Introdução

DISPOSITIVOS DE MEMÓRIA
Introdução
A principal vantagem que um sistema digital apresenta sobre o analógico
é o fato de ser capaz de armazenar facilmente uma grande quantidade de
informação por períodos de tempo curtos ou longos. Essa característica
torna-os bastante versáteis e adaptáveis a um grande número de
situações.
Para o armazenamento da informação, os circuitos digitais utilizam flipflops quanto registradores, que é um circuito eletrônico especial capaz
de armazenar um bit de informação. Quando agrupados, eles adquirem a
capacidade de armazenar informações estruturadas (dados ou instruções)
recebendo nesse caso o nome de Registradores. Estes são elementos de
memória de alta velocidade, empregados no armazenamento de informação
durante o processo de execução de instruções pela unidade de controle da
máquina, havendo uma constante movimentação de informações entre os
registradores e os demais dispositivos componentes do sistema.
As informações em sistemas digitais podem ser armazenadas em memórias a
semicondutor bipolares, MOS, ou em memórias que utilizam capacitores
como elementos básicos de armazenamento, em lugar dos flip-flops. Este
último tipo de memória citado apresenta uma alta densidade de
componentes, com consumo de energia extremamente baixo. As memórias a
semicondutor são usadas como memória principal (interna) de um
computador, onde é exigida uma velocidade de operação bastante alta.
As memórias baseadas em semicondutor apresentam um custo muito alto
tornando sua utilização não recomendada quando se necessita armazenar
dados secundários que não serão processados pelo computador. Neste caso,
usa-se dispositivos chamados memória de massa. Estes dispositivos são
mais lentos que os empregados para armazenamento interno, porém
apresentam uma melhor relação custo/benefício quando o assunto é o
armazenamento de dados por tempo indeterminado.
Os dispositivos de memória de massa mais populares são as fitas e os
discos magnético.
Página 1
TERMINOLOGIA
Abaixo alguns dos termos e conceitos mais importantes para o estudo dos
dispositivos e sistemas de memória.

Célula de Memória: Dispositivo ou circuito elétrico usado para
armazenar um único bit (0 ou 1). Como exemplos de células de memória,
podemos citar o flip-flop, um capacitor, um ponto magnético em fita
ou em disco.

Palavra de Memória: Um grupo de bits (células) em memória que
representa
instruções
ou
dados.
Por
exemplo,
um
registrador
constituído de oito flip-flops pode ser considerado uma memória
armazenando uma palavra de oito bits.

Byte: Termo usado para designar palavra de oito bits. Ele é
constituído de oito bits, sendo este o tamanho da palavra da maioria
das máquinas atuais.

Capacidade: Uma forma de especificar
armazenados em determinada memória.

Endereço:
memória.

Operação de Leitura: Operação em que uma palavra binária armazenada
em posição específica de memória (endereço) é identificada e
transferida para outro dispositivo qualquer do sistema.

Operação de Escrita: Operação na qual uma nova palavra é colocada em
determinada
posição
de
memória.
Também
chamada
operação
de
armazenamento.

Tempo de Acesso: Uma medida da velocidade do dispositivo de memória.
É a quantidade de tempo necessária à efetivação de uma operação de
leitura.

Memória Volátil: Qualquer tipo de memória que necessite de energia
elétrica para reter a informação armazenada. Se a energia for
retirada, toda a informação armazenada na memória será perdida.

Memória de Acesso Randômico (RAM): É um tipo de memória onde o tempo
de acesso é constante para qualquer endereço de dados. A grande
maioria das memórias a semicondutor e todas as de núcleo magnético
são de acesso randômico.

Memória de Acesso Seqüencial (SAM): Memória onde o tempo de acesso
não é constante, mas dependente do endereço. A localização da
informação é feito sempre de forma sequencial.

Memória de Leitura/Escrita (RWM): Qualquer memória que possa ser lida
ou escrita com igual facilidade.

Memória de Leitura (ROM): É uma categoria de memórias baseadas em
semicondutor projetadas para aplicações onde a taxa de operações de
leitura é infinitamente mais alta do que as de escrita. Todas as ROMs
Um
número
que
identifica
a
quantos
posição
de
bits
uma
podem
ser
palavra
na
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são não-voláteis e continuarão a reter a informação armazenada, mesmo
quando não há fornecimento de energia.

Dispositivos
de
Memória
Estática:
Dispositivos
de
memória
a
semicondutor nos quais as informações armazenadas permanecerão
armazenadas enquanto houver energia elétrica aplicada à memória, sem
que haja necessidade da informação ser periodicamente reescrita na
memória.

Dispositivos
de
Memória
Dinâmica:
Dispositivos
de
memória
a
semicondutor nos quais as informações armazenadas não permanecerão
constantemente armazenadas, mesmo em presença da energia elétrica
necessária à alimentação do circuito, a não ser que as informações
sejam reescritas na memória com determinada freqüência.

Memória Principal (interna): Serve para armazenar as instruções e os
dados que estão sendo usados pelo processador. É a memória mais
rápida do sistema de memória da máquina, sendo normalmente construída
à base de semicondutores.

