Memoria de solo lectura

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Memoria de solo lectura
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Concepto:Memoria de sólo lectura: Medio de almacenamiento utilizado en ordenadores y otros dispositivos electrónicos. La ROM no se puede modificar al menos no de manera rápida o fácil y se utiliza principalmente para contener el firmware software que está estrechamente ligado a hardware específico o PC.
Memoria de sólo lectura: (normalmente conocida por su acrónimo, Read Only Memory). En su sentido más estricto, se refiere sólo a máscara ROM en inglés MROM (el más antiguo tipo de estado sólido ROM), que se fabrica con los datos almacenados de forma permanente, y por lo tanto, su contenido no puede ser modificado. Sin embargo, las ROM más modernas, como EPROM y Flash EEPROM se pueden borrar y volver a programar varias veces, aún siendo descritos como "memoria de sólo lectura (ROM), porque el proceso de reprogramación en general es poco frecuente, relativamente lento y, a menudo, no se permite la escritura en lugares aleatorios de la memoria. A pesar de la simplicidad de la ROM, los dispositivos reprogramables son más flexibles y económicos, por dicha razón, las máscaras ROM no se suelen encontrar en hardware producido a partir de 2007.

Historia

El tipo más simple de ROM en estado sólido es de la misma antigüedad que la propia tecnología semiconductora. Las puertas lógicas combinacionales pueden usarse en conjunto para indexar una dirección de memoria de n bits en valores de m bits de tamaño (una tabla de consultas). Con la invención de los circuitos integrados se desarrolló la máscara ROM. La máscara ROM consistía en una cuadrícula de líneas formadas por una palabra y líneas formadas por un bit seleccionadas respectivamente a partir de cambios en el transistor. De esta manera podían representar una tabla de consultas arbitraria y un lapso de propagación deductible.

En las máscaras ROM los datos están codificados en el mismo circuito, así que sólo se pueden programar durante la fabricación. Esto acarrea serias desventajas:

1. Sólo es económico comprarlas en grandes cantidades, ya que el usuario contrata fundiciones para producirlas según sus necesidades.
2. El producto entre completar el diseño de la máscara y recibir el resultado final es muy largo.
3. Son inútiles para I+D por el hecho de que durante el desarrollo se ha de producir más de una.
4. Si un producto tiene un error en la máscara, la única manera de arreglarlo es cambiando físicamente la ROM.

Los desarrollos posteriores tomaron en cuenta estas deficiencias, así pues se creó la memoria de sólo lectura programable (PROM). Inventada en 1956 permitía a los usuarios modificarla sólo una vez con la aplicación de pulsos de alto voltaje. Eliminó los problemas 1 y 2 antes mencionados, ya que el usuario podía pedir gran cantidad de PROMs vacías y programarlas con el contenido necesario elegido por los diseñadores. En 1971 se desarrolló la memoria de sólo lectura programable y borrable (EPROM) que permitía reiniciar su contenido exponiendo el dispositivo a fuertes rayos ultravioleta. De esta manera erradicaba el punto 3 de la anterior lista. Más tarde en 1983 se inventó la EEPROM, resolviendo el conflicto número 4 de la lista ya que se podía reprogramar el contenido mientras proveyese un mecanismo para recibir contenido externo (por ejemplo, a través de un cable serial). En medio de la década de 1980 Toshiba inventó la memoria flash, una forma de EEPROM que permitía eliminar y reprogramar contenido en una misma operación mediante pulsos eléctricos miles de veces sin sufrir ningún daño.

Todas estas tecnologías mejoraron la versatilidad y flexibilidad de la ROM aunque el costo por chip incrementaba. Por eso las máscaras ROM fueron la solución económica durante bastantes años. Aún así, hay que tener en cuenta que las nuevas tecnologías con más capacidad de modificación estuvieron diseñadas para eliminar del mercado a las ROM y reemplazarla.

El producto más reciente es la memoria NAND, otra vez desarrollada por Toshiba. Los diseñadores rompieron explícitamente con el pasado diciendo que enfocaba "ser un reemplazo de los discos duros y no de la antigua ROM. En 2007, NAND ha avanzado bastante en su meta, ofreciendo un rendimiento comparable al de los discos duros, una mejor tolerancia a los choques físicos y una miniaturización extrema (como por ejemplo memorias USB y tarjetas de memoria MicroSD).

