periféricos e interfaces. tipos de transmissão transmissão serial: a transferência de dados é...
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Periféricos e interfaces
Tipos de Transmissão
• Transmissão serial: a transferência de dados é feita um bit de cada vez, embora o controlador possa ser conectado à CPU através de um barramento paralelo.
• Antigamente a comunicação serial era mais lenta que a transmissão paralela, e era usada em periféricos lentos, no entanto, atualmente a transmissão serial é usada para transmissão de alta velocidade.
CPU Interfacebuffer periférico
Barramentoparalelo Interface
serial
Transmissão serial
• Como a transmissão é realizada bit a bit, é necessário que o receptor e o transmissor estejam sincronizados, e os bits devem ter sempre a mesma duração..
• Se a velocidade de transmissão é de 1000 bits por segundo (1000 bps), cada bit tem duração de 1/1000 s, ou 1 ms.
• O nível de tensão alto pode significar o bit 1 e o nível de tensão zero, o bit 0. O receptor deve medir o nível de tensão recebido no meio do período de duração do bit, de 1 ms, para que seja feita a leitura correta.
transmissor receptor
1ms
medição
Transmissão serial assíncrona
• Além de medir os bits corretamente, o receptor deve identificar os grupos de bits, por exemplo, na recepção de um caractere. Assim, o receptor deve saber qual o método de transmissão usado.
• Há dois métodos para se realizar a transmissão serial: assíncrona e síncrona.
• Transmissão assíncrona: o receptor se sincroniza a cada novo caractere recebido usando o bit start (valor 0). Os bits seguintes são do caractere e paridade. Ao terminar são recebidos dois bits stop (valor 1). Antes e após a recepção do caractere a linha de transmissão fica no estado de repouso.
repouso
start
010000100
stop
repouso
2 bits 1 bit
UART (Universal Assynchronous Receiver/Transmitter)
É o circuito usado para a transmissão serial. A função da UART é: 1) decomposição de caracteres em bits para a transmissão e 2) composição de caracteres na recepção.
transmissor receptor
Caractere em forma paralela
Caractere em forma paralela
Diagrama interno de uma UART
dado serialtransmissão
dado serial recepção
controle
controle
Dado recebido
Dado a transmitir
Transmissão síncrona
Os dados são transmitidos em bloco com as características seguintes: a) não há intervalo entre os caracteres de um bloco b) o transmissor monta um bloco, usualmente de 128 a 256 caracteres, e o transmite bit a bit sem intervalo entre o primeiro e o último bit; c) o receptor deve fazer a leitura bit a bit, portanto deve estar sincronizado com o transmissor. d) para a identificação do início e o fim de um bloco, deve existir um grupo de bits no início do bloco e outro no final do bloco.
CC – caracteres especiais C1, C2, CN – caracteres de dados
Transmissão paralela
• Na transmissão paralela, um grupo de de bits é transmitido de cada vez, cada um sendo transmitido por uma linha separada.
• Exemplos: chip 8255 (Programmable Peripheral Interface – PPI) da Intel,
interface paralela de impressora, CENTRONICS e
interface SCSI.
Serial x Paralela
• Aparentemente a transmissão paralela deveria ser mais rápida que a serial, permitindo maiores taxas de transmissão de dados.
• No entanto, quando a velocidade de transmissão dos bits aumenta, começa a surgir diferenças de tempo de recepção entre os bits paralelos, denominadas desvio (skew em inglês).
• A solução para evitar o problema de skew é o retorno à transmissão serial, que elimina o problema pois só existe uma linha de transmissão.
• Assim usando a transmissão serial pode-se obter velocidades maiores, em conseqüência surgiu o padrão USB, FireWire e SATA.
