Las computadoras y otros tipos de sistemas requieren el almacenamiento permanente o semipermanente de un gran número de datos binarios. Los sistemas basados en microprocesadores necesitan de la memoria para almacenar los programas y datos generados durante el procesamiento y disponer de ellos cuando sea necesario.
Las modernas técnicas de circuitos integrados permiten combinar miles e incluso millones de puertas dentro de un solo encapsulado. Esto ha llevado a la fabricación de diseños más complejos como los dispositivos lógicos programables, memorias y microprocesadores, que proporcionan dentro de un solo chip circuitos que requieren gran cantidad de componentes discretos.
Las memorias son dispositivos de almacenamiento de datos binarios de largo o corto plazo .La memoria es un componente fundamental de las computadoras digitales y está presente en gran parte de los sistemas digitales. La memoria de acceso aleatorio (RAM, random access memory) almacena datos temporalmente, la memoria de sólo lectura (ROM, Read only memory) los guarda de manera permanente. La ROM forma parte del grupo de componentes llamados dispositivos lógicos programables (PLD, programmable logic devices), que emplean la información almacenada para definir circuitos lógicos.
Dispositivos que son capaces de proveer el medio físico para almacenar esta información. Y aunque esta es su tarea fundamental (más del 90 % de las memorias se dedican a este fin) también se pueden utilizar para la implementación de circuitos combinacionales y pueden sustituir la mayor parte de la lógica de un sistema.
Los chips LSI pueden programarse para realizar funciones específicas. Un dispositivo lógico programable (PLD) es un chip LSI que contiene una estructura de circuito "regular", pero que permite al diseñador adecuarlo para una aplicación específica. Cuando un PLD típico deja la fábrica de IC, aún no está listo para una función específica, sino que debe ser programado por el usuario para que realice la función requerida en una aplicación particular. Los chips con la mayor funcionalidad por unidad de área han sido los chips de memoria, que contienen arreglos rectangulares de celdas de memoria. Uno de los PLD es el chip "de memoria de sólo lectura". En una primera clasificación, se puede distinguir entre memorias de almacenamiento masivo, caracterizadas por ser memorias baratas y lentas, y memorias semiconductoras o memorias de estado sólido, más caras y rápidas. En las primeras, la prioridad es disponer de una gran capacidad de almacenamiento, como ocurre en los discos duros, en tanto que en las segundas, la prioridad es disponer de velocidades de acceso rápidas compatibles con la mayor capacidad de almacenamiento posible Que son las habitualmente utilizadas como memorias de almacenamiento de programa y de datos en la mayoría de las aplicaciones. Que ofrece cada tipo de memoria así como las tecnologías de fabricación, que han permitido un espectacular avance en las velocidades y escalas de integración en los últimos años.
Podemos considerar una memoria como un conjunto de M registros de N bits cada uno de ellos. Estos registros ocupan las posiciones desde el valor 0 hasta M-1. Para acceder a cada registro es necesaria una lógica de selección. En general, para cada registro se pueden realizar procesos de lectura y de escritura. Para realizar todas estas operaciones son necesarios los siguientes terminales Terminales de datos (de entrada y de salida). En nuestro caso son necesarios N terminales:
Terminales de direcciones, son necesarios m, de tal forma de 2m=M
Terminales de control. Son los que permiten especificar si se desa realizar una operación de escritura o de lectura, seleccionar el dispositivo.
/CS (Chip select): Es el terminal de selección de chip (habitualmente es activo con nivel bajo.
1 Las primeras son las relacionadas con nuestros conocidos discos de ordenador, y las últimas están abriendo en la actualidad un atractivo abanico de posibilidades: desde los discos magnetoópticos hasta las memorias holográficas.
R/W (Read/Write): Selecciona el modo de operación (lectura o escritura) sobre la
memoria. habitualmente con valor bajo es activo el modo de escritura.
OE (Output Enable). Controla el estado de alta impedancia de los terminales de salida del dispositivo.
- INTRODUCCIÓN
Es una memoria de sólo lectura que se programan mediante máscaras. Es decir, el contenido de las celdas de memoria se almacena durante el proceso de fabricación para mantenerse después de forma irrevocable. Desde el instante en que el fabricante grabo las instrucciones en el Chip, por lo tanto la escritura de este tipo de memorias ocurre una sola vez y queda grabado su contenido aunque se le retire la energía.
Se usa para almacenar información vital para el funcionamiento del sistema: en la gestión del proceso de arranque, el chequeo inicial del sistema, carga del sistema operativo y diversas rutinas de control de dispositivos de entrada/salida suelen ser las tareas encargadas a los programas grabados en ROM. Estos programas forman la llamada BIOS (Basic Input Output System). Junto a la BIOS se encuentra el chip de CMOS donde se almacenan los valores que determinan la configuración hardware del sistema, como tipos de unidades, parámetros de los discos duros, fecha y hora del sistema… esta información no se pierde al apagar la computadora. Estos valores se pueden modificar por medio del SETUP.
La memoria ROM constituye lo que se ha venido llamando Firmware, es decir, el software metido físicamente en hardware. De cara a los fines del usuario es una memoria que no sirve para la operación de su programa, sólo le aporta mayores funcionalidades (información) del equipo.
