MEMORIAS SEMICONDUCTORAS Hay dos tipos básicos de RAM: de RAM: DRAM (Dynamic RAM) (Dynamic RAM),, RAM dinámica RAM dinámica SRAM (Static RAM) (Static RAM),, RAM estática RAM estática Los dos tipos difieren en la tecnología la tecnología que usan para almacenar los datos. los datos. La RAM La RAM dinámica dinámica necesita ser refrescada cientos de veces por segundo, mientras que la RAM estática no necesita ser refrescada tan frecuentemente, lo que la hace más rápida, pero también más cara que la RAM dinámica. RAM dinámica. Ambos Ambos tipos son volátiles, lo que significa que pueden perder su contenido cuando se desconecta la alimentación. la alimentación. SRAM SRAM es un tipo de memoria que es más rápida y fiable que la más común DRAM (Dynamic RAM). El término estática viene derivado del hecho que necesita ser refrescada menos veces que la RAM dinámica. RAM dinámica. Los chips de RAM estática tienen tiempos de acceso del orden de 10 a 30 nanosegundos, mientras que las RAM dinámicas están por encima de 30, y las memorias bipolares y ECL se encuentran por debajo de 10 nanosegundos. Un bit de RAM estática se construye con un circuito flip-flop que permite que la corriente fluya de un lado a otro basándose en cuál de los dos transistores dos transistores es activado. Las RAM estáticas no precisan de circuiteria de refresco como sucede con las RAMs dinámicas, pero precisan más espacio y usan más energía. La SRAM, debido a su alta velocidad, es velocidad, es usada como memoria caché. DRAM es DRAM es un tipo de memoria de gran gran capacidad pero que precisa ser constantemente constantemente refrescada (re-energizada) o perdería su contenido. Generalmente usa un transistor un transistor y un condensador para representar un bit Los condensadores debe de ser energizados cientos de veces por segundo para mantener las cargas. A diferencia de los chips firmware (ROMs, PROMs, etc.) las dos principales variaciones de RAM (dinámica y estática) estática) pierden su contenido cuando se desconectan de la alimentación. alimentación. Contrasta con la RAM estática. RAM estática. Algunas veces en los anuncios de memorias, de memorias, la la RAM dinámica RAM dinámica se indica erróneamente como un tipo de encapsulado; por ejemplo "se venden DRAMs, SIMMs y SIPs", cuando deberia decirse "DIPs, SIMMs y SIPs" los tres tipos de encapsulado típicos para almacenar chips de RAM dinámica. RAM dinámica. También algunas veces el término RAM (Random Access Memory) es utilizado para referirse a la DRAM y distinguirla de la RAM estática RAM estática (SRAM) que es más rápida y más estable que la RAM dinámica, RAM dinámica, pero pero que requiere más energía y es más cara ING. RPCG
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Las características de las memorias son: Localización. Dependiendo de dónde esté ubicada físicamente la memoria se distinguen tres tipos: Memoria interna del procesador. procesador. Memoria de alta velocidad utilizada de forma temporal, por ejemplo, en el banco de registros. Es muy rápida. Memoria interna. interna. Es la Memoria Principal y es más rápida que la secundaria, por ejemplo, se ubica donde están los programas para ser ejecutados. Memoria externa. externa. Es la Memoria Secundaria y es más lenta que la principal; se emplea para almacenar grandes cantidades de información, por ejemplo, unidades zip, CD's y DVD's. Capacidad. Capacidad. La capacidad es la cantidad de información que puede almacenar el sistema de memoria y se mide en múltiplos de bit. Los distintos múltiplos y unidades de capacidad son los siguientes: 1 bit 1 Mb = 1024 Kb = 220 bits 1 nibble = 4 bits 1 Gb = 1024 Mb = 230 bits 1 byte = 1 octeto = 8 bits 1 Tb = 1024 Gb = 240 bits 1 Kb = 1024 bits = 210 bits Unidad de transferencia. Es transferencia. Es igual al número de líneas de datos de entrada y salida del módulo de memoria, por ejemplo, 8 en MaNoTaS. Esta descripción lleva consigo una serie de conceptos asociados: Palabra. El tamaño de la palabra es generalmente igual al número de bits utilizados para representar un número entero y la longitud de una instrucción. Depende del número de líneas con el que esté trabajando en la memoria, por ejemplo, 8 en MaNoTaS. Unidad direccionable. Es direccionable. Es el tamaño mínimo que podemos direccionar en la memoria. El tamaño puede coincidir con el ancho de palabra como, por ejemplo, en la MaNoTaS con 8 bits, pero también puede NO coincidir como ocurre, por ejemplo, en el 8086. Unidad de transferencia. transferencia. Para la memoria principal es el número de bits que se leen o escriben en memoria a la vez, lo máximo que puedo leer. Por ejemplo, en MaNoTaS es de 8 bits. Método acceso. Es la forma de localizar la información en memoria. Existen diversos tipos: Acceso secuencial (SAM: Sequencial Access Memory). Se emplea por ser de gran capacidad de almacenamiento, por ejemplo, cintas de audio. Es una memoria lenta.
