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FACULDADE de Engenharia de Ilha Solteira - Departamento de Engenharia Elétrica Circuitos Digitais II - Profa. Suely C. A. Mantovani - 1o.sem/
Memórias
ROM
1-Introdução
Rom (Read-Only Memories) – memória de apenas leitura a semicondutor,
que armazena informação em caratér permanente. Durante sua operação normal nenhum dado pode ser escrito na ROM, ou seja, é utilizada somente para leitura dos dados que foram armazenados previamente. Para alguns tipos de ROM os dados são gravados durante o processo de fabricação enquanto que, para outros, os dados são gravados eletricamente. O processo de gravação de dados em uma ROM é denominado programação ou queima. Algumas ROMs não podem ter seus dados alterados, enquanto que outras podem ter seus dados apagados e regravados. As ROMs são não voláteis e por isso são empregadas para guardar dados que não mudarão durante a operação de um sistema, uma vez que, após cessada a alimentação elétrica os dados não se perdem. Aplicada no armazenamento de programas de sistemas operacionais em computadores e outros sistemas digitais (eletrodomésticos, sistema de segurança, caixa eletrônico), Circuitos Geradores de Caracteres e pode ser empregada na construção de um circuito combinacional qualquer. Simbologia (mais comun):
Figura 1- Símbolo –ROM
Uma ROM pode ser implementada como um circuito combinacional, conforme ilustra a figura 2, abaixo:
Figura 2- Circuito Combinacional –ROM
Na realidade trata-se de um circuito combinacional codificador onde E 0 a E 2 são as entradas. Essas entradas combinadas equivalem ao endereço e , na saída têm-se a palavra S 0 aS 4. Por exemplo: para o endereço 100, a palavra na saída seria 10111. É importante notar que no codificador somente uma das entradas pode ser levada a nível lógico 1 de cada vez, o que limita uma ROM feita com codificadores.
Outra alternativa é utilizar um decodificador e um codificador, para implementar uma ROM, conforme mostra a figura 3. Podemos através das combinações de entrada estabelecer uma saída, onde neste caso, as entradas poderão estar todas submetidas a nível 1.
Figura 4- ROM combinacional ROM ( Read Only Memory ) – é uma memória somente de leitura , ou seja, os dados são armazenados no processo de fabricação, não permitindo nova gravação. Em computadores antigos a ROM continha a programação (BIOS- Basic Input Output System ) que permite a inicializaçãode um computador
2-Estrutura Geral e Organização de uma mémória
A Arquitetura básica utilizada para ROM nos processos de fabricação dos circuitos integrados atuais é mostrada na figura 5. Na figura 5a temos um exemplo para o decodificador de endereços, usando portas lógicas ANDs.
Figura 5 – Arquitetura Interna das Memórias ROM
Bloco decodificador de endereços – é um gerador de produtos canônicos e ativa uma linha por vez, de acordo com o endereçamento(fig .5 a).
Matriz de dados –Arranjo de linhas e colunas que através de um elo de ligação possibilita a gravação dos dados pelo fabricante e consequente leiutura pelo usuário. Na prática, esses elos são elementos semicondutores ( diodos ou transistores ) que se constituem na estrutura de dados propriamente ditos.
Chaves de saída - conjunto de chaves (buffers) que são habilitadas através do terminal
CS. A conexão é feita em nível ‘0’ ( ‘1’ fica em alta impedância)
Figura 5a – Bloco decodificador de endereços –Gerador de produtos canônicos de 2 bits constituido por portas AND e INVERSOR
Fig 7-Uma memória PROM com diodo
EPROM
1-Introdução
(Erasable Programmable ROM - ROM Apagável e Programável) foi
inventada pelo engenheiro Dov Frohman.
Uma EPROM , ou erasable programmable read-only memory , é um tipo de dispositivo de memória de computador não-volátil , isto é, mantém seus dados quando a energia é desligada. Uma EPROM é programada por um dispositivo eletrônico que fornece tensões maiores do que as usadas normalmente na alimentação do dispositivo. Uma vez programada, uma EPROM pode ser apagada apenas por exposição a uma forte luz ultravioleta (comprimento de onda entre 0,2 a 0,4 microns). EPROMs são facilmente reconhecíveis pela janela transparente no topo do pacote, pela qual o chip de silício pode ser visto (Fig.6), e por onde passa luz ultravioleta durante o apagamento. O processo de apagamento dura de 10 a 30 minutos.
