Memoria RAM estática y memoria RAM dinámica PDF

Preview

Summary

RAM es una crónimo para la memoria deacceso aleatorio ("random accessmemory" en inglés), un tipo de memoria de computadora en el que una lectura puede tener acceso a una ubicación específica, conocida como una celda de memoria, sin hacer referencia a las celdas anteriores. Dos tipos de memoria RAM, ...

Description

Memoria RAM estática y memoria RAM dinámica. Ortega Ponce Jared Jonathan Instituto Tecnológico de Tijuana. Departamento de Sistemas y Computación. Tijuana, Baja California, México. [email protected] I. Introducción RAM es un acrónimo para la memoria de acceso aleatorio ("random access memory" en inglés), un tipo de memoria de computadora en el que una lectura puede tener acceso a una ubicación específica, conocida como una celda de memoria, sin hacer referencia a las celdas anteriores. Dos tipos de memoria RAM, conocida como RAM estática y RAM dinámica, constituyen la memoria de almacenamiento de cualquier equipo [1]. Entender las principales diferencias entre estos dos modelos de memoria permite tener una mejor idea de como construir sistemas de computadoras de la manera más eficaz posible. En este documento se tratarán las características técnicas, tamaños y aplicaciones de las memorias RAM estáticas y Dinámicas.

II. Memoria RAM estática (sram). SRAM son las siglas de la voz inglesa Static Random Access Memory, que significa memoria estática de acceso aleatorio (o RAM estática), para denominar a un tipo de tecnología de memoria RAM basada en semiconductores, capaz de mantener los datos, mientras siga alimentada, sin necesidad de circuito de refresco [2]. Tienen un tiempo de acceso del orden de 10 a 30 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 es activado. Estas memorias no precisan de los complejos circuitos de refrescamiento como sucede con las RAMs dinámicas, pero usan mucha más energía y espacio. La misma es usada como memoria caché [3]. Dada sus bondades de rapidez .

Es importante mencionar que existen dos tipos: volátiles y no volátiles, cuya diferencia estriba en si los datos permanecen o se volatilizan en ausencia de alimentación eléctrica [4]. Estas memorias son de acceso aleatorio, lo que significa que las posiciones en la memoria pueden ser escritas o leídas en cualquier orden, independientemente de cual fuera la última posición de memoria accedida. Cada bit en una SRAM se almacena en cuatro transistores, que forman un biestable. Este circuito biestable tiene dos estados estables, utilizados para almacenar (representar) un 0 o un 1. Se utilizan otros dos transistores adicionales para controlar el acceso al biestable durante las operaciones de lectura y escritura. Una SRAM típica utilizará seis MOSFET para almacenar cada bit. Adicionalmente, se puede encontrar otros tipos de SRAM, que utilizan ocho, diez, o más transistores por bit. Esto es utilizado para implementar más de un puerto de lectura o escritura en determinados tipos de memoria de video. Un menor número de transistores por celda, hará posible reducir el tamaño de esta, reduciendo el coste por bit en la fabricación, al poder

implementar más celdas en una misma oblea de silicio. Es posible fabricar celdas que utilicen menos de seis transistores, pero en los casos de tres transistores o uno solo se estaría hablando de memoria DRAM, no SRAM. El acceso a la celda es controlado por un bus de control (WL en la figura), que controla los dos transistores de acceso M5 y M6, quienes controlan si la celda debe ser conectada a los buses BL y BL. Ambos son utilizados para transmitir datos tanto para las operaciones de lectura como las de escritura, y aunque no es estrictamente necesario disponer de ambos buses, se suelen implementar para mejorar los márgenes de ruido. A diferencia de la DRAM, en la cual la señal de la línea de salida se conecta a un capacitador, y este es el que hace oscilar la señal durante las operaciones de lectura, en las celdas SRAM son los propios biestables los que hacen oscilar dicha señal, mientras que la estructura simétrica permite detectar pequeñas variaciones de voltaje con mayor precisión. Otra ventaja de las memorias SRAM frente a DRAM, es que aceptan recibir todos los bits de dirección al mismo tiempo.

