存储器芯片的功耗课件

1Shanghai Jiao Tong University主要内容主要内容q存储器分类与组成存储器分类与组成存储器分类与组成存储器分类与组成q随机存取存储器随机存取存储器随机存取存储器随机存取存储器 (RAM)(RAM)q只读存储器只读存储器只读存储器只读存储器 (ROM)(ROM)q存储器的连接存储器的连接存储器的连接存储器的连接微机的存储器微机的存储器主要内容微机的存储器2Shanghai Jiao Tong University2存储器是微型计算机系统中用来存储器是微型计算机系统中用来存放程序和数据的基本单元或设存放程序和数据的基本单元或设备备。存储器容量愈大，能存放的信息就愈多，计算机的能力就愈。存储器容量愈大，能存放的信息就愈多，计算机的能力就愈强。强。存储器作为计算机系统重要组成部分，随着更好的存储载体材料存储器作为计算机系统重要组成部分，随着更好的存储载体材料的发现及生产工艺的不断改进，的发现及生产工艺的不断改进，争取更大的存储容量、获得更快争取更大的存储容量、获得更快的存取速度、减小存储器载体的体积以及降低单位存储容量性价的存取速度、减小存储器载体的体积以及降低单位存储容量性价比比等方面都获得快速的发展。等方面都获得快速的发展。微机的存储器微机的存储器了解内容了解内容了解内容了解内容存储器是微型计算机系统中用来存放程序和数据的基本单元或设备。3Shanghai Jiao Tong University3按与按与按与按与CPUCPU连接方式连接方式连接方式连接方式不同分为：内存储器和外存储器。不同分为：内存储器和外存储器。不同分为：内存储器和外存储器。不同分为：内存储器和外存储器。通过通过通过通过CPUCPU的外部总线直接与的外部总线直接与的外部总线直接与的外部总线直接与CPUCPU相连的存储器称为相连的存储器称为相连的存储器称为相连的存储器称为内存储器内存储器内存储器内存储器（简称内存或主存）。（简称内存或主存）。（简称内存或主存）。（简称内存或主存）。CPUCPU要通过要通过要通过要通过I/OI/O接口电路才能访问的存储器称为接口电路才能访问的存储器称为接口电路才能访问的存储器称为接口电路才能访问的存储器称为外存储器外存储器外存储器外存储器（简称（简称（简称（简称外存或二级存储器）。外存或二级存储器）。外存或二级存储器）。外存或二级存储器）。按存储器信息的按存储器信息的按存储器信息的按存储器信息的器件和媒体器件和媒体器件和媒体器件和媒体不同分为：不同分为：不同分为：不同分为：半导体存储器半导体存储器半导体存储器半导体存储器、磁表面磁表面磁表面磁表面存储器存储器存储器存储器、磁泡存储器磁泡存储器磁泡存储器磁泡存储器和和和和磁芯存储器磁芯存储器磁芯存储器磁芯存储器以及以及以及以及光盘存储器光盘存储器光盘存储器光盘存储器等。等。等。等。存储器的分类与组成存储器的分类与组成按与CPU连接方式不同分为：内存储器和外存储器。存储器的分类4Shanghai Jiao Tong Universityn 存储容量存储容量存储容量存储容量存储容量存储容量 =N M=N MN N 半导体存储器芯片有多少个存储单元，半导体存储器芯片有多少个存储单元，半导体存储器芯片有多少个存储单元，半导体存储器芯片有多少个存储单元，单元寻址与单元寻址与单元寻址与单元寻址与地址线地址线地址线地址线有关。有关。有关。有关。M M 每个存储单元中能存放多少个二进制位，每个存储单元中能存放多少个二进制位，每个存储单元中能存放多少个二进制位，每个存储单元中能存放多少个二进制位，二进制数位的传送与二进制数位的传送与二进制数位的传送与二进制数位的传送与数据线数据线数据线数据线有关。有关。有关。有关。存储器的性能指标存储器的性能指标 存储容量存储容量=N MN 半导体存储器芯片有5Shanghai Jiao Tong University1KB=1024B 1KB=1024B 1MB=1024KB 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1GB=1024MB 存储容量的表示存储容量的表示存储容量的表示存储容量的表示常用单位的换算常用单位的换算常用单位的换算常用单位的换算bit bit 用二进制位定义存储容量用二进制位定义存储容量用二进制位定义存储容量用二进制位定义存储容量Byte Byte 用二进制字节定义存储容量用二进制字节定义存储容量用二进制字节定义存储容量用二进制字节定义存储容量字字字字 节节节节 B B （ByteByte）千字节千字节千字节千字节 KB KB（Kilo ByteKilo Byte）兆字节兆字节兆字节兆字节 MB MB（Mega ByteMega Byte）吉字节吉字节吉字节吉字节 GB GB（Giga ByteGiga Byte）存储容量的常用单位存储容量的常用单位存储容量的常用单位存储容量的常用单位存储器的性能指标存储器的性能指标1KB=1024B 存储容量的表示常用单位的换算bit6Shanghai Jiao Tong Universityn 存取时间存取时间 存取时间的定义存取时间的定义存取时间的定义存取时间的定义 （读写周期表示）（读写周期表示）（读写周期表示）（读写周期表示）存取时间的单位存取时间的单位存取时间的单位存取时间的单位 存取时间的特点存取时间的特点存取时间的特点存取时间的特点向存储器单元写数据所需时间，向存储器单元写数据所需时间，向存储器单元写数据所需时间，向存储器单元写数据所需时间，从存储器单元读数据所需时间。从存储器单元读数据所需时间。从存储器单元读数据所需时间。从存储器单元读数据所需时间。ns ns （纳秒）（纳秒）（纳秒）（纳秒）存储器存取时间短仅用基本周期，存储器存取时间短仅用基本周期，存储器存取时间短仅用基本周期，存储器存取时间短仅用基本周期，存储器存取时间长插入等待周期。存储器存取时间长插入等待周期。