Si tenemos idea de cómo se fabrican los circuitos integrados, sabremos de donde viene el nombre. Estos se fabrican en obleas (placas de silicio) que contienen varias decenas de chips. Estas obleas se fabrican a partir de procesos fotoquímicos, donde se impregnan capas de silicio y oxido de silicio, y según convenga, se erosionan al exponerlos a la luz. Como no todos los puntos han de ser erosionados, se sitúa entre la luz y la oblea una mascara con agujeros, de manera que donde deba incidir la luz, esta pasará. Con varios procesos similares pero más complicados se consigue fabricar los transistores y diodos micrométricos que componen un chip. El elevado coste del diseño de la máscara sólo hace aconsejable el empleo de los microcontroladores con este tipo de memoria cuando se precisan cantidades superiores a varios miles de unidades.
Los PCs vienen con una cantidad de ROM, donde se encuentras los programas de BIOS (Basic Input Output System), que contienen los programas y los datos necesarios para activar y hacer funcionar el computador y sus periféricos.
La ventaja de tener los programas fundamentales del computador almacenados en la ROM es que están allí implementados en el interior del computador y no hay necesidad de cargarlos en la memoria desde el disco de la misma forma en que se carga el DOS. Debido a que están siempre residentes, los programas en ROM son muy a menudo los cimientos sobre los que se construye el resto de los programas (incluyendo el DOS).
Estas memorias, cuyo nombre procede de las iniciales de Read Only Memory son solo de lectura. Dentro de un proceso de elaboración de datos de una computadora, no es posible grabar ningún dato en las memorias ROM. Son memorias perfectas para guardar microprogramas, sistemas operativos, tablas de conversión, generación de caracteres etc.
Las características fundamentales de las memorias ROM son:
1. Alta densidad: la estructura de la celda básica es muy sencilla y permite altas integraciones.
2. No volátiles: el contenido de la memoria permanece si se quita la alimentación.
3. Coste: dado que la programación se realiza a nivel de máscaras durante el proceso de fabricación, resultan baratas en grandes tiradas, de modo que el coste de fabricación se reparte en muchas unidades y el coste unitario es baja.
4. Sólo lectura: únicamente son programables a nivel de máscara durante su fabricación.
Su contenido, una vez fabricada, no se puede modificar.
Hay muchos tipos de ROM:
Una ROM puede estar fabricada tanto en tecnología bipolar como MOS.
La figura muestra celdas ROM bipolar. La presencia de una unión desde una línea de fila a la base de un transistor representa un ‘1’ en esa posición. En las uniones
fila/columna en las que no existe conexión de base, las líneas de la columna
permanecerán a nivel bajo (‘0’) cuando se direccione la fila.
La figura 5.15 muestra celdas ROM con transistores MOS. Básicamente son iguales que las anteriores, excepto que están fabricadas con MOSFETs.
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- MEMORIA ROM (READ ONLY MEMORY)
Una alternativa para proyectos pequeños es el uso de una de las memorias de sólo lectura programables o PROM (programmable read only memories), memoria basada en semiconductores que contiene instrucciones o datos. Éstas existen en muchas variantes, pero todas permiten que el usuario programe el dispositivo por si mismo, ahorrándose el alto costo de la producción de la máscara. En la PROM (programable ROM), o memoria programable de sólo lectura los contenidos pueden ser leídos pero no modificados por un programa de usuario. Sus contenidos no se construyen, como la ROM, directamente en el procesador cuando éste se fabrica, sino que se crean por medio de un tipo especial "programación", ya sea por el fabricante, o por especialistas técnicos de programación del usuario. El proceso de programación es destructivo: una vez grabada, es como si fuese una ROM normal.
Las operaciones muy importantes o largas que se habían estado ejecutando mediante programas, se pueden convertir en microprogramas y grabarse permanentemente en una pastilla de memoria programable sólo de lectura. Una vez que están en forma de circuitos electrónicos, estas tareas se pueden realizar casi siempre en una fracción del tiempo que requerían antes. La flexibilidad adicional que se obtiene con la PROM puede convertirse en una desventaja si en la unidad PROM se programa un error que no se puede corregir. Para superar esta desventaja, se desarrolló la EPROM, o memoria de solo lectura reprográmale.
Las prestaciones de las memorias PROM son similares a las anteriores, con la única salvedad del proceso de programación. La escritura de la memoria PROM tiene lugar fundiendo los fusibles necesarios por lo que la memoria PROM solo puede ser programada una vez. Ahora la hace el usuario usando un equipo programador y, además, se rompe con la dependencia de la fábrica y los enormes costes de las máscaras.
MÉTODO DE PROGRAMACIÓN DE LA MEMORIA PROM
Para conseguir que la información que se desea grabar sea inalterable, se utilizan dos técnicas: por destrucción de fusible o por destrucción de unión.
La idea es básicamente la misma que las ideas ROM convencionales, pero en este caso todas las celdas tienen diodos, por lo cual la memoria viene programada de fábrica con todos 1. Cada diodo tiene conectado un fusible, cuya funcionalidad es similar a la que podemos ver en fuentes de alimentación o estabilizadores de tensión: cuando se produce una sobretensión, el fusible se quema y, por lo tanto, el circuito se abre. De esta manera, el diodo pierde contacto con el mundo exterior y el lector de memoria nunca sabe de su existencia, así que a esa celda la interpreta como un cero. Por lo tanto para programar un chip de memoria PROM; con un dispositivo llamado programador (por cierto, un nombre muy original xD), se les aplica a las celdas correspondientes una tensión superior a la que son capaces de soportar los fusibles, y así quedan definidos todos los bits de la memoria en cuestión. Como podemos ver, este tipo de memorias tiene una falencia: no pueden ser reprogramadas.
