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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


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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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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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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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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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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