Diferentes tipos de módulos de memoria utilizados en los sistemas embebidos

Un sistema embebido utiliza diferentes tipos de módulos de memoria para una amplia gama de tareas, como el almacenamiento de código de software e instrucciones para el hardware. Estos códigos e instrucciones de software se utilizan para programar el microcontrolador.


Diferentes tipos de memoria

Un módulo de memoria es un dispositivo físico que se utiliza para almacenar programas o datos de forma temporal o permanente para su uso en la electrónica digital. Hay diferentes variedades de memorias en los sistemas embebidos, cada una de las cuales tiene su propio modo de funcionamiento. Una memoria eficiente aumenta el rendimiento de los sistemas embebidos.

2 Tipos de módulos de memoria

Los diferentes tipos de módulos de memoria para cualquier sistema dependen de la naturaleza de la aplicación de ese sistema. Los requisitos de rendimiento y capacidad de la memoria son pequeños para los sistemas de bajo coste. La selección de un módulo de memoria es el requisito más crítico en el diseño de un proyecto basado en un microcontrolador.

Los siguientes tipos generales de módulos de memoria pueden utilizarse en un sistema embebido.

  • Memoria volátil
  • Memoria no volátil

Módulo de memoria volátil – RAM

Los dispositivos de memoria volátil son tipos de dispositivos de almacenamiento que mantienen su contenido hasta que se les aplica energía.

Cuando se desconecta la alimentación, estas memorias pierden su contenido.

Un ejemplo de dispositivo de memoria volátil es la memoria de acceso aleatorio (RAM)

Módulo de memoria volátil-RAM
Módulo de memoria volátil-RAM

El chip de memoria RAM, denominado memoria principal, es un lugar de almacenamiento que permite almacenar información y acceder a ella rápidamente desde una ubicación aleatoria con el módulo de memoria. La célula de memoria a la que se puede acceder para transferir información a o desde cualquier ubicación aleatoria deseada se denomina Memoria de Acceso Aleatorio.

Una memoria RAM está diseñada con un conjunto de células de almacenamiento. Cada celda contiene un BJT o un MOSFET según el tipo de módulo de memoria. Por ejemplo, una memoria RAM de 4*4 puede almacenar 4 bits de información.

Cada instrucción de una fila y columna de esta matriz es una célula de memoria. Cada bloque etiquetado como BC, representa las celdas binarias con sus 3 entradas y 1 salida. Cada bloque consta de 12 celdas binarias.

Circuito de almacenamiento interno de datos para la memoria RAM

En cada bloque de memoria, la salida de cada palabra del descodificador es la entrada de selección. El decodificador se habilita con la entrada de habilitación de la memoria. Cuando el pin de habilitación de la memoria está en nivel lógico bajo, todas las salidas del descodificador están en nivel lógico bajo y la memoria no selecciona ninguna palabra. Cuando el pin de habilitación está en nivel lógico alto, la salida paralela correspondiente a la entrada serie se da como entrada de selección a cada bloque de memoria.

Circuito interno de almacenamiento de datos para un chip de memoria RAM
Circuito interno de almacenamiento de datos para el chip de memoria RAM

Una vez seleccionada la palabra, el pin de lectura y escritura de cada bloque, determina la operación. Si el pin de lectura/escritura está en nivel lógico bajo, la entrada se escribe en el bloque de memoria. Si el pin de lectura/escritura está en nivel lógico alto, la salida se lee de cada bloque.

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Memoria no volátil-ROM

Las memorias no volátiles son tipos de almacenamiento permanente de chips de memoria que pueden recuperar la información almacenada incluso cuando se desconecta la alimentación. Un ejemplo de dispositivo de memoria no volátil es la memoria de sólo lectura (ROM).

La ROM significa Memoria de sólo lectura. La memoria ROM sólo se puede utilizar para leer, pero no se puede escribir en ella. Estos dispositivos de memoria no son volátiles.

Memoria no volátil-ROM
Memoria-ROM no volátil

La información se almacena de forma permanente en estas memorias durante su fabricación. La ROM puede almacenar las instrucciones necesarias para arrancar el ordenador cuando se le da corriente. Esta operación se denomina arranque.