存储器存取时间长插入等待周期。存储器存取时间长插入等待周期。存储器的性能指标存储器的性能指标了解内容了解内容了解内容了解内容 存取时间 存取时间的定义（读写周期表示）向存储器单元写数7Shanghai Jiao Tong Universityn 功耗功耗 功耗的定义功耗的定义功耗的定义功耗的定义 功耗的单位功耗的单位功耗的单位功耗的单位 存储器单元的功耗，存储器单元的功耗，存储器单元的功耗，存储器单元的功耗，存储器芯片的功耗。存储器芯片的功耗。存储器芯片的功耗。存储器芯片的功耗。存储器单元的功耗存储器单元的功耗存储器单元的功耗存储器单元的功耗 W/W/单元单元单元单元存储器芯片的功耗存储器芯片的功耗存储器芯片的功耗存储器芯片的功耗 mW/mW/芯片芯片芯片芯片该指标不仅涉及消耗功率的大小，也关系到芯片集成度以及该指标不仅涉及消耗功率的大小，也关系到芯片集成度以及该指标不仅涉及消耗功率的大小，也关系到芯片集成度以及该指标不仅涉及消耗功率的大小，也关系到芯片集成度以及在机器中的组装和散热问题。在机器中的组装和散热问题。在机器中的组装和散热问题。在机器中的组装和散热问题。存储器的性能指标存储器的性能指标了解内容了解内容了解内容了解内容 功耗 功耗的定义 存储器单元的功耗，存储器单元的功耗 8Shanghai Jiao Tong UniversityTTL TTL 器件，工作电源为器件，工作电源为器件，工作电源为器件，工作电源为 +5V+5VMOS MOS 器件，工作电源为器件，工作电源为器件，工作电源为器件，工作电源为 +1.5V +18V+1.5V +18V 与存储器芯片类型有关与存储器芯片类型有关与存储器芯片类型有关与存储器芯片类型有关 与应用系统有关与应用系统有关与应用系统有关与应用系统有关 一般应用系统一般应用系统一般应用系统一般应用系统 +5V +5V特殊应用系统特殊应用系统特殊应用系统特殊应用系统 +3.3V +3.3V、1.5V1.5Vn 工作电源工作电源存储器的性能指标存储器的性能指标了解内容了解内容了解内容了解内容TTL 器件，工作电源为+5V 与存储器芯片类型有关 一般9Shanghai Jiao Tong Universityn 价格价格 价格公式价格公式价格公式价格公式 （C CE E）/S/S 元元元元/位位位位 性价比性价比性价比性价比 C C 存储器芯片价格存储器芯片价格存储器芯片价格存储器芯片价格E E 所需外围电路价格所需外围电路价格所需外围电路价格所需外围电路价格S S 存储器芯片字节容量存储器芯片字节容量存储器芯片字节容量存储器芯片字节容量单片容量大的存储器芯片相对成本低单片容量大的存储器芯片相对成本低单片容量大的存储器芯片相对成本低单片容量大的存储器芯片相对成本低存取时间长的存储器芯片相对成本低存取时间长的存储器芯片相对成本低存取时间长的存储器芯片相对成本低存取时间长的存储器芯片相对成本低无外围电路的存储器芯片相对成本低无外围电路的存储器芯片相对成本低无外围电路的存储器芯片相对成本低无外围电路的存储器芯片相对成本低存储器的性能指标存储器的性能指标了解内容了解内容了解内容了解内容 价格 价格公式 （CE）/S 元/位 C 存10Shanghai Jiao Tong University10按使用的功能分两类：按使用的功能分两类：按使用的功能分两类：按使用的功能分两类：随机存取随机存取随机存取随机存取存储器存储器存储器存储器 RAM(Random Access Memory)RAM(Random Access Memory)只读只读只读只读存储器存储器存储器存储器 ROM(Read Only Memory)ROM(Read Only Memory)。半导体存储器的分类半导体存储器的分类按使用的功能分两类：半导体存储器的分类11Shanghai Jiao Tong University11RAMRAM在程序执行过程中，每个存储单元的内容根据程序的要求在程序执行过程中，每个存储单元的内容根据程序的要求在程序执行过程中，每个存储单元的内容根据程序的要求在程序执行过程中，每个存储单元的内容根据程序的要求既可随时读出，又可随时写入，故可称既可随时读出，又可随时写入，故可称既可随时读出，又可随时写入，故可称既可随时读出，又可随时写入，故可称读读读读/写存储器写存储器写存储器写存储器。主要用来主要用来主要用来主要用来存放用户程序、原始数据、中间结果，也用来与外存交存放用户程序、原始数据、中间结果，也用来与外存交存放用户程序、原始数据、中间结果，也用来与外存交存放用户程序、原始数据、中间结果，也用来与外存交换信息和用作堆栈等。换信息和用作堆栈等。换信息和用作堆栈等。换信息和用作堆栈等。RAMRAM所存储的信息在断开电源时会立即消失，是一种所存储的信息在断开电源时会立即消失，是一种所存储的信息在断开电源时会立即消失，是一种所存储的信息在断开电源时会立即消失，是一种易失性存易失性存易失性存易失性存储器储器储器储器。半导体存储器的分类半导体存储器的分类RAM在程序执行过程中，每个存储单元的内容根据程序的要求既可12Shanghai Jiao Tong UniversityRAMRAM按按按按工艺工艺工艺工艺可分为：双极型可分为：双极型可分为：双极型可分为：双极型RAMRAM和和和和MOS RAMMOS RAM两类。两类。两类。两类。MOS RAMMOS RAM特点：特点：特点：特点：制造工艺简单，集成度高，功耗小，价格便制造工艺简单，集成度高，功耗小，价格便制造工艺简单，集成度高，功耗小，价格便制造工艺简单，集成度高，功耗小，价格便宜，在半导体存储器中占有重要地位。宜，在半导体存储器中占有重要地位。宜，在半导体存储器中占有重要地位。宜，在半导体存储器中占有重要地位。