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La pastilla es insertada en un dispositivo que genera en las salidas de la ROM (usadas como entradas) los valores lógicos de cada palabra. Para cada posición, se genera un pulso de hasta 30V por la entrada Vpp=Vcc, que produce una circulación de corrientes que funden delgadas conexiones fusibles en serie con diodos o transistores que se quiere desconectar. Así se obtienen los ceros que deben resultar en las salidas, dado que el chip "virgen" viene con todos los diodos conectados. Este proceso dura pocos minutos.
El proceso de programación de una PROM generalmente se realiza con un equipo especial llamado quemador. Este equipo emplea un mecanismo de interruptores electrónicos controlados por software que permiten cargar las direcciones, los datos y genera los pulsos para fundir los fusibles del arreglo interno de la memoria. En la figura se indica de forma esquemática la función del programador.
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Programación de un PROM
ARQUITECTURA DE LA PROM
Estructura básica de un PLD
Un dispositivo programable por el usuario es aquel que contiene una arquitectura general pre-definida en la que el usuario puede programar el diseño final del dispositivo empleando un conjunto de herramientas de desarrollo. Las arquitecturas generales pueden variar pero normalmente consisten en una o más matrices de puertas AND y OR para implementar funciones lógicas. Muchos dispositivos también contienen combinaciones de flip-flops y latches que pueden usarse como elementos de almacenaje para entrada y salida de un dispositivo. Los dispositivos más complejos contienen macrocélulas. Las macrocélulas permiten al usuario configurar el tipo de entradas y salidas necesarias en el diseño
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior Las PROM son memorias programables de sólo lectura. Aunque el nombre no implica la lógica programable, las PROM, son de hecho lógicas. La arquitectura de la mayoría de las PROM consiste generalmente en un número fijo de términos AND que alimenta una matriz programable OR. Se usan principalmente para decodificar las combinaciones de entrada en funciones de salida.
- Las Aplicaciones más importantes:
- Microprogramación
- Librería de subrutinas
- Programas de sistema
- Tablas de función
- MEMORIA PROM (PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORIES)
Las EPROM, o Memorias sólo de Lectura Reprogramables, se programan mediante impulsos eléctricos y su contenido se borra exponiéndolas a la luz ultravioleta (de ahí la ventanita que suelen incorporar este tipo de circuitos), de manera tal que estos rayos atraen los elementos fotosensibles, modificando su estado.
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– Vista de la Ventanita de una EPROM –
PROGRAMACIÓN DE UNA MEMORIA EPROM
Las EPROM se programan insertando el chip en un programador de EPROM. y aplicando en un pin especial de la memoria una tensión entre 10 y 25 Voltios durante aproximadamente 50 ms, según el dispositivo, al mismo tiempo se direcciona la posición de memoria y se pone la información a las entradas de datos. Este proceso puede tardar varios minutos dependiendo de la capacidad de memoria.
La memoria EPROM, se compone de un arreglo de transistores MOSFET de Canal N de compuerta aislada. En la figura se observa el transistor funcionando como celda de memoria en una EPROM.
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Celda de memoria de una EPROM
Cada transistor tiene una compuerta flotante de SiO2 (sin conexión eléctrica) que en estado normal se encuentra apagado y almacena un 1 lógico. Durante la programación, al aplicar una tensión (10 a 25V) la región de la compuerta queda cargada eléctricamente, haciendo que el transistor se encienda, almacenando de esta forma un 0 lógico. Este dato queda almacenado de forma permanente, sin necesidad de mantener la tensión en la compuerta ya que la carga eléctrica en la compuerta puede permanecer por un período aproximado de 10 años.
Las EPROMs también emplean transistores de puerta dual o FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection Metal-Oxide Semiconductor) de cargas almacenadas.
Estos transistores son similares a los transistores de efecto de campo (FETs) canal-P, pero tienen dos compuertas. La compuerta interior o flotante esta completamente rodeada por una capa aislante de dióxido de silicio; la compuerta superior o compuerta de control es la efectivamente conectada a la circuitería externa.
Inicialmente, la puerta flotante esta descargada, y el transistor se comporta como un transistor MOS normal. No obstante, mediante un equipo programador, se puede acumular carga en la puerta flotante aplicando una sobre tensión a la puerta y al drenador del transistor. Esta acumulación de electrones en la segunda puerta tiene el efecto de aumentar la umbral del transistor a un valor tal que no conduce aunque se direccione la celda. Así pues la cantidad de carga eléctrica almacenada sobre la compuerta flotante determina que el bit de la celda contenga un 1 o un 0;
las celdas cargadas son leídas como un 0, mientras que las que no lo están son leídas como un 1. Tal como las EPROMs salen de la fábrica, todas las celdas se encuentran descargadas, por lo cual el bit asociado es un 1; de ahí que una EPROM virgen presente el valor hexadecimal FF en todas sus direcciones.
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Cuando un dado bit de una celda debe ser cambiado o programado de un 1 a un 0, se hace pasar una corriente a través del canal de transistor desde la fuente hacia la compuerta (obviamente, los electrones siguen el camino inverso). Al mismo tiempo se aplica una relativamente alta tensión sobre la compuerta superior o de control del transistor, creándose de esta manera un campo eléctrico fuerte dentro de las capas del material semiconductor.