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Acceso directo (DAM: Direct Access Memory). Es una memoria en la que primero se produce un acceso directo y luego uno secuencial. Acceso aleatorio (RAM: Random Access Memory). Igual tiempo de acceso menos directo siempre. Acceso asociativo (CAM: Content Addressable Memory). Modo de acceso por contenido y funciona de la siguiente forma: se busca en toda la memoria al mismo tiempo y, cuando se encuentra lo que buscamos, se da la dirección donde se ha encontrado como, por ejemplo, en redes neuronales. Velocidad. Para medir el rendimiento se utilizan tres parámetros: Tiempo de Acceso (TA). Según el tipo de memoria que se trate tendremos dos tipos de TA: Si se trata de una aleatoria como la RAM: tiempo que transcurre desde el instante en el que se presenta una dirección a la memoria hasta que el dato, o ha sido memorizado, o está disponible para su uso (es decir, desde que doy la dirección hasta que L/E en memoria). Si es otra memoria como la CAM o la SAM: tiempo que se emplea en situar el mecanismo de L/E en la posición deseada, es decir, tiempo que tarda en el registro. Tiempo de Ciclo de memoria (TC). Tiempo que transcurre desde que se da la orden de una operación de L/E hasta que se puede dar otra orden de L/E porque si no NO le da tiempo a responder y crearía un “tiempo muerto” que nos interesa que sea lo menor posible. Dispositivo físico. Los sistemas de memorias empleados en los computadores utilizan diferentes dispositivos físicos. Antiguamente se empleaba la memoria de ferrita que era una memoria de lectura destructiva y muy lenta ya que tenían que volver a escribir lo que se leía, sino serían muy rápidas. Actualmente los tipos más usados son: Para la memoria principal se utilizan memorias semiconductoras. Como memoria secundaria, ya que responden a la necesidad de almacenar grandes cantidades de información, se emplean: Memorias magnéticas, cintas, discos, etc. Memorias ópticas, utilizadas. Memorias magneto-ópticas. Aspectos físicos .Las principales características físicas a tener en cuenta para trabajar con determinados tipos de memoria son:
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Alterabilidad. Esta propiedad hace referencia a la posibilidad de alterar el contenido de una memoria, las hay de lectura sólo o de lectura / escritura. Memorias ROM (Read Only Memory) y RWM (Read Writable Memory). Permanencia de la información. Relacionado con la duración de la información almacenada en memoria: Lectura destructiva. Memorias de lectura destructiva DRO (Destructive Read Out) y memorias de lectura no destructiva NDRO (Non Destructive Read Out). Volatilidad. Esta característica hace referencia a la posible destrucción de la información almacenada en un cierto dispositivo de memoria cuando se produce un corte en el suministro eléctrico. Memorias volátiles y no volátiles. Almacenamiento estático/dinámico. Una memoria es estática SRAM (Static Random Access Memory) si la información que contiene no varía con el tiempo. Una memoria es dinámica DRAM (Dynamic Random Access Memory) si la información almacenada se va perdiendo conforme transcurre el tiempo; para que no se pierda el contenido habrá que recargar o refrescar la información. Organización.Hace referencia a la disposición física de los bits para formar palabras. La organización depende del tipo de memoria que se trate. Para una memoria semiconductora distinguimos tres tipos de organización: Organización 2D. Organización 21/2D. Organización 3D. Organización 2D. Bus de Datos: Do-Dn, por el entran los datos a la memoria semiconductora. Bus de Direcciones: Ao-An, por aquí se realiza el direccionamiento. OE (Output Enable): Terminal de lectura, habilita la memoria para que en la salida este lo que voy a leer. WE: (Write Enable): Terminal que permite la escritura en la memoria. CS(Chip Select): Terminal que permite la activación o desactivación de la memoria. Tipos de memoria Memoria de Datos (Permite la escritura y la lectura, OE y WE así como el CS para su activación). Memoria de programa (Permite solo la lectura y la habilitación, OE y CS). Formas de acceder a la memoria.
