Introducción

Existen informaciones que precisanser almacenadas solamente por losperíodos en que la computadoraejecuta alguna tarea, como tambiéninformaciones que deben ser alma-cendas por tiempo indeterminado,

pues de el-las dependela propiainicial-ización delas opera-cionescuandoconectamosla máquina.Las memo-rias son losdispositivosque almace-nan infor-

maciones y la evolución de las téc-nicas electrónicas, principalmente lafísica de los semiconductores, nosha llevado a tipos cada vez mássofisticados y con mayor capacidad. La capacidad operacional de unacomputadora está en la posibilidadque tiene la máquina de almacenaruna gran cantidad de informacionesy procesarlas, siguiendo un determi-nado procedimiento y llegar a losresultados.De esta forma, lo que puede haceruna computadora no depende sola-mente de su velocidad y del númerode operaciones que “conoce”, sinotambién de la cantidad de informa-ciones que el mismo puede almace-nar y procesar. Este último punto depende de unsector de gran importancia en la in-formática: el que trata sobre lasmemorias.

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MemoriasExplicaremos los conceptos básicos de los elementos que al-macenan información para ser procesada por una computado-ra. Nos detendremos en los elementos básicos para que com-prenda su estructura, pero también expondremos algunos“chips” poderosos de última generación.

Por Peter Parker**********************************

La unidad de información es el bit,que puede ser 1 ó 0. Una memoriapara un circuito electrónico puedeser una simple llave, un flip-flop oun capacitor, donde la llave cerra-da significa el almacenamiento deun bit “1”.

Un flip-flop con su salida en el nivelalto almacena el nivel 1 y el capaci-tor cargado almacena el 1 (figura 1).La operación con grandes canti-dades de informaciones y el hechode que los bytes que forman las“palabras” son constituídos por de-

terminadonúmero debits (4,8,16ó 32), llevóa la necesi-dad de ten-er disposi-tivos bienelaboradospara alma-cenamien-tos de losniveles

lógicos. En las computadoras an-tiguas existían memorias de “nú-cleos magnéticos” que, como mues-tra la figura 2, almacenabaninformaciones por la magnetizaciónde pequeños anillos de ferrite orga-nizados según una matriz.Poseían, las líneas por donde se“grababan” las informaciones, laslíneas de lectura y también las líneasde borrado.Otro tipo de memoria, que tambiénfue muy utilizada, es la formada porcintas de papel perforado, o inclusotarjeta. Las perforaciones repre-sentaban el “1” y la falta de per-foración el “0”.La evolución del circuito integrado,mientras tanto, nos llevó a un tipode memoria más compacta, conmayor capacidad de almacenamien-to de informaciones, o sea, mayorcantidad de bits y mayor velocidadde operación.Vea que la necesidad de realizar mil-lones de operaciones por segundoen la computadora tipo PC, exigeque tenga rápido acceso a las infor-maciones.

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Fig. 3

Fig. 4

Fig. 2

Tenemos, así, circuitos especialesque pueden almacenar informa-ciones, denominados memorias,cuya capacidad se mide en millares,decenas de millares e, incluso, cen-tenares de millares de bits y que seusan en los computadores.Está claro que la existencia de estasmemorias no elimina todavía lanecesidad de emplear también al-gunos procesos de almacenamientomás tradicionales, como el discorígido, el disco flexible y la cintamagnética.Estos elementos de memoria poseenuna capacidad mucho mayor que laspropias memorias del tipo semicon-ductor, pudiendo medirse en cen-tenares de kilobits, o incluso, enmillones de bits. Nos interesan es-pecialmente, en este artículo, lasmemorias de tipo semiconductor,que se caracterizan por su velocidad,y que, en algunos casos, por la posi-bilidad de ser borradas y reprogra-madas.La celda básica de memoria semi-

