第03章 半导体存储器及其接口
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存储器及其接口09
（2）寻址方式：先生成线性地址，再生成物理地址，两个地 址都采用段基址+偏移量旳措施
➢ 生成线性地址由MMU旳分段部件完毕，段基址和偏移量都是32位 32位线性地址=32位段基址+32位偏移量
➢ 生成物理地址由MMU旳分页部件完毕，基址是20位旳页基址，偏 移量12位 32位物理地址=20位页基址×1000H+12位偏移量
第3章 存储器及其接口
3. 存储器管理技术：分段和分页
分页：多用于虚拟存储器管理 ➢ 分页（Why ?）
在cpu中设置分页机制是由计算机旳实际系统决定旳。如： 内存条仅512M~1G等，实际配置旳物理存储器与系统能寻址 旳4G线性空间少，在把46位旳虚拟地址转换成32位线性地址 时，这32位旳线性地址未必恰好有合适旳内存支持。
➢ CE-和OE-信号分别由CPU高位地址总线和控制总 线译码后产生，一般采用下图所示旳3种措施。
第3章 存储器及其接口
2.存储器地址译码法
片选控制译码器：对高位地址译码后产生存储器芯片片选信号
片内地址译码电路：对低位地址译码实现片内存储单元旳寻址
线选法 —— CPU寻址空间远不小于存储器容量时，用 高位地址直接作为存储器芯片旳片选信号，每根地址线 选通一块芯片。
A0~A9
（1）1KB
CS
（2）1KB CS
第3章 存储器及其接口
保护虚地址方式下旳32位物理地址形成
13位 选择符
段描述符表
16 位 地 址
低3位 为000B
1个描述 符首址
64位描述 符寄存器
32位 偏移量
8B 1个描述符
32位 段基址
+
32位
+ 线性地址 分页
➢ 生成线性地址由MMU旳分段部件完毕，段基址和偏移量都是32位 32位线性地址=32位段基址+32位偏移量
➢ 生成物理地址由MMU旳分页部件完毕，基址是20位旳页基址，偏 移量12位 32位物理地址=20位页基址×1000H+12位偏移量
第3章 存储器及其接口
3. 存储器管理技术：分段和分页
分页：多用于虚拟存储器管理 ➢ 分页（Why ?）
在cpu中设置分页机制是由计算机旳实际系统决定旳。如： 内存条仅512M~1G等，实际配置旳物理存储器与系统能寻址 旳4G线性空间少，在把46位旳虚拟地址转换成32位线性地址 时，这32位旳线性地址未必恰好有合适旳内存支持。
➢ CE-和OE-信号分别由CPU高位地址总线和控制总 线译码后产生，一般采用下图所示旳3种措施。
第3章 存储器及其接口
2.存储器地址译码法
片选控制译码器：对高位地址译码后产生存储器芯片片选信号
片内地址译码电路：对低位地址译码实现片内存储单元旳寻址
线选法 —— CPU寻址空间远不小于存储器容量时，用 高位地址直接作为存储器芯片旳片选信号，每根地址线 选通一块芯片。
A0~A9
（1）1KB
CS
（2）1KB CS
第3章 存储器及其接口
保护虚地址方式下旳32位物理地址形成
13位 选择符
段描述符表
16 位 地 址
低3位 为000B
1个描述 符首址
64位描述 符寄存器
32位 偏移量
8B 1个描述符
32位 段基址
+
32位
+ 线性地址 分页
《半导体存储器》课件
嵌入式系统中的应用
半导体存储器广泛应用于 嵌入式系统，如智能家居、 汽车电子和工业控制。
计算机内存
半导体存储器是计算机主 存储器的重要组成部分， 用于临时存储数据和程序。
智能手机内存
手机内存运行应用程序和 存储数据，半导体存储器 提供了高速和可靠的数据 存取。
未来半导体存储器的发展方向
1 3D垂直存储器
《半导体存储器》PPT课 件
半导体存储器PPT课件大纲
什么是半导体存储器？
半导体存储器定义
半导体存储器是指使用半导体材料制造的存储器，它可以将数据存储在芯片内部的电子元件 中。
存储器的分类
常见的半导体存储器包括静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）和 闪存存储器。
常见的半导体存储器
通过增加垂直堆叠层数来增加存储容量，提高存储密度和性能。
2 非易失性存储器
开发更加稳定和可靠的非易失性存储器，提供更长久的数据存储和保护。
3 全新器件技术
研发新型的器件结构和材料，以满足不断增长的存储需求和更高的速度要求。
总结
半导体存储器的重要性
半导体存储器在现代计算和通信领域发挥着关键作用，对技术和社会的发展产生积极影响。
静态随机存取存储器 （SRAM）
SRAM具有快速读写速度和较 短的访问时间，适用于高性 能的应用。
动态随机存取存储器 （DRAM）
DRAM具有较大的存储容量和 较低的成本，广泛应用于个 人电脑和服务器。
闪存存储器
闪存存储器具有非易失性和 较高的耐用性，适用于便携 设备的存储需求。
半导体存储器的工作原理
1
SRAM的工作原理
SRAM使用触发器实现数据的存储和读取，具有较快的访问速度和数据保持能力。
微机原理半导体存储器及其接口ppt文档
控制电路 OE WE CS
片选端CS*：有效时，可以 对该芯片进行读写操作
写WE*（Write Enable）:控制写操 作。有效时，数据进入芯片中 相当于系统的WR*。
① 存储体
存储器芯片的主要部分，用来存储信息
② 地址译码电路
根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定的 存储单元
③ 片选和读写控制逻辑
按存取方式分类：
随机存储器（RAM） 只读存储器（ROM
5.1.1 半导体存储器的分类