II.I Especificaciones de memoria sram. Una memoria SRAM tiene tres estados distintos de operación: standby, en el cual el circuito está en reposo, reading o en fase de lectura, durante el cual los datos son leídos desde la memoria, y writing o en fase de escritura, durante el cual se actualizan los datos almacenados en la memoria. Reposo Si bus de control (WL) no está activado, los transistores de acceso M5 y M6 desconectan la celda de los buses de datos. Los dos biestables formados por M1 – M4 mantendrán los datos almacenados, en tanto dure la alimentación eléctrica. Lectura Se asume que el contenido de la memoria es 1, y está almacenado en Q. El ciclo de lectura comienza cargando los buses de datos con el 1 lógico, y luego activa WL y los transistores de control. A continuación, los valores almacenados en Q y Q se transfieren a los buses de datos, dejando BL en su valor previo, y ajustando BL a través de M1 y M5 al 0 lógico. En el

caso que el dato contenido en la memoria fuera 0, se produce el efecto contrario: BL será ajustado a 1 y BL a 0. Escritura El ciclo de escritura se inicia aplicando el valor a escribir en el bus de datos. Si se trata de escribir un 0, se ajusta BL a 1 y BL a 0, mientras que para un 1, basta con invertir los valores de los buses. Una vez hecho esto, se activa el bus WL, y el dato queda almacenado.

II.III Características La memoria SRAM es más cara, pero más rápida y con un menor consumo (especialmente en reposo) que la memoria DRAM. Es utilizada, por tanto, cuando es necesario disponer de un menor tiempo de acceso, o un consumo reducido, o ambos. Debido a su compleja estructura interna, es menos densa que DRAM, y por lo tanto no es utilizada cuando es necesaria una alta capacidad de datos, como por ejemplo en la memoria principal de los computadores personales.

Frecuencia de reloj y potencia El consumo eléctrico de una SRAM varía dependiendo de la frecuencia con la cual se accede a la misma: puede llegar a tener un consumo similar a la DRAM cuando es usada en alta frecuencia, y algunos circuitos integrados pueden consumir varios vatios durante su funcionamiento. Por otra parte, las SRAM utilizadas con frecuencia baja, tienen un consumo bastante menor, del orden de micro-vatios. Usos de las SRAM ● Como producto de propósito general: ○ Con interfaces asíncronas como chips 32Kx8 de 28 pines (nombrados XXC256), y productos similares que ofrecen transferencias de hasta 16 Mbit por chip. ○ Con interfaces asíncronas, principalmente como caches y otras aplicaciones que requieran transferencias rápidas, de hasta 18 Mbit por chip.

● Integrados en chip: ○ Como memoria RAM o de cache en micro-controladores. ○ Como cache primaria en microcontroladores, como por ejemplo la familia x86. ○ Para almacenar los registros de microprocesadores. ○ En circuitos integrados. ○ En FPGAs y CPLDs. Usos integrados en productos Las SRAM se utilizan en sistemas científicos e industriales, electrónica del automóvil, y similares. También se pueden encontrar en prácticamente todos los productos de uso cotidiano que implementen una interfaz electrónica de usuario. También se puede encontrar memorias SRAM en los computadores personales, estaciones de trabajo, routers y la gran mayoría de periféricos. Uso de aficionados Los aficionados a la electrónica prefieren las memorias SRAM debido a su sencilla interfaz, ya que es mucho más fácil trabajar con SRAM que con DRAM, al no existir

ciclos de refresco, y poder acceder directamente a los buses de dirección y de datos en lugar de tener que utilizar multiplexores. Además, las SRAM solo necesitan tres buses de control: Chip Enable (CE), Write Enable (WE), y Output Enable (OE). En el caso de las SRAM síncronas, se tiene además la señal de reloj (CLK). Tipos de SRAM SRAM no volátiles Las memorias SRAM no volátiles (NVRAM) presentan el funcionamiento típico de las RAM, pero con la característica distintiva de que los datos almacenados en ellas son preservados aún cuando se interrumpe la alimentación eléctrica. Se utilizan en situaciones donde se requiere conservar la información almacenada sin necesidad de alimentación alguna, normalmente donde se desea evitar el uso de baterías (o bien no es posible).6 SRAM asíncrona Las SRAM asíncronas están disponibles en tamaños desde 4Kb hasta 32Mb.7 Con un tiempo reducido de acceso, son adecuadas para el uso en equipos de comunicaciones, como switches, routers, teléfonos IP, tarjetas

DSLAM, y automoción.

en

electrónica

de

Por tipo de transistor ● Transistor de unión bipolar o BJT (de tipo TTL o ECL) — muy rápidos, pero con un consumo muy alto. ● MOSFET (de tipo CMOS) — consumo reducido, los más utilizados actualmente. Por función ● Asíncronas — independientes de la frecuencia de reloj. ● Síncronas — todas las operaciones son controladas por el reloj del sistema.