conductora parte de un flip-flop,que es una configuración cuya es-tructura aparece en la figura 3.El flip-flop o multivibrador bi-estable (o también “báscula bi-estable”) es una configuración queadmite solamente dos situacionesestables. Cuando el transistor Q1está saturado, obligatoriamente Q2está en corte, y cuando Q1 está encorte, Q2 obligatoriamente está sat-urado. Para que el circuito pase deuna situación a otra, es necesarioaplicar un impulso externo.Si invertimos una secuencia de flip-flops, como muestra la figura 4, lassalidas que corresponden al 0 (tran-sistor saturado) o 1 (transistor encorte) forman un byte o una “pal-abra” que estará almacenada en elcircuito.Los primeros tipos de memorias es-taban formadas por un conjunto deflip-flops. Partiendo de unasituación en que la salida de todoslos flip-flops queda en cero, pode-mos, a partir de la “entrada de

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Fig. 5

datos”, llevar los flip-flops a almace-nar la información deseada.Un inconveniente es la necesidad detener una entrada para activar cadaflip-flop, lo que significa muchasconexiones si queremos constituiruna memoria de gran capacidad.El agregado de un decodificadorpermite no sólo dirigir la informa-ción hacia los flip-flops deseados,

sino también hacer su lectura. Ten-emos, en la figura 5, una mejor or-ganización para la memoria.Los flip-flops se disponen en 32 filasde 4, o sea, formando 32 palabras de4 bits. Se trata de una memoria de128 bits, pero organizada en la for-ma 32 x 4.A través de un decodificador pode-mos seleccionar, por medio de nive-les lógicos, qué fila de flip-flops seráactivada, ya sea para la grabación dela información (almacenamiento), opara la lectura.Es importante observar que, comotrabajamos siempre con la base 2, lacapacidad de una memoria serásiempre una potencia de esenúmero, como por ejemplo: 2, 4, 8,16, 32, 64, 128, 256, 512, 1.024,2.048, etc.Pero incluso con el uso de un de-codificador, que permita el acceso alpunto exacto de la memoria en queestá la información deseada, si

quisiéramos capacidades muygrandes todavía deberíamostener una organización mejor.Las matrices que forman cadachip pueden ser dispuestas enconjuntos, de modo que notengamos solamente la selec-ción de la línea de un chip enque está la información desea-da, sino también la seleccióndel propio chip.A partir de aquí debemos in-troducir ciertos términos im-portantes, para que usted sefamiliarice mejor con lo queestamos explicando. Estos tér-

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Fig. 7

Fig. 6

minos se refieren a los nombres quese encuentran en los manuales y dia-gramas referidos a memorias (figura7). Damos ejemplos:

A0… A3 - Son las líneas de direc-cionamiento de datos o “direc-ciones”. Aplicando niveles lógicosen estas entradas, informamos a lamemoria qué línea se debe activar, osea, damos la “dirección” de la líneadentro de la memoria. Vea que, situviéramos para direccionamiento 4entradas, sólo tendremos 16 combi-naciones posibles o 16 direcciones.Si tuviéramos 8 ya tendremos 256

posiciones posibles.I0... In - Estas son las entradas dedatos o “Inputs” (I). En ellas aplicamos la informaciónque debe ser grabada en la céluladeterminada por el direccionamien-to o dirección.00… 0n - Estas son las salidas dedatos o “Outputs” (0). En ellasobtenemos las informaciones queestán en la célula determinada por eldireccionamiento o dirección.En algunos chips de memoria parano tener un número muy grande depines, por ejemplo 8 para entrada y8 para salida, podemos emplear sólo8, conmutando su función por laaplicación de un nivel lógico en unúnico pin. Tenemos entonces lospines I/0 (entrada y salida) que sir-ven para lectura o grabación dedatos. Como lectura en inglés es“Read” y la grabación o escribir es“Write”, estos pines de selección dela función aparecen con la abre-viatura R/W. R/W - Se trata, como vimos, delterminal en que elegiremos si lamemoria será leída o grabada. Labarra sobre W indica que esta fun-ción está activa cuando aplicamosun nivel cero (0 o LO) en este pin.Así R/W significa que, el nivel HIen esta entrada muestra que lamemoria esta en la posición de lec-tura y el nivel bajo (LO) la lleva a laposición de grabación de la infor-mación.S, S1 - Estas entradas hacen la se-lección del chip.Vss/Vdd - Son los pines de ali-