Figura 6. EPROMS e a pequena janela de quartzo para a passagem da luz ultravioleta durante o apagamento.
Uma EPROM programada mantém seus dados por aproximadamente dez a vinte anos e pode ser lida ilimitadas vezes. A janela de apagamento tem que ser mantida coberta para evitar apagamento acidental pela luz do sol. Antigos chips de BIOS (Basic Input/Output Systems) de PC usavam EPROMs, e a janela de apagamento era
frequentemente coberta com um adesivo contendo o nome do produtor da BIOS, a revisão da BIOS, e um aviso de copyright (Fig.6a).
Figura 6a .Microcontrolador 8749 que armazena seu programa em uma EPROM.
Antes da era da memória flash, alguns microcontroladores frequentemente, usavam EPROM para armazenar seus programas. Este procedimento é útil para desenvolvimentos de projetos, possibilitanto que os dispositivos programáveis sejam programados várias vezes, facilitanto a depuração do projeto.
Para se programar uma EPROM, é necessário utilizar um equipamento conhecido como Programador, que são encontrados em empresas epecializadas ou pode-se fazer um programador do tipo caseiro.
Existem EPROMs em vários tamanhos (físicos) e de capacidade de armazenamento, ver tabela 2: Tabela 2- Memórias EPROMs comerciais
Tipo de EPROM Tamanho - bits
Tamanho - bytes
Tamanho (hex)
Último endereço (hex) 2716, 27C16 16 kbit 2KBytes 800 007FF 2732, 27C32 32 kbit 4KBytes 1000 00FFF 2764, 27C64 64 kbit 8KBytes 2000 01FFF 27128, 27C128 128 kbit 16KBytes 4000 03FFF 27256, 27C256 256 kbit 32KBytes 8000 07FFF 27512, 27C512 512 kbit 64KBytes 10000 0FFFF 27C010, 27C100 1Mbit 128KBytes 20000 1FFFF 27C020 2 Mbit 256 kbytes 40000 3FFFF 27C040 4 Mbit 512 kbyte 80000 7FFFF
NOTA: As séries de EPROMs 27x contendo um C no nome são baseadas em CMOS, sem o C são NMOS
2- Células de Armazenamento
Na figura7 mostra-se uma célula de uma EPROM. As células de armazenamento em uma EPROM são transistor MOS com porta de sílicio sem conexão (flutuante). No estado normal, o transistor está desligado e a célula armazena 1 lógico. O transistor
EEPROM
1-Introdução
Uma EEPROM (de E lectrically- E rasable P rogrammable R ead- O nly M emory ) é um chip de armazenamento não-volátil usado em computadores e outros aparelhos. Ao contrário de uma EPROM, uma EEPROM pode ser programada e apagada várias vezes, eletricamente e ainda isoladamente por palavras de dados (bytes individuais) sem necessidade de reprogramção total.Este fato faz com que as alterações sejam efetuadas pelo próprio sistema no qual a memória esteja inserida. Pode ser lida um número ilimitado de vezes, mas só pode ser apagada e programada um número limitado de vezes, que variam entre as 100.000 e 1 milhão. A memória flash é uma variação moderna da EEPROM, mas existe na indústria uma convenção para reservar o termo EEPROM para as memórias de escrita bit a bit, não incluindo as memórias de escrita bloco a bloco, como as memórias flash. As EEPROM necessitam de maior área que as memórias flash, porque cada célula geralmente necessita de um transístor de leitura e outro de escrita, ao passo que as células da memória flash só necessitam de um.
Dispositivos da série MAX7000S como o EPM7128SLC84-7 de média densidade, tem internamente elementos de uma EEPROM .Este dispositivo apresenta as seguintes características:
- PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier )-package de 84 pinos;
- 128 macrocélulas onde cada macrocélula tem um array de AND programável/OR fixa;registrador reconfigurável com clock independente programável, clock enable, clear e funções preset.
- Capacidade de 2500 gates;
- Arquitetura simples, ideal para projetos introdutórios, funções lógicas combinatoriais e sequenciais;
- Tensão de alimentação de 5,0 e 3,3V;
- Reprogramável no sistema;
- Compatível PCI^2 ;
- Apresenta alta velocidade (tp=5ns)
(^2) Barramento PCI (Peripheral Component Interconnect) surgiu no início de 1990(Intel). Tem
como características a capacidade de transferir dados a 32 bits e clock de 33 MHz, especificações estas que tornaram o padrão capaz de transmitir dados a uma taxa de até 132 MB por segundo. Os slots PCI são menores que os slots ISA(Industry Standard Architecture) padrão anterior a este, assim como os seus dispositivos.
