Dispositivos Electrónicos AÑO: 2010 TEMA 7: MEMORIAS SEMICONDUCTORAS Rafael de Jesús Navas González Fernando Vidal Verdú 1/21 TEMA 7: MEMORIAS SEMICONDUCTORAS 7.1. Introducción. Tipología general. Memorias semiconductoras. 7.2. Memorias no volátiles de acceso aleatorio: Memorias ROM. 7.2.1 ROM basadas en diodos o transistores BJTs. 7.2.2 ROM basadas en transistores MOSFET. 7.2.3 Programación de las memorias ROM. 7.3. Memorias volátiles de acceso aleatorio: Memorias RAM. 7.3.1 Arquitectura básica general 7.3.2 RAM estática. Celda básica: celda básica NMOS. Accesos de lectura y escritura. 7.3.3 RAM dinámica. Celda básica: celda básica NMOS. Accesos de lectura y escritura. Refresco. Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 2/21 TEMA 7: Memorias Semiconductoras OBJETIVOS Al estudiar este tema el alumno debe ser capaz de: • Realizar una clasificación de los diferentes dispositivos de memoria, atendiendo a diferentes criterios. • Idedntificar los dispositivos que se denominan memorias semiconductoras y su aplicación en los sistemas digitales. • Identificar la estructura y características de diseño y/o programación de diferentes dispositivos de memoria de solo lectura: ROM, PROM, EPROM, EEPROM. • Identificar la estructura y sistema de acceso a la información almacanada en los diferentes dispositivos de memoria de lectura y escritura: RAM. • Identificar y distinguir las principales semejanzas y diferencias en cuanto a la estructura, sistema de acceso y almacenamiento de la información de los dispositivos de memoria denominados RAM estática y RAM dinámica. Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 3/21 LECTURAS COMPLEMENTARIAS •• Navas González, R y Vidal Verdú, F. "Curso de Dispositivos Electrónicos en Informática y Problemas de Examen Resueltos" UMA 2006 (Manual 70). Tema 7: pag. 269-308 •• Fernández Ramos, J. y otros, "Dispositivos Electrónicos para Estudiantes de Informática" Universidad de Málaga / Manuales 2002. Tema 7: pag. 177- 192. •• Pollán Santamaría, Tomás, "Electrónica Digital I. Sistemas Combinacionales", Prensas Universitarias de Zaragoza 2003. TEMA 9: pag. 197-208. •• Pollán Santamaría, Tomás, "Electrónica Digital II. Sistemas Secuenciales", Prensas Universitarias de Zaragoza 2003. TEMA 19: pag. 177-204, TEMA 20: pag. 205-228. •• Malik, N.R.,"Circuitos Electrónicos. Análisis, Simulación y Diseño", Editorial Prentice-Hall 1996. Tema 14: 1073-1084. •• Floyd. T.L. "Fundamentos de Sistemas Digitales", Prentice Hall 1996. Tema 12: pag. 594-644. •• Daza A. y García J. "Ejercicios de Dispositivos Electrónicos" Universidad de Málaga/Manuales 2003. Tema 5: pag 253-262. •• http://www.jegsworks.com/Lessons-sp/lesson6/lesson6-1.htm •• http://www.pcguide.com/ref/ram/index.htm Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 4/21 DISPOSITIVOS DE MEMORIA En el contexto de los sistemas electrónicos, y en sentido genérico, llamamos memoria a cualquier dispositivo físico capaz de almacenar información. TIPOLOGíA Naturaleza Física del sistema de almacenamiento: Magnética Optica Cintas y discos (duros o disquetes) CD-RW DVD CD-ROM Electrónica Flip-flops Chips de memoria Pendrive Modo de acceso a la información: De acceso secuencial De acceso aleatorio Mantenimiento de la información: Volátiles No volátiles Tiempo de