Fundamentos de Arquitectura de Computadoras: Memoria y Lógica Digital

1. Memoria PAL

La PAL (Programmable Array Logic) es un tipo de dispositivo lógico programable (PLD) diseñado para mejorar las desventajas de una PLA (Programmable Logic Array), como su mayor complejidad y los elevados retardos debidos a la gran cantidad de fusibles necesarios al utilizar dos matrices programables. La estructura básica de una PAL se basa en una matriz AND programable y en una matriz OR fija con lógica de salida.

2. Funcionamiento de un Multiplexor

Un multiplexor funciona como un conmutador electrónico con múltiples entradas y una única salida. Selecciona una de las entradas para transmitirla a la salida, basándose en una señal de selección.

Ejemplo de Uso

Un ejemplo común es en una máquina de refrescos, donde el multiplexor selecciona la bebida elegida entre varias opciones.

3. Funcionamiento de un Decodificador

Un decodificador realiza la función inversa de un codificador. Convierte una entrada codificada (binaria, BCD, etc.) en una señal de salida decodificada.

Ejemplo de Uso

Un ejemplo es la selección de una línea de memoria específica en un sistema de memoria, donde la dirección de memoria codificada se decodifica para activar la línea correspondiente.

4. Referencias de una GAL: Ejemplo GAL22V10

En la referencia GAL22V10, "GAL" significa Generic Array Logic. El número "22" indica que el dispositivo tiene 22 pines de entrada, mientras que "V10" indica que tiene 10 pines de salida configurables.

5. Terminales de una ALU

Una Unidad Lógico-Aritmética (ALU) tiene los siguientes terminales:

• a) Operandos: Entradas para los datos que se van a procesar.
• b) Resultado: Salida para el resultado de la operación.
• c) Selección de Operación: Entradas que determinan la operación a realizar (suma, resta, AND, OR, etc.).
• d) Acarreo de entrada: Entrada para el acarreo de una operación previa.
• e) Salidas auxiliares: Salidas para indicadores de estado, como acarreo de salida, cero, negativo, etc.

6. Sumador con Generación de Acarreo en Paralelo

Un sumador con generación de acarreo en paralelo utiliza ecuaciones para calcular el acarreo de salida (CO) y el acarreo generado (CG) en cada etapa. La ecuación general para el acarreo de salida es:

COi = Gi + PiCi-1

Donde:

• CO_i es el acarreo de salida de la etapa i.
• G_i es el acarreo generado en la etapa i.
• P_i es el acarreo propagado en la etapa i.
• C_i-1 es el acarreo de entrada de la etapa i (acarreo de salida de la etapa anterior).

7. Señales de Control de las Unidades de Memoria

Las unidades de memoria utilizan las siguientes señales de control:

• Señal de reloj: Sincroniza las operaciones de lectura y escritura.
• Orden de lectura o escritura: Indica si se debe leer o escribir datos.
• Señal de direccionamiento: Selecciona la ubicación de memoria a la que se accede.

8. Características de las Unidades de Memoria

Las unidades de memoria se caracterizan por:

• Potencia: Consumo energético.
• Volatilidad: Capacidad de retención de datos al interrumpirse la alimentación.
• Velocidad: Tiempo de acceso a los datos.
• Capacidad total: Cantidad de datos que puede almacenar.
• Densidad de bit: Número de bits almacenados por unidad de área.

9. Tipos de Memoria Según la Forma de Operación

Según la forma de realizar operaciones, existen tres tipos de memoria:

• Direccionables: Se accede a los datos mediante una dirección única.
• De desplazamiento: Los datos se desplazan a través de una serie de posiciones.
• Secuenciales: Se accede a los datos en un orden predeterminado.

10. Memoria Pasiva

Una memoria pasiva se caracteriza por un tiempo de escritura mucho mayor que el de lectura. Son no volátiles, lo que significa que retienen la información incluso sin alimentación. Son ideales para almacenar información permanente, como instrucciones de programas.

Tipos de Memoria Pasiva

• ROM (Read-Only Memory): Memoria de solo lectura, grabada durante la fabricación.
• PROM (Programmable ROM): Memoria programable una sola vez.
• EPROM (Erasable Programmable ROM): Memoria borrable con luz ultravioleta.
• EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM): Memoria borrable eléctricamente.
• Flash Memories: Memoria borrable eléctricamente en bloques.

11. Mapa de Memoria

Un mapa de memoria es una representación visual o tabular que muestra la organización de la memoria en un sistema. Indica las direcciones de inicio y fin de las diferentes áreas de memoria, como la memoria del sistema, la memoria de video y la memoria de datos.

12. Tasa de Refresco en Memorias RAM Dinámicas

Las memorias RAM dinámicas (DRAM) almacenan datos como cargas eléctricas en condensadores, que pierden su carga con el tiempo. La tasa de refresco es el proceso de leer y volver a escribir periódicamente los datos en cada celda de memoria para evitar la pérdida de datos. Un circuito interno de la memoria se encarga de realizar el refresco.

13. Registros de Desplazamiento

Un registro de desplazamiento es un circuito secuencial formado por una cadena de biestables, generalmente de tipo D. Permite almacenar y desplazar bits de información en una dirección determinada. Cada pulso de reloj desplaza los bits una posición, lo que permite la manipulación de datos en serie.