LABORATORIO SISTEMAS DIGITALES I (LETN-601)

Ing. Jose Luis Apaza Gutierrez

LABORATORIO # 9

Realización:

MEMORIAS 1. OBJETIVOS  Comprender la función del bus de datos, direcciones y las líneas de control lectura(read), escritura(write) y selección de chip (CS) en una menoria RAM.  Interpretar correctamente el diagrama de tiempos proporcionado por el fabricante de una memoria RAM.  Implementar un circuito para grabar y comprobar los datos en una memoria RAM.

2.- PARTE TEÓRICA INTRODUCCIÓN Un elemento de memoria es aquel elemento capaz de almacenar un estado durante un tiempo determinado.

ARQUITECTURA GENERAL DE UNA MEMORIA El flip flop es la celda de memoria minima de las memorias electrónica. Un flip-flop, puede almacenar un bit de información digital o binaria. Un arreglo de flip-flops conforma el tipo de memoria más rápido que existe: el registro.

Fig. Registro de 4 bits. Una agrupación de 8 bits se denomina byte. Al grupo de 16 bits se les llama, específicamente, palabra y al de 32 bits doble palabra. Una memoria se compone de un conjunto de posiciones o direcciones que guardan palabras binarias de información. Si se trabaja con bytes por ejemplo, cada posición de memoria consta de 8 bytes. El numero de posiciones que tiene una memoria semiconductora se expresa en Kilobytes. Un Kilobyte equivale a 1024 posiciones de memoria(1K=1024). Se puede representar la memoria digital como un casillero ordenado en el que cada casilla corresponde a una dirección en la que se guarda información. A continuación se muestra la representación más usual de una memoria. DIRECCIÓN 0020H 0021H 0022H 0023H 0024H

1 0 0 1 1

0 1 1 0 1

1 0 0 1 0

1 1 1 0 1

CONTENIDO 0 0 1 0 0

1 0 1 1 1

0 1 0 0 1

1 1 0 1 0

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Para acceder a una memoria se emplean decodificadores. Por ejemplo, una memoria de 256 posiciones de 8 bits, esta compuesta internamente, por un decodificador de direcciones de 8 entradas y 2n=28=256 salidas que se utilizan para señalar cada una de las posiciones como se muestra en al figura 3.

Fig. 3. Estructura interna de una memoria de 256x8 En términos generales, el diagrama lógico de una memoria semiconductora es como se muestra en la figura 4. Está compuesta por las siguientes líneas.

Fig. 4. Diagrama lógico de una memoria

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Bus de direcciones.- Por intermedio de este bus o grupo de bits se generan las direcciones que apuntan o señalan hacia cualquier posición de la memoria en particular. Bus de datos.- En el proceso de lectura el contenido de la posición localizada por el bus de direcciones aparece por este bus. En un sistema de lógica programada o de microcomputadores es frecuente que varias memoria compartan el mismo bus de datos. Este es uno de los motivos por el cual las salidas del bus de datos son de tipo tri-state. Este bus es bidireccional para el proceso de lectura es salida y para la escritura cambia de dirección y se comporta como entrada. CS.- Cuando esta señal esta activa bajo ( 0 logico), el bus de datos se conecta al exterior. De lo contrario permanece en estado de alta impedancia. Se usa esta señal para seleccionar entre diferentes memorias que comparten el mismo bus. WE.- A través de esta línea se le indica a los circuitos internos de la memoria sobre la naturaleza de la operación que se pretende efectuar. Si WE es activa en baja por ejemplo, la operación es de escritura y se pueden almacenar o escribir datos en cualquier posición de memoria. Si we es alta la operación es de lectura, es decir, se puede leer cualquier posición de memoria. TIPOS DE MEMORIA MEMORIA RAM RAM son las siglas de random access memory, un tipo de memoria a la que se puede acceder aleatoriamente; es decir, se puede acceder a cualquier byte de memoria sin acceder a los bytes precedentes. La memoria RAM es volátil, lo que significa que solamente almacena datos mientras recibe electricidad. Por lo tanto, cada vez que se quita la alimentación, todos los datos de la memoria se borran irremediablemente.