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Estructura de la Memoria Semiconductoras.
CLASIFICACION DE MEMORIAS
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Celdas Básicas de las memorias semiconductoras
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Módulo SDRAM Se trata de una memoria de semiconductor en la que se puede tanto leer como escribir información. Es una memoria volátil, es decir, pierde su contenido al desconectar la energía eléctrica. Se utiliza normalmente como memoria temporal para almacenar resultados intermedios y datos similares no permanentes. Se dicen "de acceso aleatorio" o "de acceso directo" porque los diferentes accesos son independientes entre sí. Por ejemplo, si un disco rígido debe hacer dos accesos consecutivos a sectores alejados físicamente entre sí, se pierde un tiempo en mover la cabeza hasta la pista deseada (o esperar que el sector pase por debajo, si ambos están en la misma pista), tiempo que no se pierde en la RAM. Su denominación surge en contraposición a las denominadas memorias de acceso secuencial. Debido a que en los comienzos de la computación las memorias principales (o primarias) de las computadoras eran siempre de tipo RAM y las memorias secundarias (o masivas) eran de acceso secuencial (cintas o tarjetas perforadas), es frecuente que se hable de memoria RAM para hacer referencia a la memoria principal de una computadora. En estas memorias se accede a cada celda (generalmente se direcciona a nivel de bytes) mediante un cableado interno, es decir, cada byte tiene un camino prefijado para entrar y salir, a diferencia de otros tipos de almacenamiento, en las que hay una cabeza lectograbadora que tiene que ubicarse en la posición deseada antes de leer el dato deseado. Las RAMs se dividen en estáticas y dinámicas. Una memoria RAM estática mantiene su contenido inalterado mientras esté alimentada. En cambio en una memoria RAM ING. RPCG
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dinámica la lectura es destructiva, es decir que la información se pierde al leerla, para evitarlo hay que restaurar la información contenida en sus celdas, operación denominada refresco. Las memorias se agrupan en módulos, que se conectan a la placa base de la computadora. Según los tipos de conectores que lleven los módulos, se clasifican en Módulos SIMM (Single In-line Memory Module), con 30 ó 72 contactos, módulos DIMM (Dual In-line Memory Module), con 168 contactos y módulos RIMM (RAMBUS In-line Memory Module) con 184 contactos. Introducción Cuando compramos memoria RAM en nuestra tienda de informática, comprobamos cómo estos pequeños chips no se encuentran sueltos, sino soldados a un pequeño circuito impreso denominado módulo, que podemos encontrar en diferentes tipos y tamaños, cada uno ajustado a una necesidad concreta (SIMM, DIMM, SO-DIMM, RIMM). Sobre ellos se sueldan los chips de memoria, de diferentes tecnologías y