Interface sem fio usando radiofreqüênciaBLUE-TOOTH
Faixa
Som audível
ultrasom
LF
MF
HF
VHF
UHF
SHF
EHF
Ondas Milimétricas
Raios infravermelhos
Luz visível
Raios Ultravioletas
Raios "X“
Raios "Gama“
Raios "Cósmicos“
Desde
20Hz
20 KHz
30 KHz
300 KHz
3 MHz
30 MHz
300 MHz
3 GHz
30GHz
acima de
10 11 Hz
10 15 Hz
10 15 Hz
10 17 Hz
10 19 Hz
10 22 Hz
Até
20.000Hz
30 KHz
300 KHz
3 MHz
30 MHz
300 MHz
3 GHz
30 GHz
300 GHz
300 GHz
10 15 Hz
10 15 Hz
10 16 Hz
10 20 Hz
---
---
comprimento da onda
10 7 a 10 5 metros
10 5 metros
10 4 metros
10 3 metros
10 2 metros
10 metros
1 metro
10 - 1 metros
10 - 2 metros
10 - 4 metros
0,7 - 6 metros
0,4 - 6 metros
10 - 8 metros
10 - 9 metros
10 - 13 metros
10 - 14 metros
Rádio AM
RádioTaxi,TVFone sem fioRadio amadorFone celular
ESPECTRO DE FREQÜÊNCIAS
BLUETOOTH
Faixa de até Serviço
530 KHz 1600 KHz Rádio AM(107 em. 10KHz de banda)
34,48 MHz 34,82MHz Rádio taxi
38 MHz 40,6 MHz Telemedição biomédica
40,6 MHz 40,7 MHz Telemedição de materiais
40,7 MHz 41,0 MHz Telemedição biomédica
49,6 MHz 49,9 MHz Telefone sem fio
54 MHz 60 MHz Televisão VHF – canal 2
60 MHz 66 MHz Televisão VHF – canal 3
66 MHz 70 MHz Televisão VHF – canal 4
76 MHz 82 MHz Televisão VHF – canal 5
82 MHz 88 MHz Televisão VHF – canal 6
88 MHz 108 MHz Radio FM (99 CANAIS de 200 KHz)
Microfone sem fio, alcance restrito
108 MHz 117,975 MHz
Rádio navegação para aeronáutica
117,975 121,5 MHz Comunicação móvel para aeronáutica
Atribuições internacionais para uso
Faixa de até serviço
121,5 MHz 121,5 MHz Comunicação de socorro
121,5 MHz 136 MHz Comunicação móvel para aeronáutica
136 MHz 138 MHz Satélites meteorológicos internacionais
143,65 MHz
148 MHz Rádio amador
174 MHz 216 MHz Televisão VHF- canal 7 a 13
470 MHz 806 MHz Televisão UHF canais 14 a 69
824 MHz 834,4 MHz Telefonia celular banda “A”
834,4 MHz 845 MHz Telefonia celular banda “B”
869 MHz 880 MHz Telefonia celular banda “A”
880,6 MHz 896 MHz Telefonia celular bandas “A” e “B”
896 MHz 3000 MHz Outros serviços (BLUE TOOTH)
3 GHz 3,1 GHz Rádio navegação e rádio localização
Atribuições internacionais (cont.)
Bluetooth (Interface de radiofreqüência)
• Bluetooth é uma tecnologia de baixo custo para a comunicação sem fio entre dispositivos eletrônicos a pequenas distâncias.
• Começou a ser desenvolvida em 1994, pela Ericsson, e a partir de 1988 pelo Bluetooth Special Interest Group (SIG), consórcio inicialmente estabelecido pela Sony, Ericsson, IBM, Intel, Toshiba e Nokia, hoje este consórcio inclui mais de 2000 empresas.
• O nome Bluetooth é uma homenagem ao rei da Dinamarca e Noruega Harald Blätand - em inglês Harold Bluetooth (traduzido como dente azul, embora em dinamarquês signifique de tez escura). Blåtand é conhecido por unificar as tribos norueguesas, suecas e dinamarquesas. Da mesma forma, o protocolo procura unir diferentes tecnologias, como telefones móveis e computadores.
Utilização
• É usado para comunicação entre pequenos dispositivos:
PDAs, telefones celulares (telemóveis) de nova geração, auriculares (headsets), computadores portáteis, comandos das consoles (Play-Station 3)
• Também é utilizado para a comunicação de periféricos, como impressoras, scanners, ratos (mouse) e teclados, comandos remotos, e qualquer dispositivo dotado de um chip Bluetooth.
