2019/11/8 第四章 微机技术与仪器系统设计 半导体存储器 ·存储器的类型 第四章 半导体存储器 ·存储器与CPU的连接 ·存储器的扩展 4.1概述 存储器的层次结构 、 ·存储器 CPU CPU 一定义：存储大量二值信息（或称为二值数据） 存 的半导体器件。 主存 -用途：在计算机或激字系统中存储数据。 光童
2019/11/8 1 微机技术与仪器系统设计 第四章 半导体存储器 1 第四章 半导体存储器 • 存储器的类型 • 存储器与CPU的连接 • 存储器的扩展 4.1 概述 •存储器 – 定义：存储大量二值信息（或称为二值数据） 的半导体器件。 – 用途：在计算机或数字系统中存储数据 。 • 辅 存 •寄存器 •缓存 •主存 •磁盘 •光盘 存储器的层次结构 •CPU •CPU • 主 机 1 2 3 4
2019/11/8 一、存储器分类 1.按存储介质分类 2.按在计算机中的作用分类 主存储器 存放计算机当前运行时所需要的 赋存储器 序和据。 （主存) 故又称为内存慵暑（筒称为内 半导体存情器 存) 要求存取速度快，现在主存几乎 光存储器 ·轴助存储器 全是采用半导体存储器。 (辅存) 存放当前暂不渗与运行的程序和 数据，以及一些需要水久性保存的 ,米气、争三内存储器的分类 ·计算机中的主存情器通常由RAM和ROM组成 静态RAM(即Static RAM,简称SRA) 技[·只读存储餐RONM(Read-Only Memory) 功 ,随机存情器RAM(Random Access Memory) -MOSRAM 存储单元结构被复杂，桌成度较 低，但速度快。 掩模ROM 动态RAM(即Dynamie RAM,筒称DRA) ,可轴程ROM(PROM) -ROM *(Programmable ROM) UVEPROM 存情单元结构简单，巢成度高，价格便宣，但速 EEPROM 度较慢，需要刷新及读出放大器等外国电略。 .Flash Memory
2019/11/8 2 一、存储器分类 •1．按存储介质分类 • 磁存储器 • 半导体存储器 • 光存储器 •2．按在计算机中的作用分类 •主存储器 • （主存） •辅助存储器 • （辅存） •存放计算机当前运行时所需要的 程序和数据，直接和CPU发生联系， 故 又 称 为内 存 储器 （ 简称 为 内 存） ； •要求存取速度快，现在主存几乎 全是采用半导体存储器。 •存放当前暂不参与运行的程序和 数据，以及一些需要永久性保存的 信息,不直接和CPU发生联系，故 又称为外存储器（简称为外存）。 •随机存储器RAM （Random Access Memory） •按 功 能 •只读存储器ROM（Read- Only Memory） 二、内存储器的分类 •计算机中的主存储器通常由RAM和ROM组成 •掩模ROM •可编程ROM（PROM） •(Programmable ROM) •ROM •UVEPROM •EEPROM •Flash Memory •MOSRAM •静态 RAM(即 Static RAM，简称 SRAM) •动态 RAM(即 Dynamic RAM，简称 DRAM) 存储单元结构简单，集成度高，价格便宜，但速 度较慢，需要刷新及读出放大器等外围电路。 存储单元结构较复杂，集成度较 低，但速度快。 5 6 7 8
2019/11/8 三、内存储器的指标 主要发标，存情容量、存取速度， ☆爱他高在健奢玉是我存健是可以健容的二进债的 微型机中的存储器几乎都是以字节(Byte)进行 编址，CPU对存储器的访问主要也是按字节进行 通常是以存情器能存情的字激乘以字长表示，即：存情 的，因此字节B是最常用的容量单位。对于大容 容字数X字长。 量存情器，则用KB(210字节)、MB(220字 例如，一个32×8的R0M,表示它有32个字， 节)、GB(2字节)、TB(2n字节)表示。 字长为8位，存情容量是32×8=256。 对于大容量的ROM 常用“k表示1024”，即1K=1024=218, 于 10 存成速度是反映存情器工作速度的指标，它直接影响计算 存储炬阵：由若干存情单元排列成矩阵形式。 机主机的运行速度。存取速度常用存储器存取时间和存情 周期来表示。 情存单元：可由二极管、双极性三极管或MOS管构成。 ·存取时间：从启动一次存储毒读/写操作到完成该操作 所经历的时间。高速存储暴的存取时间仅有10s左右。 地址评码器：根据地址输入，在存储矩阵中选出指定的 ·存储周期：唐动两次独立的存储暴操作之间所需的最 宇对应的单元，把数据送往输出领冲幕。 小时间间隔。通常存储周期略大于存取时间 12 3
2019/11/8 3 三、内存储器的指标 • 主要指标：存储容量、存取速度。 • 存储容量:存储容量是指存储器可以储存的二进制数的 位数（bit）; •通常是以存储器能存储的字数乘以字长表示，即：存储 容量=字数×字长。 •例如，一个 32 8 的 ROM，表示它有 32 个字， 字长为 8 位，存储容量是 32 8 = 256。 •对于大容量的 ROM 常用“K”表示“1024”，即 1 K = 1024 = 210 ； • 微型机中的存储器几乎都是以字节（Byte）进行 编址，CPU对存储器的访问主要也是按字节进行 的，因此字节B是最常用的容量单位。对于大容 量存储器，则用KB（2 10字节）、MB（2 20字 节）、GB（2 30字节）、TB（2 40字节）表示。 •存取速度是反映存储器工作速度的指标，它直接影响计算 机主机的运行速度。存取速度常用存储器存取时间和存储 周期来表示。 • 存取时间: 从启动一次存储器读／写操作到完成该操作 所经历的时间。高速存储器的存取时间仅有10ns左右。 • 存储周期: 启动两次独立的存储器操作之间所需的最 小时间间隔。通常存储周期略大于存取时间. •存储矩阵：由若干存储单元排列成矩阵形式。 •储存单元：可由二极管、双极性三极管或MOS管构成。 •地址译码器：根据地址输入，在存储矩阵中选出指定的 字对应的单元，把数据送往输出缓冲器。 9 10 11 12
