APLICACIONES DE LAS MEMORIAS

En la actualidad muchos de los sistemas electrónicos necesitan dispositivos para almacenar y/o leer información. Como ejemplo de este tipo de sistemas podemos mencionar los teléfonos electrónicos, televisores, equipos de sonido y los computadores entre otros.

Esta lección se centrará en mencionar algunas aplicaciones particulares de las memorias que pueden ser de interés para desarrollar proyectos.

Memoria RAM

La memoria RAM es uno de los componentes más importantes en un computador. Cuando se requiere emplear un archivo de datos o programa, los datos o instrucciones son leídos desde el disco duro o disquete y colocados en una memoria RAM, para que sean leídos por el microprocesador, permitiéndole manipularlos, ingresar nuevos datos, modificar los existentes, hacer cálculos, búsquedas, resúmenes, etc.

El uso más difundido de estos dispositivos indiscutiblemente se encuentra en los computadores:

• Se utilizan en sistemas microprocesados, y en los microcontroladores, en sistemas pequeños es de lectura/escritura.
• En los computadores se utiliza como memoria de Cache y memoria de vídeo.

Las memorias para computadores generalmente no se consiguen en chips, sino en módulos de memoria empaquetados en dos formatos básicos: SIMM y DIMM que contienen 8, 16, 32, 64 o 128 MB cada uno. Estos módulos se introducen en ranuras o slots en la tarjeta madre de los computadores y en la figura 10.4.1 se muestra su presentación de 32 y 72 pines.

Figura 10.4.1. Módulos de Memoria RAM

Memoria ROM

Programas y Datos

La aplicación más difundida en este tipo de memoria ha sido el almacenamiento de códigos de programas para el momento del arranque de dispositivos que utilizan microprocesadores, como es el caso de los computadores.

Los Computadores vienen con una memoria ROM, donde se encuentran alojados los programas del BIOS (Basic Input Output System), el cual contiene las instrucciones y datos necesarios para activar y hacer funcionar el computador y sus periféricos. Debido a que en esta memoria la información está disponible en cualquier momento, los programas en unaROM son a menudo los cimientos sobre los que se construye el resto de los programas (incluyendo el DOS).

La ventaja de tener los programas fundamentales del computador almacenados en una ROM, es que están allí disponibles y no hay necesidad de cargarlos en la memoria desde el disco de la misma forma que se carga el DOS. Comúnmente estos programas son llamados Firmware, lo que indica que se encuentran firmemente almacenados en el Hardware y que no cambian.

Funciones matemáticas y Generadores de Señales

Otra aplicación de estas memorias consiste en el almacenamiento de tablas de datos que permiten generar funciones matemáticas. Por ejemplo existen memorias que almacenan funciones trigonométricas y hallan el resultado con base en el valor binario introducido en el bus de direcciones. En la figura 10.4.1, se observa como se puede implementar un generador de una señal seno, a partir de la información almacenada en una memoria ROM.

Figura 10.4.2. Generador de señales con una memoria ROM

Ejemplos de Memorias Comerciales

Las memorias son circuitos integrados cuyos pines se hayan en ambos lados de la cápsula, formando dos líneas o hileras de pines (DIP) y generalmente se fabrican con capacidades de orden de Kilobytes o Megabytes múltiplos de 8, por ejemplo 8k, 16k, 32k, 64k, 128k, o 8M, 16M, 32M, etc.