Memória de Massa: Este tipo de memória é também chamado de auxiliar
ou secundária, armazenando uma imensa quantidade de informação. Em
geral, é bem mais lenta do que a memória principal, e é sempre nãovolátil. Fitas magnéticas e discos são os exemplos mais comuns deste
tipo de memória.
DESCRIÇÃO GERAL DA OPERAÇÃO DA MEMÓRIA
Apesar das diferenças existentes na implementação de cada um dos tipos
de memória, um certo conjunto de princípios básicos de operação
permanece o mesmo para todos os sistemas de memória.
Cada sistema requer um conjunto de tipos diferentes de linhas de entrada
e saída para realizar as seguintes funções:





Selecionar o endereço que está sendo acessado para uma operação de
leitura ou escrita.
Selecionar a operação a ser realizada, leitura ou escrita.
Fornecer os dados de entrada para a operação de escrita.
Manter estáveis as informações de saída da memória resultantes de uma
operação de escrita, durante um tempo determinado.
Habilitar (ou desabilitar) a memória, de forma a fazê-la (ou não)
responder ao endereço na entrada e ao comando de leitura/escrita.
Para seu funcionamento, as memórias dispõem de circuitos especiais que a
ajudarão a armazenar e ler informações/ habilitar e desabilitar
comandos:
Entradas de endereço: São utilizadas para indicar em que posição da
memória determinada informação encontra-se armazenada, ou então para
indicar onde armazená-la.
Entrada R/W: Determina qual a operação que será efetuada, se leitura (R)
ou escrita (W) de dados.
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Habilitação da memória: Fornece meios de desabilitar toda ou parte da
memória de forma que não responda a nenhuma solicitação enquanto estiver
nesta condição.
CONEXõES DO PROCESSADOR COM A MEMÓRIA
A memória principal de um computador é formada de CIs de RAMs e ROMs
cujas interfaces com o processador são realizadas por três grupos de
sinais ou barramentos, designados por linhas de endereço ou barramento
de endereço, linhas de dados ou barramento de dados e linhas de controle
ou barramento de controle. Cada um destes barramentos é constituído de
várias linhas, sendo que o número de linhas em cada barramento varia de
computador para computador. Os três barramentos permitem que o
processador possa ler dados da memória e escrever dados na memória.
Basicamente o processador lê e grava informações em determinas posições
da memória, para isso ele obedece aos seguintes passos:
Operação de escrita





0 processador gera o endereço da posição de memória onde o dado deve
ser armazenado. Ela coloca este endereço nas linhas do barramento de
endereço.
0 processador coloca no barramento de dados o dado a ser armazenado.
0 processador ativa as linhas correspondentes aos sinais de controle
apropriados à operação de escrita.
Os Cls da memória decodificam o endereço para determinar qual posição
está sendo selecionada para a operação de armazenamento.
0 dado no barramento de dados é transferido para a posição de memória
selecionada.
Operação de leitura

0 processador gera o endereço da posição de memória de onde o dado
deve ser retirado. Ela coloca este endereço nas linhas do barramento
de endereço.
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


0 processador ativa as linhas correspondentes aos sinais de controle
apropriados à operação de leitura.
Os CIs da memória decodificam o endereço para determinar qual posição
está sendo selecionada para a operação de leitura.
Os Cls da memória colocam no barramento de dados o dado que está
armazenado na posição selecionada, de onde ele será transferido para
o processador.
Barramento de Endereço É um barramento unidirecional que leva o endereço
em binário que aparece na saída do processador, para os Cls de memória.
Barramento de Dados: É um barramento bidirecional por onde trafegam
dados, tanto no sentido do processador para os Cls de memória quanto no
sentido inverso.
Barramento de Controle: É um barramento bidirecional por onde trafegam
sinais de controle, principalmente no sentido do processador para os Cls
de memória.
MEMÓRIAS DE LEITURA (READ-ONLY MEMORIES ROM)
É um tipo de memória baseada em semicondutor, projetada para armazenar
informações que nunca mudam ou que mudem com pouca freqüência. Durante a
operação normal nenhum dado novo poderá ser escrito na ROM, sendo no
entanto permitida a leitura dos dados que estiverem armazenados.
Uma das principais aplicações da ROM é no armazenamento de alguns
programas do sistema operacional dos microcomputadores. Uma vez que as
ROMs são não-voláteis, estes programas não se perdem quando o
microcomputador é desligado, permitindo que, quando ele for novamente
ligado, comece imediatamente a executar um programa armazenado em ROM.
A ROM tem três conjuntos de sinais: entradas de endereço, entrada(s) de
controle e saídas de dados.
As saídas de dados da maioria das ROMs são de três estados para permitir
a conexão de vários chips de memória ROM ao mesmo barramento de dados,
permitindo a construção de memórias de diversas capacidades. As ROMs com
saídas de dados de oito bits são bastante comuns.
A entrada de controle CS, seleção de chip (chip selection) é
fundamentalmente uma entrada de habilitação/desabilitação das saídas da
ROM. Muitas ROMs têm mais de uma entrada de controle que devem estar
ativas de modo a habilitar as saídas de dados de forma que a informação
possa ser lida do endereço selecionado.
ARQUITETURA DA ROM
Analisando a ROM de uma forma bastante simplificada podemos dividi-la em
4 partes básicas: O decodificador de linha, o decodificador de coluna, a
matriz de registradores e os buffers de saída.
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Matriz de Registradores: A matriz de registradores armazena as
informações que foram programadas na ROM. Cada registrador tem um número
de células de memória igual ao tamanho da palavra.
Decodificadores de Endereços: Se encarrega de decodificar o código do
endereço aplicado e determinar qual dos registradores da matriz deve ser
habilitado para colocar suas informações no barramento. Conforme o
código passado, as linhas e colunas respectivas serão selecionadas.
Buffers de Saída: Se encarrega de repassar para as saídas externas os
dados disponíveis no barramento de dados fornecidos pelos registradores.
TIPOS DE ROM
ROM Programada por Máscara (MROMs)
Este tipo de ROM tem suas posições de memória escritas pelo fabricante
de acordo com as especificações do cliente. No seu processo de gravação
usa-se um negativo fotográfico, denominado máscara, que especifica as
conexões elétricas do chip. Devido ao fato das máscaras serem caras, sua
produção só é viável quando feita em grande escala usando a mesma
máscara. Estas ROMs apresentam como desvantagem o fato de não poderem
ser apagadas e reprogramadas, quando uma mudança qualquer no projeto do
dispositivo exigir modificações nos dados armazenados. Neste caso a ROM
com os dados antigos não pode ser reaproveitada, devendo ser substituída
por uma outra com os novos dados gravados.
ROMs Programáveis (PROMs)
Para o uso em aplicações modestas, em relação à quantidade de chips
produzidos, a utilização de ROMs programadas por máscaras não é
recomendada devido seu alto elevado custo de produção. Para solucionar
este problema a indústria eletrônica desenvolveu a PROM programada pelo
usuário. Neste tipo de circuito os dados da memória são programadas pelo
usuário de acordo com suas necessidades e não mais pelo fabricante no
ato da produção.
Esse tipo de memória só pode ser programada uma única vez.
ROM Programável Apagável (EPROM)
A EPROM possui o comportamento similar ao das
PROMs, porém dando ao usuário a possibilidade de
apagar e regravar as informações contidas em
memória. Uma vez programada, ela comporta-se como
uma memória não-volátil, ou seja, reterá as
informações por tempo indeterminado. O processo
de programação é realizado por um dispositivo
especial, separado do ambiente onde a EPROM irá
eventualmente trabalhar. Este processo consome
vários minutos para a programação de um chip. A
composição de uma EPROM é baseada em transistores MOSFET com uma porta
de silício sem conexões elétricas.
Quando uma EPROM sofre uma reprogramação todas as informações contidas
em sua memória são apagadas. Elas não permitem a reprogramação parcial.
PROM Apagável Eletricamente
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Esse tipo de memória possui funcionamento similar às EPROMs, porém com a
vantagem de permitir a reprogramação parcial, substituindo apenas
determinadas palavras armazenadas em memória sem a perda das demais. O
tempo de programação é bastante rápido, e não há a necessidade de se
remover o chip do conector para realizar tal ação.
APLICAÇÃO DAS ROMs
As ROMs são utilizadas em aplicações que requeiram o armazenamento de
dados de forma não-volátil e onde os dados não mudam com muita
freqüência. Abaixo algumas das aplicações mais freqüentes para as ROMs:

