第5章 半导体存储器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目录,上页,下页,结束,第,5,章 半导体存储器,5.3,只读存储器,5.4,内存管理,5.5,例题解析,5.2,随机读写存储器,5.1,概述,第,5,章 半导体存储器,教学重点,芯片,SRAM 2114,和,DRAM 4116,芯片,EPROM 2764,和,EEPROM 2817A,SRAM,、,EPROM,与,CPU,的连接,11/28/2024,1,5.1,概述,微型计算机的存储结构,寄存器,位于,CPU,中,主存,由半导体存储器,(ROM/RAM),构成,辅存,指磁盘、磁带、磁鼓、光盘等大容量存储器，采用磁、光原理工作,高速缓存,(CACHE),由静态,RAM,芯片构成,本章介绍半导体存储器及组成主存的方法,CPU,（,寄存器）,CACHE,（,高速缓存）,主存（内存）,辅存（外存）,5.1.1,半导体存储器的分类,按制造工艺分类,双极型：,速度快,、集成度低、功耗大,MOS,型：速度慢、集成度高、,功耗低,按使用属性分类,随机存取存储器,RAM,：,可读可写,、断电丢失,只读存储器,ROM,：,只读,、,断电不丢失,详细分类，请看图示,图,5.1,半导体存储器的分类,半导体,存储器,只读存储器,（,ROM,）,随机存取存储器,（,RAM,）,静态,RAM,（,SRAM,）,动态,RAM,（,DRAM,）,非易失,RAM,（,NVRAM,）,掩膜式,ROM,一次性可编程,ROM,（,PROM,）,紫外线擦除可编程,ROM,（,EPROM,）,电擦除可编程,ROM,（,EEPROM,）,5.1.2,存储器的性能指标,1.,存储器容量,存储,1,位二进制信息的单元称为,1,个存储元。对于,32MB,的存储器，其内部有,32M,8bit,个存储元。存储器芯片多为,8,结构，称为字节单元。,2,.,存取周期,存储器的存取周期是指从接收到地址，到实现一次完整的读出或写入数据的时间，是存储器进行连续读或写操作所允许的最短时间间隔。,3.,功耗,半导体存储器属于大规模集成电路，集成度高，体积小，但是不易散热，因此在保证速度的前提下应尽量减小功耗。一般而言，,MOS,型存储器的功耗小于相同容量的双极型存储器。例如上述,HM62256,的功耗为,40mW,200,mW,。,4.,可靠性,5.,集成度,半导体存储器的集成度是指在一块数平方毫米芯片上所制作的基本存储单元数，常以,“,位片,”,表示，也可以用,“,字节片,”,表示，,6.,其他,读写存储器,RAM,类型,构成,速度,集成度,应用,SRAM,触发器,快,低,小容量系统,DRAM,极间电容,慢,高,大容量系统,NVRAM,带微型电池,快,低,小容量非易失,5.2,随机读写存储器,随机存取存储器,静态,RAM,SRAM 2114,SRAM 6264,动态,RAM,DRAM 4116,DRAM 2164,5.2.1,静态,RAM,SRAM,的基本存储单元是触发器电路,每个,基本存储单元,存储,1,位,二进制数,许多个基本存储单元形成行列存储矩阵,SRAM,一般采用“,字结构,”存储矩阵：,每个,存储单元,存放多位（,4,、,8,、,16,等）,每个,存储单元,具有一个唯一的地址,静态,RAM,的存储结构,六管基本存储电路,列选线,Y,数据线,D,数据线,D,T,8,T,7,行选线,X,T,1,T,5,T,2,T,6,T,4,T,3,V,DD,B,A,6,管基本存储单元,列选通,SRAM,芯片的内部,结构,I/O,行,地,址,译,码,列地址译码,A,3,A,2,A,1,A,0,A,4,A,5,A,6,A,7,1,0,0,15,15,1,-CS,-OE,-WE,输入缓冲,输出,缓冲,6,管基本存储单元,列选通,SRAM,芯片,2114,存储容量为,1024,4,18,个,引脚：,10,根地址线,A,9,A,0,4,根数据线,I/O,4,I/O,1,片选,-CS,读写,-WE,1,2,3,4,5,6,7,8,9,18,1716,15