capacidades. Ahora bien, mientras que los ensambladores de módulos se cuentan por centenas, la lista de fabricantes de los propios chips de memoria son un número menor y sólo encontramos unas pocas empresas como Buffalo, Corsair, Kingston o Samsung, que en cualquier caso no superan la veintena. Nota : Para calcular el ancho de datos de las memorias se sigue la fórmula: ancho de bus en Bytes * frecuencia efectiva de trabajo en MHz. Por ejemplo, la DDR200 se llama también PC1600 porque 64 bits / 8 bits * 200 MHz = 1600 MB/s = 1'6 GB/s que es la 'velocidad' de la memoria. Memoria DRAM La memoria DRAM ("Dynamic RAM") es una memoria RAM electrónica construida mediante condensadores. Los condensadores son capaces de almacenar un bit de información almacenando una carga eléctrica. Lamentablemente los condensadores sufren de fugas lo que hace que la memoria DRAM necesite refrescarse cada cierto tiempo: el refresco de una memoria RAM consiste en recargar los condensadores que tienen almacenado un uno para evitar que la información se pierda por culpa de las fugas (de ahí lo de "Dynamic"). La memoria DRAM es más lenta que la memoria SRAM, pero por el contrario es mucho más barata de fabricar y por ello es el tipo de memoria RAM más comúnmente utilizada como memoria principal. ING. RPCG
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También se denomina DRAM a la memoria asíncrona de los primeros IBM-PC, su tiempo de refresco era de 80 ó 70 ns (nanosegundos). Se utilizó en la época de los i386, en forma de módulos SIMM o DIMM. FPM-RAM (Fast Page Mode RAM) Memoria asíncrona, más rápida que la anterior y con tiempos de acceso de 70 ó 60 ns. Esta memoria se encuentra instalada en muchos sistemas de la primera generación de Pentium. Incorpora un sistema de paginado debido a que considera probable que el proximo dato a acceder este en la misma columna, ganando tiempo en caso afirmativo. EDO-RAM (Extended Data Output RAM) Memoria asíncrona, esta memoria permite a la CPU acceder más rápido porque envía bloques enteros de datos; con tiempos de acceso de 40 ó 30 ns. BEDO-RAM (Burst Extended Data Output RAM) Memoria asíncrona, variante de la anterior, es sensiblemente más rápida debido a que manda los datos en ráfagas (burst). SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) Memoria síncrona (misma velocidad que el sistema), con tiempos de acceso de entre 25 y 10 ns y que se presentan en módulos DIMM de 168 contactos. Fue utilizada en los Pentium 2, así como en los AMD K7. Dependiendo de la frecuencia de trabajo se dividen en: PC66: la velocidad de bus de memoria es de 66 Mhz, temporización de 15 ns y ofrece tasas de transferencia de hasta 533 MB/s. PC100: la velocidad de bus de memoria es de 125 Mhz, temporización de 8 ns y ofrece tasas de transferencia de hasta 800 MB/s. PC133: la velocidad de bus de memoria es de 133 Mhz, temporización de 7,5 ns y ofrece tasas de transferencia de hasta 1066 MB/s.
