Dispositivos Electrónicos Rafael de Jesús Navas González Fernando Vidal Verdú

Dispositivos Electrónicos
AÑO: 2010
TEMA 7: MEMORIAS SEMICONDUCTORAS
Rafael de Jesús Navas González
Fernando Vidal Verdú
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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.
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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.
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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
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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:
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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
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Registros
E/S
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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
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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
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MB
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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
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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
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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
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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
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VGS
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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
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EPROM ST Micro: BORRABLE CON LUZ ULTRAVIOLETA
- Tecnología CMOS
- Capacidad 32k x 8bits
ENCAPSULADO EPROM
PIN-OUT
SIMBOLO ESTÁNDAR
CICLO DE LECTURA
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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
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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
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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
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EL MOS COMO LLAVE ANALÓGICA
LLAVE ANALÓGICA NMOS
Control
0
OFF
Circuito abierto
ON
Cortocircuito
1
D
S
óhmica
ID
(0,0)
VDS
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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
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Salida
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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
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Xj
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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
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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
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