 pode armazenar 3 bits e assim por diante. Com isso permitiu reduzir drasticamente o custo por megabyte, quase que de uma hora para a outra. 3 - Die-Stacking, onde dois ou mais chips são "empilhados", conectados entre sí e selados dentro de um único encapsulamento. Como uma boa parte do custo de um chip de memória flash corresponde justamente ao processo de encapsulamento. MemMemóórias Não Volrias Não Volááteisteis CompactCompact Flash:Flash: ÉÉ utilizada uma interface muito similar utilizada uma interface muito similar àà interface interface IDE usada pelos IDE usada pelos HDsHDs, com nada menos que 50 pinos. Aqui temos , com nada menos que 50 pinos. Aqui temos um cartão CF aberto onde mostra o chip de memum cartão CF aberto onde mostra o chip de memóória e seu ria e seu controlador:controlador: MemMemóórias Não Volrias Não Volááteisteis SmartSmart Media:Media: Em 1995 a Toshiba lanEm 1995 a Toshiba lanççou o formato ou o formato SmartSmart Media Media (SM), um formato muito mais simples, onde o chip de mem(SM), um formato muito mais simples, onde o chip de memóória ria éé acessado diretamente, sem o uso de um chip controlador. Nesta foacessado diretamente, sem o uso de um chip controlador. Nesta foto to você pode ver um cartão você pode ver um cartão SmartSmart Media em comparaMedia em comparaçção com um ão com um cartão MMC e um Memory cartão MMC e um Memory StickStick Surgiram então os formatos Surgiram então os formatos xDxD, MMC, SD e Memory , MMC, SD e Memory StickStick.. MemMemóórias Não Volrias Não Volááteisteis Cartões Cartões xDxD:: ÉÉ um formato proprietum formato proprietáário, usado em câmeras da rio, usado em câmeras da Olympus e da Olympus e da FujifilmFujifilm. Eles são relativamente r. Eles são relativamente ráápidos se pidos se comparados com os comparados com os SmartSmart Media e com os cartões MMC, mas são Media e com os cartões MMC, mas são bem mais lentos que os cartões SD usados atualmente. bem mais lentos que os cartões SD usados atualmente. Assim como nos cartões SM, os contatos são ligados diretamente nAssim como nos cartões SM, os contatos são ligados diretamente no o chip de memchip de memóória, sem o uso de um chip controlador. ria, sem o uso de um chip controlador. MemMemóórias Não Volrias Não Volááteisteis Cartões MMCCartões MMC: O MMC : O MMC éé um padrão "quase aberto", onde um padrão "quase aberto", onde éé necessnecessáário pagar uma taxa inicial para obter as especificario pagar uma taxa inicial para obter as especificaçções e ões e mais um valor anual mais um valor anual áá MMC MMC AssociationAssociation.. Os cartões MMC possuem exatamente as mesmas dimensões dos Os cartões MMC possuem exatamente as mesmas dimensões dos cartões SD atuais. As cartões SD atuais. As úúnicas diferennicas diferençças visas visííveis veis éé que os cartões que os cartões MMC são um pouco mais finos (1.4 mm, contra 2.1 mm dos SD) e MMC são um pouco mais finos (1.4 mm, contra 2.1 mm dos SD) e possuem apenas 7 pinos, enquanto os SD possuem dois pinos possuem apenas 7 pinos, enquanto os SD possuem dois pinos extras, totalizando 9.extras, totalizando 9. O maior problema O maior problema éé que os cartões MMC são lentos. Jque os cartões MMC são lentos. Jáá os os SDsSDs são são muito mais rmuito mais ráápidos.pidos. Tipos de MemTipos de Memóóriasrias ••MemMemóórias Volrias Volááteis:teis: Usualmente chamadas de RAM’s (Random Access Memory), as memórias voláteis assim são caracterizadas por reter os dados gravados enquanto a eletricidade é fornecida a elas. Assim que o fornecimento cessa, os dados são perdidos. As memórias SRAM dividem-se