Una célula de memoria ROM está diseñada con un solo transistor. La memoria ROM no sólo se utiliza en los ordenadores, sino también en otros dispositivos electrónicos como controladores, microhornos, lavadoras, etc.

Una familia de memorias ROM se diseña con una colección de células de almacenamiento. Cada célula de memoria contiene un transistor bipolar o un transistor MOSFET según el tipo de memoria.

Tipos de chips de memoria RAM disponibles

La familia de las RAM incluye dos importantes dispositivos de memoria que son

Memoria estática de acceso aleatorio (SRAM)

El módulo de memoria estática de acceso aleatorio es un tipo de memoria RAM que conserva los bits de datos en su memoria mientras se le suministre energía. La SRAM no necesita ser refrescada periódicamente. La RAM estática proporciona un acceso más rápido a los datos y es más cara que la DRAM.

Memoria estática de acceso aleatorio (SRAM)
Memoria estática de acceso aleatorio (SRAM)

Cada bit de una SRAM se almacena en cuatro transistores que forman dos inversores acoplados en cruz. Otros dos transistores – tipos sirven para controlar el acceso a las celdas de almacenamiento durante las operaciones de lectura y escritura. Una SRAM típica utiliza seis transistores para almacenar cada bit de memoria. Estas células de almacenamiento tienen dos estados estables que se utilizan para denotar «0» y «1».

Ventajas:

  • La SRAM externa proporciona mayores capacidades de almacenamiento que las memorias en el chip.
  • Los dispositivos SRAM se pueden encontrar incluso en capacidades más pequeñas y más grandes.
  • Las SRAM suelen tener una latencia muy baja y un alto rendimiento.
  • La memoria SRAM puede diseñarse e interconectarse muy fácilmente en comparación con otras memorias

Aplicaciones:

  • La SRAM externa es bastante eficaz como búfer más rápido para bloques de datos de tamaño medio. Puedes utilizar la SRAM externa para almacenar en el búfer datos que no caben en la memoria en el chip y que requieren una latencia menor que la que proporciona la DRAM.
  • Si tu sistema requiere un bloque de memoria mayor de 10 MB, puedes considerar diferentes tipos de memorias, como la SRAM.

Memoria dinámica de acceso aleatorio:

La memoria dinámica de acceso aleatorio es un tipo de módulo RAM que almacena cada bit de datos en un condensador independiente. Es una forma eficaz de almacenar los datos en la memoria, ya que requiere menos espacio físico para almacenarlos.

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Memoria Aleatoria de Acceso Dinámico (DRAM)
Memoria aleatoria de acceso dinámico (DRAM)

Un tamaño concreto de DRAM puede contener más cantidad de datos que un chip SRAM del mismo tamaño. Los condensadores de la DRAM tienen que recargarse constantemente para mantener su carga. Esta es la razón por la que la DRAM requiere más energía.

Cada chip de memoria DRAM está formado por una serie de posiciones de almacenamiento o células de memoria. Se compone de un condensador y un transistor que pueden mantener el estado activo o inactivo. Cada celda de la DRAM se denomina bit.

Cuando la celda DRAM mantiene un valor en estado activo «1», la carga está en estado alto. Cuando la celda DRAM tiene un valor en estado inactivo «0», la carga está por debajo de un determinado nivel.

Ventajas:

  • La capacidad de almacenamiento es muy alta
  • Es un dispositivo de bajo coste

Aplicaciones

  • Se utiliza para almacenar grandes bloques de datos
  • Se utiliza en la ejecución del código del microprocesador
  • Aplicaciones en las que se requiere un acceso a la memoria de baja latencia.

Tipos de memorias ROM

Los diferentes tipos de memoria de la familia ROM tienen cuatro importantes dispositivos de memoria que son

Memoria de sólo lectura programable

La memoria de sólo lectura programable (PROM) sólo puede ser modificada una vez por el usuario. La PROM se fabrica con una serie de fusibles. El chip se programa con el programador de la PROM, en el que se queman algunos fusibles. Los fusibles abiertos se leen como unos, mientras que los quemados se leen como ceros.