MEMORIA ROM ROM son las siglas de read only memory , este tipo de memoria es de solo lectura como su nombre lo indica. La memoria de sólo lectura ( ROM), es un tipo de memoria que permite guardar la información contenida en ella aun cuando la memoria no recibe electricidad. Básicamente, este tipo de memoria tiene únicamente acceso de sólo lectura. Sin embargo, es posible guardar información en algunos tipos de memoria ROM. MEMORIA RAM ESTATICA Como se emnsiono anteriormente las memorias RAM para retener la información necesitan de un voltaje de alimentación permanente. Esto trae como consecuencia que la información almacenada se pierde en cuanto el sistema en el cual están operando deja de ser alimentado, como lo es en el caso de una computadora. La utilidad de este tipo de memorias radica en el almacenamiento temporal de la información durante la ejecución de las rutinas almacenadas en las memorias ROM u otros sistemas de almacenamiento de información no temporales: almacenamiento de variables en el stack, trasferencia de información hacia dispositivos de almacenamiento fijo, tales como una unidad de discos o de cinta, envío de señales de control de diversos dispositivos, o recepción de datos a través de un puerto para su procesamiento. Las hojas de datos de las memorias especifican en sus diagramas de tiempos ciertas cantidades importantes en el diseño de sistemas basados en microprocesador. Para ilustrar datos típicos,

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nos referiremos a una memoria RAM estática TMS 4043 NMOS de 256x4 bits. La figura 5 muestra el diagrama de tiempos correspondiente al ciclo de lectura. Ciclo de lectura de la memoria RAM La figura 5 muestra el diagrama de tiempos para el ciclo de lectura, la parte superior de la figura corresponde a la dirección de la memoria, el esquema indica que el estado de cada una de las líneas de dirección puede ser alto o bajo. Note el tiempo indicado como tRC. Este debe ser de al menos 1000 ns para esta memoria, lo cual significa que la máxima frecuencia aceptable es de 1 MHz. La señal inferior es Chip Enable, la cual habilita al chip con un estado lógico bajo. En la parte inferior se encuentra el intervalo de tiempo del dato válido de salida.

Fig. 5 Diagrama de tiempos para el ciclo de lectura El tiempo etiquetado como tRA es el tiempo de acceso de lectura. Como se indica, es el retraso en la operación de lectura desde el instante en que se aplica la dirección a los pines A 0-A7 hasta que el dato se encuentra listo en los pines D 0-D3. Para esta memoria, este tiempo es de un máximo de 1000 ns. Otro tiempo mostrado es t CEA, o tiempo de acceso para la habilitación del chip, el cual es el tiempo transcurrido desde la aplicación de la señal habilitadora hasta que el dato se encuentra listo. Para nuestro caso, es de un valor máximo de 800 ns. De acuerdo a esto, el dato en los pines D0-D3 no será válido por 1000 ns desde que se da la dirección ni por 800 ns desde que se habilita al chip. Ciclo de escritura de la memoria RAM La figura 6 muestra el diagrama de tiempos correspondiente al ciclo de escritura de datos. En la figura se observa, en la parte superior, el tiempo del ciclo de escritura t WC, que para esta memoria es de un mínimo de 1000 ns. El tiempo de establecimiento t S (set-up time) es definido como el tiempo en que un nivel lógico en una entrada es puesto antes de que ocurra una transición en otra entrada. Se requiere una cierta cantidad mínima de tiempo entre estas transiciones para evitar errores lógicos. Se identifican tres tiempos de establecimiento en las formas de onda. El tiempo de establecimiento de la dirección, tAS, es el tiempo en que la dirección tiene que estar establecida antes de que se aplique el pulso WRITE. Para evitar la posibilidad de la escritura de datos erróneos en la memoria, este intervalo debe ser al memos de 150 ns. El tiempo de establecimiento de la habilitación del chip, t CES, tiene un mínimo especificado de cero. El tercer tiempo de establecimiento es el de los datos, t DS, con un mínimo de 600 ns, el cual es el intervalo entre la aplicación de los datos de entrada y la deshabilitación de la línea WRITE. Finalmente, considérese el tiempo de sostenimiento t H (hold time), definido