半导体 存储器
随机存取存储器 （RAM）
双极性
MOS
静态RAM（SRAM） 动态RAM（DRAM）
只读存储器 （ROM）
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） FLASH ROM
在微机系统中，存储器有三个层次: 1、辅助存储器（外存） 2、主存储器（内存） 3、高速缓冲器（高缓） 高缓速度最快、同样容量最小。解决了
存储器与CPU在速度上的协调性。
CPU
CACHE
主存（内存）
辅存（外存）
按存储介质分类：
➢半导体存储器；
➢ 磁表面存储器：(如磁带，磁盘，磁鼓，磁 卡等）；
➢ 光表面存储器（CD－ROM）；
X地 址 译码线
T3
T5
A
T1
V cc
T4 B T6
T2
D0
D0
T7 (I/O )
接 Y地 址 译 码 线
T8 (I/O )
读出时，CPU送出的地址码经行、列地址译码器译码，被选中的基 本存储单元的行选线和列选线均为高电平，从而T5、T6、 T7、T8 均导通 ，由触发器的A、B端输出分别驱动IO和/IO，再经读出放大器放大便可判 别保存的信息是0还是1
微型计算机课件第6章半导体存储器及接口
SPI总线协议的优点
具有高速数据传输、简单的电路结构、多从设备支持等优点，广泛应用于嵌入式系统和工 业控制领域。
06 发展趋势及挑战
新型材料在半导体存储器中应用前景
碳纳米管材料
具有高电子迁移率、低电阻等特性，可应用于高速、低功耗的半 导体存储器件。
二维材料
如石墨烯、二硫化钼等，具有优异的电学和机械性能，可用于制 造柔性、透明的半导体存储器件。
写操作
写操作是指向存储器中写入数据的过程。在写操作时，同样需要通过地址线将目 标存储单元的地址送入存储器，然后将要写入的数据通过数据线送入存储器，最 后启动写操作，将数据写入目标存储单元。
数据传输与接口技术
数据传输
半导体存储器与CPU或其他设备之间的数据传输通常采用并行传输或串行传输方式。并行传输方式下 ，数据的各位同时传输，传输速度快；而串行传输方式下，数据的各位依次传输，传输速度较慢。
数据传输。
I2C总线协议在半导体存储器中应用
01
I2C总线概述
I2C总线是一种双线、双向、串行总线，用于连接微处理器、微控制器、
外围设备等。
02
I2C总线在半导体存储器中的应用
半导体存储器作为I2C总线上的从设备，通过SDA和SCL两根线与主设
备进行数据交换。主设备通过发送设备地址和读写命令来访问从设备。
03
通过先进的混合键合技术，实现芯片间的高速、低延
迟连接，提高系统性能。
面临挑战：性能提升与成本降低平衡
制程技术挑战
随着半导体工艺进入纳米级别，制造成本急剧增 加，技术难度不断提高。
设计挑战
为满足高性能、低功耗等要求，需要不断创新设 计理念和方法。
市场挑战
随着技术更新换代速度加快，市场竞争日益激烈， 需要不断降低成本和提高产品质量。
具有高速数据传输、简单的电路结构、多从设备支持等优点，广泛应用于嵌入式系统和工 业控制领域。
06 发展趋势及挑战
新型材料在半导体存储器中应用前景
碳纳米管材料
具有高电子迁移率、低电阻等特性，可应用于高速、低功耗的半 导体存储器件。
二维材料
如石墨烯、二硫化钼等，具有优异的电学和机械性能，可用于制 造柔性、透明的半导体存储器件。
写操作
写操作是指向存储器中写入数据的过程。在写操作时，同样需要通过地址线将目 标存储单元的地址送入存储器，然后将要写入的数据通过数据线送入存储器，最 后启动写操作，将数据写入目标存储单元。
数据传输与接口技术
数据传输
半导体存储器与CPU或其他设备之间的数据传输通常采用并行传输或串行传输方式。并行传输方式下 ，数据的各位同时传输，传输速度快；而串行传输方式下，数据的各位依次传输，传输速度较慢。
数据传输。
I2C总线协议在半导体存储器中应用
01
I2C总线概述
I2C总线是一种双线、双向、串行总线，用于连接微处理器、微控制器、
外围设备等。
02
I2C总线在半导体存储器中的应用
半导体存储器作为I2C总线上的从设备，通过SDA和SCL两根线与主设
备进行数据交换。主设备通过发送设备地址和读写命令来访问从设备。
03
通过先进的混合键合技术，实现芯片间的高速、低延
迟连接，提高系统性能。
面临挑战：性能提升与成本降低平衡
制程技术挑战
随着半导体工艺进入纳米级别，制造成本急剧增 加，技术难度不断提高。
设计挑战
为满足高性能、低功耗等要求，需要不断创新设 计理念和方法。
市场挑战
随着技术更新换代速度加快，市场竞争日益激烈， 需要不断降低成本和提高产品质量。
《半导体存储器》课件
04
制造设备
用于将掺杂剂引入硅片。
用于在硅片上生长单晶层 。
掺杂设备 外延生长设备
用于切割硅片。
晶圆切割机
制造设备
光刻机
用于将电路图形转移到硅片上。
刻蚀机
用于刻蚀硅片表面。
镀膜与去胶设备
用于在硅片表面形成金属层或介质层，并去 除光刻胶。
测试与封装设备
用于对芯片进行电气性能测试和封装成最终 产品。
分类
根据存储方式，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ ROM）。
历史与发展
1 2 3
早期阶段
20世纪50年代，半导体存储器开始出现，以晶 体管为基础。
发展阶段
随着技术的进步，20世纪70年代出现了动态随 机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器 （SRAM）。
当前状况
现代半导体存储器已经广泛应用于计算机、移动 设备、数据中心等领域。