Figura 10.5.1. Distribución de pines de un chip de memoria

En la figura 10.5.1 se observa un esquema descriptivo de los pines que generalmente se encuentran en una memoria. A continuación se da una explicación de cada uno de estos pines:

• A₀...A_n (Bus de direcciones): Estos pines son las entradas para seleccionar la posición de memoria a escribir o leer y su cantidad define la capacidad de palabras que puede almacenar, dada por la expresión 2ⁿ, donde n es el número de pines.
• D₀...D_i (Bus de Datos): Corresponde a los pines de entrada y salida de datos. En el mercado se consiguen generalmente buses de 1, 4, 8 y 16 bits y lo más usual es encontrar chips tengan 8 entradas de datos.
• CS (Chip Select): Este pin se utiliza para seleccionar el chip de memoria que se desea acceder. Esto en el caso del usar dos o más memorias similares.
• OE (Output Enable): Utilizado para habilitar la salida de datos. Cuando se encuentra en estado activo las salidas tiene alta impedancia o actúan como entradas.
• R/W’ (Read/Write’): Entrada utilizada en las memorias RAM para seleccionar la operación de lectura o escritura
• V_CC y GND (Alimentación): Corresponden a los pines de alimentación del circuito integrado. Algunas tienen disponible tres pines para este propósito, pero por lo general son dos y el valor de la tensión de alimentación depende de la tecnología de fabricación del circuito.

En las siguientes secciones se indicaran algunos ejemplos de circuitos integrados de uso general disponibles en el mercado, dando un ejemplo de cada uno de los tipos de memorias vistas.

MEMORIA SRAM - MCM6264C

Esta memoria fabricada por Motorola y desarrollada con tecnología CMOS tiene una capacidad de 8K x 8. Los tiempos de lectura y escritura del integrado son de aproximadamente 12ns y tiene un consumo de potencia aproximado de 100 mW. En la Figura 10.5.2 se observa la disposición de los pines del circuito integrado de esta memoria y sus las características técnicas básicas.

Características Técnicas Referencia MCM6264C Tipo SRAM Capacidad (bits) 8192 X 8 Tipo de salida 5V Tiempos de Acceso 12/15/20/25/35 ns Encapsulado DIL-28

Figura 10.5.2 SRAM MCM6264C

MEMORIA DRAM – 4116

El CI 4116 es una memoria DRAM de 16K x 1. La estructura interna de este integrado se encuentra constituida por un arreglo de 128 filas y 128 columnas donde cada uno de los bitsse ubican con una dirección de 14 bits. En la figura 10.5.3 se muestra la disposición de los pines del circuito integrado. Observe que la entrada de direcciones es de 7 bits (A0...A6). La razón de poseer 7 pines y no 14, se debe a que estos tienen función doble, por ejemplo la entrada A0 se utiliza para establecer los valores de los bits A0/A7 de la dirección de memoria que se quiere acceder.

Características Técnicas Referencia 4116 Tipo DRAM Capacidad (bits) 16384 X 1 Tipo de salida TRI-STATE Tiempos de Acceso 100/120/150/200 ns Encapsulado DIL-16

Figura 10.5.3. DRAM 4116

Para ingresar una dirección de memoria en este integrado se utilizan las señales de entrada RAS’ y CAS’, las cuales deben estar inicialmente en "1" para recibir los 7 bits menos significativos de la dirección (A6...A0). Después de ello la entrada RAS’ debe cambiar a "0" con lo cual los 7 bits se cargan en el registro de direcciones de memoria y el dispositivo queda disponible para recibir los 7 bits mas significativos (A7...A14) de la dirección. Una vez se aplican estos bits, la entrada CAS’ debe cambiar a "0", cargándolos de esta forma en el registro de direcciones en su respectiva posición y permitiendo finalmente acceder a la posición de memoria para efectuar la operación de lectura o escritura.

MEMORIAS PROM - 74S473

Esta memoria tiene una capacidad de 512 palabras de 8 bits y la descripción de sus pines se muestra en la figura 10.5.4

Características Técnicas Referencia 74S473 Tipo PROM Capacidad (bits) 512 X 8 Tipo de salida OPEN COLECTOR Tiempos de Acceso 60 ns Encapsulado DIL-20

Figura 10.5.4. PROM 74S473

MEMORIA EPROM - 27C16B

Esta memoria de 24 pines tiene una capacidad de 2048 palabras de 8 bits, es decir 2KB. Las salidas de esta memoria son triestado, lo que permite escribir o leer los datos con el mismo bus de datos.