Firmware (Microprograma): Armazenam microprogramas que comandam
determinadas
funções
em
dispositivos
eletrônicos.
Normalmente
programas de microcomputadores ou produtos de consumo que usam
microprocessadores para controlar sua operação, tais como jogos
eletrônicos, terminais de vendas, sistemas de injeção eletrônica de
combustíveis, etc.

Memória de Partida (BOOTSTRAP): São programas especiais residentes em
ROMs cuja finalidade é inicializar
microcomputadores auxiliando ao
sistema operacional a iniciar sua tarefa de gerenciamento do
equipamento e dispositivos anexos.

Tabelas de Dados: São ROMs utilizadas para armazenar tabelas de dados
que não mudam nunca, tais como tabelas trigonométricas e de conversão
de códigos.

Conversores de Dados: São circuitos que recebem um dado expresso em
determinado tipo de código, e produzem uma saída expressa em outro
tipo de código. A conversão é necessária, por exemplo, quando o
microprocessador está dando saída a dados em binário puro, e
precisamos converter tais dados para BCD de forma a excitar
corretamente um display de 7 segmentos.

Gerador de Caracteres: É um tipo de ROM que armazena os códigos do
padrão de pontos de cada caracter em um endereço que corresponde ao
código ASCII do caracter em questão. São muito usadas em qualquer
aplicação que tenha por objetivo colocar dados alfanuméricos em
displays ou em impressoras.

Gerador de Funções: É um circuito que produz em sua saída formas de
onda das mais diversas, como senóides, dentes de serra, triangulares
e quadradas. Esse tipo de circuito é muito empregado em aplicações
comerciais que requeiram geradores de funções (Sintetizadores de Voz,
Geradores de Ondas, etc...).
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DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
O grande número de circuitos integrados existentes no mercado dá aos
projetistas uma grande variedade de possibilidade de projetar qualquer
tipo de circuito digital. Isso não chega a ser uma vantagem, pois
conforme o tipo de dispositivo a ser produzido a quantidade de CIs
utilizados para produzir o resultado desejado poderia chegar facilmente
a casa dos milhares, exigindo um grande trabalho em soldagens e um
grande espaço para seu armazenamento nas placas de circuito-impressos. A
redução do número de CIs em um projeto tem uma série de vantagens: menor
espaço, menor custos, sistemas mais eficientes com baixo consumo de
energia, maior confiabilidade, etc.
Uma forma de contornar esse tipo de problema foi com o aparecimento dos
circuitos tipo LSI e VLSI que utilizam uma tecnologia que permite o uso
de milhares de portas lógicas num único invólucro de maneira operar de
forma pré-definida. No entanto, existem diversas situações para as quais
não há uma solução LSI ou VLSI. Nesses casos o projetista é obrigado a
utilizar chips MSI ou SSI para implementar a função lógica desejada. Os
recentes desenvolvimentos de Dispositivos Lógicos Programáveis (PLDs)
têm proporcionado aos projetistas de sistemas uma forma de substituir um
conjunto de chips padrão por um único CI.

PLD: É um CI que contém um grande número de portas lógicas e flipflops interconectados dentro do chip. A maioria das conexões é feita
através de fusíveis que podem ser queimados ou mantidos intactos. Ele
é considerado programável pelo fato de podermos especificar a função
ou as funções lógicas que ele deverá implementar, através da queima
seletiva dos fusíveis internos.