物联网和边缘计算
在物联网和边缘计算领域应用半导体存储器，实现高 效的数据存储和传输。
CHAPTER
05
案例分析：不同类型半导体存 储器的应用场景
DRAM的应用场景
01
DRAM（动态随机存取存储器）是一种常用的半导体存储器，广泛应 用于计算机和服务器等领域。
02
由于其高速读写性能和低成本，DRAM被用作主内存，为CPU提供快 速的数据存取。
外延生长
在硅片上生长一层或多 层所需材料的单晶层。
掺杂
通过扩散或离子注入等 方法，将掺杂剂引入硅 片。
制造流程
01
光刻
利用光刻胶将电路图形转移到硅片 上。
镀膜与去胶
在硅片表面形成金属层或介质层， 并去除光刻胶。
制造设备
用于将掺杂剂引入硅片。
用于在硅片上生长单晶层 。
掺杂设备 外延生长设备
用于切割硅片。
晶圆切割机
制造设备
光刻机
用于将电路图形转移到硅片上。
刻蚀机
用于刻蚀硅片表面。
镀膜与去胶设备
用于在硅片表面形成金属层或介质层，并去 除光刻胶。
测试与封装设备
用于对芯片进行电气性能测试和封装成最终 产品。
分类
根据存储方式，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ ROM）。
历史与发展
1 2 3
早期阶段
20世纪50年代，半导体存储器开始出现，以晶 体管为基础。
发展阶段
随着技术的进步，20世纪70年代出现了动态随 机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器 （SRAM）。
当前状况
现代半导体存储器已经广泛应用于计算机、移动 设备、数据中心等领域。
物联网和边缘计算
在物联网和边缘计算领域应用半导体存储器，实现高 效的数据存储和传输。
CHAPTER
05
案例分析：不同类型半导体存 储器的应用场景
DRAM的应用场景
01
DRAM（动态随机存取存储器）是一种常用的半导体存储器，广泛应 用于计算机和服务器等领域。
02
由于其高速读写性能和低成本，DRAM被用作主内存，为CPU提供快 速的数据存取。
外延生长
在硅片上生长一层或多 层所需材料的单晶层。
掺杂
通过扩散或离子注入等 方法，将掺杂剂引入硅 片。
制造流程
01
光刻
利用光刻胶将电路图形转移到硅片 上。
镀膜与去胶
在硅片表面形成金属层或介质层， 并去除光刻胶。
微机原理与接口技术考试大纲 (2)
《微机原理与接口》课程教学大纲一、课程性质及其设置目的与要求（一）课程性质和目的本课程是《计算机组成原理》和《汇编语言程序设计》课程的后续课程和应用，是计算机专业本科生必修专业基础课。
本课程重点介绍计算机作为信息或控制系统的核心与外界联系的基本原理和方法。
包括微机原理和接口技术两部分。
通过80x86微处理器和PC机的硬件和软件分析，阐明微型计算机的组成原理以及存储器、输入输出接口芯片与微型计算机的接口方法。
通过本课程的学习，使学生掌握有关计算机接口技术的基本原理及方法，掌握各种典型环境下接口设计的原则和方法。
（二）课程的基本要求本课程的教学要求是使学生掌握先进微处理器芯片结构、微型计算机实现技术、计算机主板构成、接口技术及其应用编程方法，同时掌握微机技术新的发展趋势，也使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练。
通过本课程的教学，应使学生达到下列基本要求：（1）掌握计算机中数据的表示方式及编码方式、数的表示范围及数制之间的转换规则；（2）了解微型计算机的基本工作原理及微机系统的基本组成和微处理器CUP的基本结构与指令控制流程。
建立完整的计算机概念。
（3）掌握8086/8088指令格式、寻址方式、伪指令和指令系统，能使用汇编语言进行初步的程序设计。
（4）初步掌握中断技术、特别是微机接口技术的基本理论和方法。
二、课程内容与考核目标第一章微型计算机系统概述（一）课程内容本章介绍了微型计算机的发展和应用及其系统组成，进而介绍了IBM PC/XT和IBMPC/AT微机系统（二）考核知识点和考核要求了解：微机的简单知识和微机的分类情况；掌握：微型计算机的组成部件及其功能；IBM PC/XT微型机的组成部件及其功能；IBM PC/XT微型机的组成部件及其功能。
第二章微处理器（一）课程内容本章主要介绍8086/8088CPU的内部结构，引脚功能和总线时序，以及80286微处理器的基本结构。
（二）考核知识点和考核要求了解：8088系统总线的概念及总线技术；IBM PC/XT中的CPU子系统中各支持芯片的功能和电路原理；Intel80286 微处理器的基本结构理解：8088微处理器的基本时序概念掌握：微机计算机的基本结构和工作原理；Intel8088 微处理器的基本结构；8088的外部引脚及其功能第三章半导体存储器及其接口（一）课程内容本章主要介绍存储器的基本知识，并介绍了随机存储器、只读存储器、半导体存储器与CPU的连接以及PC/XT中RAM子系统及其操作。
半导体存储器
Erasable PROM）
一、静态RAM
（一）六管静态存 储电路
Q7
Q8
图6-2 静态RAM存储单元电路
（二）静态RAM器件的组成
静态RAM器 件可分成三个部 分，分别是存储 单元阵列、地址 译码器和读/写控 制与数据驱动/缓 冲。一个典型的 静态RAM的示意 图如右图所示。
右图是一个1K×1 位的静态RAM器件的组 成框图。该器件总共可 以寻址1024个单元，每 个单元只存储一位数据。
数据（字操作,使用AD0～AD15），也可以只 传送8位数据（字节操作，使用AD0～AD7或 AD8～AD15）。