Características Técnicas Referencia 27C16B Tipo EPROM CMOS Capacidad (bits) 2048 X 8 Tipo de salida (5V) (Vp=12.75V) Tiempos de Acceso 150/250 ns Encapsulado DIL-24

Figura 10.5.5. EPROM 27C16B

Esta memoria tiene dos pines no indicados inicialmente:

• VPP: Es utilizado durante la programación.
• CE’/P (Chip Enable’/Program): Utilizado para seleccionar el chip (en caso de emplearse en forma conjunta con otros) y para programar la posición de memoria seleccionada en el bus de direcciones.

Durante la programación de la memoria, la entrada OE’ se debe encontrar en 1. En la entrada debe estar presente una tensión de 5V, así como en los datos y la dirección de memoria. Después de ello, se aplica pulso de tensión durante 30 ms aproximadamente, para almacenar los datos.

Como se vió anteriormente, el borrado de este tipo de memoria se efectúa mediante la exposición del integrado a luz ultravioleta. Una lámpara UV de 12mW, puede ser utilizada para efectuar este proceso, el cual tarda entre 20 y 25 minutos.

MEMORIA EEPROM - 28C64A

Esta memoria tiene una capacidad de 8K X 8 y tiene características diferentes a las demás. La información almacenada puede perdurar aproximadamente 100 años y puede soportar hasta 100.000 ciclos de grabado y borrado.

Características Técnicas Referencia28C64A TipoEEPROM CMOS Capacidad (bits) 8192 X 8 Tipo de salida 5V Tiempos de Acceso 120/150/200 ns Encapsulado DIL-28 y PLCC-32

Figura 10.5.6. EEPROM 28C64A

En la figura 10.5.6 se indica la disposición de los pines de esta memoria la cual se encuentra disponible en dos tipos de encapsulados (DIL y PLCC).

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.

Características Técnicas Referencia 28F256 Tipo FLASH EEPROM Capacidad (bits) 32768 X 8 Tipo de salida (5V) (Vp=12.5V) Tiempos de Acceso 90/100/120/150 ns Encapsulado DIL-28

Figura 10.5.7. Memoria Flash 27F256

En la figura 10.5.7 se indica la disposición de los pines de esta memoria con sus características técnicas básicas.

MEMORIAS DE ACCESO ALEATORIO

Las memorias de Acceso Aleatorio son conocidas como memorias RAM de la sigla en inglés Random Access Memory. Se caracterizan por ser memorias de lectura/escritura y contienen un conjunto de variables de dirección que permiten seleccionar cualquier dirección de memoria de forma directa e independiente de la posición en la que se encuentre.

Estas memorias son volátiles, es decir, que se pierde la información cuando no hay energía y se clasifican en dos categorías básicas: la RAM estática y la RAM dinámica, las cuales se describen en las siguientes dos secciones.

Memoria RAM estática

Este tipo de memoria conocida como SRAM (Static Random Access Memory) se compone de celdas conformadas por flip-flops construidos generalmente con transistores MOSFET, aunque también existen algunas memorias pequeñas construidas con transistores bipolares. En la figura 10.2.1 se observa la estructura típica de una celda de memoria de una SRAM.

Figura 10.2.1. Estructura de una celda de memoria SRAM

Como se observa en la figura la celda se activa mediante un nivel activo a la entrada superior y los datos se cargan o se leen a través de las líneas laterales.

Las celdas de memoria se agrupan en filas y columnas para conformar el arreglo básico de la memoria. En la figura 10.2.2 se muestra la disposición de las celdas de memoria en unaSRAM, donde se observa que cada una de las filas se habilita de forma simultánea para recibir o cargar los datos del bus de entrada/salida.