Freqüência e potência
• Dispositivos Bluetooth operam na faixa ISM (Industrial, Scientific, Medical) centrada em 2,45 GHz que era formalmente reservada para alguns grupos de usuários profissionais.
• Nos Estados Unidos, a faixa ISM varia de 2400 a 2483,5 MHz. Na maioria da Europa a mesma banda também está disponível. No Japão a faixa varia de 2400 a 2500 MHz.
• Os dispositivos são classificados de acordo com a potência e alcance, em três níveis: – classe 1 (100 mW, com alcance de até 100 m), – classe 2 (2,5 mW e alcance até 10 m) e – classe 3, (1 mW e alcance de 1 m, uma variante muito rara).
• Cada dispositivo é dotado de um número único de 48 bits que serve de identificação.
Versões • Bluetooth 1.0 e 1.0B
Primeira versão do Bluetooth, apresentou problemas técnicos, principalmente de interdisponibilidade entre dispositivos.
• Bluetooth 1.2Muitos erros encontrados na especificação 1.0B foram resolvidos. Adicionado suporte para canais não encriptados. Received Signal Strength Indicator RSSI.
• Bluetooth 2.0 + EDR (Enhanced Data Rate)Detecção e conexão agilizadas. Adaptação de frequências no espectro (Adaptive frequency-hopping spread
spectrum (AFH)), que melhora a resistência às interferencias. Maiores velocidades de transmissão na pratica, acima de 721kbit/s, em
relação a especificação 1.1. • Bluetooth 2.1 + EDR (Enhanced Data Rate)
• Dispositivos Bluetooth comunicam-se entre si e formam uma rede denominada "piconet", na qual podem existir até oito dispositivos interligados, sendo um deles o mestre e os outros dispositivos escravos .
• Múltiplos piconets com áreas sobrepostas formam um scatternet. • Cada piconet pode ter somente um mestre, mas os escravos
podem participar em diferentes piconets na base de multiplexação com divisão no tempo (time-division multiplex).
• Um dispositivo pode ser um mestre num piconet e um escravo em um outro ou um escravo em mais que um.
Forma de comunicação
Protocolo
• Fator comum que permite a interoperabilidade: camada física e a camada de enlace de dados (BlueTooth Core Protocols).
• Uma aplicação pode usar todos os protocolos mostrados contudo nem todas as aplicações usam todos os protocolos mostrados.
• Ao invés disso, as aplicações rodam sobre uma ou mais dessas partes verticais da pilha.
Protocolo
Camadas do protocolo
Protocol Layer Protocols in the stack
Bluetooth Core Protocols
Baseband, LMP, L2CAP, SDP
Cable Replacement Protocol
RFCOMM
Telephony Control Protocol
TCS Binary, AT-Commands
Adopted ProtocolsPPP, UDP/TCP/IP, OBEX, WAP, vCard, vCal, IrMC, WAE
Camada física e enlace
Orientados às aplicações
• O Bluetooth Core protocols (e o Bluetooth radio) são requeridos pela maioria dos dispositivos Bluetooth enquanto os demais protocolos são usados somente quando necessários.
• A combinação da camada de Cable Replacement, camada de Telephony Control e camada de adopted protocol forma os protocolos orientados às aplicações que permitem aplicações rodarem sobre o Bluetooth.
• Maiores detalhes:
http://www.tutorial-reports.com/wireless/bluetooth/tutorial.php
Comparação IrDA x BlueTooth
BlueTooth – 721 Kbps
IrDA 1.0: comunicações até 115.200 bps (~100Kbps)IrDA 1.1: comunicações até 4.194.304 bps (4Mbps)
alcance ~ alguns metros
– classe 1 (100 mW, com alcance de até 100 m), – classe 2 (2,5 mW e alcance até 10 m) e – classe 3, (1 mW e alcance de 1 m, uma variante muito
rara).
Adaptadores de Vídeo
RAM de vídeo
• Ambos os monitores, CRTs e TFTs são renovados de 60 a 100 vezes por segundo por uma memória especial denominada RAM de vídeo.
• Essa memória tem um ou mais mapas de bits que representam a tela.
• Em uma tela, p. ex., com 1600x1200 elementos de imagem (pixels) uma RAM de vídeo teria 1600x1200 valores, um em cada pixel.