常用：静态常用：静态常用：静态常用：静态 SRAMSRAM，动态，动态，动态，动态 DRAMDRAM双极型双极型双极型双极型RAMRAM特点：特点：特点：特点：速度快，集成度低，功耗大，成本高，一般速度快，集成度低，功耗大，成本高，一般速度快，集成度低，功耗大，成本高，一般速度快，集成度低，功耗大，成本高，一般用于大型计算机或高速微机中。用于大型计算机或高速微机中。用于大型计算机或高速微机中。用于大型计算机或高速微机中。常用：常用：常用：常用：TTL TTL 逻辑、逻辑、逻辑、逻辑、ECL ECL 逻辑、逻辑、逻辑、逻辑、I2L I2L 逻辑逻辑逻辑逻辑半导体存储器的分类半导体存储器的分类RAM按工艺可分为：双极型RAM和MOS RAM两类。MOS13Shanghai Jiao Tong University静态静态静态静态RAMRAM：集成度高于双极型集成度高于双极型集成度高于双极型集成度高于双极型RAMRAM，低于动态，低于动态，低于动态，低于动态RAMRAM。功耗低于。功耗低于。功耗低于。功耗低于双极型双极型双极型双极型RAMRAM；不需要刷新电路。；不需要刷新电路。；不需要刷新电路。；不需要刷新电路。速度较快，集成度较低，一般用于对速度较快，集成度较低，一般用于对速度较快，集成度较低，一般用于对速度较快，集成度较低，一般用于对速度要求高、而容量不大速度要求高、而容量不大速度要求高、而容量不大速度要求高、而容量不大的的的的场合。场合。场合。场合。动态动态动态动态RAMRAM：比静态比静态比静态比静态RAMRAM具有更高的集成度，但是它靠电路中栅极具有更高的集成度，但是它靠电路中栅极具有更高的集成度，但是它靠电路中栅极具有更高的集成度，但是它靠电路中栅极电容来储存信息，由于电容器上的电会泄它需要定时进行刷新。电容来储存信息，由于电容器上的电会泄它需要定时进行刷新。电容来储存信息，由于电容器上的电会泄它需要定时进行刷新。电容来储存信息，由于电容器上的电会泄它需要定时进行刷新。集成度较高，存取速度较低，一般用于需要集成度较高，存取速度较低，一般用于需要集成度较高，存取速度较低，一般用于需要集成度较高，存取速度较低，一般用于需要较大容量较大容量较大容量较大容量场合。场合。场合。场合。半导体存储器的分类半导体存储器的分类静态RAM：集成度高于双极型RAM，低于动态RAM。功耗低于14Shanghai Jiao Tong University14只读存储器只读存储器只读存储器只读存储器ROMROM按工艺可分为双极型和按工艺可分为双极型和按工艺可分为双极型和按工艺可分为双极型和MOSMOS型，型，型，型，但一般根据但一般根据但一般根据但一般根据信息写入的方式信息写入的方式信息写入的方式信息写入的方式不同，而分为不同，而分为不同，而分为不同，而分为:掩膜掩膜掩膜掩膜ROMROM一次性可编程一次性可编程一次性可编程一次性可编程PROMPROM紫外线可擦除紫外线可擦除紫外线可擦除紫外线可擦除EPROMEPROM电可擦除电可擦除电可擦除电可擦除E E2 2PROMPROM可编程只读存储器可编程只读存储器可编程只读存储器可编程只读存储器FLASHFLASH半导体存储器的分类半导体存储器的分类只读存储器ROM按工艺可分为双极型和MOS型，掩膜ROM半导15Shanghai Jiao Tong University1.固固定定ROM(掩掩模模ROM)：厂厂家家把把数数据据“固固化化”在在存存储储器器中中，用用户户无无法进行任何修改。使用时，只能读出，不能写入。法进行任何修改。使用时，只能读出，不能写入。用于大批量定型产品用于大批量定型产品。2.2.一一一一次次次次性性性性可可可可编编编编程程程程ROM ROM(PROM)(PROM)：出出出出厂厂厂厂时时时时，存存存存储储储储内内内内容容容容全全全全为为为为1 1（或或或或全全全全为为为为0 0），用户可根据自己的需要进行编程，但只能编程一次。用户可根据自己的需要进行编程，但只能编程一次。用户可根据自己的需要进行编程，但只能编程一次。用户可根据自己的需要进行编程，但只能编程一次。用于小批量产品。用于小批量产品。用于小批量产品。用于小批量产品。3.紫紫外外线线擦擦除除可可编编程程ROM(EPROM)：采采用用浮浮栅栅技技术术，可可通通过过紫紫外外线线照照射射而而被被擦擦除除，可可重重复复擦擦除除上上万万次次。要要借借助助EPROM擦擦除除器器和和专专用用编编程程器进行擦除和写入程序，很不方便。器进行擦除和写入程序，很不方便。用于产品开发。用于产品开发。半导体存储器的分类半导体存储器的分类固定ROM(掩模ROM)：厂家把数据“固化”在存储器中，用16Shanghai Jiao Tong University5.快快闪闪存存储储器器(Flash Memory)：采采用用浮浮栅栅型型MOS管管，存存储储器器中中数数据据的的擦擦除除和和写写入入是是分分开开进进行行的的，数数据据写写入入方方式式与与EPROM相相同同，一一般般一一只只芯片可以擦除芯片可以擦除/写入写入100万次以上。万次以上。是是一一种种不不需需要要电电力力就就能能保保存存资资料料的的可可重重写写的的记记忆忆体体。市市面面上上的的储储存存卡、卡、U盘、盘、MP3播放器、数码照相机和部分手机都是使用闪存。播放器、数码照相机和部分手机都是使用闪存。4.电电可可擦擦除除可可编编程程ROM(E2PROM)：采采用用浮浮栅栅技技术术，用用电电擦擦除除，可可重重复擦写复擦写100次，并且擦除的速度要快的多。次，并且擦除的速度要快的多。电电擦擦除除过过程程就就是是改改写写过过程程，只只要要通通过过厂厂商商提提供供的的专专用用刷刷新新程程序序就就可可以以轻轻而而易易举举地地改改写写芯芯片片内内部部的的内内容容，彻彻底底摆摆脱脱了了EPROM 擦擦除除器器和和编程器的束缚。编程器的束缚。它具有它具有ROM的非易失性，又具备类似的非易失性，又具备类似RAM的功能，可随时改写。的功能，可随时改写。半导体存储器的分类半导体存储器的分类5.