Figura 10.2.2. Arreglo básico de una SRAM

Existen otras modalidades de funcionamiento de las memorias estáticas, entre ellas se pueden nombrar las siguientes:

SRAM Sincrónica

Al igual que en los sistemas sincrónicos, este tipo de memoria tiene una entrada de reloj, la cual le permite operar en sincronía con otros dispositivos. Esta característica no aporta mejores beneficios, sin embargo simplifica enormemente el diseño de sistemas de alta prestaciones, ya que una única señal controla todos los dispositivos involucrados. La ventaja de estas memorias viene proporcionada por lo que se podría llamar su funcionamiento automático, guiado por la señal de reloj, por lo que no es necesario ocuparse de generar las señales de control.

SRAM de Ráfaga

Las memorias de ráfagas (burst) son sincrónicas y se caracterizan por incluir un contador que permite que la memoria genere internamente la dirección a la que debe acceder, consiguiendo de esta forma accesos hasta cuatro posiciones de memoria con una sola dirección de referencia. Esto permite acceder de forma mas rápida a la información en memoria.

Vemos como funciona este tipo de memoria. La CPU genera una dirección de memoria, la cual se propaga a través del bus de direcciones hasta la memoria, decodificándose y accediendo a la posición correspondiente. Si se ha configurado la memoria en modo ráfaga, una vez obtenido el primer dato, incrementa la dirección y vuelve a acceder. De esta forma se evita el tiempo de propagación de las señales por el bus y el tiempo de decodificación de la dirección. El numero de palabras leídas o escritas en una ráfaga, viene limitado por el tamaño del contador interno de la memoria.

SRAM Pipeline

Con los dos tipos de memorias anteriores se consigue el acceso a posiciones consecutivas de forma rápida. Para mantener esta velocidad cuando se cambia de secuencia, las memorias pipeline incluyen un buffer para almacenar la dirección y los datos actuales proporcionados por la memoria. De esta forma, se puede enviar la nueva dirección antes de terminar la lectura, consiguiendo así que la CPU no espere la finalización del acceso a una posición de memoria para generar la nueva dirección.

Memoria RAM dinámica

Este tipo de memoria conocida como DRAM (Dinamic Random Access Memory), a diferencia de la memoria estática se compone de celdas de memoria construidas con condensadores. Las celdas de memoria son de fabricación más sencillas en comparación a las celdas a base de transistores, lo cual permite construir memorias de gran capacidad. La figura 10.2.3 se observa la composición interna de una de estas celdas.

Figura 10.2.3. Celda de memoria de una DRAM

La operación de la celda es similar a la de un interruptor, cuando el estado en la fila se encuentra en alto, el transistor entra en saturación y el dato presente en el bus interno de la memoria (columna) se almacena en el condensador, durante una operación de escritura y se extrae en una operación de lectura. El inconveniente que tiene este tipo de memorias consiste en que hay que recargar la información almacenada en las celdas, por lo cual estas celdas requieren de circuitería adicional para cumplir esta función. En la figura 10.2.4 se observa la celda completa con sus aditamentos donde se puede identificar la forma en que se desarrollan las operaciones de escritura, lectura y recarga.

Figura 10.2.4. Sistema lectura, escritura y recarga de una celda DRAM

Como se ha notado, existen diferencias entre la memoria Estática y Dinámica. En La tabla 10.2.1 se indican las ventajas y desventajas de los dos sistemas de memoria, lo cual permite seleccionar el tipo de memoria dependiendo de la aplicación.

Memoria	Ventajas	Desventajas
SRAM	La velocidad de acceso es alta. Para retener los datos solo necesita estar energizada. Son mas fáciles de diseñar.	Menor capacidad, debido a que cada celda de almacenamiento requiere mas transistores. Mayor costo por bit. Mayor consumo de Potencia.
DRAM	Mayor densidad y capacidad. Menor costo por bit. Menor consumo de potencia.	La velocidad de acceso es bajar. Necesita recargar de la información. almacenada para retenerla. Diseño complejo.