仅A0为低电平时，CPU使用AD0～AD7， 这是偶地址字节操作；仅为低电平时，CPU使用 AD8～AD15，这是奇地址字节操作。
若和A0同时为低电平时，CPU对AD0～ AD15操作，即从偶地址读写一个字，是字操作； 如果字地址为奇地址，则需要两次访问存储器。 如下表所示
2、Intel 2114是一个容量为1024×4位的静态 RAM ，Intel 2114是一个容量为1024×4位的静 态RAM其引脚和逻辑符号如下图所示。
引脚图
逻辑符号
（四）静态RAM与CPU的连接
进行静态RAM存储器模块与CPU的连接电路 设计时，需要考虑下面几个问题：
1、CPU总线的负载能力 2、时序匹配问题 3、存储器的地址分配和片选问题 4、控制信号的连接
若存储容量较小，可以 将该RAM芯片的单元阵 列直接排成所需要位数
的形式，每一条行选择 线（X选择线）代表一 个字节，每一条列选择 线（Y选择线）代表字 节的一个位，故通常把
行选择线称为字线，而 列选择线称为位线。
（三）静态RAM的例子
1、Intel 6116是CMOS静态RAM芯片，属双列直 插式、24引脚封装。它的存储容量为2K×8位，其 引脚及功能框图如下图所示。
一、静态RAM
（一）六管静态存 储电路
Q7
Q8
图6-2 静态RAM存储单元电路
（二）静态RAM器件的组成
静态RAM器 件可分成三个部 分，分别是存储 单元阵列、地址 译码器和读/写控 制与数据驱动/缓 冲。一个典型的 静态RAM的示意 图如右图所示。
右图是一个1K×1 位的静态RAM器件的组 成框图。该器件总共可 以寻址1024个单元，每 个单元只存储一位数据。
数据（字操作,使用AD0～AD15），也可以只 传送8位数据（字节操作，使用AD0～AD7或 AD8～AD15）。
仅A0为低电平时，CPU使用AD0～AD7， 这是偶地址字节操作；仅为低电平时，CPU使用 AD8～AD15，这是奇地址字节操作。
若和A0同时为低电平时，CPU对AD0～ AD15操作，即从偶地址读写一个字，是字操作； 如果字地址为奇地址，则需要两次访问存储器。 如下表所示
2、Intel 2114是一个容量为1024×4位的静态 RAM ，Intel 2114是一个容量为1024×4位的静 态RAM其引脚和逻辑符号如下图所示。
引脚图
逻辑符号
（四）静态RAM与CPU的连接
进行静态RAM存储器模块与CPU的连接电路 设计时，需要考虑下面几个问题：
1、CPU总线的负载能力 2、时序匹配问题 3、存储器的地址分配和片选问题 4、控制信号的连接
若存储容量较小，可以 将该RAM芯片的单元阵 列直接排成所需要位数
的形式，每一条行选择 线（X选择线）代表一 个字节，每一条列选择 线（Y选择线）代表字 节的一个位，故通常把
行选择线称为字线，而 列选择线称为位线。
（三）静态RAM的例子
1、Intel 6116是CMOS静态RAM芯片，属双列直 插式、24引脚封装。它的存储容量为2K×8位，其 引脚及功能框图如下图所示。
《存储器及其接口 》课件
存储容量的计算公式为：存储容量 = 存储单元数 × 每个存储单元的位数。
数据传输速率
定义与单位
数据传输速率是指存储器在单位时间内可以传输的数据量，通常以MB/s 或GB/s为单位。
数据传输速率的计算公式为：数据传输速率 = 数据总线宽度 × 数据总线 频率。
存取时间
01
定义与分类
02
存取时间是指存储器从接收到读/写命令到完成数据传输所 需的时间，通常以ns（纳秒）为单位。
CHAPTER 03
存储器接口
IDE接口
总结词
IDE接口是一种并行接口标准，主要用于连接硬盘驱动器和计 算机主板。
详细描述
IDE接口采用40根或80根的扁平电缆连接硬盘和主板，传输 速率较慢，但兼容性好，广泛应用于个人电脑中。
SATA接口
总结词
SATA接口是一种串行接口标准，相比IDE接口，它具有更高的传输速率和更小的 线缆尺寸。
详细描述
SATA接口采用较细的线缆连接硬盘和主板，支持热插拔和本机命令队列等功能 ，广泛应用于现代个人电脑和企业服务器中。
SCSI接口
总结词
SCSI接口是一种并行接口标准，主要 用于连接高端存储设备和计算机主板 。
详细描述
SCSI接口具有高带宽和高速传输的特 点，但线缆长度较短，且连接设备数 量有限，常用于服务器和工作站等高 端应用场景。
存储器市场主要厂商
存储器市场应用领域
智能手机、平板电脑、笔记本电脑、 服务器等是存储器市场的主要应用领 域。
三星、SK海力士、美光、铠侠等是全 球存储器市场的主要供应商。
存储器技术发展趋势
1 2
存储器技术进步
随着制程工艺的不断进步，存储器的容量和速度 不断提升。
数据传输速率
定义与单位
数据传输速率是指存储器在单位时间内可以传输的数据量，通常以MB/s 或GB/s为单位。
数据传输速率的计算公式为：数据传输速率 = 数据总线宽度 × 数据总线 频率。
存取时间
01
定义与分类
02
存取时间是指存储器从接收到读/写命令到完成数据传输所 需的时间，通常以ns（纳秒）为单位。
CHAPTER 03
存储器接口
IDE接口
总结词
IDE接口是一种并行接口标准，主要用于连接硬盘驱动器和计 算机主板。
详细描述
IDE接口采用40根或80根的扁平电缆连接硬盘和主板，传输 速率较慢，但兼容性好，广泛应用于个人电脑中。
SATA接口
总结词
SATA接口是一种串行接口标准，相比IDE接口，它具有更高的传输速率和更小的 线缆尺寸。
详细描述
SATA接口采用较细的线缆连接硬盘和主板，支持热插拔和本机命令队列等功能 ，广泛应用于现代个人电脑和企业服务器中。