• Na verdade, pode conter muitos desses mapas de bits para permitir a passagem rápida de uma imagem de tela para outra.
• Geralmente em um monitor tem em cada pixel três bytes, um para cada intensidade dos componentes vermelho, verde e azul da cor do pixel.
• Uma RAM de vídeo de 1600x1200 pixels a 3 bytes/pixel requer quase 5,5 MB para armazenar a imagem e uma boa quantidade de tempo de CPU para fazer qualquer processamento.
• Por essa razão, alguns computadores adotam uma solução de conciliação usando um número de 8 bits para indicar a cor desejada.
• Então esse número é usado como um índice para uma tabela denominada paleta de cores, que contem 256 entradas, cada uma com um valor de 24 bits.
• Esse esquema reduz o tamanho da memória, porém permite somente 256 cores na tela num determinado instante.
PALETA DE CORES
Adaptadores de vídeo modo texto
CPU
CRTC
MUX MEMÓRIAREFRESH RAM
ROMGERADORACARACTERES
REG.DESL. SINALDE VÍDEO
ASCII
LINHA
SINC. HORIZONTAL
SINC.VERTICAL
MONITOR
CRTC = Controladora de CRT (chip do tipo 6845)
a memória contem o códigoASCII de todos os caracteres a serem mostrados na tela.
Contem a configuração de pixels de todos os caracteres visíveis
Timing
A primeira interface de vídeo criada pela IBM para os PCs foi chamada de MDA (Monochrome Display Adapter).
Modo texto (IBM PC)• A tela do monitor de vídeo é dividida em
80 colunas por 25 linhas, total de 2000 posições.
• A caixa de caracteres do MDA foi definida para 9 x 14 pixels sendo que um caractere típico ocupa uma matriz de 7x9 dentro da caixa
• É usada a ROM geradora de caracteres, que recebe como entrada o código ASCII do caractere a ser mostrado e a linha correspondente à visualização.
• O sinal de vídeo é obtido fazendo o deslocamento bit a bit do padrão de bits gerado, e é mostrado na tela sincronizado horizontalmente e verticalmente na tela.
CARAC-TERE
Linha 1
Linha 9
Caractere 7x9
Linha 1
Linha 9
Caractere 7x9
ASCII = 31h
LINHA = 2
ROM GERADORA DE CARACTERES
Adaptadores modo gráfico colorido
• CGA (Color Graphics Adapter)– O primeiro adaptador de vídeo
com tecnologia bit-map criado pela IBM para o PC.
– Exibição de 16 cores puras, vários modos gráficos, com resoluções diferentes.
– Memória de 16 KBs, acessível diretamente pelo processador principal.
– Opera dentro dos limites da faixa horizontal de 15,525 KHz e faixa vertical de 60 Hz (compatível com TV) e divide a tela na matriz de pixels: 640 na horizontal e 200 na vertical.
intensidade
reservado
Sinc. horizontal
Sinc. vertical
terra
terra
vermelho
verde
azul
Conector CGA (delta de 9 pinos)
A memória contem os valores de pixels para toda a tela
Conector CGA
CPU
CRTC
MUX MEMÓRIAREFRESH RAM
REG.DESL. SINALDE VÍDEO
SINC. HORIZONTAL
SINC.VERTICAL
TIMING
REG.DESL. SINALDE VÍDEO
REG.DESL. SINALDE VÍDEO vermelho
verdeazul
Paletade
cores
A paleta é uma tabela que fornece as cores dos pixels
Adaptador modo gráfico colorido
EGA (Enhanced Graphics Adapter)
• Em 1984, as deficiências do CGA se tornaram evidentes:– A dificuldade de leitura de textos e gráficos de má qualidade
• Melhoramentos do EGA:– Aumento da resolução da tela;– Possibilidade de uso de gráficos em vídeos monocromáticos; e– Acrescentava novas rotinas ao BIOS.
• Resolução do EGA: 640 X 350 pixels.• A freqüência horizontal mudou para 22,1 KHz, e a freqüência
vertical foi mantida em 60 Hz. Com essas freqüências de varredura ficou incompatível com os aparelhos de TV.