Capacidades SRAM:

de

almacenamiento

● Tarjeta de memoria: 256 Kilobytes (KB), 512 KB y 1 Megabyte (MB) ● Discos duros: Hasta 8 MB ● Microprocesadores: Hasta 12 Megabytes (MB) [3].

III. Memoria RAM dinámica. Es la presentación más común en computadores modernos (computador personal, servidor); son tarjetas de circuito impreso que tienen soldados circuitos integrados de memoria por una o ambas caras, además de otros elementos, tales como resistores y condensadores. Esta tarjeta posee una serie de contactos metálicos (con un recubrimiento de oro) que permite hacer la conexión eléctrica con el bus de memoria del controlador de memoria en la placa base. Los integrados son de tipo DRAM, memoria denominada "dinámica", en la cual las celdas de memoria son muy sencillas (un transistor y un condensador), permitiendo la fabricación de memorias con gran capacidad (algunos cientos de Megabytes) a un costo relativamente bajo. Entre las tecnologías recientes para integrados de memoria DRAM usados en los módulos RAM se encuentran: ● SDR SDRAM: Memoria con un ciclo sencillo de acceso por ciclo de reloj. Actualmente en desuso, fue popular en los equipos basados en el

●

●

●

● ●

Pentium III y los primeros Pentium 4. DDR SDRAM: Memoria con un ciclo doble y acceso anticipado a dos posiciones de memoria consecutivas. Fue popular en equipos basados en los procesadores Pentium 4 y Athlon 64. DDR2 SDRAM: Memoria con un ciclo doble y acceso anticipado a cuatro posiciones de memoria consecutivas. DDR3 SDRAM: Memoria con un ciclo doble y acceso anticipado a ocho posiciones de memoria consecutivas. Es el tipo de memoria más actual, está reemplazando rápidamente a su predecesora, la DDR2. Los estándares JEDEC, establecen las características eléctricas y las físicas de los módulos, incluyendo las dimensiones del circuito impreso. Los estándares usados actualmente son: DIMM Con presentaciones de 168 pines (usadas con SDR y otras tecnologías antiguas), 184 pines (usadas con DDR y el obsoleto SIMM) y 240 (para las tecnologías de memoria DDR2 y DDR3).

● SO-DIMM Para computadores portátiles, es una miniaturización de la versión DIMM en cada tecnología. Existen de 144 pines (usadas con SDR), 200 pines (usadas con DDR y DDR2) y 240 pines (para DDR3). Escritura 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 [6].

IV. Conclusiones Resulta imprescindible conocer las características técnicas de cada memoria con el fin obtener mejores resultados a la hora implementar sistemas informáticos. Cada memoria tiene sus puntos positivos y sus puntos negativos, es la labor del ingeniero sacar provecho de esto en cada determinada situación V. Referencias [1]. Dunning, D. D. David. (s.f.). Tipos de RAM: estática y dinámica | Techlandia. Recuperado 25 febrero, 2019, de https://techlandia.com/tipos-ram-est atica-dinamica-info_290309/ [2]. Colaboradores de Wikipedia. (2019, 14 febrero). SRAM Wikipedia, la enciclopedia libre. Recuperado 25 febrero, 2019, de https://es.wikipedia.org/wiki/SRAM [3]. COMPUTEC. (s.f.). MEMORIA RAM ESTÁTICA. Recuperado 25 febrero, 2019, de http://computecsena.blogspot.com/2 011/08/memoria-ram-estatica.html [4]. Prezi. (2015, 5 agosto). Memoria RAM estática. Recuperado 25 febrero, 2019, de

https://prezi.com/69mwgbbxmzw1/ memoria-ram-estatica/ [5]. Englander, I. B. Irv. (2019). THE ARCHITECTURE OF COMPUTER HARDWARE, SYSTEM SOFTWARE, AND NETWORKING (4ª ed.). Westford, United States of America: John Wiley & Sons, Inc. [6]. Memoria Ram Dinámica hardware. (s.f.). Memoria Ram Dinámica - hardware. Recuperado 25 febrero, 2019, de https://sites.google.com/site/hardwar epablott/tipos-de-hardware/memoria -ram-dinamica...