Acceso/Velocidad de operación: Capacidad de almacenamiento: Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 5/21 DISPOSITIVOS DE MEMORIA JERARQUIA DE MEMORIA EN UN ORDENADOR CAPACIDAD CRECIENTE DISCO MAGNÉTICO: DISCO DURO, SRAM REGISTROS DRAM DISQUETES, ROM CINTAS PROM DISCO ÓPTICO: CDROM CDWR DVD EPROM FLASH Microprocesador Memoria principal OTROS Memoria semiconductoras Memoria secundaria o masiva COSTE CRECIENTE MEMORIAS SEMICONDUCTORAS Dispositivos de almacenamiento de información realizados con tecnología de circuitos integrados (VLSI ULSI) Fundamentales en sistemas basados en microprocesadores, por su flexibilidad y tiempo de acceso reducidos, bajo consumo y alta capacidad. Bus de direcciones Microprocesador Bus de Control RAM LEC/ESC ROM Bus de datos Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike Registros E/S 6/21 MEMORIAS SEMICONDUCTORAS TIPOLOGíA MEMORIAS SEMICONDUCTORAS ACCESO SECUENCIAL FIFO (Buff.) LIFO (Pilas) Disp. acoplados por carga (CCD) Reg. de desplaz. Dinámicas DRAM Refresco externo ACCESO ALEATORIO (RAM) De lectura y escritura De solo lectura (ROM) Programable en campo PROM Estáticas SRAM Programable en máscara ROM pseudoestáticas Reprogramable EPROM Borrable con luz ultravioleta EPROM Programable Una sola vez (Fusibles) PROM Reprogramable eléctricamente EEPROM Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 7/21 MEMORIAS DE SOLO LECTURA (ROM) n entradas n ROM 2n x m m salidas 0 1 · · · Dec nx2n ··· 2n-2 2n-1 ··· ··· ··· m-2 m-1 ··· 0 1 A A O B PUERTA OR VO VA O B PUERTA NOR VDD Mt DA Vo VB DB VA R VB MA Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike MB 8/21 ROM CON DIODOS O BJTs PUERTA OR rom programada por máscara (mask programmable) VO V1 D1 V2 D2 Vn Dn R DECODIFICADOR ENTRADAS 0 1 2 3 4 5 6 7 SALIDAS entrada 0(decimal) 1 0 1 0 0 1 0 1 entrada 1(decimal) 0 0 0 1 0 0 0 0 entrada 2(decimal) 1 0 0 0 1 0 1 0 entrada 3(decimal) 0 1 0 0 0 0 0 0 entrada 4(decimal) 1 0 0 1 0 0 0 1 entrada 5(decimal) 0 0 0 0 0 1 0 0 entrada 6(decimal) 0 0 1 0 0 0 0 1 entrada 7(decimal) 1 0 0 0 1 0 0 0 Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 9/21 ROM CON MOS - MATRIZ NOR PUERTA NOR VDD rom programada por máscara (mask programmable) Mt Vo V1 M1 M2 0 Vn DECODIFICADOR Mn ENTRADAS V2 1 2 3 4 5 6 7 SALIDAS entrada 0(decimal) 0 1 0 1 1 0 1 0 entrada 1(decimal) 1 1 1 0 1 1 1 1 entrada 2(decimal) 0 1 1 1 0 1 0 1 entrada 3(decimal) 1 0 1 1 1 1 1 1 entrada 4(decimal) 0 1 1 0 1 1 1 0 entrada 5(decimal) 1 1 1 1 1 0 1 1 entrada 6(decimal) 1 1 0 1 1 1 1 0 entrada 7(decimal) 0 1 1 1 0 1 1 1 Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 10/21 ROM CON MOS - MATRIZ NAND PUERTA NAND VDD Mt rom programada por máscara (mask programmable) Vo M1 M2 Vn Mn ENTRADAS V2 0 DECODIFICADOR V1 1 2 3 4 5 6 7 SALIDAS entrada 0(decimal) 1 0 1 0 0 1 0 1 entrada 1(decimal) 0 0 0 1 0 0 0 0 entrada 2(decimal) 1 0 0 0 1 0 1 0 entrada 3(decimal) 0 1 0 0 0 0 0 0 entrada 4(decimal) 1 0 0 1 0 0 0 1 entrada 5(decimal) 0 0 0 0 0 1 0 0 entrada 6(decimal) 0 0 1 0 0 0 0 1 entrada 7(decimal) 1 0 0 0 1 0 0 0 Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 11/21 PROGRAMABILIDAD EN LAS ROM rom programada por usuario (field programmable) CON BJTs Fusible VLActiva CON MOS Dispositivo de puerta flotante Dispositivo sin programar puerta puerta