• A paleta de cores foi ampliada para 64 tons diferentes, e na configuração mínima tinha 64 KBs de memória RAM.
Conector EGA
Verde secundário/intensidade
Azul secundário/vídeo mono
Sinc. horizontal
Sinc. vertical
terra
Vermelhosecundário
Vermelhoprimário
Verdeprimário
Azulprimário
Cada canhão de cor foi associado a dois sinais (primário e secundário).
A combinação desses dois sinais pode gerar 4 intensidades de cores.
A combinação de 3 canhões cada um com 4 intensidades de cores, resulta em 64 cores.
VGA (Vídeo Graphics Array)
• O modo gráfico atinge a resolução de 640x480 pixels, com 16 cores simultâneas selecionadas em uma paleta de 256 K tons.
• No seu modo mais colorido, com resolução de 320x200 pixels, suporta até 256 tons ao mesmo tempo na tela, sendo as cores selecionadas numa paleta de 262.144 tons.
• A freqüência de varredura horizontal é de 31,5 KHz, e a velocidade de quadro ou varredura vertical foi aumentado para 70 Hz, na maioria dos modos de vídeo.
• O armazenamento de gráficos de 640x480 pixels em 16 cores exige muita memória, aproximadamente 230KBs.
Conector VGA
SVGA (Super VGA)• Originalmente foi uma extensão do padrão VGA.
• Diferente de VGA, padrão definido pela IBM, o Super VGA foi definido pela Video Electronics Standards Association (VESA), um consórcio estabelecido para promover a interoperabilidade e definir padrões.
• Quando usado como uma especificação de resolução, o termo SVGA normalmente se refere à resolução de 800x600 pixels.
• O Super VGA foi definido primeiramente em 1989. Na primeira versão, tinha uma resolução de 800x600 e pixels de 4 bits.
• Cada pixel poderia ter portanto 16 cores distintas.
• Rapidamente foi estendido para 1024x768 e 8 bits por pixel.
XGA (eXtended Graphics Array)• XGA é um padrão de visualização introduzido pela IBM em 1990.
• Atualmente é o nome dado à visualização de 1024x768 pixels, mas a definição oficial é maior.
• A versão inicial do XGA expandia sobre o VGA adicionando suportes a duas resoluções:– 800 × 600 pixels com alta coloração (16 bits por pixel, i.e. 65,536
colors). – 1024 × 768 pixels com uma paleta de 256 cores (8 bits por pixel)
• Como o seu predecessor (IBM 8514), XGA oferece aceleração em hardware de funções fixas de processamento 2D, como de traçar linhas, copiar bitmaps, e preencher cores.
• A aceleração do XGA é mais rápida que o 8514, e suporta mais primitivas gráficas e possui o modo de 16 bits por pixel (65,536 cores).
Aceleradores gráficos (Graphics Processing Units- GPUs)
• Os aceleradores gráficos incorporam chips que contem operações matemáticas especiais usados em renderização gráfica.
• A eficiência desses chips determina a eficiência do acelerador gráfico, que são usados principalmente para jogos 3D ou renderização 3D.
• Implementa um número de operações de primitivas gráficas de tal forma que o traçado gráfico seja mais rápido que o traçado direto usando a CPU hospedeira.
• As operações mais comuns para computação gráfica 2D incluem a BitBLT (transferência de blocos de bits), e operações de traçados de retângulos, triângulos, círculos e arcos.
• Chips modernos suportam também a computação gráfica 3D, e tipicamente incluem funções relativas a vídeo digital.
Anos 1980.
• Commodore Amiga foi o primeiro computador produzido maciçamente incluindo a função gráfica em hardware e o sistema gráfico IBM 8514 foi um dos primeiros cartões de vídeo a implementar as primitivas 2D em hardware..
• O Amiga foi o único na época que incorporava o fator que hoje seria reconhecido como um acelerador gráfico, tendo um coprocessador gráfico que, independentemente da CPU, realizava praticamente todas as funções de geração de vídeo por hardware, incluindo o traçado de linhas, preenchimento de áreas, transferência de imagens por blocos.
• Antes disso, e até muito tempo após, uma CPU de propósito geral tinha que manipular todos os aspectos de visualização.