SCSI接口
总结词
SCSI接口是一种并行接口标准，主要 用于连接高端存储设备和计算机主板 。
详细描述
SCSI接口具有高带宽和高速传输的特 点，但线缆长度较短，且连接设备数 量有限，常用于服务器和工作站等高 端应用场景。
存储器市场主要厂商
存储器市场应用领域
智能手机、平板电脑、笔记本电脑、 服务器等是存储器市场的主要应用领 域。
三星、SK海力士、美光、铠侠等是全 球存储器市场的主要供应商。
存储器技术发展趋势
1 2
存储器技术进步
随着制程工艺的不断进步，存储器的容量和速度 不断提升。
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10
第三章 半导体存储器及其接口
3．2 随机存取存储器（RAM）
分静态RAM和动态RAM两类
一、静态RAM（SRAM）
1. 静态RAM的特征：
SRAM一般采用“字结构”存储矩阵： （1）每个存储单元存放多位（4、8、16等）。 （2）每个存储单元具有一个地址。
11
第三章 半导体存储器及其接口
2. 典型芯片: SRAM 2114
A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2
1 2 3 4 5 6 7
18 17 16 15
Vcc A7
（1）存储容量为1K×4。
（2）18个引脚：
A8
A9 I/O1
1）10根地址线A9～A0
2）4根数据线I/O4～I/O1 3）片选CS 4）读写WE
14
13 12 11 10
I/O2
I/O3 I/O4
第三章 半导体存储器及其接口
本章主要内容：
1. 半导体存储器概述；
2. 各种RAM/ROM的基本构成和典型芯片；
3. 与处理器的连接
1
第三章 半导体存储器及其接口
微机的存储系统是一 个金字塔形的结构 。
CACHE
CPU
主存（内存）
辅存（外存）
2
第三章 半导体存储器及其接口
3.1 半导体存储器概述 一、半导体存储器的分类 1. 按制造工艺 （1）双极型：速度快、集成度低、功耗大。
0 0 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
问题：总线的A16~A19怎么办？
26
第三章 半导体存储器及其接口
• 字位扩展
如果一个存储容量为M 字N位 所用芯片规格为L字 K位 那么这个存储器共用M/L N/K个芯片
A 11 A 10 D ～D0 3 I/O～I/O 1 4 WE CS RAM 1 2114 A ～A0 9 A ～A0 9 A ～A0 9 WE CS RAM 1 2114 I/O～I/O 1 4 D ～D4 7 WR A ～A0 9 WE CS RAM 2 2114 I/O～I/O 1 4 A ～A0 9 WE CS RAM 3 2114 I/O～I/O 1 4 A ～A0 9 WE CS RAM 4 2114 I/O～I/O 1 4 I/O～I/O 1 4 WE CS RAM 2 2114 A ～A0 9 I/O～I/O 1 4 WE CS RAM 3 2114 A ～A0 9 I/O～I/O 1 4 WE CS RAM 4 2114 A ～A0 9 2-4 译码器
16 15 14 13 12 11 10 9
VSS CAS DOUT A6 A3 A4 A5 VCC
第三章 内部存储器
(a)写1到存储元
(b)写0到存储元 (c)从存储元读出1 (d)刷新存储元的1 读出0的过程就是 刷新0的过程
2013-8-22
中国石油大学
16
第三章 半导体存储器及其接口
（3） 结构与时序图
（2）MOS型：速度慢、集成度高、功耗低。
2. 按使用属性
（1）RAM：可读可写、断电丢失。
（2）ROM：正常只读、断电不丢失。
3
第三章 半导体存储器及其接口
静态RAM（SRAM） 随机存取存储器 （RAM） 动态RAM（DRAM） 非易失RAM（NVRAM） 掩膜式ROM 一次性可编程ROM（PROM） 只读存储器 （ROM） 紫外线擦除可编程ROM（EPROM） 电擦除可编程ROM（EEPROM）
21
第三章 半导体存储器及其接口
• 基本概念：译码
可以有更大的译码逻辑 主要用于产生片选信号
22
第三章 半导体存储器及其接口
• 位扩展
用 2片 1K×4位 存储芯片组成 1K×8位 的存储器
A 9
特点：所有存储器芯片同时工作，形成一个字节。
23
•• •
A 0
2114
D 7
2114
• •
D 4
• •
2
3 4
0 1
1 0 1 1
0 0 1 1
0 0 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
4000H~ 7FFFH
8000H~ BFFFH C000H~ FFFFH
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
27
第三章 半导体存储器及其接口
本章总结：
1. 了解半导体存储器的分类
2. 了解SRAM和DRAM的基本特性
3. 掌握半导体存储芯片的基本结构
4. 掌握存储器和处理器的连接方式
28
第三章 半导体存储器及其接口