2019/11/8 产青4.2随机读写存储器 SRAM芯片简介(6116) A70 中，例：NMOS静态存情单元 6116为2K爱位的静态C08鄂 ~4是地址可抛入墙。 A0 T,、I为MO率门.行选择线 D一D是戴海输出境。 A10 TT,他为1Os非门， CS是片选墙， ·两个率门交叉建整饱成 8 OE是着出使能墙， 荔本触发存量 WE是滨可控境。 TT为门控管. ·T,、1是每一列共用的 6116的功表 门控管。 工家然 ·写入过海： 40E +WE 例如写入“1 数据线 元0 （列选择线） 13 g .二、动态RAM(DRAM) 4.3只读存储器 动态RAM基本单元电略 一、掩模只读存储器 ·又称为圆定ROM,工厂按用户要求生产出来后，用户不 能改动。 敷据线 二、可编程只读存储器 字 塘丝斯 为“0“ 塘丝未断 为"1“ 字线 15 16 4
2019/11/8 4 V V 8 T 7 T 6 T 5 T T 线 4 位 据 （列选择线） D 3 线 1 T i Y （行选择线） j B 数 T X T DD G 2 D 线 位 B 数 线 据 • 例： NMOS静态存储单元 • 存 储 • 单 元 • 写入过程： • 例如写入“1” • T1 、T2 为NMOS非门， • T3 、T4 也为NMOS非门， • 两个非门交叉连接组成 • 基本触发器存储数据。 • T5 、T6 为门控管。 • T7 、T8 是每一列共用的 门控管。 •1 •1 •0 •0 •0 •1 •0 •1 •1 •0 •4.2 随机读写存储器 SRAM芯片简介(6116) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 6116 7 6 5 4 3 2 1 1 2 A A A A A A A D D 0 0 A D V A AWE OE CSD D D D D A DD 8 9 10 7 6 5 4 GND 3 • 6116为2K×8位的静态CMOSRAM • 1 • 0 • 0 •CS •片选 • × • 0 • × •OE •输出使能 • × • 1 • 0 •WE •读/写控制 • × • 稳定 • 稳定 •A0 ～ A10 •地址码输入 • 高 阻 态 • 输 出 • 输 入 •D0 ～ D7 •输 出 •工作模式 低功耗维持 读 写 • 6116的功能表 • A0 ～A10是地址码输入端， • D0 ～D7 是数据输出端， • CS是片选端， • OE是输出使能端， • WE是读写控制端。 •动态 RAM 基本单元电路• 二、动态 RAM ( DRAM ) •数据线•C•s •T •字线 4.3 只读存储器 • 一、掩模只读存储器 • 又称为固定ROM。工厂按用户要求生产出来后，用户不 能改动。 • 二、可编程只读存储器 •VCC •字线 • 位 线 •熔丝 •熔丝断 •为 “0” •熔丝未断 •为 “1” 13 14 15 16
2019/11/8 何擦除的可编程只读存储器 。·紫外线擦除的只读存储器(UVEPROM) 顶部开有一个圆形的石英富口，用于常外战进过擦 除原有信息 FAMOS (Floating-gate Avalanche-Injuction MOS, 一般使用专门的端程器（烧写器）编程 墙雪崩注入MOS管) 编稚后，应被贴上不透光时条 出厂未偏接前，每个基本存储单元斯是信息“1” ·偏程枕是将某些单元写入信惠0 ◇ 集成EPROM芯片 27系列EPROM是景常用的EPROM,型 号从2716、2732、2764一直到27C040。存情容 量分别为2K×8、4K×8-直到512K×8。 功能 Au-Ao 地址输入 D-D 艺片使能 电输入 19 20
2019/11/8 5 •可擦除的可编程只读存储器 • 紫外线擦除的只读存储器（UVEPROM） •FAMOS管（Floating-gate Avalanche-Injuction MOS，浮 栅雪崩注入MOS管） • 顶部开有一个圆形的石英窗口，用于紫外线透过擦 除原有信息 • 一般使用专门的编程器（烧写器）编程 • 编程后，应该贴上不透光封条 • 出厂未编程前，每个基本存储单元都是信息 “1” • 编程就是将某些单元写入信息0 集成 EPROM 芯片 • 27 系列 EPROM 是最常用的 EPROM，型 号从 2716、2732、2764 一直到 27C040。存储容 量分别为 2K 8、4K 8一直到 512K 8。 V V pp cc CE PGM A A D D 12 0 7 0 ~ ~ 地 2764 A A A A A A A A A A A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A A 11 12 O O O O O 0 O 1 O 2 3 4 O5 6 7 2 23 21 24 25 3 4 5 6 7 8 9 8kB×8 2764 10 VPP 1 27 PGM (PGM) VCC VIH 20 CSOE CSOE 22 11 12 13 14 15 16 17 18 地 址 输 入 数 据 输 A12~A0 出 D D 7 ~CE 0 PGM Vpp Vcc 引脚 功能 地址输入 芯片使能 编程脉冲 电压输入 数 据 17 18 19 20