PAL (Matriz Lógica Programável): A arquitetura da PROM é adequada
àquelas aplicações onde cada possível combinação de entrada é
necessária à geração das funções de saída. Exemplos típicos são os
conversores de código e as tabelas de dados utilizadas na geração de
funções. Existem muitas aplicações que não necessitam de que todas as
combinações de entradas sejam programáveis. Para estas aplicações
existe uma classe especial de PLD, denominada Matriz Lógica
Programável (PAL). A arquitetura de uma PAL é um pouco diferente da
de uma PROM. No caso da PAL, apenas as entradas AND são programáveis,
enquanto as entradas OR são hardwired, ou seja, são fixas, não
programáveis.

Matriz
Programável
Logicamente
(PLA):
Uma
PLA
combina
as
características de uma PROM e de uma PAL, fornecendo matrizes
programáveis não só de ANDs como de ORs. Esta característica torna a
PLA o mais versátil de todos os dispositivos lógicos programáveis.
Contudo, tal dispositivo tem suas desvantagens. Pelo fato de possuir
dois conjuntos de fusíveis, é mais difícil de fabricar, programar e
testar que uma PROM ou PAL. As PLAs também são denominadas matrizes
programáveis logicamente em campo (FPLAs).

PLDs Apagáveis: Todos os PLDs vistos até o momento eram programáveis
através da queima de fusíveis. Uma vez queimado, o fusível não pode
ser recomposto. Então, se houve algum erro na programação, ou se você
mudar o projeto do sistema ao qual o PLD pertence, tal dispositivo
não poderá ser reutilizado. Nestes casos, deverá jogá-lo fora e
comprar outro para ser reprogramado, Esta desvantagem foi eliminada
pela maioria dos fabricantes de PLDs, que desenvolveram dispositivos
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que podem ser apagados e reprogramados quantas vezes forem
necessárias. Estes dispositivos são chamados de dispositivos lógicos
programáveis apagáveis (EPLDs), sendo os mesmos programados e
apagados de maneira semelhante às EPROMs e EEPROMS.
MEMÓRIAS DE ACESSO RANDÔMICO A SEMICONDUTOR(RAMs)
As RAMs são usadas em computadores para armazenamento temporário de
programas e dados. 0 conteúdo de diversos endereços de RAM serão lidos e
escritos no decorrer da execução de um programa. Isto requer ciclos de
leitura e escrita extremamente rápidos, de maneira a não impactar
negativamente a operação do computador.
A grande desvantagem das RAMs reside no fato de elas serem voláteis,
vindo a perder todas as informações armazenadas se o fornecimento de
energia ao sistema for interrompido por qualquer motivo. Algumas RAMs
CMOS têm a capacidade de operar em standby, consumindo muito pouca
energia quando não estiverem sendo acessadas, de maneira a poderem ser
alimentadas por baterias, quando de eventuais interrupções de energia. A
maior vantagem da RAM é sua capacidade de poder ser lida e escrita
rapidamente e com igual facilidade.
ARQUITETURA DA RAM
Tal como no caso das ROMs, podemos uma RAM como constituída de um
conjunto de registradores, cada um dos quais armazenando uma única
palavra de dados, e possuindo cada um deles um único endereço. Tanto a
capacidade da RAM quanto o seu tamanho de palavra podem ser expandidos
pela combinação de diversos chips de memória.

Operação
de
Leitura:
O
código
de
endereço
escolhe
um
dos
registradores do chip de memória para ser lido ou escrito. A
combinação de RW (Read/Write) e CS (Chip Select) habilita os buffers
de saída, de modo que o conteúdo de um determinado registrador
aparecerá nas linhas de saída.

Operação de Escrita: Com a devida combinação, esta operação
habilitará os buffers de entrada, fazendo com que a palavra aplicada
na entrada seja escrita no registrador selecionado. A realização de
uma operação de escrita destrói o conteúdo armazenado anteriormente
no registrador selecionado.