快闪存储器(Flash Memory)：采用浮栅型M17Shanghai Jiao Tong University17组成：组成：组成：组成：存储体、地址选择电路、输入输出电路、控制电路存储体、地址选择电路、输入输出电路、控制电路存储体、地址选择电路、输入输出电路、控制电路存储体、地址选择电路、输入输出电路、控制电路半导体存储器的组成半导体存储器的组成组成：存储体、地址选择电路、输入输出电路、控制电路半导体存储18Shanghai Jiao Tong University18存储信息存储信息存储信息存储信息1 1或或或或0 0的电路实体，由许多存储单元组成，每个存储单的电路实体，由许多存储单元组成，每个存储单的电路实体，由许多存储单元组成，每个存储单的电路实体，由许多存储单元组成，每个存储单元赋予一个编号，称为元赋予一个编号，称为元赋予一个编号，称为元赋予一个编号，称为地址单元号地址单元号地址单元号地址单元号。每个每个每个每个存储单元存储单元存储单元存储单元由若干相同由若干相同由若干相同由若干相同位位位位组成，每个位需要一个存储组成，每个位需要一个存储组成，每个位需要一个存储组成，每个位需要一个存储元件元件元件元件。存储器的地址用一组二进制数表示，其存储器的地址用一组二进制数表示，其存储器的地址用一组二进制数表示，其存储器的地址用一组二进制数表示，其地址线的位数地址线的位数地址线的位数地址线的位数n n与与与与存储单存储单存储单存储单元的数量元的数量元的数量元的数量N N之间的关系为：之间的关系为：之间的关系为：之间的关系为：1.1.存储体存储体存储体存储体半导体存储器的组成半导体存储器的组成存储信息1或0的电路实体，由许多存储单元组成，每个存储单元赋19Shanghai Jiao Tong University19包括地址码缓冲器，地址译码器等。包括地址码缓冲器，地址译码器等。包括地址码缓冲器，地址译码器等。包括地址码缓冲器，地址译码器等。2.2.地址选择电路地址选择电路地址选择电路地址选择电路半导体存储器的组成半导体存储器的组成包括地址码缓冲器，地址译码器等。2.地址选择电路半导体存储20Shanghai Jiao Tong University20地址译码方式有两种：地址译码方式有两种：地址译码方式有两种：地址译码方式有两种：单译码方式（或称字结构）单译码方式（或称字结构）单译码方式（或称字结构）单译码方式（或称字结构）全部地址全部地址全部地址全部地址只用一个只用一个只用一个只用一个电路译码，译码输出的字选择线电路译码，译码输出的字选择线电路译码，译码输出的字选择线电路译码，译码输出的字选择线直接选中直接选中直接选中直接选中对应地址码的存储单元。对应地址码的存储单元。对应地址码的存储单元。对应地址码的存储单元。N N条地址线，地址译码后，输出条地址线，地址译码后，输出条地址线，地址译码后，输出条地址线，地址译码后，输出2 2n n种不同编号的字线。种不同编号的字线。种不同编号的字线。种不同编号的字线。需要的选择线数较多，只适合容量较小的存储器。需要的选择线数较多，只适合容量较小的存储器。需要的选择线数较多，只适合容量较小的存储器。需要的选择线数较多，只适合容量较小的存储器。半导体存储器的组成半导体存储器的组成地址译码方式有两种：全部地址只用一个电路译码，译码输出的字选21Shanghai Jiao Tong University21双译码方式（或称重合译码）双译码方式（或称重合译码）双译码方式（或称重合译码）双译码方式（或称重合译码）地址码分为地址码分为X和和Y两部分，用两个译码电路分别译码。两部分，用两个译码电路分别译码。向译码也称行译码向译码也称行译码，其输出线称行选择线，它选中存储矩阵中一行的，其输出线称行选择线，它选中存储矩阵中一行的所有存储单元。所有存储单元。向译码也称列译码，向译码也称列译码，其输出线称列选择线，它选中一列的所有单元。其输出线称列选择线，它选中一列的所有单元。只有只有X向和向和Y向选择线同时选中的那一位存储单元，才能进行读或写操向选择线同时选中的那一位存储单元，才能进行读或写操作。作。需要的选择线数目较少，简化了存储器结构，适合于大容量的存储器。需要的选择线数目较少，简化了存储器结构，适合于大容量的存储器。半导体存储器的组成半导体存储器的组成双译码方式（或称重合译码）地址码分为X和Y两部分，用两个译码22Shanghai Jiao Tong University半导体存储器的组成半导体存储器的组成半导体存储器的组成23Shanghai Jiao Tong University23包括包括包括包括读读读读/写放大器、数据缓冲器（三态双向缓冲器）等，是数据写放大器、数据缓冲器（三态双向缓冲器）等，是数据写放大器、数据缓冲器（三态双向缓冲器）等，是数据写放大器、数据缓冲器（三态双向缓冲器）等，是数据信息输入和输出的通道。信息输入和输出的通道。信息输入和输出的通道。信息输入和输出的通道。外界对存储器的外界对存储器的外界对存储器的外界对存储器的控制信号控制信号控制信号控制信号有有有有读读读读信号（信号（信号（信号（RDRD）、）、）、）、写写写写信号（信号（信号（信号（WRWR）和）和）和）和片选片选片选片选信号（信号（信号（信号（CSCS）等，通过控制电路以控制存储器的读或写操作）等，通过控制电路以控制存储器的读或写操作）等，通过控制电路以控制存储器的读或写操作）等，通过控制电路以控制存储器的读或写操作以及片选。以及片选。以及片选。以及片选。只有只有只有只有片选信号处于有效状态，存储器才能与外界交换信息。片选信号处于有效状态，存储器才能与外界交换信息。片选信号处于有效状态，存储器才能与外界交换信息。片选信号处于有效状态，存储器才能与外界交换信息。3.3.读读读读/写电路与控制电路写电路与控制电路写电路与控制电路写电路与控制电路半导体存储器的组成半导体存储器的组成了解内容了解内容了解内容了解内容包括读/写放大器、数据缓冲器（三态双向缓冲器）等，是数据信息24Shanghai Jiao Tong University24由由由由6 6个个个个MOSMOS管组成的管组成的管组成的管组成的RSRS触发器。