Velocidad de la Rom

Velocidad de lectura

Aunque la velocidad relativa de RAM vs ROM ha variado con el tiempo, desde el año 2007 La memoria RAM es más rápida para la lectura que la mayoría de las memorias ROM, por lo tanto el contenido ROM se suele traspasar normalmente a la memoria RAM cuando se utiliza.

Velocidad de escritura

Para esos tipos de ROM que puedan ser modificados eléctricamente, la velocidad es mucho más lenta que la velocidad de lectura, y puede requerir excepcionalmente alto voltaje,

Clasificación de las memorias ROM

  • ROM (programables por máscara)
  • PROM (programables por el usuario)
  • PROM de fusibles
  • OTPROM (PROM programables una vez, no admiten borrado)
  • EPROM (PROM borrables)
  • UVPROM (PROM borrables por rayos ultravioleta)
  • EEPROM (PROM borrables eléctricamente)
  • EPROM flash (borrables eléctricamente).

Memoria ROM de Máscara

Esta memoria se conoce simplemente como ROM y se caracteriza porque la información
Memoria ROM con máscara.gif
contenida en su interior se almacena durante su construcción y no se puede alterar. Son memorias ideales para almacenar microprogramas, sistemas operativos, tablas de conversión y caracteres. Generalmente estas memorias utilizan transistores MOS para representar los dos estados lógicos (1 ó 0). La programación se desarrolla mediante el diseño de un negativo fotográfico
Organización interna de una Memoria ROM.gif
llamado máscara donde se especifican las conexiones internas de la memoria. Las celdas de memoria se organizan en grupos para formar registros del mismo tamaño y estos se ubican físicamente formando un arreglo.

Memoria PROM

Esta memoria es conocida como ROM programable de la sigla en inglés Programmable Read
Celda de Memoria de una PROM.gif
Only Memory. Este tipo de memoria a diferencia de la ROM no se programa durante el proceso de fabricación, en vez de ello la programación la efectúa el usuario y se puede realizar una sola vez, después de la cual no se puede borrar o volver a almacenar otra información.

El proceso de programación es destructivo, es decir, que una vez grabada, es como si fuese una ROM normal. Para almacenar la información se emplean dos técnicas: por destrucción de fusible o por destrucción de unión. Comúnmente la información se programa o quema en las diferentes celdas de memoria aplicando la dirección en el bus de direcciones, los datos en los buffers de entrada de datos y un pulso de 10 a 30V, en una terminal dedicada para fundir los fusibles correspondientes. Cuando se aplica este pulso a un fusible de la celda, se almacena un 0 lógico, de lo contrario se almacena un 1 lógico (estado por defecto), quedando de esta forma la información almacenada de forma permanente.

El proceso de programación de una PROM generalmente se realiza con un equipo especial llamado quemador. Este equipo emplea un mecanismo de interruptores electrónicos controlados por software que permiten cargar las direcciones, los datos y genera los pulsos para fundir los fusibles del arreglo interno de la memoria. En la figura 2.2. se indica de forma esquemática la función del programador.

Memoria EPROM

Este tipo de memoria es similar a la PROM con la diferencia que la información se puede borrar
Memoria EPROM.gif
y volver a grabar varias veces. Su nombre proviene de la sigla en inglés Erasable Read Only Memory.

La programación se efectúa aplicando en un pin especial de la memoria una tensión entre 10 y 25 Voltios durante aproximadamente 50 ms, según el dispositivo, al mismo tiempo se direcciona la posición de memoria y se pone la información a las entradas de datos. Este proceso puede tardar varios minutos dependiendo de la capacidad de memoria.

La memoria EPROM, tal como las memorias vistas anteriormente se compone de un arreglo de transistores MOSFET de Canal N de compuerta aislada.

Cada transistor tiene una compuerta flotante de SiO2 (sin conexión eléctrica) que en estado normal se encuentra apagado y almacena un 1 lógico. Durante la programación, al aplicar una tensión (10 a 25V) la región de la compuerta queda cargada eléctricamente, haciendo que el transistor se encienda, almacenando de esta forma un 0 lógico. Este dato queda almacenado de forma permanente, sin necesidad de mantener la tensión en la compuerta ya que la carga eléctrica en la compuerta puede permanecer por un período aproximado de 10 años.