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Fig. 9

Fig. 8

mentación.RAMs - Memorias de acceso aleatorio

Son memorias que se pueden leer ograbar a través de señales apropi-adas. Se trata de una memoria“volátil”, o sea, que pierde todas lasinformaciones grabadas cuando sedesconecta su alimentación.El nombre “acceso aleatorio” (delinglés RANDOM) se debe al hechode que el tiempo de acceso a una de-terminada información depende desu dirección. En una cinta, porejemplo, este tiempo de acceso de-pende de la posición de la informa-ción: llegamos más rápido a una in-formación que está al comienzo dela cinta que a una que esté al final.Las RAMs se pueden clasificar enestáticas y dinámicas, según el tipode célula que usan, y tambiénpueden ser bipolares o MOS, segúnla tecnología de fabricación.En la RAM estática basta direc-

cionar eldato yaplicarloen las en-tradaspara queseagrabado.En unaRAMdinámicaexiste uncircuitode clocku os-

cilador que sincroniza tanto lagrabación como la lectura.En un chip típico de RAM no en-contramos solamente una matriz decélula donde se almacenan las infor-maciones. Además, tenemos los cir-cuitos decodificadores, buffers queamplifican tanto las señales de salidacomo las de entrada, y muchosotros.Una memoria dinámica (RAMdinámica) es siempre del tipo MOSy tiene la estructura que mostramosen la figura 7.Cada célula tiene transistores MOSy un elemento capacitivo, cuya cargadetermina el bit almacenado, o sea,si es un 0 o un 1. Estas células tienen un inconve-niente: el capacitor que almacena lainformación tiende a descargarsecon el tiempo, e incluso rápida-mente. Esto significa que la memo-ria precisa que se restaure la infor-mación periódicamente; o sea: debehaber un medio de revisar la cargadel capacitor y aquéllos que esténcon la misma en un nivel muy bajodeben ser “recargados”, de modoque no se pierda la información. Ev-identemente, los que estén en elnivel bajo, o sin carga no precisaránesto. Existe entonces un circuito de“refresco” (Refresh) que, en interva-los regulares de tiempo, del ordende milisegundos, restaura las cargasde cada capacitor.La célula de una RAM estática, porotro lado, tiene una estructura difer-ente, como muestra la figura 8.Esta célula consiste en un flip-flop y,

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Fig. 10

por lo tanto, no tiene elementos ca-pacitivos, lo que significa que nonecesita de ciclo de refresco. Por otro lado, la misma tiene comodesventaja el hecho de que es mu-cho más lenta, y por este motivo esmucho menos usada.Las células bipolares son tambiénestáticas (flip-flop), pero son másrápidas que las MOS. El hecho deque los elementos bipolares presen-tan mayor consumo que los CMOStambién debe ser tenido en cuenta. Estas memorias son empleadas du-rante el funcionamiento del com-putador para recibir informacionesexternas, para almacenar informa-ciones durante los procesos de cál-culos, perdiendo todas las informa-ciones cuando el aparato esdesconectado de su alimentación.