作业 1．什么是SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、E2PROM？ 分别说明它的特点和简 单工作原理。 2．如果要访问一个存储容量为64K×8的存储器，需要多少条数据线和地址线？ 3．已知RAM的容量为 （1）16 K×8 （2）32 K×8 如果RAM的起始地址为5000H，则各RAM对应的末地址为多少？ 4．如果一个应用系统中ROM为8KB，最后一个单元地址为57FFH，RAM紧接着ROM后面编 址，RAM为16KB，求该系统中存储器的第一个地址和最后一个单元地址. 5．存储器与CPU的接口主要由哪些部分组成？ 6．若某微机有16条地址线，现用SRAM 2114（1 K×4位）存储芯片组成存储系统，问采用线 选译码时，系统的存储容量最大为多少？需要多少个2114存储器芯片？ 8．用1024×1位的RAM芯片组成16 K×8位的存储器，需要多少个芯片？分为多少组？共需 多少根地址线？地址线如何分配？试画出与CPU的连接框图。
半导体 存储器
4
第三章 半导体存储器及其接口
二、半导体存储芯片的一般结构
地 址 寄 存 地 址 译 码 读 写 电 路 数 据 寄 存
存储体
AB
DB
控制电路
OE WE CS
5
第三章 半导体存储器及其接口
1. 存储体：存储器芯片的主要部分，用来存储信息。
（1）每个存储单元具有一个唯一的地址。
（2）芯片的存储容量＝2M×N
M：芯片的地址线根数
N：芯片的数据线根数
6
第三章 半导体存储器及其接口
2. 地址译码电路：
根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定
的存储单元。
（1）单译码结构
（2）双译码结构
7
第三章 半导体存储器及其接口
0 0 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 译 码 器 63 存储单元 A2 A1 A0 64个单元 0 1 列译码 A3A4A5 7 行 译 码 1 64个单元 7
D 0 CS WE
第三章 半导体存储器及其接口
用8K1位芯片位扩展组成8K8位的存储器
7 I/O 8 I/O
…
…
A0
地址总线
A12 CS WR
1 8 K× 1 CS WR I/O
2 I/O
3 I/O
4 I/O
5 I/O
6 I/O
控制总线
D7 数据总线
…
D0
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第三章 半导体存储器及其接口
• 字扩展
单译码
双译码
8
第三章 半导体存储器及其接口
3.片选和读写控制逻辑： 选中存储芯片，控制读写操作。 （1）片选端CS或CE 有效时，可以对该芯片进行读写操作。 （2）输出OE 控制读操作。有效时，芯片内数据输出 （3）写WE 控制写操作。有效时，数据进入芯片中
9
第三章 半导体存储器及其接口
三、半导体存储器的主要技术指标 1. 存储容量： 2. 存取速度： （1）存取时间（Access Time）TA： 从存取命令发出，到操作完成所经历的时间。 （2）存取周期（Access Cycle）TAC： 两次存储器访问间所允许的最小时间间隔。 3. 制作工艺： NMOS、CMOS
14
第三章 半导体存储器及其接口
2. 典型芯片: DRAM芯片4116 （1）存储容量为16K×1 （2）16个引脚： 1）7根地址线A6～A0 2）2根数据线DIN和DOUT 3）行地址选通RAS 4）列地址选通CAS 5）读写控制WE
15
VBB DIN WE RAS A0 A2 A1 VDD
1 2 3 4 5 6 7 8
读时序
写时序
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第三章 内部存储器
注意：
1、刷新的本质是充放电 2、按行刷新，所以刷新计数器的长度等于行地址锁存器 3、每次读后都进行刷新 4、要安排专门的刷新周期
Hale Waihona Puke 2013-8-22中国石油大学
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第三章 半导体存储器及其接口
3．3 只读存储器（ROM） 一、掩膜ROM
在ROM的制作阶段，通过掩膜将信 息做到芯片里。
29
8088： 总线生成： 2114： A19~A0、 D7~D0、 M/IO, WR, RD A19~A0、 D7~D0、 MEMR、MEMW A9~A0、 IO3~IO0、 WE，OE ，CS
问题：如果用2114（1K × 4）组成8位系统，如何连 接？
（1）位扩展（增加存储字长） （2）字扩展（增加存储容量） （3）字位扩展
二、PROM
在PROM中晶体管发射极与数据位 线间连有熔丝 ， 只能编程一次。
19
第三章 半导体存储器及其接口
三、EPROM
顶部有一个石英窗口， 紫外线擦除、电可写
四、EEPROM
电擦写，可在线擦写。
五、FLASH
大容量，电擦写，块擦，
是U盘的主要存储体
20
第三章 半导体存储器及其接口
3．2 随机存取存储器（RAM）
分静态RAM和动态RAM两类
一、静态RAM（SRAM）
1. 静态RAM的特征：
SRAM一般采用“字结构”存储矩阵： （1）每个存储单元存放多位（4、8、16等）。 （2）每个存储单元具有一个地址。
11
第三章 半导体存储器及其接口
2. 典型芯片: SRAM 2114
A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2
1 2 3 4 5 6 7
18 17 16 15
Vcc A7
（1）存储容量为1K×4。
（2）18个引脚：
A8
A9 I/O1
1）10根地址线A9～A0
2）4根数据线I/O4～I/O1 3）片选CS 4）读写WE
14
