第四章半導(dǎo)體存儲器1of2

1、 1 4.1概述? 2 34.1概述一、存儲器的分類1按存儲器介質(zhì)分 只要有兩個穩(wěn)態(tài)分別表示0/1 電路 磁 其他 42按和CPU的聯(lián)系分 內(nèi)存：直接掛在CPU總線或計算機(jī)系統(tǒng)總線上， CPU用訪問存儲器的指令進(jìn)行讀寫。 速度快、量小、一般用半導(dǎo)體存儲器。 外存：經(jīng)過I0接口掛在計算機(jī)系統(tǒng)總線上， CPU用I / 0指令進(jìn)行讀寫。 速度慢、量大、如磁光盤。 CPU通過內(nèi)存緩沖區(qū)來和外存交換數(shù)據(jù)。 5二、半導(dǎo)體存儲器分類二、半導(dǎo)體存儲器分類 6 二、半導(dǎo)體存儲器分類 1. 只讀存儲器（ROM）掩膜型：器件制造時寫入內(nèi)容。熔絲型（PROM可編程）：用戶寫一次。光可擦型(EPROM可擦可編程): 用

2、紫外光擦后再重寫。電可擦型(E2PROM): 可單字節(jié)在線擦寫。閃速存儲器(Flash Memory-P208): 電擦寫方式。 72. 隨機(jī)讀寫存儲器（RAM）靜態(tài)(SRAM):內(nèi)容不易逝、速度高、價貴。動態(tài)(DRAM):內(nèi)容易逝、慢、價廉。 8、容量：芯片容量以位（bit）為單位， 一般表示為：組數(shù)位數(shù)。例如6116芯片的容量為：2k 8b = 16kb11位地址 8位數(shù)據(jù) 芯片容量三、存儲器的主要指標(biāo)三、存儲器的主要指標(biāo) 9、 速度讀取時間：存儲器從收到有效地址到 輸出數(shù)據(jù)穩(wěn)定。寫入時間：從地址信號、寫信號有效 到存儲器鎖存數(shù)據(jù)。存取速度：取決于二者中較大者。 10四、存儲器的組織結(jié)構(gòu)四

3、、存儲器的組織結(jié)構(gòu)bit記憶體R/ W數(shù)據(jù)選中控制數(shù)據(jù)：接數(shù)據(jù)總線，雙向R/W：接控制總線，“1”讀、“0”寫選中控制：多個記憶體中選1個，用地址選擇 11靜態(tài)靜態(tài)RAM的六管基本存儲單元的六管基本存儲單元集成度低，但速度快，價格高，常用做Cache。1.T0和和T1組成一個組成一個雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器，用于保存數(shù)據(jù)。，用于保存數(shù)據(jù)。T4和和T5為負(fù)載管。為負(fù)載管。2.如如A點為數(shù)據(jù)點為數(shù)據(jù)D，則，則B點點為數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù) D。T0T1ABT4T5+5VT2T33.行選擇行選擇線有效（高電線有效（高電 平）平）時，時，A 、B處的數(shù)據(jù)信處的數(shù)據(jù)信息通過門控管息通過門控管T2和和T3送送至至C、

4、D點。點。行選擇線行選擇線D D列選擇線列選擇線T6T7DD4.列選擇列選擇線有效（高電線有效（高電 平）平）時，時，C 、D處的數(shù)據(jù)信處的數(shù)據(jù)信息通過門控管息通過門控管T6和和T7送送至芯片的數(shù)據(jù)引腳至芯片的數(shù)據(jù)引腳I/O。DC 12動態(tài)動態(tài)RAM的單管基本存儲單元的單管基本存儲單元集成度高，但速度較慢，價格低，一般用作主存。行選擇線行選擇線T1B存儲存儲電容電容CA列選列選擇線擇線T2I/O1. 電容上存有電荷時，表示存儲電容上存有電荷時，表示存儲數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)A為邏輯為邏輯1；2. 行選擇線有效時，數(shù)據(jù)通過行選擇線有效時，數(shù)據(jù)通過T1送至送至B處；處；3. 列選擇線有效時，數(shù)據(jù)通過列選擇線有效