Seleção de Chip: São entradas usadas para habilitar ou desabilitar o
chip. Quando desabilitado todas suas entradas e saídas de dados não
realizarão nenhuma operação de leitura ou escrita. Neste modo de
operação o conteúdo da memória não poderá sofrer modificação.
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RAM ESTÁTICA (SRAM)
RAMs estáticas são aquelas que só podem manter a informação armazenada
enquanto a alimentação estiver
aplicada ao chip. Suas células
de memória são formadas por
flip-flops
que
estarão
em
certo
estado,
por
tempo
indeterminado, desde que a
alimentação esteja ligada. A
grande maioria das aplicações
envolvendo
SRAMs
usam
tecnologia CMOS e NMOS, apesar
de estarem também disponíveis
nas tecnologias bipolares e
MOS. Os dispositivos bipolares
tem a vantagem da velocidade,
enquanto os baseados em MOS
têm
maior
capacidade
de
armazenamento e menor consumo
de potência.
Temporização da RAM Estática
Os Cls de RAM são utilizados quase sempre como memória interna
(principal) de um computador. 0 processador realiza continuamente
operações de leitura/escrita nesta memória, a velocidades normalmente
bem altas. Os chips de memória que interfaceiam com o processador devem
ser rápidos o suficiente para responder aos comandos de leitura e
escrita sem retardar a operação do processador. Desta forma, um
projetista de computador deve estar bem familiarizado com as várias
particularidades relativas à temporização das RAMs.
Um exemplo de chip SRAM disponível no mercado é o CMOS 6264, com uma
capacidade de SK x 8 com tempos de ciclo de leitura e escrita de 100 ns
e com consumo em standby de somente 0,1 mW. Ele possui 13 linhas de
endereço, pois 213 = 8192 = 8K, e oito linhas para entrada/saída de
dados. As quatro entradas de controle determinam o modo de operação do
dispositivo.
RAM DINÂMICA (DRAM)
São fabricadas usando a tecnologia MOS, possuindo alta capacidade de
armazenamento, baixo consumo de energia e velocidade de operação
moderada. Elas armazenam ls e Os como cargas de microcapacitores MOS,
tipicamente de poucos picofarads. Em função da tendência destes
capacitores se descarregarem após decorrido determinado tempo, as RAMs
dinâmicas necessitam de recarga periódica das células de memória,
operação esta denominada refresh da memória RAM dinâmica. Tipicamente,
cada célula precisa ser recarregada decorridos de 2 a 10 ms, ou a
informação nela armazenada será perdida.
Para sistemas de memória com capacidade de mais de 64K palavras, a
solução que, em geral, se adota envolve um custo relativamente alto.
Página 10
Para aplicações onde velocidade alta e complexidade reduzida do circuito
são pontos mais críticos do que espaço e consumo de potência, as RAMs
estáticas constituem a melhor solução, pois são mais rápidas do que as
dinâmicas e não precisam de estrutura de refresh. As estáticas são bem
mais simples de projetar, mas não podem competir com a alta capacidade
de armazenamento e o baixo consumo de potência das RAMs dinâmicas.
As principais aplicações das SRAMs são em áreas onde não é necessário o
emprego de uma memória muito grande, e onde um tempo de acesso rápido é
de
fundamental
importância
para
o
sucesso
do
projeto.
Muitos
instrumentos
controlados
por
microprocessador
e
diversas
outras
aplicações requerem uma capacidade de memória muito pequena. Outros
instrumentos, como osciloscópios com memória e analisadores lógicos,
precisam de memórias de alta velocidade. Nestes casos, a SRAM deve ser
usada.
A memória principal da maioria dos microcomputadores atuais usa DRAM em
virtude de sua alta capacidade e baixo consumo. Às vezes tais
computadores
utilizam
também
pequenas
quantidades de SRAM para
aplicações requerendo uma velocidade tão alta quanto possível.
ESTRUTURA E OPERAÇÃO DA RAM DINÂMICA
A arquitetura interna de uma RAM dinâmica pode ser visualizada como uma
matriz de células de um bit. A capacidade dos chips DRAM mais comuns
anda em torno de 1.024K x 1 (lM x 1) ou de 256K x 4.
Multiplexação de Endereços: Para cada entrada de um chip DRAM há a
necessidade de um pino por endereço. Isso cria um problema para chips
com alta capacidade de memória, pois se mantida a relação de um pino
para cada bit componente do endereço a quantidade de pinos seria muito
grande. Para evitar esse inconveniente os fabricantes usam uma técnica
chamada Multiplexação, na qual alterando a relação dos pinos com os bits
de endereço, eles conseguem acomodar dois bits num único pino do
integrado. A economia no número de pinos acarreta uma diminuição
considerável no tamanho da embalagem do chip. Isto é muito importante no
projeto de sistemas de memória de alta capacidade, onde se deseja
colocar o maior número possível de chips de memória em uma única placa.
A OPERAÇÃO DE REFRESH DE UMA DRAM
As células de uma DRAM dever ser recarregadas periodicamente (a cada 2
ms em média), ou os dados nelas armazenados serão perdidos. Tal célula
deve sofrer uma operação de refresh toda vez que uma operação de leitura
for realizada nesta célula. Os fabricantes têm projetado seus chips DRAM
de modo que sempre que uma operação de leitura for realizada em
determinada célula DRAM, todas as células desta mesma linha sofrerão o
refresh.
Muitos fabricantes de CIs de memória dinâmica desenvolveram chips
especiais que tratam da operação de refresh e da operação de
multiplexação dos endereços, ambas necessárias ao bom funcionamento de
um sistema de memória DRAM. Tais chips são denominados controladores de
RAM dinâmica.
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EXPANSÃO DO TAMANHO DA PALAVRA/CAPACIDADE DE UMA MEMÓRIA
Em geral, a capacidade global do sistema e o tamanho necessário à
palavra não podem ser obtidos com a atualização de um único chip. Em vez
disso, diversos chips de memória devem ser combinados para fornecer a
capacidade e o tamanho de palavra desejados.