Anos 1990• No início da década de 1990, com o desenvolvimento do Microsoft
Windows surgiu o interesse pelos gráficos 2D de alta velocidade e alta resolução, interesse que anteriormente só existia para workstations UNIX e Apple Macintosh.
• Para o mercado do PC, o interesse era focalizar agora o desenvolvimento numa interface de programação, Graphics Device Interface (GDI).
• Em 1991, S3 Graphics introduziu o primeiro chip acelerador 2D, o S3 86C911 (denominado Porsche 911 para indicar a velocidade que prometia).
• Em 1995, todos os grandes fabricantes de chips gráficos tinham adicionado o suporte de aceleração 2D nos seus chips.
• Assim os aceleradores gráficos ultrapassaram os coprocessadores gráficos de uso geral de custo elevado, que desapareceram do mercado.
• Nessa época os gráficos 3D tornaram-se comuns em computadores e jogos, que levaram a um aumento na demanda aos aceleradores de gráficos 3D.
2000 em diante• Com o advento do DirectX 8.0 API e funcionalidade similar em OpenGL,
GPUs adicionaram o sombreamento (shading).
• Cada pixel pode agora ser processado por um pequeno programa que pode incluir textura de imagem adicional como entrada, e cada vértice geométrico pode ser processado por um pequeno programa antes de ser projetado na tela.
• NVIDIA foi o primeiro a produzir um chip capaz de programar sombreamentos, o GeForce 3 (também chamado NV20).
• Em outubro de 2002, com a introdução do ATI Radeon 9700 (também conhecido como R300), o primeiro acelerador Direct3D 9.0, as operações de pixel shading e vertex shading tornaram-se mas rápidas.
• Pixel shading é usado muitas vezes em mapeamento de “batidas”, que adiciona texturas, para fazer um objeto ficar mais brilhante, rústico, ou mesmo arredondado.
GPUs usados para melhorar o desempenho de processamento
• GPUs modernos são muito eficientes na manipulação e visualização de gráficos, e sua estrutura altamente paralela os torna mais efetivos que os CPUs de propósito geral, para uma larga faixa de algoritmos complexos.
• Um GPU pode se situar no topo de um cartão de vídeo, ou pode ser integrado diretamente na placa mãe.
• Em mais que 90% dos computadores desktop e notebook os GPUs integrados são usualmente muito mais poderosos que os seus hospedeiros.
• Atualmente, os GPUs paralelos tornaram os transgressores para os CPUs, abrindo um campo de pesquisa denotado GPGPU(General Purpose Computing on GPU).
• Assim GPUs são usados para processamentos em diversos campos como em exploração de petróleo, processamento de imagens científicas.
• Existe uma pressão crescente sobre os fabricantes de GPUs pelos usuários GPGPU para melhorar o projeto do hardware, focalizando a adição de maior flexibilidade ao modelo de programação.
GPUs usados para melhorar o desempenho de processamento (cont.)
MONITORES COM PROJEÇÃO POSTERIOR• DLP (Digital Light Processing), foi desenvolvida pela Texas Instruments,
em 1987 pelo Dr. Larry Hornbeck: – No projetor DLP uma luz é dirigida à superfície de um circuito
integrado, cuja superfície refletora se compõe de milhares de microespelhos, cada um modulando o comportamento de cada pixel que é projetado na tela.
– Sistemas DLP de chip único são capazes de projetar 16,7 milhões de cores (24 bits de níveis de cor), enquanto os sistemas DLP de 3 chips podem projetar até 35 milhões de cores.
• A matriz de microespelhos é denominado Dispositivo Microespelhado Digital ou Digital Micromirror Device (DMD).
• O número de microespelhos corresponde à resolução da imagem projetada. As matrizes 800x600, 1024x768, 1280x720 e 1920x1080 (HDTV) são os tamanhos DMD mais comuns.
LCoS (Liquid Crystal on Silicon)
• A tecnologia LCoS cria imagens usando um espelho fixo montado sobre a superfície de um chip, e usa uma matriz de cristal líquido para controlar a quantidade de luz refletida.
• A produção de chips LCoS é complexa, o que torna o sistema mais dispendioso que o DLP.