Punto de memoria Punto de memoria - Capacidad de la memoria : Capacidad de la memoria : N - Organización: Organización: N = m x = m x n1 ING. RPCG
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– Palabra : m Palabra : m – Longitud de la palabra: Longitud de la palabra: n1
- Selección o direccionamiento: Selección o direccionamiento: m= m= 2n
Memoria DDR SDRAM Fué una de las memorias más utilizadas anteriormente, sin lugar a dudas, la cual se caracteriza por estar sincronizada y funcionar enviando los datos por duplicado en cada ciclo de reloj. Esto permite que la memoria obtenga el doble de velocidad de procesamiento que el propio bus del sistema, ofreciendo un rendimiento adecuado del equipo. Cabe destacar que físicamente el módulo DIMM de las memorias DDR SDRAM poseen 184 contactos de conexión con la motherboard. Memorias DDR2 ING. RPCG
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Las memorias del tipo DDR2 son en realidad un avance en la tecnología de las memorias DDR, que gracias a una serie de cambios estructurales han permitido aumentar la performance del componente. Se trata de un módulo DIMM que dispone de 240 contactos, que se caracteriza por alcanzar un velocidad duplicada de las frecuencias, en comparación con las del tipo DDR, posibilitando de esta manera la realización de cuatro transferencias por cada ciclo de reloj, al contrario de las DDR que sólo permiten hasta dos transferencias. Esta característica ha logrado que las memorias DDR2 sean actualmente las más utilizadas en el mercado, por lo que desde hace tiempo las motherboard disponen de zócalos compatibles con esta tecnología. No obstante, se estima que en el futuro cercano, las memorias del tipo DDR2 sean suplantadas por su sucesora: la DDR3. Esta nueva tecnología se caracteriza por ofrecer mejoras notables en el comportamiento y rendimiento de la memoria RAM de los equipos. Memorias DDR3 En estas se ha incorporado un sistema que les permite ofrecer un considerable rendimiento con un escaso nivel de voltaje, ofreciendo así la posibilidad de reducir drásticamente el consumo de energía. Si bien las memorias DDR3 son módulos del tipo DIMM con 240 pines, al igual que las DDR2, lo cierto es que ambas son incompatibles, por lo que las motherboard más modernas y sofisticadas incorporan zócalos especiales para memorias DDR3. Por último, existe otro tipo de memoria que se caracteriza por ser uno de los modelos más costosos debido al fantástico rendimiento que proporcionan. Memorias Rambus DRAM Conocidas también como RDRAM, las cuales funcionan bajo un protocolo propietario desarrollado por la compañía Rambus. Debido a sus elevados costos, el mercado de usuarios comunes no suelen utilizar este tipo de memoria, por lo que ha ganado mayor popularidad la del tipo DDR. En la actualidad las memorias RDRAM son por lo general utilizadas en grandes servidores y viene incorporada a la famosa consola de videojuegos PlayStation 3 y 4. Se trata de un módulo del tipo RIMM, que dispone de 184 contactos, y funciona de manera totalmente diferente a las memorias convencionales DDR, ya que trabaja ING. RPCG
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elevando las frecuencias de los chips, para de esta manera evitar los cuellos de botella que pueden reducir la velocidad de transferencia de datos, alcanzando así un mayor rango de rendimiento. Cabe mencionar que cuando adquirimos una memoria RAM, la misma dispone de una serie de números que nos informa las características que posee el módulo, por lo cual es importante conocer qué significa dicha información. MEMORIAS DE ACCESO ALEATORIO: Random Random-Access Access-Memory Memory
MEMORIAS DE ACCESO ALEATORIO MEMORIAS DE ACCESO ALEATORIO - Ejemplo de operación de Ejemplo de operación de lectura lectura: 1. Código binario del registro de direcciones al bus de direccio 1. Código binario del registro de direcciones al bus de direcciones nes - Decodificación de ese código Decodificación de ese código 2. Orden de lectura 2. Orden de lectura 3. Copia del 3. Copia del bit bit (no destructiva) se carga al registro de datos
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- Organización de la memoria: Organización de la memoria: 2D o lineal 2D o lineal -Un único decodificador Un único decodificador - Terminales de salida del Terminales de salida deldecodificador = decodificador = m
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- Organización de la memoria: Organización de la memoria: 3D 3D o por coincidencia o por coincidencia- 2 Decodificadores
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Ejemplo organización 3D 3D Diagrama lógico y Configuración de la matriz de memoria SRAM de 32 K x 8. NOTA: El bus de datos tiene buffers triestado (permiten que las líneas de datos actúen como entrada y como salida) NOTA: tenemos tres líneas de control activas por bajo: CS (chip select), WE (write enable), OE (output enable)
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-RAM RAM ESTATICA ESTATICA SRAM (Static Random Access Memory) -Se compone de celdas formadas por flip-flops (biestables) construidos generalmente con transistores MOSFET.
