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MEMORIAS
SEMICONDUCTORAS Acceso Aleatorio.
Materia: Electrónica Digital
Catedrático: William Argueta
Alumnos:
Javier Antonio Sandoval Lemus SL160858 Wilfredo José Osorio Pérez OP161423
Luis Ernesto Rugamas Granados RG910337 Joel Edgardo Alvarenga Segura AS160719 José Samuel Menjivar Melgar MM160677
MEMORIAS SEMICONDUCTORAS. 1
INDICE
1. Introducción………………………………………………..pág. 2
2. Objetivos…………………………………………………….pág. 3
3. Contenido Memoria DRAM…………………………… pág.4-9
4. Ventajas y desventajas…………………………………. pág.10
4. Conclusiones………………………………………………pág.11
MEMORIAS SEMICONDUCTORAS. 2
Introducción
En el siguiente documento daremos a conocer sobre lo que
son las memorias semiconductoras en este caso las
memorias DRAM, donde se explica que es una memoria
DRAM cuál es su funcionamiento, que tipo de versiones
existen, las aplicaciones donde pueden ser usadas, y cuáles
son sus ventajas y desventajas.
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Objetivos
General:
Presentar un informe sobre las memorias
semiconductoras mediante la información que se tiene
para poder conocer su funcionamiento.
Específicos:
Comprender el funcionamiento de las memorias
DRAM.
Conocer sobre las ventajas y desventajas de esta
tecnología y las aplicaciones donde puede ser usada.
Conocer la historia de las memorias DRAM.
Demostrar los pasos principales para una correcta
lectura de las memorias.
Presentar las aplicaciones de las memorias.
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Memorias semiconductoras:
Acceso Aleatorio
Lectura Y Escritura
Memorias DRAM: DRAM son las siglas de la voz inglesa
Dynamic Random Access Memory, que significa memoria dinámica
de acceso aleatorio (o RAM dinámica), para denominar a un tipo de
tecnología de memoria RAM basada en condensadores, los cuales
pierden su carga progresivamente, necesitando de un circuito
dinámico de refresco que,
cada cierto período, revisa
dicha carga y la repone en
un ciclo de refresco.
En oposición a este
concepto surge el de
memoria SRAM (RAM
estática), con la que se
denomina al tipo de
tecnología RAM basada en semiconductores que, mientras siga
alimentada, no necesita refresco.
Se usa principalmente como módulos de memoria principal RAM de
ordenadores y otros dispositivos. Su principal ventaja es la
posibilidad de construir memorias con una gran densidad de
posiciones y que todavía funcionen a una velocidad alta: en la
actualidad se fabrican integrados con millones de posiciones y
velocidades de acceso medidos en millones de bit por segundo.
El resto de memorias RAM, es volátil, es decir, si se interrumpe la
alimentación eléctrica, la información almacenada se volatiliza. Fue
inventada a finales de los sesenta y es una de las memorias más
usadas en la actualidad.
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La memoria dinámica fue desarrollada en los laboratorios de IBM
pasando por un proceso evolutivo que la llevó de usar 6 transistores
a sólo un condensador y un transistor, como la memoria DRAM que
conocemos hoy. La invención de esta última la hizo Robert Dennard
quien obtuvo una patente norteamericana en 1968 por una memoria
fabricada con un solo transistor de efecto de campo y un
condensador.
Los esfuerzos de IBM estaban encaminados a mejorar sus equipos
de cómputo como por ejemplo la línea System 360: el modelo 25 en
1968 ya incluía un ScratchPad (una especie de Caché controlada por
software) en forma de integrados 5 veces más rápidos que la
memoria principal basada en núcleos de ferrita. Dado el modelo de
negocios de IBM que consistía en vender o arrendar computadores,
un negocio rentable, para IBM el uso de DRAM se reducía a ser el
complemento de la memoria principal basada en núcleos
magnéticos. No hubo interés en comercializar ese tipo de memorias
para otros fabricantes ni tampoco se pensó en usar las tecnologías
de estado sólido tipo SRAM o DRAM para construir la memoria
principal. La empresa Intel fue creada para aprovechar esa
oportunidad de negocios: Gordon Moore, observaba que hace tiempo
la industria de los semiconductores se había estancado, a pesar de
existir potenciales usos de los integrados de silicio como la
fabricación de memorias SRAM y DRAM.
