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Geradores de Clock Memórias RAM Memórias ROM CI’s de Memória
Geradores de Clock e Memórias
Prof. Ohara Kerusauskas Rayel
Disciplina de Eletrônica Digital - ET75C
Curitiba, PR
18 de junho de 2015
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Rayel, O.K. — Geradores de Clock e Memórias
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Geradores de Clock Memórias RAM Memórias ROM CI’s de Memória
Geradores de Clock
Multivibradores biestáveis: possuem 2 estados estáveis. Exemplo:Flip-flops → 0 e 1
Multivibradores monoestáveis: possuem 1 estado estável e umtemporário
Multivibradores astáveis: não possuem estados estáveis, sempreoscilam entre seus 2 estados → gerador de clock!
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Oscilador Shmitt-Trigger
Figure 2. VIN versus VOUT Transfer Function
5
4
3
2
1
00 0.4 0.95 1.2 1.8 2
VIN, INPUT VOLTAGE (VOLTS)
VO
, OU
TP
UT
VO
LTA
GE
(V
OLT
S)
VCC = 5 V
TA = 25°C
Histerese permite a oscilação perfeita!
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555 como Astável
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Geradores a Cristal
Frequências de saída dos sinais gerados pelo 7414 e 555 não sãoprecisas, pois dependem de valores de componentes
Alterações na temperatura e envelhecimento de componentesalteram a frequência
Se a precisão na frequência do clock for crítica, deve-se utilizargeradores a cristal!
Cristal é cortado para vibrar em uma frequência bastante precisa (10kHz a 80 MHz)
Em computadores e microcontroladores, o clock é sempre geradocom cristal
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Geradores a Cristal
Circuito da esquerda: R ∈ [300Ω, 1, 5kΩ]. Frequência de até 20MHz
Circuito da direita: R = 100kΩ. Frequência de até 10 MHz
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Memórias RAM
São as memórias com acesso aleatório (do inglês Random Acess
Memory - RAM).
Possibilidade de utilizar qualquer endereço de memória a qualquermomento.
Exemplo: podemos ler nos endereços 1, 10, 4, 2 e 11, com mesmotempo de acesso.
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Memórias RAM
Alguns dispositivos exigem acesso sequencial, como as fitasmagnéticas.
Já outros, como HDs, CDs e DVDs até permitem leitura aleatória,mas o tempo de acesso é muito maior do que o de uma leiturasequencial.
Outra característica importante das RAM: número de acessos deescrita e leitura sem grandes limitações.
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Tipos
Basicamente, existem 2 tipos de memória RAM:
Static RAM (SRAM) - Bits de dados são armazenados em flip-flops.
Dynamic RAM (DRAM) - Bits de dados são armazenados apenascom um transistor e um capacitor.
Obviamente DRAMs são mais baratas de produzir, já que oconjunto de um transistor e um capacitor é muito mais simples etem menos custo que um flip-flop.
Porém, SRAMs normalmente são mais rápidas e gastam menosenergia que as DRAMs.
Além disto, as DRAMs necessitam de controladores, que“refresquem” (refresh) o estado dos capacitores, já que estemperdem sua carga a cada 2ms aproximadamente.
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História e Aplicação
As primeiras RAM foram baseadas em núcleo magnético,desenvolvidas entre 1955-1975
Com a evolução dos semicondutores e dos circuitos integrados, asRAM passaram a ser desenvolvidas com este tipo de tecnologia,quase no início dos anos 1970
Como possuem acesso rápido e aleatório, tanto para escrita comopara leitura, são utilizadas para armazenar dados e variáveis deprogramas
Desvantagem: quando retira-se a alimentação de uma memóriaRAM, todos os dados armazenados são perdidos. É chamada dememória volátil devido a isto.
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Exercício
Sabendo como os dados são armazenados em SRAMs e DRAMs,explique porque os dados são perdidos quando a alimentação éretirada.
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Exercício
Sabendo como os dados são armazenados em SRAMs e DRAMs,explique porque os dados são perdidos quando a alimentação éretirada.
Porque quando se remove a energia, o estado do flip-flop éresetado (SRAM) ou o capacitor descarrega (DRAM).
Novos tipos de RAM não-voláteis vem sendo desenvolvidasrecentemente, mas sem grande espaço no mercado por enquantodevido ao seu alto preço, como MRAMs e FRAMs.
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Memórias ROM
São as memórias somente leitura (do inglês Read Only Memory -ROM).
Possibilidade de se alterar dados é lenta e difícil, ou simplesmentenão existe.
Cada bit é armazenado através de um arranjo de transistores, quecombinados permitem que o dado fique armazenado mesmo naausência de alimentação.