Ante la presencia de este campo eléctrico fuerte, algunos de los electrones que pasan el canal fuente-compuerta ganan suficiente energía como para formar un túnel y atravesar la capa aislante que normalmente aísla la compuerta flotante. En la medida que estos electrones se acumulan en la compuerta flotante, dicha compuerta toma carga negativa, lo que finalmente produce que la celda tenga un 0.
Recordemos que son memorias de acceso aleatorio, generalmente leídas y eventualmente borradas y reescritas.
Una vez grabada una EPROM con la información pertinente, por medio de un dispositivo especial que se explicará luego, la misma es instalada en el sistema correspondiente donde efectivamente será utilizada como dispositivo de lectura solamente. Eventualmente, ante la necesidad de realizar alguna modificación en la información contenida o bien para ser utilizada en otra aplicación, la EPROM es retirada del sistema, borrada mediante la exposición a luz ultravioleta con una longitud de onda de 2537 Angstroms (unidad de longitud por la cual 1 A = 10-10 m), programada con los nuevos datos, y vuelta a instalar para volver a comportarse como una memoria de lectura solamente. Por esa exposición para su borrado es que es encapsulada con una ventana transparente de cuarzo sobre la pastilla o "die" de la EPROM.
Es atinente aclarar que una EPROM no puede ser borrada parcial o selectivamente; de ahí que por más pequeña que fuese la eventual modificación a realizar en su contenido, inevitablemente se deberá borrar y reprogramar en su totalidad.
Los tiempos medios de borrado de una EPROM, por exposición a la luz ultravioleta, oscilan entre 10 y 30 minutos.
Con el advenimiento de las nuevas tecnologías para la fabricación de circuitos integrados, se pueden emplear métodos eléctricos de borrado. Estas ROM pueden ser borradas sin necesidad de extraerlas de la tarjeta del circuito. Además de EAPROM suelen ser denominadas RMM (Read Mostly Memories), memorias de casi-siempre lectura, ya que no suelen modificarse casi nunca, pues los tiempos de escritura son significativamente mayores que los de lectura.
Las memorias de sólo lectura presentan un esquema de direccionamiento similar al de las memorias RAM. El microprocesador no puede cambiar el contenido de la memoria ROM.
Entre las aplicaciones generales que involucran a las EPROM debemos destacar las de manejo de sistemas microcontrolados. Todo sistema microcontrolado y/o microprocesado (se trate de una computadora personal o de una máquina expendedora de boletos para el autotransporte…) nos encontraremos con cierta cantidad de memoria programable por el usuario (la RAM), usualmente en la forma de dispositivos semiconductores contenidos en un circuito integrado (no olvidemos que un relay biestable o un flip-flop también son medios de almacenamiento de información).
Estos dispositivos semiconductores integrados están generalmente construidos en tecnología MOS (Metal-Oxide Semiconductor, Semiconductor de Oxido Metálico) o -más recientemente- CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconducto o Semiconductor de Oxido Metálico Complementario). Lamentablemente, estos dispositivos RAM adolecen de un ligero inconveniente, que es, como ya se ha comentado, su volatibilidad.
Dado que cualquier sistema microprocesado requiere de al menos un mínimo de memoria no volátil donde almacenar ya sea un sistema operativo, un programa de aplicación, un lenguaje intérprete, o una simple rutina de "upload", es necesario utilizar un dispositivo que preserve su información de manera al menos semi-permanente. Y aquí es donde comienzan a brillar las EPROMs.
Tal como mencionáramos anteriormente, el proceso de borrado de los datos contenidos en una EPROM es llevado a cabo exponiendo la misma a luz ultravioleta. El punto reside en que la misma contiene fotones (Cuantos de energía electromagnética) de energía relativamente alta.
La familia 2700
Los dispositivos EPROM de la familia 2700 contienen celdas de almacenamiento de bits configuradas como bytes direccionables individualmente. Habitualmente esta organización interna suele denominarse como 2K x 8 para el caso de una 2716, 8k x 8 para una 2764, etc.
Por razones de compatibilidad (tanto con dispositivos anteriores como con dispositivos futuros), la gran mayoría de las EPROMs se ajustan a distribuciones de terminales o "pin-outs" estándar. Para el caso mas usual, que es el encapsulado DIP (Dual In-Line Package) de 28 pines, el estándar utilizado es el JEDEC-28.
En cuanto a la programación de estos dispositivos (si bien conceptualmente obedece siempre a la metodología descripta anteriormente) en realidad existe una relativamente alta variedad de implementaciones prácticas.
Si bien en la actualidad parece haberse uniformado razonablemente, las tensiones de programación varían en función tanto del dispositivo, como del fabricante; así nos encontramos con tensiones de programación (Vpp) de 12,5V, 13V, 21V y 25V.
Lo mismo sucede con otros parámetros importantes que intervienen en el proceso de grabación de un EPROM, como es el caso de la duración de dicho pulso de programación y los niveles lógicos que determinan distintos modos de operación.
PROGRAMADOR/ EMULADOR DE FLASH EPROM
La manera más cómoda, aunque también la más costosa de desarrollar circuitos microcontroladores consiste en simular la parte principal del controlador con la ayuda de un emulador. Una de opciones más baratas consiste en emplear un programa monitor junto con un emulador de memorias EPROM. Desafortunadamente, la mayoría de los programas monitores consumen algunos de los recursos del controlador. Esta seria desventaja se resuelve utilizando el emulador de memorias EPROM, que se comporta básicamente igual que una memoria RAM de un doble puerto: a un lado se encuentra la interfase, como una memoria EPROM, mientras que al otro lado proporciona las señales necesarias para introducir el flujo de datos a la memoria RAM.
