微机原理与接口 第6章_存储器

第6章 半导体存储器 2) 单管动态 单管动态RAM基本存储电路 基本存储电路 单管动态RAM基本存储电路只有一个电容和一个 基本存储电路只有一个电容和一个MOS管， 单管动态 基本存储电路只有一个电容和一个 管 是最简单的存储元件行片行控X VCC D位控 V3 V5 A V1 V2 V4 B V6
D 位线
V7 I/O 列片行控Y
I/O
V8
图6.5 六管静态RAM存储电路
电路中V 电路中 1、V2为工 作管， 作管，V3、V4为负 载管， 载管，V5、V6为控 制管。其中，由V1、 制管。其中， V2、V3及V4管组成 了双稳态触发器电 路，V1和V2的工作 状态始终为一个导 另一个截止。 通，另一个截止。 V1截止、V2导通时， 截止、 导通时， A点为高电平，B点 点为高电平， 点 点为高电平 为低电平； 导通、 为低电平；V1导通、 V2截止时，A点为 截止时， 点为 低电平， 点为高 低电平，B点为高 电平。 电平。
A 6 A 5 A 4 A 3 A 0 A 1 A 2 CS GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 17 16 15 Intel 14 2114 13 12 11 10 V CC A 7 A 8 A 9 I/O 1 I/O 2 I/O 3 I/O 4
WE
A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9
第6章 半导体存储器
第6章 半导体存储器 4．功耗 ． 功耗反映了存储器耗电的多少，同时也反映了其发热的程度。 功耗反映了存储器耗电的多少 ， 同时也反映了其发热的程度 。 5．可靠性 ． 可靠性一般指存储器对外界电磁场及温度等变化的抗干扰能 存储器的可靠性用平均故障间隔时间MTBF(Mean Time 力。存储器的可靠性用平均故障间隔时间 Between Failures)来衡量。 来衡量。 来衡量 6．集成度 ． 集成度指在一块存储芯片内能集成多少个基本存储电路， 集成度指在一块存储芯片内能集成多少个基本存储电路， 每个基本存储电路存放一位二进制信息，用位/片来表示 片来表示。 每个基本存储电路存放一位二进制信息，用位 片来表示。 7．性能 价格比 ．性能/价格比 性能/价格比 简称性价比)是衡量存储器经济性能好坏的综 价格比(简称性价比 性能 价格比 简称性价比 是衡量存储器经济性能好坏的综 合指标，它关系到存储器的实用价值。 合指标，它关系到存储器的实用价值。其中性能包括前述的各 项指标，而价格是指存储单元本身和外围电路的总价格。 项指标，而价格是指存储单元本身和外围电路的总价格。
第6章 半导体存储器
6.1.2 半导体存储器的分类 从应用角度可将半导体存储器分为两大类： 从应用角度可将半导体存储器分为两大类： 随机读写存储器RAM(Random Access Memory) ，CPU 随机读写存储器 可以对RAM的内容随机地读写访问，RAM中的信息断 的内容随机地读写访问， 可以对 的内容随机地读写访问 中的信息断 电后即丢失。 电后即丢失。 只读存储器ROM(Read Only Memory)。ROM的内容只 只读存储器 。 的内容只 能随机读出而不能写入，断电后信息不会丢失。 能随机读出而不能写入，断电后信息不会丢失。 根据制造工艺的不同： 主要分为有双极型和MOS 根据制造工艺的不同：RAM主要分为有双极型和 主要分为有双极型和 型两类。 型两类。 器具有存取速度快、 双极型存储器具有存取速度快 集成度较低、功耗较大、 双极型存储器具有存取速度快、集成度较低、功耗较大、 成本较高等特点，适用于对速度要求较高的高速缓冲存 成本较高等特点， 储器； 储器； MOS型存储器具有集成度高、功耗低、价格便宜等特 型存储器具有集成度高 型存储器具有集成度高、功耗低、 适用于内存储器。 点，适用于内存储器。
存储体 0 1 2 3
…
15 4位
WR CS
控制 电路
数据缓冲器 I/O0～I/O3
图6.3 单译码方式
…
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双译码方式
A0 A1 A2 A3 A4 X 向 译 码 器 X0 X1 X2 … X31 32×32＝1024 存储矩阵 1024×1 三 态 双 向 缓 冲 器
I/O(1位)
I/O 1 Intel 2114 I/O 2 I/O 3 I/O 4
WE CS
(a)
(b)
图6.7 Intel 2114引脚及逻辑符号 (a) 引脚；(b) 逻辑符号
第6章 半导体存储器 6.2.2 动态 动态RAM 1．动态RAM的基本存储电路 ．动态 的基本存储电路 动态存储器和静态存储器不同，动态 动态存储器和静态存储器不同，动态RAM的基本存储电路 的基本存储电路 利用电容存储电荷的原理来保存信息. 利用电容存储电荷的原理来保存信息. 刷新原因：由于电容上的电荷会逐渐泄漏，因而对动态 刷新原因：由于电容上的电荷会逐渐泄漏，因而对动态RAM必 必 须定时进行刷新，使泄漏的电荷得到补充。动态 须定时进行刷新，使泄漏的电荷得到补充。动态RAM的基本存 的基本存 储电路主要有六管、四管、三管和单管等几种形式， 储电路主要有六管、四管、三管和单管等几种形式，在这里我们 介绍四管和单管动态RAM基本存储电路。 基本存储电路。 介绍四管和单管动态 基本存储电路