,14,13,12,11,10,Vcc,A,7,A,8,A,9,I/O,1,I/O,2,I/O,3,I/O,4,-WE,A,6,A,5,A,4,A,3,A,0,A,1,A,2,-CS,GND,功能,4.SRAM,芯片举例,SRAM,芯片,6264,存储容量为,8K8,28,个引脚：,13,根地址线,A,12,A,0,8,根数据线,D,7,D,0,2,根片选,-CS1,、,CS2,读写,-WE,、,-OE,功能,+5V,-WE,CS,2,A,8,A,9,A,11,-OE,A,10,-CS1,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,NC,A,12,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3,A,2,A,1,A,0,D,0,D,1,D,2,GND,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,28,27,26,25,24,23,22,21,20,19,18,17,16,15,1.,存储芯片数据线的处理,若芯片的数据线正好,8,根：,一次可从芯片中访问到,8,位数据,全部数据线与系统的,8,位数据总线相连,若芯片的数据线不足,8,根：,一次不能从一个芯片中访问到,8,位数据,利用多个芯片扩充数据位（数据宽度）,这种扩充方式称“,位扩充,”,5.SRAM,与,CPU,的联接,位扩充,2114,（,1,）,A,9,A,0,I/O,4,I/O,1,片选,D,3,D,0,D,7,D,4,A,9,A,0,2114,（,2,）,A,9,A,0,I/O,4,I/O,1,CE,CE,两片同时选中,数据分别提供,多个位扩充的存储芯片的数据线连接于系统数据总线的不同位数,其它连接都一样,这些芯片应被看作是一个整体,常被称为“芯片组”,2.,存储芯片地址线的连接,芯片的地址线通常应全部与系统的低位地址总线相连,寻址时，这部分地址的译码是在存储芯片内完成的，我们称为,“,片内译码,”,片内译码,地址线,A9,A0,存储芯片,存储单元,片内译码,000H,001H,002H,3FDH,3FEH,3FFH,00,00,0001,0010,1101,1110,11,11,（,16,进制表示）,A,9,A,0,片内,10,位地址译码,10,位地址的变化：,全,0,全,1,3.,存储芯片片选端的译码,存储系统常需要利用多个存储芯片进行容量的扩充，也就是扩充存储器的地址范围,这种扩充简称为“,地址扩充,”或“,字扩充,”,进行“地址扩充”时，需要利用存储芯片的片选端来对,存储芯片（芯片组）,进行寻址,通过存储芯片的,片选端,与系统的,高位地址线,相关联来实现对存储芯片（芯片组）的寻址，常用的方法有：,全译码,全部,高位地址线,与,片选端,关联（参与芯片译码）,部分译码,部分,高位地址线,与,片选端,关联（参与芯片译码）,线选法,某根,高位地址线,与,片选端,关联（参与芯片译码）,片选端常有效,无,高位地址线,与,片选端,关联（不参与芯片译码）,地址扩充（字扩充）,片选端,D,7,D,0,A,19,A,10,A,9,A,0,（,2,）,A,9,A,0,D,7,D,0,-CE,（,1,）,A,9,A,0,D,7,D,0,-CE,译码器,0000000001,0000000000,低位地址线,高位地址线,片选端常有效,A,19,A,15,A,14,A,0,全,0,全,1,D,7,D,0,27256,EPROM,A,14,A,0,CE,片选端常有效,与,A,19,A,15,无关,令芯片（组）的片选端常有效,不与系统的高位地址线发生联系,芯片（组）总处在被选中的状态,虽简单易行、但无法再进行地址扩充，会出现“,地址重复,”,静态随机存取存储器的联接举例,在,64KB,地址空间中用,8,片,2114,构成,4K8,，即,4KB,存储区的全译码法连接方案：其地址范围为,2000H,2FFFH,。连接图如图,5.11,所示。