Memória Flash
1-Introdução
As memórias Flash foram uma resposta da indústria às memórias EPROM e EEPROM, que oferecem as vantagens destas memórias sem o alto custo, apresentando as seguintes características:
- Não-Volátil
- Apagável e escrita feitos eletricamente como as EEPROMS
- Apagável eletricamente total ou por setor, no circuito
- Grande Densidade
- Alta Velocidade de Acesso (igual a EPROM e a EEPROMs)
- Baixo custo
A Memória Flash é uma memória de computador do tipo EEPROM que permite que múltiplos endereços sejam apagados ou escritos numa só operação. Trata-se de um dispositivo reprogramável e ao contrário de uma RAM, preserva o seu conteúdo sem a necessidade de fonte de alimentação. Esta memória é comumente usada em cartões de memória drives flash, USB e em iPod. Também vem sendo chamada de disco sólido pelas suas perspectivas de uso, não somente devido a sua maior resistência quando comparada aos discos rígidos atuais, mais por apresentar menor consumo, maiores taxas de transferência, latências e peso muito mais baixos. Chega a utilizar apenas 5% dos recursos normalmente empregados na alimentação de discos rígidos. Já é utilizado em notebooks, o que será expandido para a versão desktop nos próximos 5 anos.
2. A Célula
A célula de uma memória Flash é semelhante à célula de uma EPROM, e é constuída por um único transistor. Na memória Flash , uma fina camada de óxido de sílicio forma a porta (gate) do transistor, permitindo apagar eletricamente a memória e uma maior densidade que as EEPROMs, com um custo menor. A Figura 9 compara os dois tipos de células de memória, onde a camada de óxido entre a porta e o substrato na célula Flash é 100 Angstroms, aproximadamente, e na EPROM é maior que 150 Angstroms.
Figura 9- Célula Flash e Célula EPROM
lógico da linha de seleção de palavra (worldline). Quando uma célula apagada tem a linha de seleção de palavra (wordline) colocada no nível lógico 1 durante uma leitura, o transistor conduzirá mais corrente que uma célula escrita, fornecendo saída lógica 1.
3- Circuito Integrado (CI) - Memória Flash CMOS A28F256A
É mostrado na figura 12, o símbolo lógico para o CI da memória Flash, CMOS A28F256A (DIP-dual-in-line), da Intel , cuja capacidade é 32K X 8-palavrasXbits.
Figura12- Pinagem do dispositivo 28F256A
As funções executadas por cada pino do diagrama acima estão indicadas na tabela 3.
Tabela 3-Pinagem e função dos pinos.
Diagrama Funcional ou diagrama de blocos para a memória Flash A28F256A ( Figura 13 ).
Todas as operações associadas com alterações no conteúdo da memória - identificador inteligente, apagar, verificação de apagar, programar e verificação de programa - são acessadas através do registrador de comando , interno à memória.
Figura13- Diagrama de blocos para a memória Flash A28F256A.
Tabela 5- Definições dos comandos - memória Flash A28F256A
4-Aplicações
In consumer devices, Flash memory is widely used in:
- Notebook computers • Personal computers
- Personal Digital Assistants (PDAs) • Digital cameras
- Global Positioning Systems (GPS) • Cell phones
- Solid-state music players such as • Electronic musical instruments MP3 players • Television set-top boxes
Flash memory is also used in many industrial applications where reliability and data retention in power-off situations are key requirements, such as in:
- Security systems • Military systems
- Embedded computers • Solid-state disk drives
- Networking and communication products • Wireless communication devices
- Retail management products • Medical products (e.g., handheld scanners)
Flash Card or USB Flash Drive Capacity Some of a Flash storage device’s listed capacity is used for formatting and other functions and thus is not available for data storage. When a Flash storage device is manufactured, steps are taken to ensure that the device operates reliably and to permit the host device (computer, digital camera, PDA, cell phone, etc.) to access the memory cells — i.e., to store and retrieve data on the Flash storage device. These steps — loosely called “formatting” — utilize some of the memory cells within the device and thus reduce the capacity available for data storage by the end user. Formatting includes the following operations:
- Testing each memory cell in the Flash storage device.
