Sistemas Digitais - Tecnologia de Memórias

Tecnologia de Memórias
Memórias são dispositivos que armazenam centenas, milhares e dezenas de milhares de palavras.
A Fig.1 mostra a evolução tecnológica das memórias.


Fig.1-Tecnologia e Hierarquia das Memórias

Em qualquer sistema de computadores existem vários tipos de memórias que empregam diferentes tecnologias e tendo diferentes tempo de acesso(access time).Podemos dizer que a memória de computador pode ser dividida em dois tipos: memória principal e memória de armazenamento de massa ou auxiliar.A memória principal é, em geral rápida, e onde todas instruções e programas são executados.A memória principal é usualmente do tipo memória de acesso aleatório(random-access memory: RAM).

As memórias de acesso aleatório podem ser comparadas com as memórias seriais ou seqüênciais, como discos e fitas, nas quais os dados são disponíveis na mesma seqüência na qual foram originalmente armazenados. Dados e informações que não são frequentemente acessados são geralmente armazenados em memória de superfície móvel como discos magnéticos e fitas.

Outra importante classificação de sistemas de memórias é memória de leitura/escrita ou memória somente de leitura.Memória de leitura/escrita permite que os dados sejam armazenados e recuperados em velociades iguais.Memórias somente de leitura permitem quie os dados sejam lidos em velocidades altas, porém a velocidade de escrita é limitada.

Os circuitos integrados de memórias são ideais para aplicações em circuitos VLSI.Os CIs de memórias sempre representam o estado-da-arte em densidade e nível de integração.

Estrutura de uma Memória Semicondutora de Leitura/Escrita
A menor unidade de memória é chamada uma célula e pode ser usada para armazenar um bit de informação, isto é, 0 lógico ou 1 lógico. Um número determinado de células juntas formam uma palavra e as células de uma palavra são lidas ou escritas ao mesmo tempo.

Para formar uma célula de memória podemos utilizar um latch, conforme mostra a Fig.2, onde cada palavra da memória é composta por duas células. Então, a memória tem 4-palavras e cada palavra tem 2-bits.Assim, a capacidade da memória, é igual a 8-bits, e a organização da memória é 4X2-palavrasXbits.

organizacao
Fig.2

Cada palavra da memória tem uma locação associada a um endereço definido pelos bits de endereço A1A0.

Endereço	Posição
A1A0	Dados
00	Palavra 0
01	Palavra 1
10	Palavra 2
11	Palavra 3

Os endereços são decodificados pelo decodificador de endereços formado pelas portas AND G0, G1, G2 e G3, cujas saídas quando ativas conectam as saídas das células às linhas de bits, preparando a posição para uma operação de leitura ou escrita. As memórias sempre incorporam o decodificador de endereços para limitar o número de pinos da memória.

A memória é habilitada pelo sinal Seleciona-Circuito(CS).Quando CS está inativo, nível baixo, então as chaves operadas por lógica, que ligam as linhas de bits às saídas ou entradas da memória, estão abertas, colocando as saídas/entradas da memória em tri-state, desconectando-a do barramento.

As operações de leitura e escrita são controladas pelo sinal Habilita-Escrita. Quando está no nível baixo as chaves operadas por lógica das entradas I1I0 estão fechadas, conectando I1I0 às linhas de bits.No nível alto, estão fechadas as chaves operadas por lógica das saídas O1O0, colocando as linhas de bits em ligação com as saídas.

As operações de leitura/escrita só podem ser realizadas com a memória habilitada, o pino Seleciona-Circuito no nível ativo.

Terminais Comuns de Entrada-Saída

				Para reduzir a quantidade de pinos na periferia dos CIs de memória são empregados pinos comuns para entrada e saída de dados. Seleciona-Circuito=1 : a chave na linha de bits fecha Leitura/Escrita=0 : S1 fecha, pode-se escrever na memória Leitura/Escrita=1 : S2 fecha, pode-se ler dados da memória
		Fig.3