-RAM RAM DINAMICA DINAMICA DRAM (Dinamic Random Access Memory) -Se compone de celdas de memoria construidas con condensadores. ING. RPCG
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-Las celdas de memoria son de fabricación más sencillas en comparación a las SRAM, lo cual permite construir memorias de gran capacidad.
- Memorias Memorias pasivas pasivas (no volátiles): (no volátiles): - Memorias totalmente pasivas ( Memorias totalmente pasivas (Read Read Only Only Memory Memory, ROM ROM) -La escritura se realiza en el proceso de fabricación La escritura se realiza en el proceso de fabricación - Memorias pasivas Memorias pasivas programables (PROM) programables (PROM): - Solo lectura ( Solo lectura (Programmable Programmable Read Read Only Only Memory Memory, PROM PROM) -Único Único proceso de programación : proceso de programación : hilos fusibles hilos fusibles - Memorias pasivas programables ( Memorias pasivas programables (Erasable Erasable Programmable Programmable Read Read Only Only Memory Memory, UV UV-EPROM EPROM) - Disposición Disposición circuital circuital especial y escritura con tensiones elevadas especial y escritura con tensiones elevadas - Memorias programables de sólo lectura Memorias programables de sólo lectura borrables borrables eléctricamente eléctricamente (Electrically Electrically Erasable Erasable Programmable Programmable Read Read Only Only Memory Memory, EEPROM EEPROM) -Memorias programables de sólo lectura Memorias programables de sólo lectura borrables borrables eléctricamente eléctricamente (Electrically Electrically Erasable Erasable Programmable Programmable Read Read Only Only Memory Memory, EEPROM EEPROM) ING. RPCG
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MEMORIAS DE ACCESO ALEATORIO - Una memoria FLASH Una memoria FLASH
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FUNCIONALES BLOQUES FUNCIONALES - Integración de memorias en bloques de una cierta capacidad Integración de memorias en bloques de una cierta capacidad - Combinación de bloques para lograr el número de posiciones y bi Combinación de bloques para lograr el número de posiciones y bits ts de posición deseado de posición deseado ¿CÓMO COMBINAR LOS ¿CÓMO COMBINAR LOS BLOQUES? BLOQUES?
EL NÚMERO DE BITS POR POSICIÓN AUMENTAR
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AUMENTAR EL NÚMERO DE POSICIONES Y EL NÚMERO DE BITS: AUMENTAR EL NÚMERO DE POSICIONES Y EL NÚMERO DE BITS: 1K x 8 1K x 8
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expansión de memorias expansión de memorias MODULOS MODULOS SIMM SIMM y DIMM DIMM - Tarjetas de circuito impreso donde se montan las Tarjetas de circuito impreso donde se montan las memorias con las conexiones a un terminal de borde memorias con las conexiones a un terminal de borde - Van insertadas en zócalos Van insertadas en zócalos - Módulos SIMM: Single In Módulos SIMM: Single In-line line Memory Memory Module Module 30 contactos (256kb, 1Mb,.., 16Mb) y 30 contactos (256kb, 1Mb,.., 16Mb) y n 1= 8 bits = 8 bits - 72 contactos (1 Mb, 2Mb, …., 32 Mb, 64 Mb) 72 contactos (1 Mb, 2Mb, …., 32 Mb, 64 Mb) y n 2= 32 bits = 32 bits - Módulos DIMM: Dual In Módulos DIMM: Dual In-line line Memory Memory Module: Module: - 64 bits y mayor capacidad 64 bits y mayor capacidad - Contactos eléctricos separados en cada lado del Contactos eléctricos separados en cada lado
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MEMORIAS DE ACCESO SECUENCIAL: MEMORIAS DE ACCESO SECUENCIAL: ORGANIZACIÓN de la información ORGANIZACIÓN de la información - Bit Bit a bit bit: - Se colocan en serie las posiciones y los bits de cada posición Se colocan en serie las posiciones y los bits de cada posición - Único terminal de entrada y otro de salida Único terminal de entrada y otro de salida - Terminal de control: desplazamiento Terminal de control: desplazamiento
DRAM 16 MEG X 4 BIT
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