,5.2.2,动态,MOS,存储器,DRAM,的基本存储单元是单个,场效应,管及其,极间电容,必须配备“,读出再生放大电路,”进行刷新,每次同时对,1,行的存储单元进行刷新,每个基本存储单元存储,1,位二进制数,许多个基本存储单元形成行、列存储矩阵,DRAM,一般采用“,位结构,”存储体：,每个存储单元存放,1,位,需要,8,个存储芯片构成,1,个字节存储单元,每个字节存储单元拥有,1,个唯一地址,动态,RAM,的,存储结构,单管基本存储电路,C,2,C,1,行选线,列选线,数据线,T,2,T,1,单管基本存储单元,DRAM,芯片,的内部结构,T,5,T,4,T,3,T,2,T,1,V,DD,读出再生,放大电路,列,128,列,2,D,IN,D,OUT,列,1,行,128,行,66,行,65,行,64,行,2,行,1,I/O,缓冲,单管基本存储单元,读出再生放大电路,DRAM,芯片,4116,存储容量为,16K1,16,个,引脚：,7,根地址,线,A,6,A,0,1,根数据输入线,D,IN,1,根数据输出线,D,OUT,行地址选通,-RAS,列地址选通,-CAS,读写控制,-WE,V,BB,D,IN,-WE,-RAS,A,0,A,2,A,1,V,DD,V,SS,-CAS,D,OUT,A,6,A,3,A,4,A,5,V,CC,1,2,3,4,5,6,7,8,16,15,14,13,12,11,10,9,4116,的内部结构,128,128,C0,R0,64,选,1,译码,128,选,1,译码,写时钟,-CAS,-,WE,-RAS,0,0,127,63,A6A0,D,IN,D,OUT,脉冲发生,脉冲发生,2,选,1,译码,列,地,址,缓,冲,行,地,址,缓,冲,读,出,输出,缓冲,输入,缓冲,再,生,放,大,存,储体,-R0,-C0,DRAM,芯片,2164,存储容量为,64K1,16,个,引脚：,8,根地址线,A,7,A,0,1,根数据输入线,D,IN,1,根数据输出线,D,OUT,行地址选通,-RAS,列地址选通,-CAS,读写控制,-WE,NC,D,IN,-WE,-RAS,A,0,A,2,A,1,GND,V,SS,-CAS,D,OUT,A,6,A,3,A,4,A,5,A,7,1,2,3,4,5,6,7,8,16,15,14,13,12,11,10,9,5.3,只读存储器,ROM,掩膜,ROM,：,信息制作在芯片中，不可更改,PROM,：,允许一次编程，此后不可更改,EPROM,：,用紫外光擦除，擦除后可编程；并允许用户多次擦除和编程,EEPROM,（,E2PROM,）：,采用加电方法在线进行擦除和编程，也可多次擦写,Flash Memory,（,闪存）：能够快速擦写的,EEPROM,，,但只能按块（,Block,）,进行擦除,EPROM,EPROM 2716,EPROM 2764,EEPROM,EEPROM 2717A,EEPROM 2864A,典型,EPROM,、,EEPROM,芯片介绍,5.3.2,可擦可编程只读存储器,EPROM,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）进行编程,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,0,2.,典型,EPROM,芯片介绍,2716,存储容量为,2K8,24,个,引脚：,11,根地址线,A,10,A,0,8,根数据线,DO,7,DO,0,片选,/,编程,CE*/PGM,读写,OE*,编程电压,V,PP,功能,V,DD,A,8,A,9,V,PP,OE*,A,10,CE*/PGM,DO,7,DO,6,DO,5,DO,4,DO,3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,24,23,22,21,20,19,18,17,16,15,14,13,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3,A,2,A,1,A,0,DO,0,DO,1,DO