Cuando compañías como AMD desarrollaron las memorias EPROM "Flash" con una tensión de programación de 5V y un ciclo de vida que permitía programar la memoria hasta 100.000 veces, se abrieron las puertas a un nuevo modelo de emulador de memorias EPROM. El diseño que se presenta no solo actúa como un emulador con una enorme capacidad de almacenamiento, sino que también funciona como un programador de memorias EPROM "Flash", ahorrándose comprar un sistema exclusivamente dedicado a programar.
Cuando se termine de trabajar con el emulador durante la fase del diseño, se dispondrá en la memoria EPROM "Flash" del código definitivo, que se sacará del emulador y se introducirá en el circuito que se vaya a utilizar en la aplicación. Como los precios de las memorias EPROM "Flash" no son mucho mayores que los de las memorias EPROM convencionales, la ventaja adicional que se ha descrito es sin costo.
Ejemplo de Borrador de una EPROM
Fotografías de algunos borradores de eproms
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- MEMORIA EPROM
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La memoria EEPROM es programable y borrable eléctricamente y su nombre proviene de la sigla en inglés Electrical Erasable Programmable Read Only Memory. Actualmente estas memorias se construyen con transistores de tecnología MOS (Metal Oxide Silice) y MNOS (Metal Nitride-Oxide Silicon).
Las celdas de memoria en las EEPROM son similares a las celdas EPROM y la diferencia básica se encuentra en la capa aislante alrededor de cada compuesta flotante, la cual es más delgada y no es fotosensible.
Las memorias EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) son memorias no volátiles y eléctricamente borrables a nivel de bytes. La posibilidad de programar y borrar las memorias a nivel de bytes supone una gran flexibilidad, pero también una celda de memoria más compleja. Además del transistor de puerta flotante anterior, es preciso un segundo transistor de selección. El tener 2 transistores por celda hace que las memorias EEPROM sean de baja densidad y mayor coste. La programación requiere de tiempos que oscilan entre 157
s y 625
s=byte. Frente a las memorias EPROM, presenta la ventaja de permitir su borrado y programación en placa, aunque tienen mayor coste debido a sus dos transistores por celda.
Estas memorias se presentan, en cuanto a la organización y asignación de patillas, como la UVPROM cuando están organizadas en palabras de 8 bits. Se programan de forma casi idéntica pero tienen la posibilidad de ser borradas eléctricamente. Esta característica permite que puedan ser programadas y borradas "en el circuito".
Debido a que la célda elemental de este tipo de memorias es más complicada que sus equivalentes en EPROM o PROM (y por ello bastante más cara), este tipo de memoria no dispone en el mercado de una variedad tan amplia, y es habitual tener que acudir a fabricantes especializados en las mismas (ejemplo: Xicor).
24LC256
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En cuanto a la forma de referenciar los circuitos, estas memorias suelen comenzar con el prefijo 28, de forma que la 2864 indica una memoria EEPROM de 64Kbytes, equivalente en cuanto a patillaje y modo de operación de lectura a la UVPROM 2764.
Una ventaja adicional de este tipo de memorias radica en que no necesitan de una alta tensión de grabado, sirven los 5 voltios de la tensión de alimentación habitual.
CE = CHIP ENABLE: Permite Activar el Circuito Integrado
OE = OUTPUT ENABLE: Permite Activar La Salida Del Bus De Datos
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La programación y el borrado pueden realizarse sin la necesidad de una fuente de luz UV y unidad programadora de PROM, además de poder hacerse en el mismo circuito gracias a que el mecanismo de transporte de cargas mencionado en el párrafo anterior requiere corrientes muy bajas.
Las palabras almacenadas en memoria se pueden borrar de forma individual.
Para borra la información no se requiere luz ultravioleta.
Las memorias EEPROM no requieren programador.
De manera individual puedes borrar y reprogramar eléctricamente grupos de caracteres o palabras en el arreglo de la memoria.
El tiempo de borrado total se reduce a 10ms en circuito donde su antepasado inmediato requería media hora bajo luz ultravioleta externa.
El tiempo de programación depende de un pulso por cada palabra de datos de 10 ms, versus los 50 ms empleados por una ROM programable y borrable.
Se pueden reescribir aproximadamente unas 1000 veces sin que se observen problemas para almacenar la información.
Para reescribir no se necesita hacer un borrado previo.
Aplicaciones de las Memorias EEPROM
Encontramos este tipo de memorias en aquellas aplicaciones en las que el usuario
necesita almacenar de forma permanente algún tipo de información; por ejemplo en los receptores de TV o magnetoscopios para memorizar los ajustes o los canales de recepción.
EJEMPLO DE MEMORIA EEPROM – 28C64A
Esta memoria tiene una capacidad de 8K X 8 (64 KB).
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EEPROM 28C64A
En la figura se indica la disposición de los pines de esta memoria la cual se encuentra disponible en dos tipos de encapsulados (DIL y PLCC).
- MEMORIA EEPROM (ELECTRICAL ERASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY)
- MEMORIA FLASH
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La memoria FLASH es similar a la EEPROM, es decir que se puede programar y borrar eléctricamente, son de alta densidad (gran capacidad de almacenamiento de bits). Alta densidad significa que se puede empaquetar en una pequeña superficie del chip, gran cantidad de celdas, lo que implica que cuanto mayor sea la densidad, más bits se pueden almacenar en un chip de tamaño determinado. Sin embargo esta reúne algunas de las propiedades de las memorias anteriormente vistas, y se caracteriza por tener alta capacidad para almacenar información y es de fabricación sencilla, lo que permite fabricar modelos de capacidad equivalente a las EPROM a menor costo que las EEPROM.