Memória FLASH
As memórias Flash foram inventadadas por Fujio Masuoka quando trabalhavam na empresa Toshiba em 1984.
O nome foi sugerido pelo seu colega Shoji Ariizumi, devido ao processo de apagamento parecido com o flash de uma câmera.
Masuoka apresentou a invenção no IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM) em San Francisco, California. Intel viu o potencial da invenção e introduziu o primeiro chip comercial tipo NOR em 1988.
FLASH MEMORY
• Memória Flash é uma memória regravável não volátil.
• Começa a ser chamado de disco sólido, é mais resistente que os discos rígidos atuais, apresenta menor consumo, maiores taxas de transferência, e menores latências e pesos.
• Chega a consumir apenas 5% da energia em relação aos discos rígidos.
• Já é utilizado em notebooks, o que será expandido para a versão desktop nos próximos 5 anos
Single-Level Cell e Multi-Level Cell
• Memória Flash armazena informação num arranjo de transistores de gate flutuante, chamadas células (cells).
• Em dispositivos tradicionais single-level cell (SLC), cada célula armazena apenas um bit de informação.
• Algumas memórias flash mais recentes, conhecidas como multi-level cell (MLC), podem armazenar mais que um bit por célula escolhendo entre múltiplos níveis de cargas elétricas a serem aplicadas nos gates flutuantes das células.
Uma célula de memória flash
Substrato de silício
CG – porta de controle
Porta flutuante
Cada célula parece um MOSFET, com duas portas ao invés de uma.
No topo fica a porta de controle, e abaixo fica a porta flutuante isolado ao redor por uma camada de óxido.
• Quaisquer elétrons inseridos no FG, são mantidos de tal forma que, sob condições normais, não será descarregado por um período de muitos anos.
• Quando o FG mantem uma carga, ele influencia no campo elétrico do CG, que modifica a voltagem de limiar (VT) da célula.
• Durante a leitura, uma voltagem é aplicada ao CG, e o canal MOSFET torna condutor, dependente do VT da célula, controlado pela carga no FG.
• Nos dispositivos single-level cell, a presença ou ausência de corrente através do canal MOSFET é lida para verificar o dado armazenado.
• Num dispositivo multi-level cell, que armazena mais que um bit por célula, é lida a intensidade de corrente (ao invés da presença ou ausência da mesma), para determinar precisamente o nível de carga no FG.
Escrita • Uma célula flash NOR está no seu estado default no valor lógico
equivalente ao valor “1” binário, pois a corrente flui através do canal sob aplicação de uma voltagem apropriada ao CG.
• A célula pode ser programada, passando para o valor “0” binário, pelo seguinte procedimento:
– Aplicando uma voltagem (tipicamente >5 V) ao CG o canal torna-se agora ligado, tal que os elétrons fluem do dreno para a fonte
– A corrente dreno-fonte é suficientemente alta que causa alguns elétrons de alta energia saltarem pela camada isolante para o FG, por um processo chamado de hot-electron injection
Programação de uma célula de memória
NOR( 0 lógico), via injeção de elétron
Correnteelétrica
Apagamento • Para apagar uma célula NOR (reset para "1"), uma voltagem grande de
polaridade oposta é aplicada entre o CG e o dreno, puxando os elétrons fora do FG através de quantum tunneling.
• Modernos chips de memória flash NOR são divididos em segmentos de apagamento (muitas vezes chamados de blocos ou setores).
• A operação de apagamento pode ser realizada somente por blocos; todas as células no segmento de apagamento são apagadas simultaneamente.
• • A programação no entanto pode ser realizada um byte ou uma palavra por
vez.
• Apesar da necessidade de alta voltagem de programação e apagamento, virtualmente todos os chips atuais requerem somente uma fonte de tensão, e produzem as altas voltagens on-chip via bombeamento (charge pumps).
Apagando uma célula de memória NOR (1 lógico),
via tunelamento quântico
corrente
Fiação e estrutura de uma memória flash NOR.
Memórias flash (NOR)
• A memória flash tipo NOR tem tempo de apagamento e escrita muito longo, mas provê barramento completo de endereçamento e de dados, permitindo o acesso aleatório a qualquer posição da memória.