Memorias de Solo Lectura

Las memorias de solo lectura son conocidas como memorias ROM de la sigla en inglés Read Only Memory. Se caracterizan por ser memorias de lectura y contienen celdas de memoria no volátiles, es decir que la información almacenada se conserva sin necesidad de energía. Este tipo de memoria se emplea para almacenar información de forma permanente o información que no cambie con mucha frecuencia.

Actualmente se dispone de varios tipos de memorias ROM, a continuación se explicará cada una de ellas con sus características básicas.

Memoria ROM de Máscara

Esta memoria se conoce simplemente como ROM y se caracteriza porque la información contenida en su interior se almacena durante su construcción y no se puede alterar. Son memorias ideales para almacenar microprogramas, sistemas operativos, tablas de conversión y caracteres.

Generalmente estas memorias utilizan transistores MOS para representar los dos estados lógicos (1 ó 0). La programación se desarrolla mediante el diseño de un negativo fotográfico llamado máscara donde se especifican las conexiones internas de la memoria. En la figura 10.3.1 se muestra la celda de memoria de una ROM de este tipo, en tecnologías TTL y MOS.

Figura 10.3.1. Celdas de memoria para una ROM

Las celdas de memoria se organizan en grupos para formar registros del mismo tamaño y estos se ubican físicamente formando un arreglo, como el indicado en la figura 10.3.2.

Figura 10.3.2. Organización interna de una Memoria ROM

Memoria PROM

Esta memoria es conocida como ROM programable de la sigla en inglés Programmable Read Only Memory. Este tipo de memoria a diferencia de la ROM no se programa durante el proceso de fabricación, en vez de ello la programación la efectúa el usuario y se puede realizar una sola vez, después de la cual no se puede borrar o volver a almacenar otra información.

El proceso de programación es destructivo, es decir, que una vez grabada, es como si fuese una ROM normal. Para almacenar la información se emplean dos técnicas: por destrucción de fusible o por destrucción de unión. Comúnmente la información se programa o quema en las diferentes celdas de memoria aplicando la dirección en el bus de direcciones, los datos en los buffers de entrada de datos y un pulso de 10 a 30V, en una terminal dedicada para fundir los fusibles correspondientes. Cuando se aplica este pulso a un fusible de la celda, se almacena un 0 lógico, de lo contrario se almacena un 1 lógico (estado por defecto), quedando de esta forma la información almacenada de forma permanente. En la figura 10.3.3 se observa la disposición interna de una celda de memoria y los fusibles correspondientes.

Figura 10.3.3. Celda de Memoria de una PROM

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 10.3.4 se indica de forma esquemática la función del programador.

Figura 10.3.4. Programación de un PROM

Memoria EPROM

Este tipo de memoria es similar a la PROM con la diferencia que la información se puede borrar y volver a grabar varias veces. Su nombre proviene de la sigla en inglés Erasable Read Only Memory.

La programación se efectúa 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, tal como las memorias vistas anteriormente se compone de un arreglo de transistores MOSFET de Canal N de compuerta aislada. En la figura 10.3.5 se observa el transistor funcionando como celda de memoria en una EPROM.

Figura 10.3.5. 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.

Por otra parte el borrado de la memoria se realiza mediante la exposición del dispositivo a rayos ultravioleta durante un tiempo aproximado de 10 a 30 minutos. Este tiempo depende del tipo de fabricante y para realizar el borrado, el circuito integrado dispone de una ventana de cuarzo transparente, la cual permite a los rayos ultravioleta llegar hasta el material fotoconductivo presente en las compuertas aisladas y de esta forma lograr que la carga se disipe a través de este material apagando el transistor, en cuyo caso todas las celdas de memoria quedan en 1 lógico. Generalmente esta ventana de cuarzo se ubica sobre la superficie del encapsulado y se cubre con un adhesivo para evitar la entrada de luz ambiente que pueda borrar la información, debido a su componente UV. En la figura 10.3.6 se observa la fotografía de una memoria de este tipo.