5、時，數(shù)據(jù)通過T2送至芯片的數(shù)據(jù)引腳送至芯片的數(shù)據(jù)引腳I/O；4. 為防止存儲電容為防止存儲電容C放電導(dǎo)致數(shù)放電導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，必須定時進(jìn)行刷新?lián)G失，必須定時進(jìn)行刷新(讀出電容讀出電容C的電位經(jīng)放大后回的電位經(jīng)放大后回充充)；5. 動態(tài)刷新時行選擇線有效，而動態(tài)刷新時行選擇線有效，而列選擇線無效。（刷新是逐行列選擇線無效。（刷新是逐行進(jìn)行的。）進(jìn)行的。）刷新放大器刷新放大器 13地址譯碼器：地址譯碼器： 接收來自接收來自CPUCPU的的n n位地址，經(jīng)譯碼后產(chǎn)生位地址，經(jīng)譯碼后產(chǎn)生2 2n n個地址選擇信個地址選擇信號，實現(xiàn)對片內(nèi)存儲單元的選址。號，實現(xiàn)對片內(nèi)存儲單元的選址。地址譯碼器存儲矩陣數(shù)

6、據(jù)緩沖器012n-101m控制邏輯CSR/Wn位地址m位數(shù)據(jù)存儲芯片組成示意圖存儲芯片組成示意圖 14控制邏輯電路： 接收片選信號CS及來自CPU的讀/寫控制信號，形成芯片內(nèi)部控制信號，控制數(shù)據(jù)的讀出和寫入。數(shù)據(jù)緩沖器： 寄存來自CPU的寫入數(shù)據(jù)或從存儲體內(nèi)讀出的數(shù)據(jù)。存儲體： 存儲體是存儲芯片的主體，由基本存儲元按照一定的排列規(guī)律構(gòu)成。 15存儲器容量的擴(kuò)展存儲器容量的擴(kuò)展存儲芯片存儲芯片存儲模塊存儲模塊存儲體存儲體 進(jìn)行進(jìn)行位擴(kuò)展位擴(kuò)展 以實現(xiàn)按字節(jié)編以實現(xiàn)按字節(jié)編址的結(jié)構(gòu)址的結(jié)構(gòu) 進(jìn)行進(jìn)行字?jǐn)U展字?jǐn)U展 以滿足總?cè)萘恳詽M足總?cè)萘康囊蟮囊笪粩U(kuò)展位擴(kuò)展:因每個字的位數(shù)不夠而擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出線的

7、數(shù)目；字?jǐn)U展字?jǐn)U展：因總的字?jǐn)?shù)不夠而擴(kuò)展地址輸入線的數(shù)目，所以也稱為地址擴(kuò)展； 16bit7R/ W雙向數(shù)據(jù)線雙向數(shù)據(jù)線選中控制選中控制bit1bit0DB7DB1DB0位擴(kuò)展位擴(kuò)展多位記憶體構(gòu)成一組，每位接單獨(dú)數(shù)據(jù)線，多位記憶體構(gòu)成一組，每位接單獨(dú)數(shù)據(jù)線，每次選中一組各位同時進(jìn)行讀寫操作。每次選中一組各位同時進(jìn)行讀寫操作。每組占用一個地址每組占用一個地址(以字節(jié)為單位的地址以字節(jié)為單位的地址)。 1764K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/OD0D7用用64K1bit的芯片擴(kuò)展實現(xiàn)的芯片擴(kuò)展實現(xiàn)64KB存儲

8、器存儲器位擴(kuò)展時，模塊中所有芯片的位擴(kuò)展時，模塊中所有芯片的地址線和控制線互連地址線和控制線互連形成整個模塊形成整個模塊的地址線和控制線，而各芯片的的地址線和控制線，而各芯片的數(shù)據(jù)線并列（位線擴(kuò)展）數(shù)據(jù)線并列（位線擴(kuò)展）形成整形成整個模塊的數(shù)據(jù)線（個模塊的數(shù)據(jù)線（8bit寬度）。寬度）。 A0 A15R/WCS等效為等效為64K*8A0 A15D0 D7R/WCS位擴(kuò)展位擴(kuò)展 18n位地址線可以尋址位地址線可以尋址2n 個地址，管理個地址，管理2n 字節(jié)字節(jié)字?jǐn)U展字?jǐn)U展字節(jié)字節(jié)nR/ W字節(jié)字節(jié)1字節(jié)字節(jié)0地址地址n地址地址1地址地址0 地址譯碼地址譯碼數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線ABDB