信息暂存于触发器。信息暂存于触发器。信息暂存于触发器。信息暂存于T1,T2T1,T2栅极上。栅极上。栅极上。栅极上。1.1.静态静态静态静态RAMRAM的基本存储电路的基本存储电路的基本存储电路的基本存储电路静态随机存储器静态随机存储器了解内容了解内容了解内容了解内容由6个MOS管组成的RS触发器。信息暂存于T1,T2栅极上25Shanghai Jiao Tong University252.2.静态静态静态静态RAMRAM组成组成组成组成 (4Kx1(4Kx1位位位位)通常，通常，1个个RAM芯片的存储容量是有限的芯片的存储容量是有限的,需要用若干个才能构成需要用若干个才能构成1个实个实用存储器。每块芯片都有一个片选信号。用存储器。每块芯片都有一个片选信号。静态随机存储器静态随机存储器2.静态RAM组成(4Kx1位)通常，1个RAM芯片的存26Shanghai Jiao Tong University静态静态静态静态RAMRAM芯片有芯片有芯片有芯片有21142114、21422142、61166116、62646264等。等。等。等。例如：例如：例如：例如：常用的常用的常用的常用的Intel 6116 Intel 6116 是是是是CMOSCMOS静态静态静态静态RAMRAM芯片，双列直插芯片，双列直插芯片，双列直插芯片，双列直插式、式、式、式、2121引脚封装。它的存储容量为引脚封装。它的存储容量为引脚封装。它的存储容量为引脚封装。它的存储容量为2K82K8位，其引脚及内部结位，其引脚及内部结位，其引脚及内部结位，其引脚及内部结构框图如构框图如构框图如构框图如图图图图5.75.7所示：所示：所示：所示：3.3.静态静态静态静态RAMRAM芯片举例芯片举例芯片举例芯片举例静态随机存储器静态随机存储器静态RAM芯片有2114、2142、6116、6264等。327Shanghai Jiao Tong University2Kx82Kx82 27 72 24 48 8位位位位静态随机存储器静态随机存储器2Kx827248位静态随机存储器28Shanghai Jiao Tong University28动态动态动态动态RAMRAM芯片是以芯片是以芯片是以芯片是以MOSMOS管栅极电容管栅极电容管栅极电容管栅极电容是否充有电荷来存储信息是否充有电荷来存储信息是否充有电荷来存储信息是否充有电荷来存储信息的，其基本单元电路一般由的，其基本单元电路一般由的，其基本单元电路一般由的，其基本单元电路一般由四管、三管和单管四管、三管和单管四管、三管和单管四管、三管和单管组成，以组成，以组成，以组成，以三管和三管和三管和三管和单管单管单管单管较为常用。较为常用。较为常用。较为常用。由于它所需要的管子较少，故可扩大每片存储器芯片的容量，由于它所需要的管子较少，故可扩大每片存储器芯片的容量，由于它所需要的管子较少，故可扩大每片存储器芯片的容量，由于它所需要的管子较少，故可扩大每片存储器芯片的容量，并且其功耗较低，所以在微机系统中，大多数采用动态并且其功耗较低，所以在微机系统中，大多数采用动态并且其功耗较低，所以在微机系统中，大多数采用动态并且其功耗较低，所以在微机系统中，大多数采用动态RAMRAM芯片。芯片。芯片。芯片。动态随机存储器动态随机存储器动态RAM芯片是以MOS管栅极电容是否充有电荷来存储信息的，29Shanghai Jiao Tong University由由由由3 3个管子和个管子和个管子和个管子和2 2条字选择线，条字选择线，条字选择线，条字选择线，2 2条数据线组成。条数据线组成。条数据线组成。条数据线组成。1.1.动态基本存储电路动态基本存储电路动态基本存储电路动态基本存储电路三管动态基本存储电路三管动态基本存储电路三管动态基本存储电路三管动态基本存储电路写数写数写数写数控制管控制管控制管控制管读数读数读数读数控制管控制管控制管控制管存储管存储管存储管存储管预充电管预充电管预充电管预充电管输出电容输出电容输出电容输出电容栅极电容栅极电容栅极电容栅极电容动态随机存储器动态随机存储器了解内容了解内容了解内容了解内容由3个管子和2条字选择线，2条数据线组成。1.动态基本存储30Shanghai Jiao Tong University30对于三管动态基本存储电路，即使电源不掉电，对于三管动态基本存储电路，即使电源不掉电，对于三管动态基本存储电路，即使电源不掉电，对于三管动态基本存储电路，即使电源不掉电，CgCg电荷也电荷也电荷也电荷也会在会在会在会在几毫秒几毫秒几毫秒几毫秒之内逐渐泄漏掉，而丢失原存之内逐渐泄漏掉，而丢失原存之内逐渐泄漏掉，而丢失原存之内逐渐泄漏掉，而丢失原存1 1信息。信息。信息。信息。为此，必须每隔为此，必须每隔为此，必须每隔为此，必须每隔1ms3ms1ms3ms定时对定时对定时对定时对CgCg充电，以保持原存信充电，以保持原存信充电，以保持原存信充电，以保持原存信息不变，即动态存储器的息不变，即动态存储器的息不变，即动态存储器的息不变，即动态存储器的刷新刷新刷新刷新（或叫再生）。（或叫再生）。（或叫再生）。（或叫再生）。动态随机存储器动态随机存储器对于三管动态基本存储电路，即使电源不掉电，Cg电荷也会在几毫31Shanghai Jiao Tong University31由由由由T1T1管和寄生电容管和寄生电容管和寄生电容管和寄生电容CsCs组成。组成。组成。组成。单管动态基本存储电路单管动态基本存储电路单管动态基本存储电路单管动态基本存储电路动态随机存储器动态随机存储器了解内容了解内容了解内容了解内容由T1管和寄生电容Cs组成。单管动态基本存储电路动态随机存储32Shanghai Jiao Tong University2.2.