13 12 11 10
I/O2
I/O3 I/O4
第三章 半导体存储器及其接口
本章主要内容：
1. 半导体存储器概述；
2. 各种RAM/ROM的基本构成和典型芯片；
3. 与处理器的连接
1
第三章 半导体存储器及其接口
微机的存储系统是一 个金字塔形的结构 。
CACHE
CPU
主存（内存）
辅存（外存）
2
第三章 半导体存储器及其接口
3.1 半导体存储器概述 一、半导体存储器的分类 1. 按制造工艺 （1）双极型：速度快、集成度低、功耗大。
0 0 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
问题：总线的A16~A19怎么办？
26
第三章 半导体存储器及其接口
• 字位扩展
如果一个存储容量为M 字N位 所用芯片规格为L字 K位 那么这个存储器共用M/L N/K个芯片
A 11 A 10 D ～D0 3 I/O～I/O 1 4 WE CS RAM 1 2114 A ～A0 9 A ～A0 9 A ～A0 9 WE CS RAM 1 2114 I/O～I/O 1 4 D ～D4 7 WR A ～A0 9 WE CS RAM 2 2114 I/O～I/O 1 4 A ～A0 9 WE CS RAM 3 2114 I/O～I/O 1 4 A ～A0 9 WE CS RAM 4 2114 I/O～I/O 1 4 I/O～I/O 1 4 WE CS RAM 2 2114 A ～A0 9 I/O～I/O 1 4 WE CS RAM 3 2114 A ～A0 9 I/O～I/O 1 4 WE CS RAM 4 2114 A ～A0 9 2-4 译码器
16 15 14 13 12 11 10 9
VSS CAS DOUT A6 A3 A4 A5 VCC
第三章 内部存储器
(a)写1到存储元
(b)写0到存储元 (c)从存储元读出1 (d)刷新存储元的1 读出0的过程就是 刷新0的过程
2013-8-22
中国石油大学
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第三章 半导体存储器及其接口
（3） 结构与时序图
（2）MOS型：速度慢、集成度高、功耗低。
2. 按使用属性
（1）RAM：可读可写、断电丢失。
（2）ROM：正常只读、断电不丢失。
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第三章 半导体存储器及其接口
静态RAM（SRAM） 随机存取存储器 （RAM） 动态RAM（DRAM） 非易失RAM（NVRAM） 掩膜式ROM 一次性可编程ROM（PROM） 只读存储器 （ROM） 紫外线擦除可编程ROM（EPROM） 电擦除可编程ROM（EEPROM）
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第三章 半导体存储器及其接口
• 基本概念：译码
可以有更大的译码逻辑 主要用于产生片选信号
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第三章 半导体存储器及其接口
• 位扩展
用 2片 1K×4位 存储芯片组成 1K×8位 的存储器
A 9
特点：所有存储器芯片同时工作，形成一个字节。
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•• •
A 0
2114
D 7
2114
• •
D 4
• •
2
3 4
0 1
1 0 1 1
0 0 1 1
0 0 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
4000H~ 7FFFH
8000H~ BFFFH C000H~ FFFFH
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
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第三章 半导体存储器及其接口
本章总结：
1. 了解半导体存储器的分类
2. 了解SRAM和DRAM的基本特性
3. 掌握半导体存储芯片的基本结构
4. 掌握存储器和处理器的连接方式
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第三章 半导体存储器及其接口
作业 1．什么是SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、E2PROM？ 分别说明它的特点和简 单工作原理。 2．如果要访问一个存储容量为64K×8的存储器，需要多少条数据线和地址线？ 3．已知RAM的容量为 （1）16 K×8 （2）32 K×8 如果RAM的起始地址为5000H，则各RAM对应的末地址为多少？ 4．如果一个应用系统中ROM为8KB，最后一个单元地址为57FFH，RAM紧接着ROM后面编 址，RAM为16KB，求该系统中存储器的第一个地址和最后一个单元地址. 5．存储器与CPU的接口主要由哪些部分组成？ 6．若某微机有16条地址线，现用SRAM 2114（1 K×4位）存储芯片组成存储系统，问采用线 选译码时，系统的存储容量最大为多少？需要多少个2114存储器芯片？ 8．用1024×1位的RAM芯片组成16 K×8位的存储器，需要多少个芯片？分为多少组？共需 多少根地址线？地址线如何分配？试画出与CPU的连接框图。
半导体 存储器