9、片選片選CS 19 字?jǐn)U展字?jǐn)U展用用8K8bit的芯片擴(kuò)展實現(xiàn)的芯片擴(kuò)展實現(xiàn)64KB存儲器存儲器D0 D764K*1D0764K*1D0764K*1D0764K*1D0764K*1D0764K*1D0764K*1D07CS1 CS1 8K*8D07CS 3-8譯譯碼碼器器Y0Y1Y7A13 A14 A15 進(jìn)行字?jǐn)U展時，模塊中所有芯片的進(jìn)行字?jǐn)U展時，模塊中所有芯片的低位低位地址線、控制線和數(shù)據(jù)地址線、控制線和數(shù)據(jù)線互連線互連形成整個模塊的低位地址線、控制線和數(shù)據(jù)線形成整個模塊的低位地址線、控制線和數(shù)據(jù)線 ， CPU的的高位地址線高位地址線（擴(kuò)展的字線）被用來譯碼以形成對各個芯片的選擇（擴(kuò)展的字

10、線）被用來譯碼以形成對各個芯片的選擇線線 片選線片選線 。 A0 A12R/W64K*8A0 A15D0 D7R/WCS等效為等效為 20存儲芯片的字、位同時擴(kuò)展：存儲芯片的字、位同時擴(kuò)展：用16K4bit的芯片擴(kuò)展實現(xiàn)64KB存儲器16K*416K*4D0 D3D4 D716K*416K*416K*416K*416K*416K*4 首先對首先對芯片芯片分組進(jìn)分組進(jìn)行位擴(kuò)展行位擴(kuò)展，以實現(xiàn)按字以實現(xiàn)按字節(jié)編址；節(jié)編址； 其次設(shè)其次設(shè)計芯片組的計芯片組的片選進(jìn)行字片選進(jìn)行字?jǐn)U展擴(kuò)展，以滿，以滿足容量要求；足容量要求；64K*8A0 A15D0 D7R/WCS等效為等效為A0 A13R/W24譯碼

11、器譯碼器A15A14CS 21計算機(jī)的存儲器系統(tǒng)以字節(jié)(Byte)為單位,1B8b1KB=210B1MB=220B1GB=230B每字節(jié)占用1個存儲器地址n(n)和(n+1)合起來存1個字(n)(n+3)合起來存1個雙字地址nn+1n+2n+3 內(nèi)容8bit8bit8bit8bit 首地址n即這個字,雙字的地址 22片選信號片選信號CS更大的存儲空間需要多片存儲器芯片共同更大的存儲空間需要多片存儲器芯片共同組成，組成，CPU每次從多片中選擇每次從多片中選擇1片訪問。片訪問。芯片芯片nR/ W芯片芯片1芯片芯片0片選片選CSn片選片選CS1片選片選CS0 存儲器地址譯碼存儲器地址譯碼地址總線地址

12、總線AB數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB控制信號控制信號 23一、靜態(tài)RAM例如6116特點：n條地址可尋址2n組 m條數(shù)據(jù)線對應(yīng)每組內(nèi)有m位 24 n條地址可尋址條地址可尋址2n組組 m條數(shù)據(jù)線對應(yīng)每組內(nèi)有條數(shù)據(jù)線對應(yīng)每組內(nèi)有m位位 25特點：行列地址分時復(fù)用地址引腳, 故芯片n條地址引腳可得22組地址 26 27控制線WE、CAS、RAS WE為讀寫數(shù)據(jù)允許，低電平輸入時寫有效； 高電平輸入時讀有效； CAS為行地址選通，低電平輸入有效； RAS為列地址選通，低電平輸入有效。 電源線 Vcc、Vss 2164ADRAM芯片的供電電壓為5V 28 292164ADRAM的讀寫時序 304.3 ROM電路

13、電路掩模型ROM 可編程型PROM 光擦除型EPROM 電擦除型EEPROM 313. EPROM3. EPROM光擦除型光擦除型 由浮柵雪崩注入的由浮柵雪崩注入的FAMOS器件構(gòu)成器件構(gòu)成。用戶可以多次編程。用戶可以多次編程。編程加寫脈沖后，某些存儲單元的編程加寫脈沖后，某些存儲單元的PNPN結(jié)表面形成浮動?xùn)牛杞Y(jié)表面形成浮動?xùn)?，阻擋通路，實現(xiàn)信息寫入。擋通路，實現(xiàn)信息寫入。用紫外線照射可驅(qū)散浮動?xùn)牛杏米贤饩€照射可驅(qū)散浮動?xùn)?，原有信息全部擦除，便可再次改寫信息全部擦除，便可再次改寫?32 4. 4. 電擦除型電擦除型EEPROMEEPROM 既可全片擦除也可字節(jié)擦除，可在既可全片擦除也可字節(jié)擦除，可在線擦除信息，又能失電保存信息，具線擦除信息，又能失電保存信息，具備