Figura 10.3.6. Apariencia Fisica de una EPROM

Memoria EEPROM

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.

La programación de estas memorias es similar a la programación de la EPROM, la cual se realiza por aplicación de una tensión de 21 Voltios a la compuerta aislada MOSFET de cada transistor, dejando de esta forma una carga eléctrica, que es suficiente para encender los transistores y almacenar la información. Por otro lado, el borrado de la memoria se efectúa aplicando tensiones negativas sobre las compuertas para liberar la carga eléctrica almacenada en ellas.

Esta memoria tiene algunas ventajas con respecto a la Memoria EPROM, de las cuales se pueden enumerar las siguientes:

• 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.
• Para reescribir no se necesita se necesita hacer un borrado previo.
• Se pueden reescribir aproximadamente unas 1000 veces sin que se observen problemas para almacenar la información.

El tiempo de almacenamiento de la información es similar al de las EPROM, es decir aproximadamente 10 años.

Memoria FLASH

La memoria FLASH es similar a la EEPROM, es decir que se puede programar y borrar eléctricamente. 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 lasEPROM a menor costo que las EEPROM.

Las celdas de memoria se encuentran constituidas por un transistor MOS de puerta apilada, el cual se forma con una puerta de control y una puerta aislada, tal como se indica en la figura 10.3.7. La compuerta aislada almacena carga eléctrica cuando se aplica una tensión lo suficientemente alta en la puerta de control. De la misma manera que la memoria EPROM, cuando hay carga eléctrica en la compuerta aislada, se almacena un 0, de lo contrario se almacena un 1.

Figura 10.3.7 Celda de memoria de una FLASH

Las operaciones básicas de una memoria Flash son la programación, la lectura y borrado.

Como ya se mencionó, la programación se efectúa con la aplicación de una tensión (generalmente de 12V o 12.75 V) a cada una de las compuertas de control, correspondiente a las celdas en las que se desean almacenar 0’s. Para almacenar 1’s no es necesario aplicar tensión a las compuertas debido a que el estado por defecto de las celdas de memoria es 1.

La lectura se efectúa aplicando una tensión positiva a la compuerta de control de la celda de memoria, en cuyo caso el estado lógico almacenado se deduce con base en el cambio de estado del transistor:

• Si hay un 1 almacenado, la tensión aplicada será lo suficiente para encender el transistor y hacer circular corriente del drenador hacia la fuente.
• Si hay un 0 almacenado, la tensión aplicada no encenderá el transistor debido a que la carga eléctrica almacenada en la compuerta aislada.

Para determinar si el dato almacenado en la celda es un 1 ó un 0, se detecta la corriente circulando por el transistor en el momento que se aplica la tensión en la compuerta de control.

El borrado consiste en la liberación de las cargas eléctricas almacenadas en las compuertas aisladas de los transistores. Este proceso consiste en la aplicación de una tensión lo suficientemente negativa que desplaza las cargas como se indica en la figura 10.3.8.

Figura 10.3.8. Proceso de descarga de una celda de memoria FLASH

ASPECTOS GENERALES SOBRE MEMORIAS

Las unidades de memoria son módulos conformados por un conjunto de cerrojos o condensadores agrupados de tal forma que almacenan varias palabras binarias de n bits. Cada una de ellas tienen la capacidad de almacenar un bit de información (1 o 0), y se conocen con el nombre de celdas de memoria. Las celdas o bits de memoria se ubican mediante la fila y la columna en la que se encuentra. En la figura 10.1.1 se observa como ubicar un bit y una palabra dentro de una memoria.

Figura 10.1.1. Ubicación de la información en una memoria

Las palabras binarias se identifican con una dirección la cual define la ubicación dentro del arreglo y generalmente se designa con un número binario, octal o hexadecimal. En la mayoría de las aplicaciones se asocian en grupos de ocho unidades para formar bytes y el tamaño de las palabras en las memorias actuales está entre 4 y 64 bits.