动态动态动态动态RAMRAM芯片举例芯片举例芯片举例芯片举例Intel 2116单管动态单管动态RAM芯片的引脚和逻辑符号如图。芯片的引脚和逻辑符号如图。16Kx116Kx1兼片选信号兼片选信号动态随机存储器动态随机存储器2.动态RAM芯片举例Intel 2116单管动态RAM芯33Shanghai Jiao Tong UniversityIntel 2116 Intel 2116 芯片存储容量为芯片存储容量为芯片存储容量为芯片存储容量为16Kx116Kx1位，需要位，需要位，需要位，需要1414条地址输入线，条地址输入线，条地址输入线，条地址输入线，但但但但21162116只有只有只有只有1616条引脚。条引脚。条引脚。条引脚。由于受封装引线的限制，只用了由于受封装引线的限制，只用了由于受封装引线的限制，只用了由于受封装引线的限制，只用了A0A0到到到到A6 A6 7 7条条条条地址地址地址地址输入线，输入线，输入线，输入线，数据线数据线数据线数据线只有只有只有只有1 1条条条条(1(1位位位位)，而且数据输入，而且数据输入，而且数据输入，而且数据输入(D(DININ)和输出和输出和输出和输出(D(DOUTOUT)端是端是端是端是分开分开分开分开的，有的，有的，有的，有各自各自各自各自的锁存器。的锁存器。的锁存器。的锁存器。写允许信号写允许信号写允许信号写允许信号WEWE为低电平时表示允许写入，为高电平时可以为低电平时表示允许写入，为高电平时可以为低电平时表示允许写入，为高电平时可以为低电平时表示允许写入，为高电平时可以读出。读出。读出。读出。需要需要需要需要3 3种电源种电源种电源种电源。类似芯片：类似芯片：类似芯片：类似芯片：21642164，37643764，41644164等等等等DRAMDRAM芯片。芯片。芯片。芯片。动态随机存储器动态随机存储器Intel 2116 芯片存储容量为16Kx1位，需要14条34Shanghai Jiao Tong Universityxx2 21414=16x1024=16x1024=2 27 7x2x27 7128x128=128x128=16Kx116Kx1动态随机存储器动态随机存储器xx214=16x1024=27x27动态随机存储器35Shanghai Jiao Tong University35动态基本存储电路动态基本存储电路动态基本存储电路动态基本存储电路所需管子数目比静态要少，提高了集成度，所需管子数目比静态要少，提高了集成度，所需管子数目比静态要少，提高了集成度，所需管子数目比静态要少，提高了集成度，降低了成本，存取速度快。降低了成本，存取速度快。降低了成本，存取速度快。降低了成本，存取速度快。由于要刷新，需增加刷新电路，外围控制电路比较复杂。由于要刷新，需增加刷新电路，外围控制电路比较复杂。由于要刷新，需增加刷新电路，外围控制电路比较复杂。由于要刷新，需增加刷新电路，外围控制电路比较复杂。静态静态静态静态RAMRAM尽管集成度低些，但静态基本存储电路工作较稳定，尽管集成度低些，但静态基本存储电路工作较稳定，尽管集成度低些，但静态基本存储电路工作较稳定，尽管集成度低些，但静态基本存储电路工作较稳定，也不需要刷新，所以外围控制电路比较简单。也不需要刷新，所以外围控制电路比较简单。也不需要刷新，所以外围控制电路比较简单。也不需要刷新，所以外围控制电路比较简单。究竟选用哪种究竟选用哪种究竟选用哪种究竟选用哪种RAMRAM，要综合比较各方面的因素决定。，要综合比较各方面的因素决定。，要综合比较各方面的因素决定。，要综合比较各方面的因素决定。动态随机存储器动态随机存储器动态基本存储电路所需管子数目比静态要少，提高了集成度，降低了36Shanghai Jiao Tong University36ROMROM存储元件可看作是一个存储元件可看作是一个存储元件可看作是一个存储元件可看作是一个单向导通单向导通单向导通单向导通的开关电路。的开关电路。的开关电路。的开关电路。当字线上加有选中信号时当字线上加有选中信号时当字线上加有选中信号时当字线上加有选中信号时:如果电子开关是如果电子开关是如果电子开关是如果电子开关是断开断开断开断开的，位线上将输出信息的，位线上将输出信息的，位线上将输出信息的，位线上将输出信息；如果是如果是如果是如果是接通接通接通接通的，则位线经的，则位线经的，则位线经的，则位线经T T1 1接地，将输出信息接地，将输出信息接地，将输出信息接地，将输出信息0 0。只读存储器只读存储器(ROM)1、ROM存储信息的原理和组成存储信息的原理和组成了解内容了解内容了解内容了解内容ROM存储元件可看作是一个单向导通的开关电路。只读存储器(R37Shanghai Jiao Tong University37与与与与RAMRAM相似，相似，相似，相似，ROMROM由地址译码电路、存储矩阵、读出由地址译码电路、存储矩阵、读出由地址译码电路、存储矩阵、读出由地址译码电路、存储矩阵、读出电路及控制电路等部分组成。电路及控制电路等部分组成。电路及控制电路等部分组成。电路及控制电路等部分组成。只读存储器只读存储器(ROM)与RAM相似，ROM由地址译码电路、存储矩阵、读出电路及控制38Shanghai Jiao Tong University38不可编程掩模式不可编程掩模式不可编程掩模式不可编程掩模式MOS ROMMOS ROM又称为又称为又称为又称为固定存储器固定存储器固定存储器固定存储器。由器件制造厂家根据用户事先编好的机器码程序，把由器件制造厂家根据用户事先编好的机器码程序，把由器件制造厂家根据用户事先编好的机器码程序，把由器件制造厂家根据用户事先编好的机器码程序，把 0 0、1 1 信信信信息存储在掩模图形中而制成的息存储在掩模图形中而制成的息存储在掩模图形中而制成的息存储在掩模图形中而制成的ROMROM芯片。芯片。芯片。芯片。