Por otra parte el borrado de la memoria se realiza mediante la exposición del dispositivo a rayos ultravioleta durante un tiempo aproximado de 10 a 30 minutos. Este tiempo depende del tipo de fabricante y para realizar el borrado, el circuito integrado dispone de una ventana de cuarzo transparente, la cual permite a los rayos ultravioleta llegar hasta el material fotoconductivo presente en las compuertas aisladas y de esta forma lograr que la carga se disipe a través de este material apagando el transistor, en cuyo caso todas las celdas de memoria quedan en 1 lógico. Generalmente esta ventana de cuarzo se ubica sobre la superficie del encapsulado y se cubre con un adhesivo para evitar la entrada de luz ambiente que pueda borrar la información, debido a su componente UV.

Memoria EEPROM

Memoria EEPROM.gif

La memoria EEPROM es programable y borrable eléctricamente y su nombre proviene de la sigla en inglés Electrical Erasable Programmable Read Only Memory. Actualmente estas memorias se construyen con transistores de tecnología MOS (Metal Oxide Silice) y MNOS (Metal Nitride-Oxide Silicon).

Las celdas de memoria en las EEPROM son similares a las celdas EPROM y la diferencia básica se encuentra en la capa aislante alrededor de cada compuesta flotante, la cual es más delgada y no es fotosensible.

La programación de estas memorias es similar a la programación de la EPROM, la cual se realiza por aplicación de una tensión de 21 Voltios a la compuerta aislada MOSFET de cada transistor, dejando de esta forma una carga eléctrica, que es suficiente para encender los transistores y almacenar la información. Por otro lado, el borrado de la memoria se efectúa aplicando tensiones negativas sobre las compuertas para liberar la carga eléctrica almacenada en ellas.

Esta memoria tiene algunas ventajas con respecto a la Memoria EPROM, de las cuales se pueden enumerar las siguientes:

  • Las palabras almacenadas en memoria se pueden borrar de forma individual.
  • Para borra la información no se requiere luz ultravioleta.
  • Las memorias EEPROM no requieren programador.
  • Para reescribir no se necesita se necesita hacer un borrado previo.
  • Se pueden reescribir aproximadamente unas 1000 veces sin que se observen problemas para almacenar la información.

Nota: El tiempo de almacenamiento de la información es similar al de las EPROM, es decir aproximadamente 10 años.

Memoria EPROM flash

La memoria FLASH es similar a la EEPROM, es decir que se puede programar y borrar
Celda de memoria de una FLASH.gif
eléctricamente. Sin embargo esta reúne algunas de las propiedades de las memorias anteriormente vistas, y se caracteriza por tener alta capacidad para almacenar información y es de fabricación sencilla, lo que permite fabricar modelos de capacidad equivalente a las EPROM a menor costo que las EEPROM.

Las celdas de memoria se encuentran constituidas por un transistor MOS de puerta apilada, el cual se forma con una puerta de control y una puerta aislada, tal como se indica en la figura 4.1. La compuerta aislada almacena carga eléctrica cuando se aplica una tensión lo suficientemente alta en la puerta de control. De la misma manera que la memoria EPROM, cuando hay carga eléctrica en la compuerta aislada, se almacena un 0, de lo contrario se almacena un 1.

Las operaciones básicas de una memoria Flash son la programación, la lectura y borrado.

Como ya se mencionó, la programación se efectúa con la aplicación de una tensión (generalmente de 12V o 12.75 V) a cada una de las compuertas de control, correspondiente a las celdas en las que se desean almacenar 0’s. Para almacenar 1’s no es necesario aplicar tensión a las compuertas debido a que el estado por defecto de las celdas de memoria es 1.

La lectura se efectúa aplicando una tensión positiva a la compuerta de control de la celda de
Proceso de descarga de una celda de memoria FLASH.gif
memoria, en cuyo caso el estado lógico almacenado se deduce con base en el cambio de estado del transistor:
  • Si hay un 1 almacenado, la tensión aplicada será lo suficiente para encender el transistor y hacer circular corriente del drenador hacia la fuente.
  • Si hay un 0 almacenado, la tensión aplicada no encenderá el transistor debido a que la carga eléctrica almacenada en la compuerta aislada.

Para determinar si el dato almacenado en la celda es un 1 ó un 0, se detecta la corriente circulando por el transistor en el momento que se aplica la tensión en la compuerta de control.

El borrado consiste en la liberación de las cargas eléctricas almacenadas en las compuertas aisladas de los transistores. Este proceso consiste en la aplicación de una tensión lo suficientemente negativa que desplaza las cargas como se indica en la figura 4.2.

Véase también

Fuentes