ESTRUCTURA DE LA MEMORIA FLASH
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Aparte de que las memorias EPROM "Flash" tienen una entrada de escritura, mientras están funcionando se comportan como las EPROM normales. La única diferencia se encuentra en como se cargan y se borran los datos en la memoria. Mientras que durante el proceso de programación de las memorias EPROM convencionales se necesita una tensión bien definida durante cierto intervalo de tiempo, y para borrar el componente hay que exponerlo a luz ultravioleta, en las E.Flash ambos procesos están controlados y se llevan a cabo internamente. Para tal efecto la memoria recibe una secuencia de comandos predefinida (borrar, programar) que incluye algunas precauciones especiales (determinadas por el fabricante) destinadas a evitar que se borre cualquier dato por error.
El comando se transfiere a la memoria EPROM "Flash" mediante una serie de operaciones de escritura. Los dos primeros comandos "Lectura/Reset" preparan la memoria para operaciones de lectura. El comando "Autoselección" permite leer el código del fabricante y el tipo de dispositivo. El comando "Byte" carga el programa dentro de la memoria EPROM, mientras que "Borrar Chip" actúa durante el proceso de borrado, que no dura más de un minuto. Desde el punto de vista lógico podemos afirmar que la memoria EPROM "Flash" está dividida en sectores que se pueden borrar individualmente con la ayuda del comando "Borrar Sector".
Las memorias EPROM "Flash" disponen de otro mecanismo, basado en la división en sectores, que las protege de acciones de escritura o lectura no deseadas. Cuando un sector está protegido de esta forma no se puede realizar una operación de lectura o sobre escritura con una tensión de 5V. Este hecho es muy importante y se debe tener siempre presente cuando se utilicen estos dispositivos. Solamente se puede eliminar esta protección con la ayuda de un programador especial.
Durante el proceso de programación o borrado se puede leer, mediante un comando de acceso en "lectura", el estado de la memoria EPROM "Flash" en la misma posición que el byte de programado o borrado. Mientras se borra un sector se puede leer cualquier dirección que pertenezca al sector.
APLICACIONES DE LA MEMORIA FLASH
La Memoria Flash es ideal para docenas de aplicaciones portátiles. Tomemos como ejemplo las cámaras digitales. Insertando una tarjeta de Memoria Flash de alta capacidad directamente en la cámara, usted puede almacenar cientos de imágenes de alta resolución. Cuando este listo para bajarlas, simplemente retire la tarjeta y transfiérala a su computadora de escritorio o portátil para su procesamiento. Las tarjetas de Memoria Flash se ajustan a entradas Tipo II (con o sin adaptador, dependiendo del tipo de tarjeta Flash). Ahora esta usted listo para cargar en segundos todas las imágenes capturadas para observarlas, manipularlas, enviarlas por correo electrónico o imprimirlas. Ya nunca necesitara comprar rollos para fotografía. Sea cual sea su aplicación o equipo portátil.
Actualmente, los usos de Memoria Flash se están incrementando rápidamente. Ya sean cámaras digitales, Asistentes Digitales Portátiles, reproductores de música digital o teléfonos celulares, todos necesitan una forma fácil y confiable de almacenar y transportar información vital.
Se utilizan en la fabricación de BIOS para computadoras. , generalmente conocidos como FLASH-BIOS. La ventaja de esta tecnología es que permite
actualizar el bios con un software proporcionado por el fabricante, sin necesidad de desmontar el chip del circuito final, ni usar aparatos especiales. Por esto la Memoria Flash se ha convertido en poco tiempo en una de las más populares tecnologías de almacenamiento de datos. Es más flexible que un diskette y puede almacenar hasta 160MB de información. Es más y mucho mas rápida que un disco duro, y a diferencia de la memoria RAM, la Memoria Flash puede retener datos aun cuando el equipo se ha apagado. La Memoria Flash es ideal para docenas de aplicaciones portátiles. Tomemos como ejemplo las cámaras digitales. Insertando una tarjeta de Memoria Flash de alta capacidad directamente en la cámara, usted puede almacenar cientos de imágenes de alta resolución. Cuando este listo para bajarlas, simplemente retire la tarjeta y transfiérala a su computadora de escritorio o portátil para su procesamiento. Las tarjetas de Memoria Flash se ajustan a entradas Tipo II (con o sin adaptador, dependiendo del tipo de tarjeta Flash). Ahora esta usted listo para cargar en segundos todas las imágenes capturadas para observarlas, manipularlas, enviarlas por correo electrónico o imprimirlas. Ya nunca necesitara comprar rollos para fotografía.
EJEMPLO DE MEMORIA FLASH – 27F256
La capacidad de esta memoria es de 32K X 8 y como memoria Flash tiene la característica particular de ser borrada en un tiempo muy corto (1 seg.). El tiempo de programación por byte es de 100 ms y el tiempo de retención de la información es de aproximadamente 10 años.
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Memoria Flash 27F256
En la figura se indica la disposición de los pines de esta memoria con sus características técnicas básicas.
DIFERENCIA ENTRE MEMORIAS EEPROM Y EPROM FLASH
La diferencia de las memorias flash con las EEPROM reside en su velocidad: Son más rápidas en términos de programación y borrado, aunque también necesitan de una tensión de grabado del orden de 12 voltios.