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como el tiempo durante el cual un nivel lógico es sostenido en una entrada después de que una transición toma lugar en otra entrada. Se identifican en el ciclo de escritura el tiempo de sostenimiento de la dirección, t AH, con un mínimo especificado de 50 ns. Por este intervalo después de que la línea WRITE es deshabilitada, la dirección no debe cambiar para evitar que los datos se escriban en otra celda. El tiempo de sostenimiento de la habilitación del chip, t CEH, es especificado con un mínimo de cero, y el tiempo de sostenimiento del dato, t DH, debe ser al menos 100 ns.

Fig. 6 Ciclo de escritura de la memoria RAM Los datos anteriormente mencionados son para el caso de la memoria TMS 4043. Otras memorias pueden tener valores diversos para dichos tiempos e incluso usar otra nomenclatura.

3.- PRE INFORME 1. Busque las hojas de datos de los componentes que utilizara en este laboratorio. 2. Investigue las caractisticas de las memorias SRAM, DRAM, PROM, EPROM, EEPROM. 3.- Para la memoria RAM 2114 investigue la función que cumple cada uno de sus pines.

Fig. 7 Terminales de la memoria RAM 2114 4.- Realice el diagrama de tiempos del ciclo de lectura y escritura para la memoria 2114.

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5. ¿Qué condiciones deben cumplirse en una RAM para poder leer un dato? Consulte el diagrama de tiempos. 6. ¿Qué es el tiempo de acceso en una memoria? 7. Mencione las diferencias entre memorias RAM estáticas y dinámicas. 8. ¿Qué es una memoria LIFO, FIFO y SAM? 9. Diseñe un bloque de memoria de 4Kx4 bits usando memorias MCM2114

4.- LABORATORIO 1. Arme el circuito de la figura 8 2. Elabore una tabla con 10 direcciones diferentes y los valores que desee escribir en las mismas. 3. Cambie las señales de acuerdo al ciclo de escritura de la memoria, para que pueda almacenar los valores de la tabla elaborada en el punto 2. Note que mientras escribe cada dato en la memoria, las señales en D0-D3 no reflejan el dato que se le esta suministrando a la misma. La secuencia de pasos a realizar es: a) Establecer una dirección en las líneas A 0 - A9. b) Ponga el pin 10 (Write Enable) de la memoria en 0 lógico. c) Ponga un dato en las líneas D0 - D3. d) Ponga el pin 8 (Chip Select) de la memoria en 0 lógico.

Fig. 8 Circuito a implementar en laboratorio. 6

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4. Cambie las señales de acuerdo al ciclo de lectura de la memoria para que pueda leer los datos que acaba de escribir en la memoria. La secuencia de pasos a seguir es la siguiente: a)Establecer una dirección en las líneas A 0 - A9. b)Ponga el pin 10 (Write Enable) de la memoria en 1 lógico. C)Ponga el pin 8 (Chip Select) de la memoria en 0 lógico. 5. Comprobar que el dato leído es el mismo que se grabó con anterioridad y se debe leer a través de los LED's conectados al 74LS241.

5.- INFORME 1.- Para el circuito implementado en laboratorio realizar los esquemas eléctricos. Y comprare los datos teóricos y prácticos.

6.- BIBLIOGRAFÍA    

Fundamento de Electrónica Digital “Thomas L. Floyd” Manual de prácticas de Electrónica Digital “Enrique Mandado Pérez, Juan José Rodríguez Andina” Sistemas Digitales “Ronald J. Tocci” Diseño Digital “M. Morris Nano”

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