計算機組成原理-第七講

計算機組成原理舒燕君計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第七講二、半導(dǎo)體存儲芯片簡介1.半導(dǎo)體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)譯碼驅(qū)動存儲矩陣讀寫電路片選線讀/寫控制線地址線…數(shù)據(jù)線…片選線讀/寫控制線（低電平寫高電平讀）（允許讀）4.2CSCEWE（允許寫）WEOE存儲芯片片選線的作用用16K×1位的存儲芯片組成64K×8位的存儲器

32片當?shù)刂窞?5535時，此8片的片選有效8片16K×1位8片16K×1位8片16K×1位8片16K×1位4.2三、隨機存取存儲器(RAM)1.靜態(tài)RAM(SRAM)(1)靜態(tài)RAM基本電路A′觸發(fā)器非端1T4T~觸發(fā)器5TT6、行開關(guān)7TT8、列開關(guān)7TT8、一列共用A

觸發(fā)器原端T1~T4T5T6T7T8A′A寫放大器寫放大器DIN寫選擇讀選擇DOUT讀放位線A位線A′列地址選擇行地址選擇4.2T1~T4A′T1

~T4T5T6T7T8A寫放大器寫放大器DIN寫選擇讀選擇讀放位線A位線A′列地址選擇行地址選擇DOUT

①靜態(tài)RAM基本電路的讀

操作行選

T5、T6開4.2T7、T8開列選讀放DOUTVAT6T8DOUT讀選擇有效(2)靜態(tài)RAM芯片舉例①Intel2114外特性4.2I/O1I/O2I/O3I/O4A0A8A9WECSVCCGNDIntel2114…存儲容量1K×4

位

②Intel2114RAM矩陣(64×64)A3A4A5A6A7A8A0A1A2A915…031…1647…3263…48150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路……………………0163015……行地址譯碼列地址譯碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組第二組第三組第四組4.2DD預(yù)充電信號讀選擇線寫數(shù)據(jù)線寫選擇線讀數(shù)據(jù)線VCgT4T3T2T11(1)動態(tài)RAM基本單元電路2.動態(tài)RAM(DRAM)讀出與原存信息相反讀出時數(shù)據(jù)線有電流為“1”數(shù)據(jù)線CsT字線DDV010110寫入與輸入信息相同寫入時CS充電為“1”放電為“0”4.2T3T2T1T無電流有電流單元電路讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D行地址譯碼器001131311A9A8A7A6A531A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0…(2)動態(tài)RAM芯片舉例①三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)讀00000000000D…004.2單元電路讀寫控制電路…A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0…②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫4.2111114.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0…A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0…11111…4.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0……01000111114.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0……11111101000114.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫…A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0……D111110100014.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫…A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0……D111110100014.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫讀寫控制電路…A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0……D111110100014.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫讀寫控制電路…A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0……D111110100014.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫讀寫控制電路…時序與控制行時鐘列時鐘寫時鐘

WERASCAS

A'6A'0存儲單元陣列基準單元行譯碼列譯碼器再生放大器列譯碼器讀出放大基準單元存儲單元陣列行譯碼

I/O緩存器數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動數(shù)據(jù)輸入寄存器

DINDOUT~行地址緩存器列地址緩存器③單管動態(tài)RAM4116(16K×

1位)外特性4.2DINDOUTA'6A'0~

讀放大器

讀放大器

讀放大器………………………06364127128根行線Cs01271128列選擇讀/寫線數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖輸出驅(qū)動DOUTDINCs④4116(16K×1位)芯片讀

原理

讀放大器

讀放大器

讀放大器……4.263000I/O緩沖輸出驅(qū)動OUTD

讀放大器

讀放大器

讀放大器………………………06364127128根行線Cs01271128列選擇讀/寫線數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖輸出驅(qū)動DOUTDINCs…⑤4116(16K×1位)芯片寫

原理數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖I/O緩沖DIN讀出放大器

讀放大器4.2630(3)動態(tài)RAM時序

行、列地址分開傳送寫時序行地址RAS有效寫允許WE有效(高)數(shù)據(jù)

DOUT

有效數(shù)據(jù)

DIN

有效讀時序4.2行地址RAS有效寫允許WE有效(低)列地址CAS有效列地址CAS有效(4)動態(tài)RAM刷新

刷新與行地址有關(guān)4.2A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0…②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)4.2(4)動態(tài)RAM刷新

刷新與行地址有關(guān)①集中刷新（存取周期為0.5s

）“死時間率”為128/4000×100%=3.2%“死區(qū)”為0.5s

×128=64s

周期序號地址序號tc0123871387201tctctctc3999VW01127讀/寫或維持刷新讀/寫或維持3872個周期（1936s）

128個周期（64s）

刷新時間間隔（2ms）刷新序號??????tcXtcY??????4.2以128×128矩陣為例tC=tM

+tR讀寫刷新無“死區(qū)”②

分散刷新（存取周期為1

s

）(存取周期為0.5s

+0.5s

)4.2以128

×128矩陣為例W/RREF0W/RtRtMtCREF126REF127REFW/RW/RW/RW/R刷新間隔128個存取周期…③分散刷新與集中刷新相結(jié)合（異步刷新）對于128×128的存儲芯片（存取周期為0.5s

）將刷新安排在指令譯碼階段，不會出現(xiàn)“死區(qū)”“死區(qū)”為0.5s

若每隔15.6s

刷新一行每行每隔2ms

刷新一次4.23.動態(tài)RAM和靜態(tài)RAM的比較DRAMSRAM存儲原理集成度芯片引腳功耗價格速度刷新電容觸發(fā)器高低少多小大低高慢快有無主存緩存4.2四、只讀存儲器（ROM）1.掩模ROM(MROM)行列選擇線交叉處有MOS管為“1”行列選擇線交叉處無MOS管為“0”2.PROM(一次性編程)VCC行線列線熔絲熔絲斷為“0”為“1”熔絲未斷4.23.EPROM(多次性編程)(1)N型溝道浮動?xùn)臡OS電路G柵極S源D漏紫外線全部擦洗D端加正電壓形成浮動?xùn)臩與D不導(dǎo)通為“0”D端不加正電壓不形成浮動?xùn)臩與D導(dǎo)通為“1”SGDN+N+P基片GDS浮動?xùn)?/p>

SiO2+++++___

4.23.EPROM(多次性編程)(2)2716EPROM和紫外線擦除器

…控制邏輯Y譯碼X譯碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)Y控制128×128存儲矩陣……PD/ProgrCSA10A7…A6A0……DO0…DO7112…A7A1A0VSSDO2DO0DO1…27162413…VCCA8A9VPPCSA10PD/ProgrDO3DO7…(2)2716EPROM的邏輯圖和引腳4.2PD/ProgrPD/Progr功率下降/編程輸入端

讀出時為低電平

②Intel2114RAM矩陣(64×64)A3A4A5A6A7A8A0A1A2A915…031…1647…3263…48150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路……………………0163015……行地址譯碼列地址譯碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組第二組第三組第四組4.2…控制邏輯Y譯碼X譯碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)Y控制128×128存儲矩陣……PD/ProgrCSA10A7…A6A0……DO0…DO7112…A7A1A0VSSDO2DO0DO1…27162413…VCCA8A9VPPCSA10PD/ProgrDO3DO7…(2)2716EPROM的邏輯圖和引腳4.2PD/ProgrPD/Progr功率下降/編程輸入端

讀出時為低電平4.EEPROM(多次性編程)電可擦寫局部擦寫全部擦寫5.