Memoria de sólo lectura programable
Memoria de sólo lectura programable

Memoria de sólo lectura programable y borrable:

Memoria de sólo lectura programable y borrable
Memoria de sólo lectura programable y borrable

La memoria de sólo lectura programable y borrable es uno de los tipos especiales de módulos de memoria que se pueden programar cualquier número de veces para corregir los errores. Puede conservar su contenido hasta que se exponga a la luz ultravioleta.

La luz ultravioleta borra su contenido haciendo posible la programación de la memoria. Para escribir y borrar el chip de memoria EPROM, necesitamos un dispositivo especial llamado programador PROM.

La EPROM se programa forzando la carga eléctrica en un pequeño trozo de metal de polisilicio conocido como puerta flotante, que se encuentra en la célula de memoria. Cuando la carga está presente en esta puerta, la célula está programada, es decir, la memoria contiene un «0». Cuando no hay carga en la puerta, la célula no está programada, es decir, la memoria contiene un «1».

Memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente

La EEPROM es un chip de memoria de sólo lectura modificado por el usuario que se puede borrar y programar varias veces.

Memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente
Memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente

Estos dispositivos de memoria se utilizan en ordenadores y otros dispositivos electrónicos para almacenar pequeñas cantidades de datos que deben guardarse cuando se retira la alimentación. El contenido de la EEPROM se borra exponiéndola a una carga eléctrica.

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Los datos de la EEPROM se almacenan y se eliminan de 1 byte de datos cada vez. No es necesario retirar la EEPROM del ordenador para modificarla. La modificación del contenido no requiere equipo adicional.

La EEPROM moderna permite operaciones de página de varios bytes y tiene una vida limitada. La EEPROM puede diseñarse de 10 a 1000 ciclos de escritura. Cuando se completa el número de operaciones de escritura, la EEPROM deja de funcionar.

La EEPROM es un dispositivo de almacenamiento que puede implementarse con menos estándares en el diseño de celdas. La célula más común está compuesta por dos transistores. El transistor de almacenamiento tiene un calibre flotante similar al de la EPROM. La EEPROM tiene dos familias que son la EEPROM en serie y la EEPROM en paralelo. La EEPROM paralela es más rápida y rentable que la memoria en serie.

Memoria Flash:

La memoria flash es el dispositivo más utilizado en los dispositivos electrónicos e informáticos. La memoria flash es uno de los tipos especiales de memoria que puede borrarse y programarse con un bloque de datos. La memoria flash mantiene sus datos incluso sin alimentación. La memoria flash es popular porque funciona con más rapidez y eficacia que la EEPROM.

Memoria flash
Memoria flash

El módulo de memoria flash está diseñado para unos 100000 -10000000 ciclos de escritura. La principal limitación de la memoria flash es el número de veces que se pueden escribir datos en ella. Los datos se pueden leer de la memoria flash tantas veces como se desee, pero después de un determinado número de operaciones de escritura, dejará de funcionar.

Memoria en el chip

La memoria en el chip se refiere a cualquier módulo de memoria como RAM, ROM u otras memorias, pero que sale físicamente del propio microcontrolador. Diferentes tipos de microcontroladores, como el microcontrolador 8051, tienen una memoria ROM en el chip limitada. Sin embargo, tiene la capacidad de expandirse hasta un máximo de 64KB de memoria ROM externa y 64KB de memoria RAM externa.

Memoria en el chip
Memoria en el chip

El pin /EA se utiliza para controlar las memorias externas e internas del microcontrolador. Si la clavija /EA está conectada a 5V, los datos se obtienen de o hacia la memoria interna del microcontrolador. Si la patilla /EA está conectada a tierra, los datos se obtienen de o hacia las memorias externas.

Espero que a estas alturas ya tengas claro los diferentes tipos de memoria. Aquí tienes una pregunta básica: Para diseñar cualquier sistema embebido, ¿qué tipo de ROM y RAM se suele utilizar y por qué?

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