Organização Interna das Memórias

Estrutura Unidimensional ou Linear
Fig.4				A memória de 16X1 palavrasXbits tem um decodificador de endereços com 16 portas AND de 4 entradas, desde que existem 4-bits de endereços A3A2A1A0. A medida que a memória aumentar a capacidade, a quantidade de bits de endereços cresce, então o decodificador deve aumentar de tamanho, acrescentando mais portas AND com maior número de entradas. É desejável organizar fisicamente as células de armazenamento em um chip de memória em uma matriz quadrada, ou aproximadamente quadrada. Se uma matriz tem 2^M linhas e 2^N colunas, então a capacidade total de armazenamento será igual a 2^M+N. Cada célula de armazenamento está conectada a uma das 2^M linhas, conhecidas como linhas de palavras, e a uma das 2^N colunas, chamadas linhas de dígitos ou linhas de bits. Uma determinada célula é selecionada para leitura ou escrita ativando sua linha de palavra e sua linha de bit. A ativação de uma das 2^M linhas de palavras é realizada pelo decodificador de linhas: este é um circuito lógico combinacional que seleciona(eleva a tensão da) da linha de palavrascujo endereço da M bits é aplicado na entrada do decodificador de linhas.Observe que esta operação ativa todas as células da linha de palavras selecionada. Todos os sinais da linha de palavra selecionada são, então, aplicados para o decodificador de colunas.O decodificador de colunas seleciona o sinal da coluna cujo endereço de N bits é aplicado na entrada do decodificador de colunas. O endereço teria M bits de endereço de linhas e N bits de endereço de colunas.

Estrutura Bidimensional A memória é organizada internamente em linhas e colunas, com um decodificador de linhas e outro decodificador de colunas. Os decodificadores de linhas e de colunas são de 2-entradas e 4-saídas, cada um tem duas portas AND de 2-entradas, reduzindo pela metade a quantidade de portas e de entradas nas portas.
			Fig.5

Terminologia de Memórias
Célula de memória - dispositivo ou circuito elétrico usado para armazenar um único bit (0 ou 1).

Palavra de memória - grupo de bits(células) em uma memória que representa uma instrução ou dados.

Byte - termo especial que designa um arranjo de oito bit.O tamanho de uma palavra pode ser expresso em bits ou em bytes.

Capacidade - especifica quantos bits podem ser armazenados em um dispositivo de memória ou em um sistema de memória completo.A capacidade pode ser expressa em bits ou palavras versus bits por palavra.A capacidade pode ser múltipla de 1K=2¹⁰=1.024(kilo), 1M=2²⁰=1.048.576(mega), 1G=2³⁰=1.073.741.824 (giga).

Densidade - outro termo para designar a capacidade de uma memória.

Endereço - um número que identifica a posição de uma palavra na memória .Cada palavra armazenada em uma memória ou em um sistema de memória tem um endereço único.O endereço pode ser expresso como um número decimal, binário, octal ou hexadecimal.

Operação de Leitura - operação que detecta uma palavra binária armazenada numa determinada posição de memória(endereço) e transfere para outro dispositivo. A operação de leitura é chamada de operação de busca.

Operação de Escrita - operação que coloca uma palavra numa determinada posição(endereço) da memória.A operação de escrita é desiganda como operação de armazenamento.

Tempo de Acesso - intervalo de tempo necessário para realizar uma operação de leitura, ou seja, o tempo entre a aplicação do endereço e os dados serem disponívies nas saídas da memória.Constitui uma medida da velocidade de operação de uma memória.

Memória Volátil - tipo de memória que perde todos os dados armazenados caso a energia de alimentação seja removida.

Memória de Acesso Aleatório(RAM-Random Access Memory) - memória cujo tempo de acesso é o mesmo para qualquer palavra armazenada em qualquer posição.

Memória de Acesso Seqüencial(SAM-Sequential Access Memory) - memória com tempo de acesso que depende da posição de memória(endereço) da palavra.

Memória de Leitura e Escrita(RWM-Read/Write Memory) - qualquer memória que pode ser lida e escrita com mesma facilidade.

Memória Somente de Leitura(ROM-Read-Only Memory) - memória semicondutora cuja razão entre operações de leitura e escrita é muito alta.

Dispositivo de Memória Estática - memória que mantem os dados armazenados enquanto estiver com tensão de alimentação.

Dispositivo de Memória Dinâmica - memória cujos dados armazenados, mesmo com tensão de alimentação presente, precisam ser periodicamente reescritos.

Memória Principal - armazena os dados e instruções que estão sendo acessados pelo processador naquele instante.É chamada memória de trabalho.

Memória Auxiliar - memória que armazena grande quantidade dados externamente à memória principal.

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