- Identifying all defective cells and taking steps to ensure that no data will be written to or read from a defective cell. 2
Cartão de memória
Cartão de memória ou cartão de memória flash é um dispositivo de armazenamento de dados com memória flash utilizado em videogames, câmeras digitais, telefones celulares, palms/PDAs, MP3 players, computadores e outros aparelhos eletrônicos. Podem ser regravados várias vezes, não necessitam de eletricidade para manter os dados armazenados, são portáteis e suportam condições de
uso e armazenamento mais rigorosos que outros dispositivos baseados em peças móveis.
Figura 14- Modelos de cartões de memória.Em sentido horário a partir do topo, CompactFlash, xD-Picture Card, MultiMediaCard e Secure Digital Card.
Tabela 6- Alguns formatos para cartões de memória Nome Acrónimo Dimensões DRM PC Card PCMCIA 85,6 × 54 × 3,3 mm CompactFlash I CF-I 43 × 36 × 3,3mm CompactFlash II CF-II 43 × 36 × 5,5mm SmartMedia SMC 45 × 37 × 0,76mm Memory Stick MS 50 × 21,5 × 2,8mm MagicGate Memory Stick Duo MS Duo 31 × 20 × 1,6mm MagicGate Memory Stick Micro M2 15 × 12,5 × 1,2mm MagicGate MultiMediaCard MMC 32 × 24 × 1,5mm Reduced Size MultiMediaCard RS-MMC 16 × 24 × 1,5mm MMCmicro Card MMCmicro 12 × 14 × 1,1mm Secure Digital Card SD 32 × 24 × 2,1mm CPRM miniSD miniSD 21,5 × 20 × 1,4mm CPRM microSD μSD 11 × 15 × 1mm CPRM xD-Picture Card xD 20 × 25 × 1,7mm
Memory cards
Com advento dos jogos distribuídos em discos óticos, os consoles de video game adotaram como solução de armazenamento de dados os cartões de memória, conhecidos
semelhança de um isqueiro ou chaveiro e uma ligação USB tipo A, permitindo a sua conexão a uma porta USB de um computador. Uma vez encaixado na porta USB, o Flash Drive aparece como um disco removível, similar a um disco rígido ou disquete. As capacidades de armazenamento são 64 MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB, 1 GB a 64 GB. A velocidade de transferência de dados pode variar dependendo do tipo de entrada:
- USB 1.1: 1,5 a 12 Mbits/s;
- USB 2.0: Apesar do USB 2.0 poder transferir dados até 480 Mbit/s, as flash drives estão limitadas pela largura de banda da memória nelas contida, com uma velocidade máxima real de, aproximadamente, 100 Mbits/s. Em condições ideais as memórias flash podem armazenar informação durante 10 anos.
Figura 17- Memória USB Flash Drive Figura 18- Pen Drive da Toshiba, de 1 GB
Figura19- Aparência interna do USB Flash Drive
Alguns fabricantes de memórias flash são: Imation, Kingston, Corsair, SanDisk, HP, Sony, Markvision, Extralife , LG e Toshiba.
Em computadores com sistema operacional Windows XP ou com as versões recentes do Linux ou MacOS, os flash drives são reconhecidos automaticamente como dispositivos de armazenamento removível. Em sistemas operacionais mais antigos (como o Windows 98) é necessário instalar um pacote de software denominado "device driver", específico para o dispositivo utilizado, que permite ao sistema operacional reconhecê-lo. Há alguns "device drivers" anunciados como genéricos ou universais para Windows 98, mas nem sempre funcionam perfeitamente com qualquer dispositivo. Alguns modelos podem reproduzir música MP3 e sintonizar FM. Em contrapartida, são um pouco mais caros, volumosos e pesados ( por causa do peso da pilha), e utilizam uma pilha interna (geralmente no tamanho de uma pilha AAA ).
Existe normalmente quatro partes de uma drive flash:
Componentes essenciais
- Conector USB macho do tipo A – Interface com o computador
- Controlador USB Mass Storage – Acesso à memória flash
- NAND flash – Armazena a informação
- Oscilador de cristal – Produz um sinal de relógio com 12 MHz, que é usado para ler ou enviar dados a cada pulso
Componentes opcionais Alguns drivers podem também incluir:
- Jumpers e pinos de teste – Para testes durante a sua produção
- LEDs – Que indicam quando se está a ler ou a escrever no drive
- Interruptor de modo de escrita – Para que não se possa apagar algo do dispositivo
- Reconhecedor de inpressão digital - Para que nenhuma pessoa não autorizada utilize o dispositivo.
Figura 20- Componentes internos de um pen drive típico. (Na foto um da marca Seite USB1.1)