ROMS - Memorias solamente de lectura

Las Read Only Memories (ROM), omemorias solamente de lectura, son

programadas durante el proceso defabricación con una informaciónque no puede ser alterada más.Los datos existentes en estas memo-rias pueden ser extraídos a voluntad,pero no puede hacerse ninguna al-teración en los mismos o biengrabar nuevas informaciones.Como se trata de una memoria novolátil, los datos grabados per-manecen por tiempo indetermina-do, incluso cuando se desconecta laalimentación del aparato.En estas memorias se graban las in-formaciones que inician la op-eración de la computadora y quecorresponden a la realización de to-das las operaciones previstas por elfabricante.La organización general de unamemoria de este tipo no escapa a lasreglas: las células que almacenan ca-da bit son organizadas en forma dematriz. Existen, a la vez, circuitos dedecodificación y direccionamientode datos, así como amplificadores ybuffers. También se pueden elaborarestas memorias tanto en tecnologíabipolar como CMOS.En la figura 9 tenemos una estruc-tura simplificada de una memoria deeste tipo.A partir de un proceso especial defabricación, la impedancia de lazona de contacto metálico puedehacerse alta o baja a partir de la uti-lización de una máscara de progra-mación.Según la impedancia del punto(célula) sea alta o baja, cuando sehace el direccionamiento de la lec-

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Fig. 11

tura tendremos o no , la conduccióndel transistor, con la aparición de losniveles 0 ó 1 en la salida.Otro tipo de memoria ROM usa dostransistores conectados en serie yentre ellos la salida, como muestrala figura 10.Durante la programación, podemosaplicar alta tensión a otro transistor,generando en su base una carga es-tática que se mantendrá.Esta carga, según el transistor, lo

polariza de modo que establece elnivel lógico 0 ó 1 en la salida, comomuestra la figura 11.Este tipo de memoria puede ser“apagada”, cuando sometemos elchip a rayos ultravioletas. Como lasmismas son “apagables” (erase =apagar), se las denomina EPROM.Esta memoria puede ser provista to-talmente “apagada” y ser programa-da por el usuario. Para apagar unprograma ya existente, basta expon-erla a la radiación ultravioleta.Para borrarla, basta exponer el chipa este tipo de radiación. Y una vezprogramada, podemos tapar la ven-tana de modo de no tener una pér-dida de informaciones por inciden-cia de radiación.Un tipo de ROM solo programable,o sea PROM, tiene la estructura queaparece en la figura 12.En cada célula existen microfusibles,que se obtienen del propio chip du-rante el proceso de fabricación. Es-tos fusibles son a base de níquel-

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Fig. 12

Fig. 13(izquierda)

Fig. 14(centro)

Fig. 15

cromo ypueden serfundidos conuna corrientemuy baja, delorden de 15mA, que es lacorriente deprogramación.De esta forma,aplicamos cor-rientes en losfusibles, quedeben ser ro-tos, abriendoasí el circuito yestableciendoun nivel lógico

0. Los fusibles que se mantienen intac-tos garantizan el nivel lógico 1.Este tipo de memoria presenta al-

gunos inconvenientes, como, porejemplo, el hecho de que no se con-siga una corriente precisa para lafusión de los fusibles, además delhecho de que los que son rotospueden volver a entrar en corto.Con respecto a memorias comer-ciales, en la figura 13 se muestra unaICM4164MC, y en la figura 14 unaICM41000A de 16 bits.Los 16 bits de direccionamiento sonintroducidos en dos etapas: el termi-nal RAS se usa para retener los 8primeros bits y el CAS, para los 8bits siguientes.La ICM41000AC, se trata de unaRAM dinámica de un Megabit, or-ganizada en la forma 1.048 x 1. Laalimentación es de 5V y posee ca-pacidad de E/S común, a través dela operación de escritura anticipada,además de la capacidad de realizar

ciclos de lec-tura modifica-da-escrita, re-fresh deapenas RAS,después CAS.Las entradasde direccionesmutiplexadaspara línea ycolumna per-miten el en-capsulamientoen sólo 18pines, lo quefacilita el au-mento de ladensidad delsistema.