flotante drenador G D S fuente n+ p ID n+ aislante VGS VT Dispositivo programado G D S n+ p ID n+ V*T VLActiva Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike VGS 12/21 PROGRAMACIÓN EN LAS ROM MOS Celda FAMOS (floating avalanche MOS) Rayos Ultravioleta V G = V PP G G D V D ≤ V PP S n+ p D S n+ n+ p n+ 128K x 8 celdas: 13.1 segundos para programar, y 20 minutos para borrar Celda FLOTOX (floating-gate tunnel-oxide) V G = V PP G G S VD = 0 n+ p VG = 0 S V D = V PP n+ n+ D n+ D p Celda FLASH V G = V PP G D V S = V PP n+ n+ V D ≤ V PP S n+ p G VG = 0 D S p n+ 256K x 8 celdas: 2.6 segundos para programar, y 1 segundo para borrar Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 13/21 EPROM ST Micro: BORRABLE CON LUZ ULTRAVIOLETA - Tecnología CMOS - Capacidad 32k x 8bits ENCAPSULADO EPROM PIN-OUT SIMBOLO ESTÁNDAR CICLO DE LECTURA Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 14/21 MEMORIAS DE LECTURA Y ESCRITURA (RD/WR Memory) CICLO DE LECTURA WE A(11:0) tha twc CS tsa Do tdf tdd tdcd thdl CICLO DE ESCRITURA WE A(11:0) tha twc CS tsa DIN tdf tsd tdcd thde Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 15/21 MATRIZ DE CELDAS DE MEMORIA: CELDAS BÁSICAS Organización de una Memoria de Lectura y Escritura Array de Celdas de Memoria X1 Lineas de selección de fila XM W R YN Y1 Salida Entrada Lineas de selección de columna Celdas Básicas DRAM SRAM Celda de Memoria Estática Celda de Memoria Dinámica A viA voA voB viB B Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 16/21 RAM ESTÁTICA: PRINCIPIO PRINCIPIO: Celda Biestable voA viB Q1 A viA voA voB viB A B Q0 B (0,0) 0 1 A viA voB viA voB 1 0 A voA viA voA viB voB viB B B Celda Básica NMOS Línea C de dato Columnas C Selección de filas Llave analógica Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 17/21 EL MOS COMO LLAVE ANALÓGICA LLAVE ANALÓGICA NMOS Control 0 OFF Circuito abierto ON Cortocircuito 1 D S óhmica ID (0,0) VDS Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 18/21 RAM ESTÁTICA: CELDA Y ARQUITECTURA CELDA BÁSICA NMOS C C Xj Fila Celda ij W R Yj Entrada Columna Salida ARRAY DE CELDAS X1 XM W Entrada R Y1 YN Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike Salida 19/21 RAM ESTÁTICA: OPERACIÓN No selección C C C C Columnas Columnas Xj = 0 Celda ij Celda ij Yj Yj = 0 Selección Lectura C C Columnas Xj = 1 Celda ij W=0 R= 1 Entrada Yj = 1 Salida SelecciónEscritura C C Columnas Xj = 1 Celda ij W=1 Entrada R=0 Yj = 1 Salida Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike Xj 20/21 RAM DINÁMICA PRINCIPIO + + V C ≈ V DD VC ≈ 0 − − CARGADO: SE ALMACENA UN UNO CELDA BÁSICA DESCARGADO: SE ALMACENA UN CERO Línea de sensado de columna Selección de fila ARRAY DE CELDAS X1 XM W Entrada Amplificador sensor Amplificador sensor Y1 YN Salida R Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike 21/21 Reconocimientos: • La foto "Electronic Memory", en pag. 4 es una obra de Steve Jurvetson bajo licencia Creative Commons Atribución 2.0 Genéric. Fuente: Wikimedia Commoms • La foto "Eprom32k", en pag. 13 es una obra de Bill Bertram bajo licencia Creative Commons Genérica de Atribución/Compartir-Igual 2.5. Fuente: Wikimedia Commoms Navas González, R.; Vidal Verdú, F. (2010). Dispositivos Electrónicos. Tema 7. 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