basicamente em RAM’s estáticas e RAM’s dinâmicas. –TIPOS DE MEMÓRIA RAM –1. SRAM –2. DRAM –3. FPM-RAM –4. EDO-RAM –5. BEDO-RAM –6. SDRAM –7. DDR-RAM –8. RAMBUS MemMemóórias Volrias Volááteisteis ••MEMMEMÓÓRIAS RAM (RIAS RAM (RandomRandom Access Memory)Access Memory) Podemos classificar as memPodemos classificar as memóórias RAM, como rias RAM, como SRAMSRAM e e DRAMDRAM. Segue . Segue abaixo um quadro comparativo entre a memabaixo um quadro comparativo entre a memóória SRAM e DRAM:ria SRAM e DRAM: CCéélula de Armazenamento:lula de Armazenamento: As memAs memóórias rias SRAM armazenam os bits em cSRAM armazenam os bits em céélulas do tipo fliplulas do tipo flip-- flopflop, que ret, que retéém a informam a informaçção atão atéé que esta seja alterada.que esta seja alterada. As memAs memóórias rias DRAM utilizam cDRAM utilizam céélulas compostas de um lulas compostas de um capacitorcapacitor da ordem de da ordem de fentofento faradayfaraday (10(10--15) e um transistor. 15) e um transistor. Como o capacitor perde sua carga com o passar do tempoComo o capacitor perde sua carga com o passar do tempo, as , as DRAMDRAM’’ss precisam ter o seu conteprecisam ter o seu conteúúdo periodicamente restaurados, do periodicamente restaurados, numa operanuma operaçção chamada ão chamada refreshrefresh. . O O refreshrefresh consiste em consiste em percorrer todas as linhas da mempercorrer todas as linhas da memóória, fazendo desta forma a ria, fazendo desta forma a carga do capacitorcarga do capacitor. O intervalo . O intervalo éé entre 32ms (para uma mementre 32ms (para uma memóória ria de 1Mbit) por exemplo.de 1Mbit) por exemplo. SRAM (Static Random Access Memory) DRAM (Dinamic Random Access Memory) MemMemóórias Volrias Volááteisteis Velocidade da memVelocidade da memóória:ria: As memAs memóórias rias SRAM são mais rSRAM são mais ráápidaspidas que as que as memmemóórias DRAM. rias DRAM. As memAs memóórias rias DRAMDRAM têm tempo de acesso da ordem têm tempo de acesso da ordem de de 40ns40ns, enquanto que as , enquanto que as SRAMSRAM da ordem de da ordem de 2ns2ns.. Capacidade de Armazenamento:Capacidade de Armazenamento: As memAs memóórias rias SRAMSRAM apresentam apresentam baixa capacidadebaixa capacidade de armazenamento, enquanto que as memde armazenamento, enquanto que as memóórias rias DRAMDRAM apresentam apresentam alta capacidadealta capacidade.. Tipos de MemTipos de Memóória RAMria RAM FPM(FPM(FastFast Page Page ModeMode))--RAM:RAM: ÉÉ o mais velho e menos sofisticado tipo de o mais velho e menos sofisticado tipo de RamRam, usada em micros , usada em micros 486 e 486 e PentiumsPentiums mais mais antigosantigos, esse tipo de mem, esse tipo de memóória ria éé encontrado em encontrado em velocidades de 80, 70 e 60 velocidades de 80, 70 e 60 nanosnanos. Pode ser utilizada . Pode ser utilizada em velocidades de barramento de atem velocidades de barramento de atéé 66 MHz. 66 MHz. Este tipo de memEste tipo de memóória ria guarda o valor da guarda o valor da úúltima ltima linha acessadalinha acessada, portanto, para os , portanto, para os prpróóximos ximos dados acessadosdados acessados na mesma linha, o controlador de na mesma linha, o controlador de memmemóória ria não precisarnão precisaráá enviar enviar àà memmemóória o ria o valor da linha, somente o da colunavalor da linha, somente o da coluna. Com isso, o . Com isso, o acesso seqacesso seqüüencial encial éé mais rmais ráápidopido. . Tipos de MemTipos de Memóória RAMria RAM EDO (Extended Data Out)EDO (Extended DataOut)--RAMRAM:: A EDO RAM tambA EDO RAM tambéém trabalha com acessos m trabalha com acessos seqseqüüenciais. A