这种芯片制成以后，它的存储矩阵中每个这种芯片制成以后，它的存储矩阵中每个这种芯片制成以后，它的存储矩阵中每个这种芯片制成以后，它的存储矩阵中每个MOSMOS管所存储的信管所存储的信管所存储的信管所存储的信息息息息0 0或或或或1 1被固定下来，不能再改变，而被固定下来，不能再改变，而被固定下来，不能再改变，而被固定下来，不能再改变，而只能读出只能读出只能读出只能读出。如果要修改其内容，只有重新制作。如果要修改其内容，只有重新制作。如果要修改其内容，只有重新制作。如果要修改其内容，只有重新制作。只适用于大批量生产，不适用于科学研究。只适用于大批量生产，不适用于科学研究。只适用于大批量生产，不适用于科学研究。只适用于大批量生产，不适用于科学研究。ROM存储器分类存储器分类1.1.不可编程掩膜式不可编程掩膜式不可编程掩膜式不可编程掩膜式MOSMOS只读存储器只读存储器只读存储器只读存储器不可编程掩模式MOS ROM又称为固定存储器。ROM存储器分39Shanghai Jiao Tong University39为克服掩模式为克服掩模式为克服掩模式为克服掩模式MOS ROMMOS ROM芯片不能修改内容的缺点，设计了可芯片不能修改内容的缺点，设计了可芯片不能修改内容的缺点，设计了可芯片不能修改内容的缺点，设计了可编程只读存储器编程只读存储器编程只读存储器编程只读存储器PROM(Programmable ROM)PROM(Programmable ROM)。可编程只读存储器可编程只读存储器可编程只读存储器可编程只读存储器出厂时出厂时出厂时出厂时各单元内容全为各单元内容全为各单元内容全为各单元内容全为0 0，用户可用专门的，用户可用专门的，用户可用专门的，用户可用专门的PROMPROM写入器将信息写入，这种写入是写入器将信息写入，这种写入是写入器将信息写入，这种写入是写入器将信息写入，这种写入是破坏性破坏性破坏性破坏性的，即某个存储的，即某个存储的，即某个存储的，即某个存储位一旦写入位一旦写入位一旦写入位一旦写入1 1，就不能再变为，就不能再变为，就不能再变为，就不能再变为0 0，因此对这种存储器，因此对这种存储器，因此对这种存储器，因此对这种存储器只能进行一只能进行一只能进行一只能进行一次编程次编程次编程次编程。根据写入原理根据写入原理根据写入原理根据写入原理PROMPROM可分为两类：可分为两类：可分为两类：可分为两类：结破坏型和熔丝型结破坏型和熔丝型结破坏型和熔丝型结破坏型和熔丝型。2.2.可编程存储器可编程存储器可编程存储器可编程存储器ROM存储器分类存储器分类为克服掩模式MOS ROM芯片不能修改内容的缺点，设计了可编40Shanghai Jiao Tong University40PROMPROM芯片虽然可供用户进行一次修改程序，但有其局限性。芯片虽然可供用户进行一次修改程序，但有其局限性。芯片虽然可供用户进行一次修改程序，但有其局限性。芯片虽然可供用户进行一次修改程序，但有其局限性。为便于研究工作，试验各种为便于研究工作，试验各种为便于研究工作，试验各种为便于研究工作，试验各种ROMROM程序方案，研制了可擦除、程序方案，研制了可擦除、程序方案，研制了可擦除、程序方案，研制了可擦除、可再编程的可再编程的可再编程的可再编程的ROMROM，即，即，即，即EPROMEPROM（Erasable PROMErasable PROM）。）。）。）。3.3.可擦除、可再编程的只读存储器可擦除、可再编程的只读存储器可擦除、可再编程的只读存储器可擦除、可再编程的只读存储器EPROMEPROM芯片出厂时，是未编程的。芯片出厂时，是未编程的。芯片出厂时，是未编程的。芯片出厂时，是未编程的。EPROMEPROM中写入的信息有错或不需要时，可用中写入的信息有错或不需要时，可用中写入的信息有错或不需要时，可用中写入的信息有错或不需要时，可用两种方法两种方法两种方法两种方法擦除擦除擦除擦除原存的信息。原存的信息。原存的信息。原存的信息。ROM存储器分类存储器分类PROM芯片虽然可供用户进行一次修改程序，但有其局限性。3.41Shanghai Jiao Tong University利用利用利用利用专用紫外线灯专用紫外线灯专用紫外线灯专用紫外线灯对准芯片上的石英窗口照射对准芯片上的石英窗口照射对准芯片上的石英窗口照射对准芯片上的石英窗口照射10-2010-20分钟，即分钟，即分钟，即分钟，即可擦除原写入的信息，以恢复出厂的状态，经过照射后的可擦除原写入的信息，以恢复出厂的状态，经过照射后的可擦除原写入的信息，以恢复出厂的状态，经过照射后的可擦除原写入的信息，以恢复出厂的状态，经过照射后的EPROMEPROM，就可再写入信息。，就可再写入信息。，就可再写入信息。，就可再写入信息。写好信息的写好信息的写好信息的写好信息的EPROMEPROM为防止光线照射，常用为防止光线照射，常用为防止光线照射，常用为防止光线照射，常用遮光纸遮光纸遮光纸遮光纸贴于窗贴于窗贴于窗贴于窗口上。口上。口上。口上。这种方法这种方法这种方法这种方法只能只能只能只能把存储的信息把存储的信息把存储的信息把存储的信息全部全部全部全部擦除后再重新写入，它擦除后再重新写入，它擦除后再重新写入，它擦除后再重新写入，它不能不能不能不能只擦除个别单元或某几位的信息，只擦除个别单元或某几位的信息，只擦除个别单元或某几位的信息，只擦除个别单元或某几位的信息，而且而且而且而且擦除的时间也较擦除的时间也较擦除的时间也较擦除的时间也较长。长。长。长。ROM存储器分类存储器分类利用专用紫外线灯对准芯片上的石英窗口照射10-20分钟，即可42Shanghai Jiao Tong University采用金属采用金属采用金属采用金属-氮氮氮氮-氧化物氧化物氧化物氧化物-硅（硅（硅（硅（MNOSMNOS）工艺生产的）工艺生产的）工艺生产的）工艺生产的MNOSMNOS型型型型PROMPROM，是利用，是利用，是利用，是利用电来改写电来改写电来改写电来改写的可编程只读存储器，即的可编程只读存储器，即的可编程只读存储器，即的可编程只读存储器，即EEPROMEEPROM，能解决上述问题。