Aunque Intel se inició con memorias SRAM como la i1101 y la i3101,
el primer producto rentable fue el integrado de memoria DRAM i1103
de 1024 bits. El i1103 lanzado en 1970 estaba formado por celdas de
memoria con 3 transistores tipo PMOS y un condensador, estaba
organizado en un arreglo de 32 filas y 32 columnas, empacado en un
encapsulado de 18 pines y con un costo de 1 centavo por bit era un
fuerte competidor para las memorias de núcleo.
La producción y calidad del integrado era difícil de mantener, hecho
que se demostró cuando Intel entregó parte de la producción a otra
empresa llamada Microelectronics Integrated Limited (MIL) que en un
principio pudo obtener mejores resultados que la misma Intel, pero
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después del cambio importante en el proceso de fabricación no fue
capaz de producir.
La memoria i1103 era muy primitiva en comparación a las memorias
DRAM de la actualidad, aun así, se comportaba mejor que la
memoria de núcleo y con un precio menor. A finales de 1971 se había
convertido en el producto dominante para la fabricación de memoria
principal y era usado por 14 entre 18 de los principales fabricantes de
computadores, ganando el mote "core killer"
Reinvención de la memoria DRAM
Para 1973 Intel y otros fabricantes construían y empacaban sus
integrados de memoria DRAM empleando un esquema en el que se
aumentaba un pin por cada vez que se doblaba la capacidad. De
acuerdo a este esquema, un integrado de 64 kilobits tendría 16 pines
solo para las direcciones. Dentro de los costos más importantes para
el fabricante y el ensamblador de circuitos impresos estaba la
cantidad de pines del empaque y en un mercado tan competido era
crucial tener los menores precios. Debido a eso, un integrado con
una capacidad de 16 pines y 4Kb de capacidad fue un producto
apreciado por los usuarios, que encontraban a los integrados de 22
pines, ofrecidos por Intel y Texas Instruments como insumos
costosos.
El lanzamiento de la memoria MK4096 de 4K, con un solo transistor
por celda y con direccionamiento multiplexado resultó del trabajo de
Robert Proebsting quien observo que en las celdas con un solo
transistor, era imposible acceder la información en una posición,
enviando al mismo tiempo los datos de fila y columna a la matriz:
había que enviar las señales una después de la otra. La solución a
nivel de la celda conducía a un ahorro en el empaque, ya que la
dirección podría recibirse en dos etapas, reduciendo la cantidad de
pines usados. Por ejemplo para un integrado de 64 Kb se pasaba de
16 pines dedicados a solo 8 y dos más para señales de control extra.
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La multiplexación en tiempo es un esquema de direccionamiento que
trae muchas ventajas, a costa de unos pocos cambios en el circuito
externo, de manera que se convirtió en un estándar de la industria
que todavía se mantiene. Mucha de la terminología usada en la hoja
de datos del MK4096 todavía se usa y muchos de los parámetros de
temporización como el retardo RAS a CAS fueron instaurados con
ese producto, entre otros aspectos.
Funcionamiento:
La celda de memoria es la unidad
básica de cualquier memoria,
capaz de almacenar un Bit en los
sistemas digitales. La construcción
de la celda define el
funcionamiento de la misma, en el
caso de la DRAM moderna,
consiste en un transistor de efecto
de campo y un condensador. El
principio de funcionamiento básico, es sencillo: una carga se
almacena en el condensador significando un 1 y sin carga un 0. El
transistor funciona como un interruptor que conecta y desconecta al
condensador. Este mecanismo puede implementarse con
dispositivos discretos y de hecho muchas memorias anteriores a la
época de los semiconductores, se basaban en arreglos de celdas
transistor-condensador.
Las celdas en cualquier sistema de memoria, se organizan en la
forma de matrices de dos dimensiones, a las cuales se accede por
medio de las filas y las columnas. En la DRAM estas estructuras
contienen millones de celdas y se fabrican sobre la superficie de la
pastilla de silicio formando áreas que son visibles a simple vista. En
el ejemplo tenemos un arreglo de 4x4 celdas, en el cual las líneas
horizontales conectadas a las compuertas de los transistores son las
llamadas filas y las líneas verticales conectadas a los canales de los
FET son las columnas.