Expansão do Tamanho da Palavra: A combinação de um ou mais chips de
RAM permite que tais chips apresentem um comportamento como se fossem
um único módulo. Esta característica permite a expansão do tamanho de
sua palavra sem a necessidade de sua troca.
Expansão da Capacidade: De forma similar a expansão do tamanho da
palavra, pode-se combinar mais de um chip para obter a expansão da
capacidade de memória desejada.
Combinação de DRAMs: Os CIs DRAM muitas vezes têm palavras de
comprimento entre um e quatro bits. A fim de utilizar tais CIs em
sistemas de memória de computadores que requerem palavras com tamanho
entre 8 e 16 bits, é necessário combinar vários deles de forma
similar à usada para as RAMs.
RAM NÃO-VOLÁTIL
Dispositivos RAM a semicondutor têm a grande vantagem da alta velocidade
de operação. No entanto eles são voláteis, o que significa dizer que
perderão as informações armazenadas se a energia for interrompida, mesmo
que momentaneamente. As ROMs, por outro lado, são não-voláteis, mas não
podem ser usadas como memória de leitura/escrita. Em algumas aplicações,
a volatilidade da RAM pode significar a perda de informações
importantes, na eventualidade da falta de energia. Existem duas soluções
para este problema. A primeira é usar memórias que possam ser
alimentadas por baterias sempre que ocorrer falta de energia. Para tanto
precisamos de memórias de muito baixo consumo, que não irão consumir
rapidamente toda a carga da bateria. A tecnologia CMOS tem obtido chips
com consumo muito baixo, na implementação de RAMs a semicondutor, e na
maioria dos casos podem ser alimentados por baterias. Naturalmente que,
nestes casos, tais memórias devem ser mantidas em seu modo standby, para
consumirem o mínimo de potência possível. Algumas SRAMs CMOS incluem no
chip pequenas baterias de lítio.
Outra solução emprega um dispositivo denominado RAM não-volátil (NVRAM).
Esse chip combina a alta velocidade de operação das RAMs estáticas com a
capacidade de armazenamento não-volátil das EEPROMS.
A NVRAM tem a vantagem de não precisar de bateria, no entanto ela é
muito mais complexa do que uma chip de memória normal. Quando há
necessidade de se usar memórias não-voláteis de alta capacidade, lançase mão das RAMs CMOS com bateria.
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MEMÓRIAS DE ACESSO SEQUENCIAL
As memórias a semicondutor discutidas são todas de acesso randômico pelo
fato das informações armazenadas em qualquer endereço poderem ser
obtidas rapidamente, sem que precisemos percorrer outras posições da
memória, situadas entre o último acesso e o atual. A alta velocidade de
operação dos dispositivos de acesso randômico torna-os apropriados para
utilização na memória principal do computador. As memórias seqüenciais a
semicondutor utilizam registradores de deslocamento para armazenar os
dados que podem ser acessados de forma seqüencial. Apesar de tais
memórias não poderem ser usadas nos sistemas de memória principal de um
computador por causa de sua baixa velocidade de operação, as memórias
com registrador de deslocamento encontram aplicação em áreas onde o
acesso aos dados é feito de maneira seqüencial e repetitiva. Um primeiro
exemplo de aplicação deste tipo de memória é no armazenamento e na
transmissão seqüencial de dados codificados em ASCII, a serem mostrados
no vídeo de um determinado microcomputador. Estes dados devem ser
enviados periodicamente aos circuitos do vídeo, de forma a dar um
refresh na imagem da tela.
Registradores de Deslocamento Circular: Nesse tipo de registrador os
dados que entram pela entrada sequencial são deslocados seqüencialmente
e ao atingir a última saída é passado por uma lógica de controle e então
reaplicado a entrada inicial. A lógica de controle disponibiliza dois
modos de operação que são controlados pela entrada de circulação REC. O
nível em REC determina a fonte do dado que vai aparecer na entrada
serial.
 REC =
1 (MODO DE CIRCULAÇÃO): Neste modo a entrada de dados fica
inibida e os dados entram em movimento circular.
 REC = 0 (MODO DE ENTRADA DE DADOS): Este modo desabilita o
deslocamento de bits e é usado para colocar um novo dado dentro do
registrador através da entrada de dados.
Memórias FIFO (Primeiro a Entrar, Primeiro a Sair)
A FIFO é um outro tipo de memória de acesso seqüencial que utiliza
registradores de deslocamento em sua implementação. Ela é similar à
memória de registradores de deslocamento circular, à medida que as
palavras entram em Entrada de Dados na mesma ordem em que são
descarregadas em Saída de Dados. Em resumo, a primeira palavra que for
escrita será a primeira a ser lida, daí o nome primeira a entrar,
primeira a sair (FIFO).
Algumas diferenças entre as memórias FIFO e as circulares são:


Na FIFO as saídas dos dados não vão circular de volta pelo
registrador. Em vista de serem deslocadas para a saída, elas serão
perdidas.
A operação de deslocamento de dados para dentro da memória FIFO
independe completamente da operação de deslocamento de dados para
fora da memória. Isto torna as memórias FIFO particularmente
adequadas para a operação de transferência de dados entre sistemas
operando a velocidades muito diferentes.
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Um exemplo comum deste tipo de transferência envolvendo memória FIFO é a
realizada de um computador para uma impressora. 0 computador envia dados
para a impressora numa velocidade extremamente superior àquela que a
impressora pode aceitá-los. Uma memória FIFO pode agir com um buffer
equalizador da taxa de dados trocados entre o computador e a impressora,
aceitando os dados que vêm do computador a uma velocidade alta e
armazenando-os. Após isto, os dados são deslocados para a saída,
ligada à impressora, numa velocidade bem mais baixa.
MEMÓRIAS MAGNÉTICAS
As memórias baseadas em semicondutor armazenam informações na forma de
uma carga elétrica ou de uma tensão, devido à sua alta velocidade de
operação, ao pouco espaço ocupado e à sua simplicidade, elas são
normalmente
usadas
para
implementação
da
memória
principal
de
computadores. A desvantagem desse tipo de dispositivo é a sua
volatilidade, o que impede seu uso para armazenamento de dados por longo
prazo. Para evitar esse tipo de problema, o uso de dispositivos baseados
em armazenamento magnético é utilizado em larga escala. Sua principal
característica é a não-volatilidade.

Núcleo Magnético: A memória de núcleos magnéticos é uma memória de
acesso randômico, de leitura e escrita, não-volátil, que foi a
antecessora da memória a semicondutor. Quase todos os computadores
mais antigos utilizavam memórias de núcleo para a implementação de
seus sistemas de memória principal. Os sistemas de memória de núcleos
magnéticos possuem tempos de acesso que variam entre 100 ns e 500 ns,
e ainda podem ser encontrados em alguns minicomputadores e
computadores de grande porte antigos. Tais sistemas tornaram se
obsoletos nas aplicações modernas.