Devido à esta característica, são conhecidas como memóriasnão-voláteis.
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Tipos
Basicamente, existem 3 tipos de memória ROM:
Programmable read-only memory (PROM) - Só pode ser gravadauma única vez, com um programador de PROM.Erasable programmable read-only memory (EPROM) - Pode serregravada (número limitado), porém antes precisa ser apagadaatravés de exposição à luz ultravioleta.
Electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) -Pode ser regravada (número limitado), mas o processo é feitoeletricamente. CI não precisa ser retirado da placa!
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Tipos
As EEPROMs são as mais utilizadas atualmente, por suaversatilidade. ∼1.000.000 ciclos de escrita
As Flash, presentes na maioria dos dispositivos eletrônicos atuaisatravés de cartões SD ou unidades de armazenamento USB, nadamais são que EEPROMs modernas.
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Aplicação
Como é difícil/lento/impossível alterar seus dados, e pelos mesmosserem mantidos mesmo com ausência de alimentação, são utilizadasprincipalmente para:
Armazenamento de código de programaArmazenamento de dados que não precisam ser alterados. Ex.:tabelas de funções conhecidas
Exemplo de aplicação que utiliza memória EEPROM
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CI’s de Memória
Os Circuitos Integrados de Memória comerciais possuem algumascaracterísticas em comum:
Habilitação de Chip (Chip Enable): quando desabilitado, desliga oCI e normalmente diminui muito seu consumo de energia
Seleção de Chip (Chip Select): quando desabilitado, coloca assaídas em alta impedância, possibilitando a conexão em barramentos
n entradas de endereço
m entradas de dado
Escrita/Leitura (R/W): pino(s) que seleciona(m) se a operação queestá sendo realizada é de escrita ou leitura
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ExercícioObservando o CI de memória a seguir, responda qual é suacapacidade máxima?
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ExercícioObservando o CI de memória a seguir, responda qual é suacapacidade máxima?
Como são 15 entradas de endereço e 8 de dados, teremos nomáximo 215 = 32768 palavras de 8 bits
Sua capacidade em bits é dada por: 32768× 8 = 262144 bits
Sua capacidade em bytes é dada por: 262144/8 = 32768 bytes
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Capacidade de memória
Usualmente, a unidade de memória é o byte
Para abreviar números grandes, existem os seguintes prefixos:
Nome Símbolo Número
byte B 20
Kilobyte KB 210
Megabyte MB 220
Gigabyte GB 230
Terabyte TB 240
Petabyte PB 250
Exabyte EB 260
Zettabyte ZB 270
Yottabyte YB 280
Passo é sempre de 210 = 1024. Faça as contas com o HD do PC!
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Exercício
Desenhe um esquemático no qual se obtenha capacidade dememória de 16 bytes, utilizando um barramento de endereços de 4bits, e memórias com barramento de dados de 4 bits.
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Exercício
Desenhe um esquemático no qual se obtenha capacidade dememória de 16 bytes, utilizando um barramento de endereços de 4bits, e memórias com barramento de dados de 4 bits.
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Expansão de capacidade
No exercício anterior, combinamos memórias para aumentar otamanho da palavra de 4 para 8 bits.
E se quiséssemos aumentar a capacidade para 32 palavras de 4 bits?
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Expansão de capacidade
No exercício anterior, combinamos memórias para aumentar otamanho da palavra de 4 para 8 bits.
E se quiséssemos aumentar a capacidade para 32 palavras de 4 bits?
Se torna necessário um decodificador de endereços, pois com 5 bitsconseguiríamos acessar as 32 palavras, mas esses 5 bits devem serconvertidos para os 4 bits da memória em que a palavra desejada seencontra.
Exemplo: o 22o endereço das memórias combinadas (2 memórias16x4) seria o 7o endereço da segunda memória 16x4. Odecodificador deve prover este endereço, assim como os sinais CScorretos, de forma que o endereçamento fique transparente para ousuário.
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Expansão de capacidade
3-to-8
decoder
MEM 0
CS*
MEM 1
CS*
MEM 2
CS*
MEM 3
CS*
MEM 4
CS*
MEM 5
CS*
MEM 6
CS*
MEM 7
CS*
CPU
10 3
7
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Geradores de Clock Memórias RAM Memórias ROM CI’s de Memória
Exercícios
Exercícios para estudo: refazer os realizados em sala de aula, alémdos seguintes exercícios do livro “Sistemas digitais: princípios e
aplicações": 11-1, 11-3 e 11-4.
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Próxima Aula:
Conversores A/D e D/A!
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