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第三章 半导体存储器及其接口
二、半导体存储芯片的一般结构
地 址 寄 存 地 址 译 码 读 写 电 路 数 据 寄 存
存储体
AB
DB
控制电路
OE WE CS
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第三章 半导体存储器及其接口
1. 存储体：存储器芯片的主要部分，用来存储信息。
（1）每个存储单元具有一个唯一的地址。
（2）芯片的存储容量＝2M×N
M：芯片的地址线根数
N：芯片的数据线根数
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第三章 半导体存储器及其接口
2. 地址译码电路：
根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定
的存储单元。
（1）单译码结构
（2）双译码结构
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第三章 半导体存储器及其接口
0 0 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 译 码 器 63 存储单元 A2 A1 A0 64个单元 0 1 列译码 A3A4A5 7 行 译 码 1 64个单元 7
D 0 CS WE
第三章 半导体存储器及其接口
用8K1位芯片位扩展组成8K8位的存储器
7 I/O 8 I/O
…
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A0
地址总线
A12 CS WR
1 8 K× 1 CS WR I/O
2 I/O
3 I/O
4 I/O
5 I/O
6 I/O
控制总线
D7 数据总线
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D0
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第三章 半导体存储器及其接口
• 字扩展
单译码
双译码
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第三章 半导体存储器及其接口
3.片选和读写控制逻辑： 选中存储芯片，控制读写操作。 （1）片选端CS或CE 有效时，可以对该芯片进行读写操作。 （2）输出OE 控制读操作。有效时，芯片内数据输出 （3）写WE 控制写操作。有效时，数据进入芯片中
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第三章 半导体存储器及其接口
三、半导体存储器的主要技术指标 1. 存储容量： 2. 存取速度： （1）存取时间（Access Time）TA： 从存取命令发出，到操作完成所经历的时间。 （2）存取周期（Access Cycle）TAC： 两次存储器访问间所允许的最小时间间隔。 3. 制作工艺： NMOS、CMOS
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第三章 半导体存储器及其接口
2. 典型芯片: DRAM芯片4116 （1）存储容量为16K×1 （2）16个引脚： 1）7根地址线A6～A0 2）2根数据线DIN和DOUT 3）行地址选通RAS 4）列地址选通CAS 5）读写控制WE
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VBB DIN WE RAS A0 A2 A1 VDD
1 2 3 4 5 6 7 8
读时序
写时序
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第三章 内部存储器
注意：
1、刷新的本质是充放电 2、按行刷新，所以刷新计数器的长度等于行地址锁存器 3、每次读后都进行刷新 4、要安排专门的刷新周期
Hale Waihona Puke 2013-8-22中国石油大学
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第三章 半导体存储器及其接口
3．3 只读存储器（ROM） 一、掩膜ROM
在ROM的制作阶段，通过掩膜将信 息做到芯片里。
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8088： 总线生成： 2114： A19~A0、 D7~D0、 M/IO, WR, RD A19~A0、 D7~D0、 MEMR、MEMW A9~A0、 IO3~IO0、 WE，OE ，CS
问题：如果用2114（1K × 4）组成8位系统，如何连 接？
（1）位扩展（增加存储字长） （2）字扩展（增加存储容量） （3）字位扩展
二、PROM
在PROM中晶体管发射极与数据位 线间连有熔丝 ， 只能编程一次。
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第三章 半导体存储器及其接口
三、EPROM
顶部有一个石英窗口， 紫外线擦除、电可写
四、EEPROM
电擦写，可在线擦写。
五、FLASH
大容量，电擦写，块擦，
是U盘的主要存储体
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