，能解决上述问题。，能解决上述问题。，能解决上述问题。EEPROM EEPROM存取速度慢，完成改写程序需要较复杂的存取速度慢，完成改写程序需要较复杂的存取速度慢，完成改写程序需要较复杂的存取速度慢，完成改写程序需要较复杂的设备，现在正在迅速发展高密度、高存取速度的设备，现在正在迅速发展高密度、高存取速度的设备，现在正在迅速发展高密度、高存取速度的设备，现在正在迅速发展高密度、高存取速度的EEPROMEEPROM技术。技术。技术。技术。ROM存储器分类存储器分类采用金属-氮-氧化物-硅（MNOS）工艺生产的MNOS型PR43Shanghai Jiao Tong University43两个重要问题：两个重要问题：两个重要问题：两个重要问题：如何用如何用如何用如何用容量较小容量较小容量较小容量较小、字长较短字长较短字长较短字长较短芯片，组成微机系统所需的芯片，组成微机系统所需的芯片，组成微机系统所需的芯片，组成微机系统所需的存储器；存储器；存储器；存储器；地址线根数取决于芯片容量。地址线根数取决于芯片容量。地址线根数取决于芯片容量。地址线根数取决于芯片容量。存储器与存储器与存储器与存储器与CPUCPU的连接方法及应注意问题。的连接方法及应注意问题。的连接方法及应注意问题。的连接方法及应注意问题。存储器的连接存储器的连接两个重要问题：存储器的连接44Shanghai Jiao Tong University44用用用用1 1位或位或位或位或4 4位的存储器芯片构成位的存储器芯片构成位的存储器芯片构成位的存储器芯片构成8 8位的存储器，可采用位位的存储器，可采用位位的存储器，可采用位位的存储器，可采用位并联并联并联并联的方法。的方法。的方法。的方法。存储器芯片的扩充存储器芯片的扩充1.1.位数的扩充位数的扩充位数的扩充位数的扩充用1位或4位的存储器芯片构成8位的存储器，可采用位并联的方法45Shanghai Jiao Tong University45用用用用8 8片片片片2Kx12Kx1位的芯片组成容量为位的芯片组成容量为位的芯片组成容量为位的芯片组成容量为2Kx82Kx8位的存储器，各芯片的位的存储器，各芯片的位的存储器，各芯片的位的存储器，各芯片的数数数数据线据线据线据线分别接到数据总线的各位，而分别接到数据总线的各位，而分别接到数据总线的各位，而分别接到数据总线的各位，而地址线地址线地址线地址线的相应位及各的相应位及各的相应位及各的相应位及各控制线控制线控制线控制线，则并联在一起。则并联在一起。则并联在一起。则并联在一起。2Kx12Kx1存储器芯片的扩充存储器芯片的扩充用8片2Kx1位的芯片组成容量为2Kx8位的存储器，各芯片的46Shanghai Jiao Tong University用用2片片 1Kx4 位的芯片，组位的芯片，组成成 1Kx8 位的存储器。位的存储器。一片芯片的一片芯片的数据线数据线接数据总接数据总线的线的低低4位位，另一片芯片的，另一片芯片的数据线数据线则接数据总线的则接数据总线的高高4位位。两片芯片的两片芯片的地址线地址线及及控制线控制线则分别则分别并联并联在一起。在一起。存储器芯片的扩充存储器芯片的扩充用2片 1Kx4 位的芯片，组成 1Kx8 位的存储器。存储47Shanghai Jiao Tong University47当扩充当扩充当扩充当扩充存储容量存储容量存储容量存储容量时，采用时，采用时，采用时，采用地址串联地址串联地址串联地址串联的方法。的方法。的方法。的方法。要用到要用到要用到要用到地址译码电路地址译码电路地址译码电路地址译码电路，以其输入的地址码来区分高位地址，以其输入的地址码来区分高位地址，以其输入的地址码来区分高位地址，以其输入的地址码来区分高位地址，而以其输出端的控制线来对具有相同低位地址的几片存储器而以其输出端的控制线来对具有相同低位地址的几片存储器而以其输出端的控制线来对具有相同低位地址的几片存储器而以其输出端的控制线来对具有相同低位地址的几片存储器芯片进行片选。芯片进行片选。芯片进行片选。芯片进行片选。地址译码电路是一种可以将地址码翻译成相应控制信号的电地址译码电路是一种可以将地址码翻译成相应控制信号的电地址译码电路是一种可以将地址码翻译成相应控制信号的电地址译码电路是一种可以将地址码翻译成相应控制信号的电路。有路。有路。有路。有2-42-4译码器译码器译码器译码器，3-83-8译码器等。译码器等。译码器等。译码器等。2.2.地址的扩充地址的扩充地址的扩充地址的扩充存储器芯片的扩充存储器芯片的扩充当扩充存储容量时，采用地址串联的方法。2.地址的扩充存储器48Shanghai Jiao Tong University48例：例：用用4片片16Kx8位的存储器芯片组成位的存储器芯片组成64Kx8位存储器。位存储器。存储器的连接存储器的连接芯片芯片16Kx8地址为地址为14位，芯片位，芯片64Kx8地址码应有地址码应有16位。位。连接时，各芯片的连接时，各芯片的14位位地址线可直接接地址总线的地址线可直接接地址总线的A0A13，而地址，而地址总线的总线的A15，A14则接到则接到2-4译码器的输入端译码器的输入端，其，其输出端输出端4 根选择线分根选择线分别接到别接到4片芯片的片选片芯片的片选CS端。端。例：用4片16Kx8位的存储器芯片组成64Kx8位存储器。存49Shanghai Jiao Tong University49任一任一任一任一地址码时，地址码时，地址码时，地址码时，仅有仅有仅有仅有一片芯片处于被选中的工作状态，一片芯片处于被选中的工作状态，一片芯片处于被选中的工作状态，一片芯片处于被选中的工作状态，各芯片的取值范围如表所示。各芯片的取值范围如表所示。各芯片的取值范围如表所示。各芯片的取值范围如表所示。存储器的连接存储器的连接任一地址码时，仅有一片芯片处于被选中