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Para acceder a una posición de memoria se necesita una dirección
de 4 bits, pero en las DRAM las direcciones están multiplexadas en
tiempo, es decir se envían por mitades. Las entradas marcadas como
a0 y a1 son el bus de direcciones y por el mismo entra la dirección
de la fila y después la de la columna. Las direcciones se diferencian
por medio de señales de sincronización llamadas RAS (del inglés
Row Address Strobe) y CAS (Column Address Strobe) que indican la
entrada de cada parte de la dirección.
Los pasos principales para una lectura son:
• Las columnas son precargadas a un voltaje igual a la mitad del
voltaje de 1 lógico. Esto es posible ya que las líneas se comportan
como grandes condensadores, dada su longitud tienen un valor más
alto que la de los condensadores en las celdas.
• Una fila es energizada por medio del decodificador de filas que
recibe la dirección y la señal de RAS. Esto hace que los transistores
conectados a una fila conduzcan y permitiendo la conexión eléctrica
entre las líneas de columna y una fila de condensadores. El efecto es
el mismo que se produce al conectar dos condensadores, uno
cargado y otro de carga desconocida: se produce un balance de que
deja a los dos con un voltaje muy similar, compartiendo las cargas.
El resultado final depende del valor de carga en el condensador de la
celda conectada a cada columna. El cambio es pequeño, ya que la
línea de columna es un condensador más grande que el de la celda.
• El cambio es medido y amplificado por una sección que
contiene circuitos de realimentación positiva: si el valor a medir es
menor que en la mitad del voltaje de 1 lógico, la salida será un 0, si
es mayor, la salida se regenera a un 1. Funciona como un redondeo.
• La lectura se realiza en todas las posiciones de una fila de
manera que, al llegar la segunda parte de la dirección, se decide cual
es la celda deseada. Esto sucede con la señal CAS. El dato es
entregado al bus de datos por medio de la lineo D.O. y las celdas
involucradas en el proceso son reescritas, ya que la lectura de la
DRAM es destructiva.
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La escritura en una posición de memoria tiene un proceso similar al
de arriba, pero en lugar de leer el valor, la línea de columna es llevada
a un valor indicado por la línea D.I. y el condensador es cargado o
descargado. El flujo del dato es mostrado con una línea gruesa en el
gráfico.
La memoria RAM dinámica puede ser de diferentes tipos de acuerdo
con su tecnología de fabricación: FPM, EDO, SDRAM, BEDO y más
recientemente RDRAM. FPM (Fast Page Mode) Su nombre procede
del modo en que transfiere los datos, llamado paginamiento rápido.
Es la memoria normal, y era el tipo de memoria más popular hasta
hace aproximadamente dos años. Era el tipo de memoria normal en
los ordenadores 386, 486 y los primeros Pentium y llego a alcanzar
velocidades de hasta 60 nanosegundos (ns). Se presentaba en
módulos SIMM (Single In-line Memory Modulo) de 30 contactos (16
bits) para los 386 y 486 y en módulos de 72 contactos (32 bits) para
las últimas placas 486 y las placas para Pentium.
Aplicaciones:
Este tipo de memoria es usada en computadoras, principalmente en
los módulos de memoria RAM y en otros dispositivos como memoria
principal del sistema.
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Ventajas:
Su principal ventaja es de construir memorias con una gran
densidad de posiciones y que todavía funcionen a una
velocidad alta.
Es la memoria de trabajo, por lo que a mayor cantidad de
memoria más datos se pueden tener en ella y más aplicaciones
pueden estar funcionando simultáneamente y por supuesto a
mayor cantidad mayor velocidad de proceso.
Desventajas:
Tiene una capacidad de retención de datos muy corta en
tiempo, razón por la cual requiere de circuitería para refrescar
el contenido almacenado en ella cada determinado tiempo, es
una memoria volátil, es decir cuando no hay alimentación
eléctrica no guarda información.
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Conclusión
Al hacer este trabajo de investigación nos ayuda a saber
más sobre las memorias DRAM, nos aporta mayor
conocimiento sobre este tipo de memoria: como sus
versiones, ventajas, desventajas y en que aplicaciones
podemos usarlas, lo cual nos ayudara como estudiantes a
comprender que es una memoria DRAM y nos será muy útil
para la materia.