El parámetro básico de una memoria es su capacidad, la cual corresponde al total de unidades que puede almacenar. Como ejemplo, la memoria de la figura 10.1.1 tiene una capacidad de 8n bits, que en otras palabras representa n bytes. Regularmente estas memorias en la actualidad se consiguen en tamaños del orden megabytes.

El tiempo de acceso es otro parámetro importante en las memorias. Este corresponde al tiempo que tarda la memoria en acceder a la información almacenada en una dirección. Generalmente este tiempo se designan como t_acc en las fichas técnicas de estos dispositivos. En tabla 10.1.1 se indican los tiempos de acceso de las memorias en Circuito Integrado comparados con los tiempos de otros tipos de memoria.

Memoria	Tiempo de Acceso
Núcleo de Ferrita	0.3 - 1.0 us
Cinta Magnética	5 ms - 1s
Disco Magnético	10ms - 50 ms
CD ROM	200 ms – 400 ms
Memorias Integradas MOS	2ns – 300 ns
Memorias Integradas Bipolares	0.5ns – 30 ns

Tabla 10.1.1. Comparación de tiempos de acceso de diversos tipos de memorias

Operaciones básicas de una Memoria

La función básica de las memorias es almacenar información. Sin embargo las memorias tienen la función especifica de escribir y leer los datos en su interior. En la figura 10.1.2 se observa la estructura básica de una memoria de 1K de 4 bits, en la cual se indican sus partes básicas.

Figura 10.1.2. Esquema descriptivo de una Memoria

En la figura 10.1.2 la entrada de direcciones (A₀ a A₉), como su nombre lo indica, define la posición a escribir o leer dentro de la memoria, las entradas y salidas de datos definen los datos a escribir y leer respectivamente, la entrada WE’ controla el tipo de operación que la memoria debe hacer y la entrada OE’ corresponde a la señal de habilitación de la memoria, la cual habilita o deshabilita la memoria para responder a las demás entradas.

En los computadores modernos las memorias actúan directamente con la CPU a través de canales de comunicación llamados buses. En la figura 10.1.3 se observa un esquema general, el cuál muestra cómo interactúa la CPU de un microcomputador con las memorias a través de estos canales.

Figura 10.1.3. Esquema Simplificado de un Microcomputador.

Las operaciones básicas de una memoria consisten en leer y almacenar información mediante el uso del bus de datos y direcciones. Estas operaciones ocurren en un orden lógico, el cual se indica a continuación:

• Apuntar a la dirección de memoria que se desea leer o escribir mediante el uso del bus de direcciones
• Selección del tipo de operación: Lectura o escritura.
• Cargar los datos a almacenar (en el caso de una operación de escritura)
• Retener los datos de la memoria (en el caso de una operación de lectura)
• Habilitar o deshabilitar la memoria para una nueva operación.

CIRCUITOS DE ARSENIURO DE GALIO

Los circuitos integrados digitales utilizan habitualmente silicio, sin embargo un semiconductor se puede producir mediante una mezcla de elementos del grupo tres (III) y cuatro (IV)de la tabla periódica. H. Welker descubrió en los años cincuenta, que el enlace químico de estos compuestos permitía una gran movilidad de electrones. El silicio a pesar de permitir el desarrollo del transistor bipolar y el transistor de efecto de campo, no es un semiconductor universal que dé respuesta a todos los inconvenientes que se presentan al tratar de realizar dispositivos en diferentes aplicaciones prácticas. Por lo tanto se ha generado el interés por desarrollar dispositivos con semiconductores III- IV y puntualmente, con arseniuro de galio (GaAs), complementarios en la fabricación de circuitos integrados de gran velocidad.

Los transistores MOSFET han sido ampliamente utilizados en tecnologías de silicio debido a las características estables del óxido de silicio que permiten su utilización como aislante entre la puerta y el sustrato. Por el contrario, los óxidos de arsenuro de galio presentan grandes dispersiones en sus características que no permiten tensiones de umbral constantes.