Memória de Bolhas Magnéticas (MBM): A memória de bolhas magnéticas é
uma memória a semicondutor que armazena a informação binária na forma
de bolhas magnéticas muito pequenas, formadas sobre um filme fino de
material magnético. A presença ou não de uma bolha numa posição
específica é interpretada como 1 ou 0, respectivamente. As mudanças
contínuas dos campos magnéticos são usadas para mover as bolhas em
loops dentro do material magnético, similarmente aos registradores de
deslocamento circular. A principal vantagem das MBMs é a sua nãovolatilidade; se a alimentação for interrompida, os dados armazenados
não serão perdidos, uma vez que as bolhas simplesmente permanecem em
suas posições. Quando a energia for restabelecida, as bolhas
recomeçam a circular em torno de seus loops. As MBMs são bastante
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compactas e dissipam pouquíssima potência. Um dispositivo típico de
MBM pode armazenar mais de um milhão de bits. Apesar de todos estes
pontos favoráveis, as MBMs não possuem velocidade que permita seu
emprego
na
implementação
de
sistemas
de
memória
principal.
Atualmente, as MBMs são em torno de 100 vezes mais rápidas do que os
disquetes, porém são ainda bem mais caras devido à complexidade de
seus circuitos de suporte. Com a queda gradual de seu custo,
poderemos ver mais e mais sistemas MBM sendo usados em lugar dos
lentos e pouco confiáveis disquetes.

Discos e Fitas Magnéticas: Os dispositivos de fita e de disco
realizam a gravação e a leitura de pontos magnéticos sobre uma
superfície móvel. Nestas superfícies, é aplicada uma camada bem fina
de material magnético, de maneira a cobrir toda a superfície com tal
material. 0 armazenamento e a leitura de informações binárias em
discos e fitas utilizam os mesmos princípios básicos. A cabeça de
leitura/escrita é composta por um núcleo de ferro macio, de alta
permeabilidade, com uma bobina envolvendo-o em parte. Na escrita, a
corrente passa na bobina, estabelecendo linhas de fluxo magnético no
núcleo. Durante a leitura, a bobina é usada como sensor. Enquanto a
superfície magnética se move sob a cabeça, os pontos que foram
magnetizados produzem um fluxo que entra no núcleo. Esta mudança no
fluxo do núcleo induz uma tensão na bobina, tensão esta que é
amplificada e interpretada como correspondente a 0 ou 1.
Tanto os discos quanto as fitas são não-voláteis, sendo normalmente
utilizados como memória de massa. Pelo fato de ambos os sistemas
usarem meios mecânicos para gravação e leitura da informação, seus
tempos de acesso são extremamente altos, impedindo tais dispositivos
de serem usados na implementação de sistemas de memória principal. 0
baixo custo do bit armazenado, aliado à imensa capacidade de
armazenamento dos discos e fitas, tornam tais dispositivos ideais
para serem usados como memória secundária, podendo transferir seus
dados para a memória principal, sempre que necessário.

Sistemas de Disco Rígido(Hard Disk): Em um sistema de disco rígido,
os dados são armazenados em trilhas concêntricas sobre uma superfície
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de alumínio coberta com uma camada magnética em ambos os lados. Um
disco rígido típico de cinco polegadas, tal como os encontrados nos
PCs da IBM, são constituídos na verdade por dois discos, quatro
superfícies, com uma capacidade total de 10 a 20M bytes. A tecnologia
atual nos permite contar com discos rígidos com capacidades na faixa
de 100 a 1000M bytes. A maioria de tais sistemas é fixo, fazendo com
que os discos estejam permanentemente montados no sistema, não
podendo ser removidos, a não ser por pessoal especializado.

Sistemas de Disco Flexível (Floppy Disk): Um disco flexível, também
chamado disquete, é um disco que tem as duas superfícies cobertas com
camadas magnéticas, de forma que os dados podem ser gravados em ambos
os lados do disco. Tal disco gira dentro de um envoltório de papelão
(ou plástico), e é apresentado em três tamanhos-padrão: 8 polegadas
(original), 5,25 polegadas (o minifloppy) e 3,5 polegadas (o
microfloppy). Quando inserido na unidade, o disco flexível roda a uma
velocidade fixa de 300 ou 360 rpm, bem menor do que a dos discos
rígidos.
A capacidade destes discos gira em torno de IOOK a 1M bytes, apesar
de alguns fabricantes já estarem comercializando disquetes de 3,5 com
4M bytes de capacidade. Os disquetes têm tempo de acesso de mais ou
menos 10 vezes maior que o dos discos rígidos, além de sua taxa de
transferência de dados ser também 10 vezes mais lenta.
Apesar de os
capacidade de
vantagem da
transportados
pelo correio.
discos flexíveis
armazenamento do
portabilidade e
de um computador
serem mais lentos e possuírem menos
que os discos rígidos, eles têm a
do baixo custo, sendo facilmente
para outro, podendo ser enviados até

Fita Magnética: 0 uso mais comum para a memória em fita magnética é
como backup para as informações de um disco rígido. A maior vantagem
da fita é o baixo custo por bit armazenado e a imensa capacidade de
armazenamento. Uma pequena fita cassete, como a usada para gravação
de sinais de áudio, pode armazenar facilmente 1000M bytes. A
principal desvantagem da memória em fita é o tempo de acesso muito
alto em função do acesso ao meio físico ser eminentemente seqüencial.
Este problema não deve ser considerado quando a fita for usada para
armazenar informações de backup. Neste caso, as informações não serão
lidas com freqüência, e, quando o forem, a fita será lida em sua
totalidade, de forma seqüencial, da primeira informação à última.