Otra diferencia la encontramos en que en las EEPROM se puede borrar de forma
selectiva cualquier byte, mientras que en las memorias FLASH sólo admite el borrado total de la misma.
Por otra parte esta memorias son bastante más baratas que las EEPROM, debido a que utilizan una tecnología más sencilla y se fabrican con grandes capacidades de
almacenamiento. Un dato puede ser significativo: el tiempo de borrado de un byte es del orden de 100
seg.
TABLA COMPARATIVA ENTRE MEMORIAS
- MEMORIAS PROGRAMABLES
- RESUMEN
MEMORIAS PROGRAMABLES
MEMORIA ROM (READ ONLY MEMORY)
Es una memoria de sólo lectura que se programan mediante máscaras. Es decir, el contenido de las celdas de memoria se almacena durante el proceso de fabricación para mantenerse después de forma irrevocable. Desde el instante en que el fabricante grabo las instrucciones en el Chip, por lo tanto la escritura de este tipo de memorias ocurre una sola vez y queda grabado su contenido aunque se le retire la energía.
Se usa para almacenar información vital para el funcionamiento del sistema: en la gestión del proceso de arranque, el chequeo inicial del sistema, carga del sistema operativo y diversas rutinas de control de dispositivos de entrada/salida suelen ser las tareas encargadas a los programas grabados en ROM. Estos programas forman la llamada BIOS (Basic Input Output System). Junto a la BIOS se encuentra el chip de CMOS donde se almacenan los valores que determinan la configuración hardware del sistema, como tipos de unidades, parámetros de los discos duros, fecha y hora del sistema… esta información no se pierde al apagar la computadora. Estos valores se pueden modificar por medio del SETUP.
La ventaja de tener los programas fundamentales del computador almacenados en la ROM es que están allí implementados en el interior del computador y no hay necesidad de cargarlos en la memoria desde el disco de la misma forma en que se carga el DOS. Debido a que están siempre residentes, los programas en ROM son muy a menudo los cimientos sobre los que se construye el resto de los programas (incluyendo el DOS).
Una ROM puede estar fabricada tanto en tecnología bipolar como MOS.
MEMORIA PROM (PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORIES)
En la PROM (programable ROM), o memoria programable de sólo lectura los contenidos pueden ser leídos pero no modificados por un programa de usuario. Sus contenidos no se construyen, como la ROM, directamente en el procesador cuando éste se fabrica, sino que se crean por medio de un tipo especial "programación", ya sea por el fabricante, o por especialistas técnicos de programación del usuario. El proceso de programación es destructivo: una vez grabada, es como si fuese una ROM normal.
Las operaciones muy importantes o largas que se habían estado ejecutando mediante programas, se pueden convertir en microprogramas y grabarse permanentemente en una pastilla de memoria programable sólo de lectura. Una vez que están en forma de circuitos electrónicos, estas tareas se pueden realizar casi siempre en una fracción del tiempo que requerían antes. La flexibilidad adicional que se obtiene con la PROM puede convertirse en una desventaja si en la unidad PROM se programa un error que no se puede corregir. Para superar esta desventaja, se desarrolló la EPROM, o memoria de solo lectura reprográmale.
Para conseguir que la información que se desea grabar sea inalterable, se utilizan dos técnicas: por destrucción de fusible o por destrucción de unión.
El proceso de programación de una PROM generalmente se realiza con un equipo especial llamado quemador. Este equipo emplea un mecanismo de interruptores electrónicos controlados por software que permiten cargar las direcciones, los datos y genera los pulsos para fundir los fusibles del arreglo interno de la memoria. En la figura se indica de forma esquemática la función del programador.
- Las Aplicaciones más importantes:
- Microprogramación
- Librería de subrutinas
- Programas de sistema
- Tablas de función
MEMORIA EPROM
Las EPROM, o Memorias sólo de Lectura Reprogramables, se programan mediante impulsos eléctricos y su contenido se borra exponiéndolas a la luz ultravioleta (de ahí la ventanita que suelen incorporar este tipo de circuitos), de manera tal que estos rayos atraen los elementos fotosensibles, modificando su estado.
Las EPROM se programan insertando el chip en un programador de EPROM. y aplicando en un pin especial de la memoria una tensión entre 10 y 25 Voltios durante aproximadamente 50 ms, según el dispositivo, al mismo tiempo se direcciona la posición de memoria y se pone la información a las entradas de datos. Este proceso puede tardar varios minutos dependiendo de la capacidad de memoria.
Cuando un dado bit de una celda debe ser cambiado o programado de un 1 a un 0, se hace pasar una corriente a través del canal de transistor desde la fuente hacia la compuerta (obviamente, los electrones siguen el camino inverso). Al mismo tiempo se aplica una relativamente alta tensión sobre la compuerta superior o de control del transistor, creándose de esta manera un campo eléctrico fuerte dentro de las capas del material semiconductor.
Ante la presencia de este campo eléctrico fuerte, algunos de los electrones que pasan el canal fuente-compuerta ganan suficiente energía como para formar un túnel y atravesar la capa aislante que normalmente aísla la compuerta flotante. En la medida que estos electrones se acumulan en la compuerta flotante, dicha compuerta toma carga negativa, lo que finalmente produce que la celda tenga un 0.
Los tiempos medios de borrado de una EPROM, por exposición a la luz ultravioleta, oscilan entre 10 y 30 minutos.