Figura 9.6.1. Canal N de transistores MOS

Por ello se han realizado grandes esfuerzos, con resultados positivos, para realizar en tecnologías GaAs transistores de efecto de campo de semiconductor y metal (Metal-semiconductor fireld effect transistor (MESFET)) una de cuyas estructuras básicas se representa en la figura 9.6.1.

Este transistor se diferencia del MOS al emplear un sustrato semiaislante formado por una zona de alta resistividad que hace posible que la tensión aplicada entre él y la puerta controle por efecto de campo la anchura del canal entre el drenador y la fuente o surtidor.

Los transistores MESFET pueden ser, al igual que los CMOS, empobrecidos (depletion) D-MESFET y enriquecidos (enhancement) E-MESFET. Los D-MESFET conducen con tensión de puerta nula y los E-MESFET necesitan ser polarizados adecuadamente (positivamente la puerta con respecto al sustrato en transistores en transistores de canal N).

Lógica de Diodo Schottky Fet

La familia lógica de diodo Schottky Fet o SDFL (Schottky Diode FET Logic) incluye un inversor. La figura 9.6.2. muestra un inversor básico. El dispositivo del lado derecho mantiene conduciendo los diodos conduciendo. Los dispositivos del lado derecho funcionan como un inversor NMOS con carga activa de deplexión.

En estado lógico uno de salida, el transistor 5 está cortado y 4 está en estado ohmico pero entrega corriente cero.

Figura 9.6.2. Inversor SDFL

En estado lógico cero de salida, el transistor 5 conduce y 4 está activo.

COMPUERTA DE TRANSMISIÓN CMOS

La compuerta de transmisión es un dispositivo utilizado como interruptor controlado por tensión. Generalmente se emplean transistores para cumplir la función de interrupción y existen compuertas en tecnología NMOS, PMOS y CMOS.

Compuerta de transmisión NMOS

La compuerta NMOS corresponde a un transistor MOS de canal N conectado en la configuración que se muestra en la figura 9.5.1. En la figura se observa que la fuente se encuentra conectada a tierra. Este transistor puede conducir corriente en cualquiera de sus dos direcciones (Vsal/Vent o viceversa) cuando la tensión en la compuerta (V_G) supere la tensión de umbral para encenderlo, es decir, aplicando un 1 lógico.

Figura 9.5.1. Compuerta de Transmisión NMOS

Compuerta de transmisión PMOS

El transistor MOS de canal P conectado en la configuración de la figura 9.5.2 funciona como compuerta de transmisión. Su funcionamiento es similar a la compuerta de transmisiónNMOS, excepto que la lógica que maneja para entrar en conducción es inversa, es decir que la tensión en la compuerta (V_G) debe ser negativa para encender el transistor, en este caso la señal aplicada corresponde a un 0 lógico.

Figura 9.5.2. Compuerta de Transmisión PMOS

Compuerta de transmisión CMOS

Esta compuerta agrupa algunas características de las compuertas de transmisión NMOS y PMOS. En la figura 9.5.3 (a) se ilustra el circuito de esta compuerta, observe que esta compuerta contiene un transistor NMOS, un PMOS y un Inversor.

Figura 9.5.3. Compuerta de transmisión CMOS

El inversor es empleado para tener una sola señal de control para encender o apagar los transistores. Cuando V_C se encuentra en bajo (0 lógico) el transistor NMOS se apaga al igual que el transistor PMOS, análogamente, si la tensión V_C cambia alto (1 lógico), los transistores se encenderan. Existe otra representación de esta compuerta de transmisión, la cual se ilustra en la figura 9.5.3 (b). Note que la compuerta no tiene incluido el inversor y que las señales de control son C y C'. Otra opción de representación se muestra en la figura 9.5.3 (c).