• Isso torna possível a substituição dos chips ROMs, usados para o armazenamento de códigos de programas que raramente precisam de atualização, como de BIOS.
• Suporta de 10,000 a 1,000,000 ciclos de apagamento.
• Toshiba anunciou a memória flash tipo NAND em 1989.
• Ela tem velocidade de apagamento e escrita mais rápida, e requer menor área de chip por célula, permitindo maior densidade e custo menor por bit que a memória tipo NOR.
• Contudo, a interface de E/S da memória tipo NAND não provê um barramento externo de endereçamento completo.
• Os dados devem ser lidos em blocos, com tamanho típico de centenas a milhares de bits. Isso torna a memória NAND inadequada para substituir os ROMs de programa.
• Contudo a memória flash NAND é similar a outros dispositivos secundários de armazenamento tais como discos rígidos e discos ópticos, e portanto adequados para o uso como dispositivos de armazenamento maciço como cartões de memória.
MEMÓRIA FLASH NAND
O primeiro formato de meio removível tipo NAND foi o SmartMedia, e muitos outros foram seguidos, incluindo MultiMediaCard, Secure Digital, Memory Stick e xD-Picture Card.
Uma nova geração de formatos de cartões de memória, incluindo RS-MMC, miniSD e microSD, e intelligent Stick, tem fatores de forma extremamente pequenos. O cartão microSD tem uma área de 1.5 cm², com uma espessura menor que 1 mm.
Apagamento por bloco• Uma limitação de memória flash é que apesar da leitura ela seja lida
ou programada por byte ou palavra por vez, aleatoriamente, ela deve ser apagada em bloco, que coloca todos os bits do bloco em 1.
• Começando com um bloco recentemente apagado, qualquer posição dentro do bloco pode ser programado. Contudo, uma vez que um bit 0 é escrito, esse bit só pode ser reescrito para 1, apagando o bloco inteiro.
• Em outras palavras, a memória flash (especificamente NOR) apesar de oferecer acesso aleatório para leitura e escrita, não pode oferecer operações arbitrárias de reescrita e apagamento.
• Uma posição pode ser reescrita enquanto o novo valor seja de bit 0. Por exemplo o valor 1111, pode ser reescrito para 1110. Sucessivas escritas podem mudar para 1010, então 0010, e finalmente 0000.
• Essa técnica pode ser modificada por dispositivos multi-níveis, onde uma célula de memória pode conter mais que um bit.
Número finito de ciclos de apagamento
• Uma outra limitação de memórias flash é o número finito de ciclos de apagamento-escrita (a maioria dos produtos comercialmente disponíveis são garantidos até 100.000 ciclos de apagamento-escrita para o bloco 0, e nenhuma garantia para outros blocos.
• Esse efeito é parcialmente resolvido em alguns casos contando as escritas fazendo o remapeamento dinâmico de blocos para distribuir as operações de escrita entre os setores. Essa técnica é chamada de wear levelling.
• Um outro mecanismo é realizar uma verificação de escrita e remapeamento para setores substitutos (spare sectors) no caso de falhas, chamado de gerenciamento de blocos ruins (bad block management - BBM).
• Com esses mecanismos, alguns analistas calculam que as memórias flash podem ser escritas a velocidade máxima continuamente por 51 anos.
USB flash disk (pendrive)• Existe normalmente quatro partes num flash disk:
– Conector USB macho do tipo A – Interface com o computador. – Controlador USB Mass Storage – Implementa o controlador
USB e disponibiliza uma interface linear e padronizada (pelo próprio padrão USB). O controlador contém um microprocessador RISC e uma quantidade (em geral reduzida) de memória ROM e RAM embutida.
– NAND flash – Armazena a informação, o mesmo tipo de memória é usado em câmeras digitais
– Oscilador de cristal – Produz um sinal de relógio com 12 MHz, que é usado para ler ou enviar dados a cada pulso.
Flash disk
1 Conector USB2 Dispositivo de controle de armazenamento USB3 Pontos de teste4 Chip de memória flash5 Oscilador de cristal6 LED7 Chave de proteção contra gravação8 Espaço para um chip de memória flash adicional