diferenenciais. A diferençça a éé que eles acontecem de que eles acontecem de forma mais rforma mais ráápida. Isto spida. Isto sóó foi possfoi possíível com a vel com a adiadiçção de um ão de um latchlatch na sana saíída de dadosda de dados. suportam . suportam trabalhar com trabalhar com barramento de 75 MHzbarramento de 75 MHz.. ••BEDO (BEDO (BurstBurst ExtendedExtended Data Out)Data Out)--RAM: RAM: A A memmemóória BEDO ria BEDO éé muito parecida com a memmuito parecida com a memóória ria EDOEDO, por, poréém na BEDO ao m na BEDO ao invinvéés de informar a LINHA s de informar a LINHA –– COLUNA COLUNA –– COLUNA COLUNA –– COLUNACOLUNA, , éé necessnecessáário apenas rio apenas informar a informar a LINHA LINHA –– COLUNACOLUNA e as colunas seguintes e as colunas seguintes são geradas são geradas automaticamenteautomaticamente.. Tipos de MemTipos de Memóória RAMria RAM SDRAM (Synchronous Dynamic RAM)SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) A SDRAM, alA SDRAM, aléém de ser m de ser sincronizada pelo sincronizada pelo clockclock do barramento, do barramento, tambtambéém tem um m tem um contador internocontador interno que faz com que o que faz com que o controlador de memcontrolador de memóória ria não precise requisitar novos dados, não precise requisitar novos dados, caso eles sejam consecutivoscaso eles sejam consecutivos, e principalmente, possui duas , e principalmente, possui duas matrizes de capacitores, fazendo com que seja possmatrizes de capacitores, fazendo com que seja possíível vel dois dois acessos a endereacessos a endereçços diferentesos diferentes serem iniciados em paralelo. serem iniciados em paralelo. Suportam barramento de atSuportam barramento de atéé 100 MHz100 MHz ••DDRAM (Doubled Data Rate RAM): DDRAM (Doubled Data Rate RAM): A memA memóória ria DDR DDR éé uma uma SDRAM com a taxa de dados dobradaSDRAM com a taxa de dados dobrada. Ela . Ela trabalha com trabalha com duas memduas memóórias SDRAM em paralelorias SDRAM em paralelo, permitindo assim dobrar , permitindo assim dobrar a taxa de transferência de dados. Ela a taxa de transferência de dados. Ela éé capaz de capaz de entregar dois entregar dois dados por cada ciclo de dados por cada ciclo de clockclock, um sincronizado pela , um sincronizado pela borda de borda de subida e outro pela borda de descida. subida e outro pela borda de descida. Suportam velocidades de barramento de cerca de 250 MHzSuportam velocidades de barramento de cerca de 250 MHz Tipos de MemTipos de Memóória RAMria RAM DR DRAM (Direct DR DRAM (Direct RambusRambus DRAM)DRAM) Normalmente, elas operam sob um barramento com Normalmente, elas operam sob um barramento com amplitude de 16 bits e amplitude de 16 bits e freqfreqüüência de 200 MHzência de 200 MHz em em QDR (equivalente a 800 MHz).QDR (equivalente a 800 MHz). O QDR (O QDR (QuadrupleQuadruple Data Rate) Data Rate) éé um mum méétodo de funcionamento que todo de funcionamento que permite passar 4 bits por ciclo de permite passar 4 bits por ciclo de clockclock e assim, e assim, quadruplicaquadruplica a taxa de transferência. a taxa de transferência. A RDRAM A RDRAM opera tipicamente a 800MHz. opera tipicamente a 800MHz. A A alta velocidade tambalta velocidade tambéém causa problemasm causa problemas, , como a necessidade de como a necessidade de fiafiaçção mais curta dentro ão mais curta dentro do chipdo chip e e maior blindagem de modo a prevenir maior blindagem de modo a prevenir interferência eletromagninterferência eletromagnééticatica.. Tipos de Tipos de EncapsulamentoEncapsulamento
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