Memória em Disco Ótico: A memória em disco ótico é a mais nova
tecnologia para sistemas de memória de massa, apresentando atualmente
uma forte tendência a vir a ser a tecnologia dominante para este tipo
de aplicação. Um ponto forte dos sistemas de memória ótica é a sua
alta capacidade de armazenamento - 1000M bytes em uma superfície de
diâmetro
de
5,5
polegadas.
Outras
vantagens
são
seu
custo
relativamente baixo e a imunidade à poeira. Seu tempo de acesso e sua
capacidade de transferência de dados são comparáveis aos dos discos
rígidos.
Os sistemas de discos óticos estão disponíveis em três tipos básicos:
0 disco que só pode ser lido é denominado ROM ótico (OROM), ou
compact-disk ROM (CD-ROM). Um disco ótico que só pode ser escrito uma
única vez é chamado de escrito-uma-vez-lido-multas (write-once-readmany) cuja abreviatura é WORM. Tanto os CD-ROMs quanto os WORMs não
podem ser apagados. 0 disco ótico de leitura/escrita pode ser escrito
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quantas vezes forem necessárias, operando, portanto, como um disco
rígido.
PESQUISA DE FALHAS EM SISTEMAS COM MEMÓRIA RAM
Devido ao fato dos computadores usarem memórias do tipo RAM e ROM, e
esses dispositivos serem formados de milhares de células de memória, uma
simples falha em uma dessas células poderá “derrubar” o sistema ou então
gerar instabilidade, tornando sua operação não-confiável. Qualquer tipo
de teste para análise de falhas envolverá a avaliação e identificação
das posições que estão funcionando bem e quais não estão apresentando
funcionamento satisfatório.
Em geral, tais problemas podem ser identificados como devidos a um CI de
memória ruim, a um decodificador que não esteja funcionando bem, a uma
porta lógica, a um sinal fora de sincronismo, ou a um problema
envolvendo conexões entre as partes componentes do circuito (curtocircuito ou conexão aberta).
Pelo fato de as RAMs poderem ser lidas e escritas, seu teste é mais
complexo do que o das ROMs. Qualquer operação de identificação de falhas
deve partir do princípio que “o sucesso de qualquer metodologia
empregada
na
pesquisa
de
problemas
em
circuitos
ou
sistemas
relativamente complexos depende fundamentalmente de um conhecimento
profundo da operação do circuito ou do sistema em análise”.

Testando a Lógica de Decodificação: Nesta técnica, desconecta-se o
processador, aplica-se o sinal em suas portas de entrada juntamente
com a onda do clock. Gerando-os a partir de um circuito externo de
teste, de maneira a realizar um teste estático, usando chaves
operadas manualmente para cada um dos sinais, ou um teste dinâmico,
usando um contador cíclico, que conte na faixa dos endereços do
sistema. Com tais sinais aplicados, as saídas do decodificador
poderão ser verificadas com muita facilidade. Técnicas mais ou menos
padrão para o rastreamento de sinais poderão ser usadas para isolar
qualquer falha na lógica de decodificação.

Testando todo o Sistema de Memória RAM: Quando o teste da lógica de
decodificação não consegue identificar o problema, o método mais
comum é testar a operação do sistema completo da RAM. Esse teste
consiste em escrever padrões conhecidos de Os e ls em cada posição de
memória, e lê-los de volta, para verificar se o padrão foi ou não
armazenado corretamente naquela particular posição de memória. Embora
existam diversos padrões diferentes que possam ser usados, um dos
mais utilizados é o chamado "padrão de verificação de quadro". Neste
padrão, os 1s e Os são escritos na memória alternadamente, como
mostrado a seguir, 01010101. Uma vez que todas as posições tenham
sido testadas com este padrão, este deve ser invertido, ficando
10101010, sendo cada posição de memória novamente testada com o novo
padrão. Note que esta seqüência de testes vai verificar se todas as
células da memória estão conseguindo armazenar um 0 e um 1. Pelo fato
de armazenar os bits alternadamente, este padrão também pode
verificar a existência de curto ou de qualquer interação entre
células adjacentes. Nenhum teste de memória pode descobrir todas as
possíveis falhas que podem ocorrer numa RAM com 100% de exatidão.
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TESTANDO A ROM
Devido a similaridade de funcionamento da RAM com ROM, o teste da lógica
de decodificação são praticamente idênticos. Os chips de ROM, no
entanto, devem ser testados de maneira diferente que os chips RAM.
Existem diversos métodos para verificar o conteúdo de um CI de ROM.
Uma possibilidade é colocar a ROM em um soquete que pertença a um
instrumento especial de teste, controlado por um microprocessador. Tal
instrumento pode ser programado para ler cada posição da ROM em teste, e
ímprimir uma listagem do seu conteúdo. Esta lista deve ser comparada com
o suposto conteúdo da ROM. Tal procedimento de teste é muito demorado,
só sendo aplicável às ROMs de baixa capacidade.
Numa abordagem mais eficiente da questão, o próprio instrumento de teste
vai conter os dados corretos, armazenados em uma memória interna,
denominada chip ROM de referência. 0 instrumento é programado para ler o
conteúdo de cada posição da ROM em teste e comparar a informação lida
com o conteúdo da posição equivalente da ROM de referência, listando as
discrepâncias
porventura
encontradas.
Tal
procedimento
exige,
naturalmente, que esteja disponível uma memória ROM pré-programada para
servir como referência.
Uma outra abordagem usa o método da verificação da soma (checksum) que
coloca um código especial na última ou nas duas últimas posições do chip
da ROM, por ocasião de sua programação. Este código é obtido somando-se
as palavras a ser armazenadas em todas as posições da ROM, excluindo
apenas aquelas onde o resultado da soma vai ser armazenado. Enquanto o
instrumento de teste lê os dados de cada posição durante a realização do
teste, vai também acumulando a soma do conteúdo das posições lidas. Ao
final da leitura, o programa de teste compara a soma obtida por ele com
o código armazenado na própria ROM. Se houver coincidência de valores,
significa que a ROM muito provavelmente está boa. Se tais valores não
coincidirem, existe realmente um problema na ROM.
A metodologia da verificação da soma também pode ser usada por um
computador ou por um microprocessador durante um autoteste automático
para verificação do conteúdo da ROM, realizado quando o sistema é
ligado.
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