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Fig. 16

Fig. 17

La memoria ICM41256A es del tipodinámica, con capacidad de 256K,organizada en la forma 262.144 x 1.Su alimentación se hace con tensiónúnica de 5V y todas las entradas soncompatibles con dispositivos TTL.En la figura 15 tenemos la disposi-ción de sus pines.Su característica de modo “páginadop” permite una alta velocidad deacceso. Las entradas de direc-cionamiento multiplexadas paralínea y columna permiten el encap-sulamiento en sólo 16 pines.La ICM6116A es una RAM estáticade ITAUCOM de 16k, organizadaen 2.048 palabras de 8 bits. Suspines aparecen en la figura 16.En la figura 17 tenemos su organi-zación interna, en forma de un dia-grama de bloques. Las salidas son

del tipo tri-state y las entradas soncompatibles con la tecnología TTL,lo que permite su interfaceamientodirecto con estructuras de Bus con-vencionales. La modalidad de standby de esta memoria permite reducirsu consumo de 250mW a apenas5µW.La alimentación se hace con tensiónde 5V y dispensa de circuitos de re-fresh.

La memoria ICM6264L es unaRAM estática de 64k, organizada en8.192 palabras de 8 bits. En la figura18 tenemos la disposición de suspines.Debido a su bajo consumo, estamemoria es recomendada en lasaplicaciones en que se usen bateríasde back up. Dispensa de clocks y re-

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Fig. 18(izquierda)

Fig. 19(centro) Fig. 20

fresh y sus salidas son compatiblescon tecnología TTL.El chip ICM2716 es una memoriaEPROM, de 16k, organizada en2.048 palabras de 8 bits.Su alimentación se hace con 5V y latensión de programación es de 25V.En la figura 19 tenemos la disposi-ción de sus pines.Todas las entradas y salidas soncompatibles con las de los disposi-tivos TTL. Su operación no exige elempleo de clocks. Esta memoriaposee 5 modalidades de operación: * datos saliendo, * alta impedancia, * datos entrando en la progra-mación, * alta impedancia con programación

inhibida y * verificaciónde los datossaliendo.El borrado dela memoria sepuede prac-ticar con laexposición a laluz ultraviole-ta, cuya longi-tud de ondasea de aproxi-madamente4.000Angstrons. El fabricanterecomienda es-pecíficamentela longitud deonda de 2.537Angstrons. Se

usa una lámpara de 15 W/cm2, conla memoria colocada a una distanciade 2,5 cm, durante aproximada-mente 15 a 20 minutos.

Otras Memorias

ICM2732AEs una EPROM de 32k, organizadaen la forma de 4096 palabras de 8bits. En la figura 20 tenemos suspines. Las entradas y salidas soncompatibles con dispositivos TTL ysu operación es estática, no exigien-do el empleo de clocks. Las demás características son seme-jantes a las de la ICM2716A.

ICM2764ASEsta memoriaEPROM estáorganizada en8.192 palabrasde 8 bits. Susdemás carac-terísticas sonsemejantes alas de los tiposanteriores deEPROMS demenor capaci-dad. Un es-quema corre-spondiente alencapsuladocon la ubi-cación de losterminales seve en la figura

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Fig. 20 Fig. 21

21.ICM27128ASSe trata de una memoria organizadaen 16.384 palabras de 8 bits, cuyadisposición de pines aparece en lafigura 22. Las demás característicasson semejantes a las de lasEPROMS citadas anteriormente.

Chips de Ultima Generación

Así como, en un comienzo, se con-sideraba que una memoria de 64kera poderosa, con el avance de latecnología fueron apareciendo sis-temas del tipo PRML o E2PRML,capaces de almacenar y procesar in-formación a una velocidad superior

a los 200 Mbit/s.Un ejemplo es el sistema 32P4802de Silicom Systems, capaz de leerinformación de un canal de datos aalta velocidad, por poseer capacidadde memoria para procesar los datos.En la figura 23 se reproducen al-gunos chips de este tipo, con el ob-jeto de que se vaya familiarizandocon esta tecnología, que abordare-mos en próximos números. Una idea acerca de esto es el inte-grado 78Q2250, que no corre-sponde a una memoria pero sí poseeuna en su interior. Se trata de un sistema tranceptorATM que provee una transmisiónfull con interfase de línea de recepción.

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Fig. 23