Tal como mencionáramos anteriormente, el proceso de borrado de los datos contenidos en una EPROM es llevado a cabo exponiendo la misma a luz ultravioleta. El punto reside en que la misma contiene fotones (Cuantos de energía electromagnética) de energía relativamente alta.
MEMORIA EEPROM (ELECTRICAL ERASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY)
La memoria EEPROM es programable y borrable eléctricamente y su nombre proviene de la sigla en inglés Electrical Erasable Programmable Read Only Memory. Actualmente estas memorias se construyen con transistores de tecnología MOS (Metal Oxide Silice) y MNOS (Metal Nitride-Oxide Silicon).
Las celdas de memoria en las EEPROM son similares a las celdas EPROM y la diferencia básica se encuentra en la capa aislante alrededor de cada compuesta flotante, la cual es más delgada y no es fotosensible.
Las memorias EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) son memorias no volátiles y eléctricamente borrables a nivel de bytes. La posibilidad de programar y borrar las memorias a nivel de bytes supone una gran flexibilidad, pero también una celda de memoria más compleja. Además del transistor de puerta flotante anterior, es preciso un segundo transistor de selección. El tener 2 transistores por celda hace que las memorias EEPROM sean de baja densidad y mayor coste. La programación requiere de tiempos que oscilan entre 157s y 625
s=byte. Frente a las memorias EPROM, presenta la ventaja de permitir su borrado y programación en placa, aunque tienen mayor coste debido a sus dos transistores por celda.
Una ventaja adicional de este tipo de memorias radica en que no necesitan de una alta tensión de grabado, sirven los 5 voltios de la tensión de alimentación habitual.
LECTURA | 0 | 0 | 1 |
ESCRITURA | 0 | 1 | 0 |
Ventajas de la EEPROM:
Las palabras almacenadas en memoria se pueden borrar de forma individual.
Para borra la información no se requiere luz ultravioleta.
Las memorias EEPROM no requieren programador.
De manera individual puedes borrar y reprogramar eléctricamente grupos de caracteres o palabras en el arreglo de la memoria.
Para reescribir no se necesita hacer un borrado previo.
MEMORIA FLASH
La memoria FLASH es similar a la EEPROM, es decir que se puede programar y borrar eléctricamente, son de alta densidad (gran capacidad de almacenamiento de bits). Alta densidad significa que se puede empaquetar en una pequeña superficie del chip, gran cantidad de celdas, lo que implica que cuanto mayor sea la densidad, más bits se pueden almacenar en un chip de tamaño determinado. Sin embargo esta reúne algunas de las propiedades de las memorias anteriormente vistas, y se caracteriza por tener alta capacidad para almacenar información y es de fabricación sencilla, lo que permite fabricar modelos de capacidad equivalente a las EPROM a menor costo que las EEPROM.
Aparte de que las memorias EPROM "Flash" tienen una entrada de escritura, mientras están funcionando se comportan como las EPROM normales. La única diferencia se encuentra en como se cargan y se borran los datos en la memoria. Mientras que durante el proceso de programación de las memorias EPROM convencionales se necesita una tensión bien definida durante cierto intervalo de tiempo, y para borrar el componente hay que exponerlo a luz ultravioleta, en las E.Flash ambos procesos están controlados y se llevan a cabo internamente. Para tal efecto la memoria recibe una secuencia de comandos predefinida (borrar, programar) que incluye algunas precauciones especiales (determinadas por el fabricante) destinadas a evitar que se borre cualquier dato por error.
Durante el proceso de programación o borrado se puede leer, mediante un comando de acceso en "lectura", el estado de la memoria EPROM "Flash" en la misma posición que el byte de programado o borrado. Mientras se borra un sector se puede leer cualquier dirección que pertenezca al sector.
APLICACIONES DE LA MEMORIA FLASH
La Memoria Flash es ideal para docenas de aplicaciones portátiles. Tomemos como ejemplo las cámaras digitales. Insertando una tarjeta de Memoria Flash de alta capacidad directamente en la cámara, usted puede almacenar cientos de imágenes de alta resolución. Cuando este listo para bajarlas, simplemente retire la tarjeta y transfiérala a su computadora de escritorio o portátil para su procesamiento. Las tarjetas de Memoria Flash se ajustan a entradas Tipo II (con o sin adaptador, dependiendo del tipo de tarjeta Flash). Ahora esta usted listo para cargar en segundos todas las imágenes capturadas para observarlas, manipularlas, enviarlas por correo electrónico o imprimirlas. Ya nunca necesitara comprar rollos para fotografía. Sea cual sea su aplicación o equipo portátil.
Actualmente, los usos de Memoria Flash se están incrementando rápidamente. Ya sean cámaras digitales, Asistentes Digitales Portátiles, reproductores de música digital o teléfonos celulares, todos necesitan una forma fácil y confiable de almacenar y transportar información vital.
TABLA COMPARATIVA ENTRE MEMORIAS
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2000477/lecciones/100301.htm
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2000477/lecciones/100501.htm
http://www.monografias.com/trabajos12/mosscur/mosscur
http://www.zona-warez.com/tutoriales-ingenieria_electrica.html
http://webdiee.cem.itesm.mx/web/servicios/archivo/manuales/micro8051.pdf
http://cactus.fi.uba.ar/crypto/tps/tarje.pdf
http://electronred.iespana.es/electronred/Circuitosintegra.htm
César Arroyo Cabrera
Estudiante de Informática de la Universidad Nacional de Trujillo en Perú