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只读存储器ROM在使用过程中，只能读出存储的 在使用过程中， 只读存储器 在使用过程中 信息而不能用通常的方法将信息写入存储器。 信息而不能用通常的方法将信息写入存储器。 目前常见的有： 目前常见的有： 掩膜式ROM，用户不可对其编程，其内容已由厂家设 掩膜式 ，用户不可对其编程， 定好，不能更改； 定好，不能更改； PROM,可编程 可编程ROM(Programmable ROM)，用户只能 可编程 ， 对其进行一次编程，写入后不能更改； 对其进行一次编程，写入后不能更改； EPROM,可擦除的 可擦除的PROM(Erasable PROM)，其内容可 可擦除的 ， 用紫外线擦除，用户可对其进行多次编程； 用紫外线擦除，用户可对其进行多次编程； EEPROM或E2PROM,电擦除的 电擦除的PROM(Electrically 或 电擦除的 Erasable PROM)，能以字节为单位擦除和改写。 ，能以字节为单位擦除和改写。
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A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8
行 地 地 译 码
图
…
存存存存
64×64
6 6
. Intel 21 14 内 部 结 构
I/O 1 I/O 2 I/O 3 I/O 4 A 0
列I/O电电 输数 数数 控控 列片行
A 1
A 2
A 9
CS
& 1 & 2
WE
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6.1.4 半导体存储器芯片的基本结构
A0 A1 … 地 址 译 码 器 三 缓 态 冲 数 器 据 D0 D1 … DN 控制逻辑 R/W CS
…
An
图6.2 半导体存储器组成框图
…
存储矩阵
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地址译码方式 单译码方式
选择线 A0 A1 A2 A3 地 址 译 码 器
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随随随写 存存器RAM 半半半 存存器 只随存存器 ROM 双双型 静静RAM 动静RAM
MOS型
不不不不 掩掩ROM 不不不 ROM 不可可、不可 不不ROM
紫紫控可可紫 EPROM 电可可紫 E2PROM
图6.1 半导体存储器的分类
6.1.3 半导体存储器的主要技术指标 1．存储容量 ． (1) 用字数×位数表示 ， 来表示存储芯片的容量 ， 如 用字数×位数表示，来表示存储芯片的容量， 1K×4位，表示该芯片有 个单元 个单元(1K=1024)，每个存储 × 位 表示该芯片有1K个单元 ， 单元的长度为4位 单元的长度为 位。 (2) 用字节数表示容量，以字节为单位，如128B。常 用字节数表示容量，以字节为单位， 。 为单位表示存储容量的大小。 用KB、MB、GB和TB为单位表示存储容量的大小。 、 、 和 为单位表示存储容量的大小 其中， 其中，1KB＝210B＝1024B；1MB＝220B＝1024KB； ＝ ＝ ； ＝ ＝ ； 1GB＝230B＝l024MB；1 TB＝240B＝1024 GB。 ＝ ＝ ； ＝ ＝ 。 2．存取时间 ． 指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。 指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。 3．存储周期 连续启动两次独立的存储器操作(如连续两次读操作 如连续两次读操作) 连续启动两次独立的存储器操作 如连续两次读操作 所需要的最短间隔时间称为存储周期。 所需要的最短间隔时间称为存储周期。
第6章 半导体存储器
第6章 半导体存储器
主要内容: 主要内容:
– 存储器及半导体存储器的分类 – 随机读写存储器（RAM） 随机读写存储器（RAM） – 只读存储器（ROM） 只读存储器（ROM） – 存储器的扩展
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6.1 概 述
6.1.1 存储器的分类 存储器是计算机用来存储信息的部件 是计算机用来存储信息的部件。 存储器是计算机用来存储信息的部件。按存取速度 和用途可把存储器分为两大类 内存储器和外存储器。 分为两大类： 和用途可把存储器分为两大类：内存储器和外存储器。 内存: 通过系统总线直接与 直接与CPU相连、具有一定容量、 相连、 内存 通过系统总线直接与 相连 具有一定容量、 存取速度快的存储器称为内存储器。 存取速度快的存储器称为内存储器。内存是计算机的重 要组成部分， 可直接对它进行访问， 要组成部分，CPU可直接对它进行访问，计算机要执行 可直接对它进行访问 的程序和要处理的数据等都必须事先调入内存后方可被 CPU读取并执行。 读取并执行。 读取并执行 外存：通过接口电路与系统相连 电路与系统相连、 外存：通过接口电路与系统相连、存储容量大而速度较 慢的存储器称为外存储器。如硬盘、软盘和光盘等。 慢的存储器称为外存储器。如硬盘、软盘和光盘等。外 存用来存放当前暂不被CPU处理的程序或数据，以及一 处理的程序或数据， 存用来存放当前暂不被 处理的程序或数据 些需要永久性保存的信息。 永久性保存的信息 些需要永久性保存的信息。